образуется управляющим элементом в управляющий сигнал. Ча стота клистрона изменяется, и к моменту прихода эхо-импульса канал приемного устройства оказывается настроенным на проме жуточную частоту, близкую к номинальной.
4
Рис. 7-21
Разнесенная схема (рис. 7-21,6) находит применение в РГС ак тивного типа. Наличие передающего устройства в составе бортовой аппаратуры позволяет для работы АПЧ использовать непосредст венно часть энергии, генерируемой магнетроном. В<этой схеме сме ситель и УПЧ отделены от канала приемника. Во время излучения зондирующего импульса часть энергии магнетрона через ослаби тель мощности подается на смеситель. Высокочастотные колебания преобразуются в колебания промежуточной частоты, усиливаются в УПЧ и поступают на дискриминатор. При отклонении промежу точной частоты сигнала от номинальной управляющий элемент из меняет частоту клистрона и подстраивает канал приемника так, чтобы промежуточная частота-в момент приема эхо-импульса была близка к номинальной.
Из четырех элементов схемы АПЧ специфический интерес пред ставляют только дискриминатор и управляющий элемент. Два дру гих — смеситель и УПЧ строятся по тому же принципу, как и в ка нале приемного устройства.
Назначением дискриминатора схемы АПЧ является преобразо вание отклонения частоты от номинального *) значения в напряже ние, пропорциональное этому отклонению. Такие дискриминаторы называются частотными. Основной характеристикой частотного ди скриминатора является его частотная характеристика, то есть зави симость выходного напряжения « чд от частотного рассогласования Д/ = / пр — /пр.ном • Типичный вид частотной характеристики пока- • зан на рис. 7-22. Рабочим участком дискриминатора является поло са частот между экстремумами кривой. Эффективность дискрими натора характеризуют коэффициентом передачи, численно равным крутизне кривой в точке Л/ = О
В настоящее время известно большое число схем частотных дис криминаторов [38, 39, 32]. Остановимся лишь на двух из них; на схе ме с расстроенными контурами и на схеме с фазовым детектиро ванием. Эти схемы нашли наибольшее применение на практике. Подробный анализ их работы можно найти в специальной литера туре [38, 29], поэтому ограничимся только кратким пояснением принципа действия схем и сводкой конечных результатов их ана лиза.
*)' В специальной литературе частоту, от которой отсчитывается расстройка,' называют переходной.
Принципиальная схема частотного дискриминатора на расст роенных контурах изображена на рис. 7-23.
Ci
На лампе Л Хсобран входной каскад дискриминатора. Обычно этот каскад совмещается с выходным каскадом УПЧ приемного ка нала или схемы АПЧ. Контур L0C0 настроен на номинальное значе ние промежуточной частоты /пр.ном. Резонансные частоты контурор L XCXи Ь2С2 разнесены симметрично относительно / пр.ном на величи ну ± Д /Р(рис. 7-24). Если напряжение радиоимпульсов промежуточ
ной частоты на контуре Ь0С0 имеет частоту /п р .н о м , то напряжения
|
|
|
на контурах ЬХСХи L2C2 равны. |
Соответственно равны и напряже |
ния на диодах Д\ |
и Д2 и выпрямленные напряжения на нагрузках |
диодов R a, и Д а , . |
И так как выходное напряжение ичд в данной |
схеме равно половине разности |
выпрямленных напряжений, то в |
рассматриваемом случае оно равно нулю. При отклонении частоты
входных радиоимпульсов от / пр.Ном указанные равенства нарушают ся и на выходе возникают видеоимпульсы, амплитуда и полярность которых зависят от величины и знака отклонения. Амплитуда ви деоимпульсов при частотном отклонении определяется форму лой [38, 39]
|
Ичд = - т г £ / т п р 5 К д / ? э Ф (а ), |
(7 - 1 5 5 ) |
где |
77и,цр— амплитуда радиоимпульсов на входе дискрими |
|
натора; |
|
|
S — крутизна характеристики лампы Ли |
|
|
Кл — коэффициент передачи напряжения диодов; |
Я8 = |
г 3 -------- эквивалентное сопротивление контуров диодов; |
|
пр.аом |
|
Q — добротность контуров диодов.
