книги из ГПНТБ / Рожков, Л. И. Средства радиосвязи учеб. пособие

пом построения и техническими характеристиками, так и схе­ мами отдельных каскадов.

Рассмотрение структурных схем удобно проводить одно­ временно с их классификацией. В основу последней могут быть положены отличия в принципах образования д.м.ч., методах фильтрации побочных составляющих, перестройки цепей се­ лекции и коммутации и, наконец, в управлении органами пе­ рестройки.

Принципы построения систем стабилизации

В соответствии с первым признаком системы стабилизации д.м.ч. разделяются на две группы: построенные по принципу частотного синтеза (синтезаторы) и по принципу частотного

анализа.

При создании д.м.ч. алгебраическим суммированием не­ скольких в общем случае предварительно преобразованных частот, когда частота выходного сигнала как бы «собирается» из отдельных составляющих (гармоник), принято говорить,

что использован метод синтезирования.

На рис. 2.3 приведен рассматриваемый вариант структур­ ной схемы. Кварцевый генератор КГi создает колебания одной из частот f„\ 1 .../к 1 -г?1> необходимые для запуска генератора нелинейных колебаний или, как его обычно называют, генера­ тора гармоник ГГЬ В качестве последнего используют схему, обеспечивающую на выходе импульсы малой длительности ли­ бо колебания специальной формы. Селектор или фильтр гар­ моник ФГ) предназначен для выделения одной или нескольких гармонических составляющих из спектра сигнала на выходе ГГь Опорную частоту на выходе ФГ,, необходимую для обра­ зования рабочей частоты / р. обозначим через Д ч 1 •

Селектор представляет собой сочетание линейных каскадов усиления с пассивными частотно-избирательными цепями (иногда линейные каскады усиления могут отсутствовать). Звенья фильтрации бывают узкополосными или широкопо­ лосными, перестраиваемыми по диапазону или неперестраиваемыми. Аналогично работают каскады КГг, ГГг, ФГ2.

Следует заметить, что в некоторых случаях степень филь­ трации гармоник селекторами с пассивными цепями может оказаться недостаточной, и поэтому на практике применяют специальные схемы, подробно рассматриваемые ниже.

В смесителе CMt происходит алгебраическое сложение час­ тот /о.ч 1 и /о.., з . либо их гармонических составляющих. На структурной схеме в квадратах соответствующих смесителей в левом углу указаны знаки суммирования. Для выделения по­ лезного колебания и подавления комбинационных служат

41

Рис. 2.3

фильтпы промежуточной селекции Г1Ф, состоящие из активных и пассивных элементов. На выходе ПФ1 выделяются колеба­ ния частоты /ь которая также является опорной частотой. На­ конец, в сумматоре СМ,„ выделяются колебания частоты / ш, которая должна быть равна заданному значению t дискрет­ ного множества. Задачей выходного устройства ВУ является образование сигнала с частотой / р, удовлетворяющего требо­ ваниям, предъявляемым к системам стабилизации д.м.ч. по ослаблению побочных частот, заданному уровню полезного сигнала и другим характеристикам.

Если обозначить число гармонических составляющих, вы­ деляемых ФГ| с одним из кварцев </i в KXi через щ, ФГо — через 02, ФГ3 — через п3, ..., ФГШ— через ат, то величина А' и количество кварцевых резонаторов определяются из равен­ ства

IГ=1

акоэффициент эффективности будет равен

г~т

П аг1г

Р

_N_

ГК,

/■=1

Из уравнения (2.5) следует, что Р > 1.

В некоторых схемах выходные колебания на последующие каскады могут сниматься не только с ВУ, но и после звеньев промежуточных преобразований (см. пунктирные стрелки на рис. 2.3). Такой случай может, например, встретиться в при­ емных устройствах с многократным преобразованием частоты входного сигнала.

В отношении схемы рис. 2.3 необходимо сделать еще не­ сколько замечаний. Во-первых, иногда вместо одной или не­ скольких групп кварцевых генераторов используют парамет­ рические автогенераторы с плавным перекрытием диапазона, называемые в некоторых радиостанциях надтональными ге­ нераторами. При этом частоты /ы.гколебаний этих автогенера­ торов во много раз меньше опорных кварцованных частот, и поэтому вес нестабильности / нт.г в результирующей нестабиль­ ности / р весьма мал *. Во-вторых, в тракте образования д.м.ч. частот находят применение делители частоты, позволяющие

Практическая реализация такой схемы рассматривается в § 2 гл. III.

43

уменьшить количество кварцевых резонаторов пки и повысить стабильность частоты *. Однако с рассматриваемой точки зре­ ния принципиального значения такое включение не имеет, и поэтому оно не отражено на рис. 2.3.