Функция ф(а) в (7-155) есть частотная характеристика дискри минатора в обобщенных координатах
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
( 7 - 1 5 6 ) |
|
V i + (« р - |
« ) 2 |
V I + |
( « р + « ) а ' |
|
. = |
2 4 Л |
- Q ; |
( 7 - 1 5 7 ) |
|
р |
Jfпр.ном |
|
|
|
о = |
2 Д / |
■ Q . |
( 7 - 1 5 8 ) |
|
J пр.ном |
|
|
|
|
Параметр а |
носит название |
обобщенной |
расстройки. Анализ |
функции ^(а) |
показывает, что ее экстремумы имеют место при |
а = ар.
Следовательно, рабочая полоса частот дискриминатора равна частотной расстройке контуров диодов
2 Д / д = 2 Д / Р. |
( 7 - 1 5 9 ) |
Определим коэффициент передачи дискриминатора
|
Кч |
|
du4 |
— £7тпрЗДэЯд |
, |
Q |
dty |
( 7 - 1 6 0 ) |
|
|
d \ f |
|
|
|
|
д/= 0 |
|
J пр-ном do. |
0=0 |
|
Вычислим |
производную |
d’b |
и |
выразим |
Яэ и Q через |
|
do о=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Д / д И И р; |
|
|
|
2о„ |
|
|
|
|
|
|
|
do о=0 |
|
|
|
|
|
|
|
V ( l + « o 2) 3 |
|
|
|
|
Яэ |
2тс (2 Д /д ) С * Q |
^ Р |
/пр.н |
|
|
|
|
2 Д /д |
|
|
тогда
Кч |
Цщ пр S K n |
______ а р3 |
|
|
|
|
(7-161) |
* (2Д/д)2 С |
V (1 + а р2)э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При заданных / пр.Ном и 2Д/д |
максимальное значение |
|
до |
стигается при ар |
(Q |
5) |
7/ 5АГл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кя |
___ ^шпр1 |
|
|
|
|
(7-162) |
|
|
^(2Д/д)2С ‘ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На рис. 7-25 показан |
|
|
|
график |
|
зависимости |
Y =' |
|
|
|
/СчД |
|
|
т т |
|
|
|
|
|
= —77------от ар. Из него сле- |
|
|
|
А ч д |
шах |
|
данного |
дис |
|
|
|
дует, что для |
|
|
|
криминатора увеличение до |
|
|
|
бротности |
контуров |
диодов |
|
|
|
целесообразно |
|
только |
до |
|
|
|
значений |
ар = |
2 -г- 3, |
то есть |
|
|
|
Q = |
(2 -г 3) |
Упр.НОМ |
' |
|
|
|
|
|
|
|
2Д/д |
|
|
|
|
|
|
|
|
(7-163) |
Такой добротности соответствует практически наибольший Кч> равный
^ = ( 0 . 7 5 ^ 0 . 8 ) ^ ; ^ - . |
(7-164) |
Принципиальная схема частотного дискриминатора с фазовым детектированием показана • на рис. 7-26. В этой схеме контура L^CiRi и L2C2R2 настраиваются на номинальную промежуточную частоту / п р .н о и - Напряжение на диоде Д\ складывается из напряже-
ния на контуре L\C\R\ и напряжения на верхней половине индук тивности Ь2. Напряжение на диоде Д2— из того же напряжения на
контуре |
и напряжения на нижней половине |
индуктивности |
Ь 2. При частоте входных радиоимпульсов, равной / |
Пр.Ном, напряже |
ние на Ь2 сдвинуто на 90° по фазе относительно напряжения на кон туре L\CiRu а напряжения на верхней и нижней половинах индук тивности Ь2 находятся в противофазе. Следовательно, напряжения на диодах и выпрямленные напряжения на нагрузках диодов равны. Выходное напряжение дискриминатора, как и в предыдущей схеме, есть полуразность напряжений на нагрузках диодов, поэтому в дан ном случае оно равно нулю.