Методы частотного анализа в системах стабилизации д.м.ч. предполагают многократное сравнение между собой различ­ ных частот. В отличие от синтеза частота / р здесь «расчленяет­ ся» на части и сравнивается в каждой ступени расчленения с заданными опорными величинами. Другими словами, разницу между системами стабилизации д.м.ч., построенными в соот­ ветствии с методами синтеза и анализа, можно охарактеризо­ вать следующим образом: в первом случае дискретное множе­ ство образуется в результате суммирования («собирания») от­ дельных частотных составляющих, а во втором — имеющееся дискретное множество анализируется с помощью этих состав­ ляющих и на основании полученного результата производится выбор частоты / р.

Необходимыми элементами схем анализа являются выход­ ной автогенератор, могущий создать колебания на любой тре­ буемой частоте / р, и источники колебаний с опорными часто­ тами. В результате сравнения в специальном устройстве дол­ жен быть выработан корректирующий сигнал, обеспечиваю­ щий минимальное отклонение частоты автогенератора от / р. Е качестве такого устройства используют системы автомати­ ческой подстройки частоты (АПЧ). Системы АПЧ основаны па принципе автоматического регулирования и решают в рассмат­ риваемом случае задачу поддержания с определенной точ­ ностью равенства регулируемой величины своему номинально­ му значению. С этой целью используют метод сравнения регу­ лируемой величины с опорной и выработку корректирующего сигнала для компенсации воздействия дестабилизирующих факторов. В системах д.м.ч. объектом регулирования является стабилизируемый автогенератор (СГ), а регулируемой вели­ чиной — частота Д . г его собственных колебаний (рис. 2.4). Ра­ бота КГ, ГГ и ФГ не отличается от работы аналогичных кас­

кадов на рис. 2.3. Смесителем СМР является каскад, в кото­ ром сравнивается преобразованная частота СГ /'<м=Г„, с эта­

лонной частотой / этПоследняя так же, как и / оч, образуется в результате выделения гармоники частоты кварцевого гене­ ратора КГЭ и обозначается по-другому только для удобства последующего изложения. В датчике рассогласования ДР про­ исходит сравнение преобразованной регулируемой величины / с параметром, характеризующим настройку ДР. На выходе

* См., например, § 5 гл. 3 и § 2 гл. 4.

44

ДР образуется корректирующий сигнал рассогласования — напряжение ед или ток it (в дальнейшем для определеннос­ ти примем ед). В качестве ДР используют частотные или фазо­ вые разлнчитслн, называемые обычно дискриминаторами или

Рис. 2.4

детекторами. Общим для них является изменение полярности <?д при переходе преобразованной регулируемой величины че­ рез определенное значение настройки ДР.

Разница между указанными различителями определяется тем, на какой из параметров (частоту или фазу) периодиче­ ских колебаний они реагируют. Настройкой определяется пе­ реходное значение преобразованной регулируемой величины, при которой ех равняется нулю. В соответствии с этим в час-

45

тстных дискриминаторах существует переходная частота Д, а в фазовых — переходная фаза »д.

На рис. 2.4 изображен случай, когда в качестве ДР исполь­ зован частотный дискриминатор Д. При применении фазового детектора ФД надобность в отдельных элементах Г1ФР и ДР отпадает, так как функции последнего выполняет непосред­ ственно смеситель СМР. что условно показано пунктирной стрелкой с надписью ФД. Следует отметить, что и в частот­ ных дискриминаторах функции СМГ, ПФ,, и ДР нередко объ­ единяются в одном каскаде, обозначаемом также Д.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) служит для предотвращения попадания паразитных составляющих на входе управляющего элемента УЭ. Такие составляющие появляются в результате просачивания через ДР напряжений комбинационных частот, фона питающих напряжений, наводок и т. п. ФНЧ оказывает существенное влияние на работу системы АПЧ. Управляющее воздействие Л/у на стабилизированный автогенератор, т. е. необходимую коррекцию / с.г. осуществляет управляющий эле­ мент УЭ, в качестве которого используют различного рода не­ линейные реактивности или электромеханические органы пе­ рестройки. При анализе рассматриваемых схем предполагает­ ся, что к моменту замыкания цепи регулирования опорные частоты выбраны, т. е. АПЧ характеризуется как система ав­ томатической стабилизации.

Настройка ДР в случае использования частотного дискри­ минатора подбирается так, чтобы при номинальной частоте г. е. при /с.г — / Р. сигнал рассогласования на выходе дат­ чика отсутствовал. В результате действия АПЧ значение час­ тоты /сч в установившемся режиме с некоторой ошибкой ока­

жется равной Д. Ясно, что для повышения стабильности час­ тоты указанная ошибка должна быть минимальной.