При отклонении частоты радиоимпульсов от номинальной сдвиг фаз между напряжением на контуре и напряжением на L2 отличается от 90°. Его величина определяется величиной частотного рассогласования А/, а направление — направлением отклонения ча стоты. При этом равенство напряжений на диодах нарушается. В результате на выходе схемы возникают видеоимпульсы с амплиту дой и полярностью, зависящими от величины и стороны частотного рассогласования.
Амплитуда видеоимпульсов на выходе этой схемы определяется формулой, аналогичной (7-155),
Ичд= -у ^ m n p S R s K A ( о с ) . |
(7-165) |
Здесь величины имеют то же значение, что и ранее, а частотная характеристика дискриминатора в обобщенных координатах ф (а) равна
/ 4 + |
(Р + 2 а )2 + Т/4 + |
(|3 - 2 а )2 |
/ |
2 |
(1 + |
а2 — р2)2 + |
( 7 - 1 6 6 ) |
4Ра |
где р = kQ —- параметр |
|
связи |
контура |
(& = ^----коэффициент |
связи).
Функция (7-166) имеет экстремумы при а = р. Следовательно, рабочая полоса частот дискриминатора равна:
- ?2 А /д |
Q = A Q ; |
|
J пр.ном |
|
|
2 Д / д = |
£ / пр.ном. |
( 7 - 1 6 7 ) |
Найдем выражение для коэффициента передачи дискриминато ра. Так как
cfd» |
2Р |
^ |
а=0 ~ (1 + Р) / 4 T V ’ |
|
то по аналогии с (7-161) получим |
|
|
|
Л'чл = |
ЦппрЗКд |
Р2 |
(7-168) |
|
л (2Д/д)2 С (1 + Ра) / 4 + р а |
|
|
|
|
Как видно, при заданном значении 2Д/д коэффициент |
/Счд яв |
|
ляется функцией параметра (3=/еQ. Но фиксированному значению |
2Д/д соответствует определенное значение k. Следовательно, /Счд есть функция только добротности контуров. Максимальное значе
ние /Счд достигается при р |
°о (Q -*■ оо) и равно |
|
Кя |
|
77mnpS/Сд |
(7-169) |
|
: я (2Д/д)2 С ' |
|
|
|
График зависимости |
у= |
„ Кчл |
от р показан на рис. 7-25. |
Из рисунка видно, что для |
Ачд max |
рост у резко замедляется, |
(3-4 4) |
поэтому увеличение Q целесообразно до значений |
|
Q — (3 4- 4) /пр-ч |
|
(7-170) |
|
|
2Д/д |
|
При этом практически |
наибольший |
коэффициент “ передачи в |
данной схеме равен |
|
|
|
|
7СЧД= (0,75 - |
77,п пр^ |
д |
(7-171) |
тг (2Д/д)2 С ‘ |
При расчете дискриминатора заданными величинами являются Кчд и 2Д/д. Требуемый коэффициент передачи определяется из ана лиза системы АПЧ как замкнутой системы регулирования. Требуе мая полоса частот 2Д/д дискриминатора выбирается с учетом шири ны спектра входных импульсов (их длительности). Как показывают исследования [38, 29, 39], для нормальной работы дискриминатора на расстроенных контурах должно быть обеспечено условие
_/пр.НОМХн |
> 0,48. |
(7-172) |
|
Q
Для нормальной работы дискриминатора с фазовым детектиро ванием
,/пр.номТц > 1,5. |
(7-173) |
Q |
|
Эти формулы позволяют выбрать требуемую добротность конту ров, а формулы (7-163) и (7-170) — требуемую полосу частот дис криминатора. Целью расчета дискриминатора является определение значений параметров схемы, при которых его коэффициент переда чи и полоса пропускания удовлетворяют заданным значениям.
Управляющий элемент или управляющая схема АПЧ служит для преобразования видеоимпульсов частотного дискриминатора в постоянное напряжение, воздействующее на отражательный элек трод клистрона. В отсутствии видеоимпульсов, когда частотная рас стройка выходит за пределы характеристики дискриминатора, уп равляющая схема обеспечивает автоматический поиск частоты сиг налов путем циклического изменения частоты клистрона в широких пределах.
Наиболее часто управляющая схема строится в диодно-ф'анта- стронном варианте*) (рис. 7-27). Схема включает: видеоусилитель Л |, катодный повторитель Л2, пиковый детектор Д и фантастрон </73. Видеоимпульсы с выхода частотного дискриминатора с ампли тудой и полярностью, зависящими от расстройки промежуточной частоты сигнала относительно номинальной, после усиления на Л х через катодный повторитель Л2 подаются на пиковый детектор. Де тектор состоит из диода Д, конденсатора С и нагрузочного сопро тивления/?. Он реагирует только на импульсы положительной по лярности.
Заряд конденсатора С положительными импульсами происхо дит через внутреннее сопротивление открытого диода. Постоянная времени цепи заряда ничтожно мала, так что за время действия импульсаконденсатор С заряжается почти до амплитудного зна чения импульса. По окончании импульса конденсатор С разря жается через сопротивление R. Постоянная времени цепи разря да выбирается много больше периода повторения импульсов, по этому за время между импульсами конденсатор успевает разря диться на небольшую величину. Очередной импульс вновь заряжает его до амплитудного значения. Таким образом, на нагрузке детек-
*)) Известны и другие варианты управляющих схем [38, 39, 29]. Однако они имеют худшие характеристики и используются на практике значительно реже.
тора выделяется напряжение отрицательной полярности, величина постоянной составляющей которого пропорциональна амплитуде положительных входных импульсов (рис. 7-28). Это напряжение уп равляет работой фантастрона Л3 в режиме подстройки частоты.
Фантастрон в режиме поиска (в отсутствии напряжения на вы ходе детектора) работает как генератор линейнопадающего (пило образного) напряжения, в режиме подстройки частоты — как уси литель постоянного тока. Принцип работы фантастрона широко из вестен. Поэтому, не останавливаясь на нем отдельно, перейдем к рассмотрению основных процессов в схеме АПЧ в целом. Времен ные диаграммы, отражающие эти процессы, показаны на рис. 7-29. Участок до t3 соответствует режиму поиска схемы, участок от h до t6— режиму подстройки частоты.
Как известно, характер изменения выходного (анодного) напря жения фантастрона определяется характером заряда и разряда конденсатора С0, который, в свою очередь, определяется электриче скими параметрами каскада. В момент подачи питания на схему
АПЧ лампа Л3 закрыта по |
анодному току |
и конденсатор С0 на |
чинает быстро заряжаться |
через R 3, Re, R ■ |
Заряд продолжается, |
пока напряжение на аноде Л3 не достигнет значения, при котором лампа открывается. С этого момента начинается медленный разряд конденсатора через лампу Л3 и сопротивления Re и R. Процессу разряда соответствует линейнопадающий участок анодного напря жения иа (на рис. 7-29,б). Разряд С0 длится до момента когда анодное напряжение падает до некоторого значения, при котором лампа Л3 запирается и цикл повторяется.
Анодной нагрузкой фантастрона является отражатель клистро на (рис. 7-27), и напряжение на нем меняется так же, как и на ано де Л3. Частота же генерации клистрона определяется потенциалом