При отклонении / с.г от / р под воздействием дестабилизи­ рующих факторов или в процессе настройки на выходе ДР по­ явится ед, что вызовет управляющее воздействие Д/у, компен­ сирующее отклонение частоты.

В схеме рис. 2.4 знаки частотного преобразования в смеси­ телях, как правило, отрицательные, так как более эффектив­ ная работа ДР возможна обычно на пониженных частотах.

Выходное устройство ВУ выполняет те же функции, что и на рис. 2.3. Однако, как будет показано ниже, схемные отличия ВУ в структурных схемах рис. 2.3 и 2.4 могут быть значитель­ ными. Параметры N и Р в рассматриваемом случае такие же, как и в структурной схеме рис. 2.3.

46

Методы фильтрации побочных колебаний

Следующим классификационным признаком является ме­ тод фильтрации побочных составляющих, возникающих в не­ линейных каскадах, участвующих в образовании колебаний д.м.ч. Эти методы можно разделить на три группы, основанные на следующих принципах:

1. Использовании обычных схем селекции с помощью час­ тотно-избирательных цепей LC.

2.Принципе так называемого «возвратного» или много­ кратного гетеродинирования (компенсационные схемы).

3.Применении системы АПЧ.

Кроме того, фильтрация может быть осуществлена в схе­ мах с синхронизируемым автогенератором. Недостатки подоб­ ного способа заключаются в малой полосе захвата (особенно при синхронизации на гармониках высокой кратности в широ­ ком диапазоне) и трудностях индикации выхода автогенера­ тора из режима синхронизма. Поэтому подобным методом фильтрации пользуются редко.

Широкое распространение в схемах стабилизации д.м.ч. получили цепи селекции, состоящие из резонансных одиночных и связанных контуров, а также из высокоизбирательных мно­ гозвенных фильтров LC и электромеханических колебательных систем. Однако трудности, связанные с необходимостью широ­ кодиапазонной перестройки фильтров, а также с использова­ нием большого числа нелинейных преобразований в тракте, за­ ставили искать другие, более эффективные, решения для реа­ лизации высоких требований по подавлению побочных состав­ ляющих. В большинстве случаев задача фильтрации побочных составляющих решается в выходных устройствах ВУ (см рис. 2.3 и 2.4), хотя вполне возможно также ее решение в кас­ кадах промежуточной фильтрации и селекции гармоник.

Рассмотрим метод фильтрации, основанный на компенса­ ционных схемах (рис. 2.5). Допустим, что блок ДОЧ создает на выходе колебания полезной опорной частоты / 0.чь а также ряд составляющих побочных паразитных частот. Тогда ос­ тальную часть схемы можно рассматривать как устройство фильтрации, задача которого заключается в подавлении коле­ баний всех частот, кроме /о.-н. Отметим, что если под ДОЧ по­ нимается часть схемы рис. 2.3 до ВУ, т о /0.Ч| должна равнять­ ся / р. Обозначим через /о .ч .п ближайшую к / 0.Ч| побочную час­ тоту. Предположим, что контуры фильтра промежуточной час­ тоты ФПЧ настроены на / П<п ~ / в.г —/ о . ч ь где / пг — частота вспомогательного, компенсационного автогенератора ВГ. При нелинейном преобразовании на выходе смесителя СМЬ кроме / п . ч ь будут появляться и комбинационные составляющие с час-

47

тотами, равными разности между побочными частотами ДОЧ и частотами ВГ. Относительная расстройка а„ мешающего сигнала на выходе ДОЧ равна

где

Fu = Ло.ч.п

В это же время на выходе смесителя СМ| относительная расстройка асмп равна

где

может быть более эффективна, чем на выходе ДОЧ. На рис. 2.5 показано, что после ФПЧ имеется только одна составляющая

совместно два последних равенства, получаем / р = / 0.-и.

Следовательно, на выходе системы стабилизации д.м.ч., ис­ пользующей в качестве фильтра компенсационное кольцо, об­ разуются колебания той же полезной частоты, что и на выходе ДОЧ. Частота / в.г не содержится в выражении для / р, и бла­ годаря двухкратному («возвратному») гетеродинированию де­ стабилизирующее воздействие ВГ на выходной сигнал отсут­ ствует — оно скомпенсировано *.

Последнее обстоятельство позволяет не предъявлять осо­ бенно жестких требований к стабильности / в.г, что является одним из основных достоинств рассматриваемого метода филь­ трации. Перестраивая ВГ, можно выделять колебания необхо­ димой частоты из созданного дискретного множества. Тот факт, что для получения выходных колебаний заданной чаето-

* Такая схема компенсации реализована в приемнике Р-154-2 (см. § 5

гл. III).