§ 10.4. Использование

системы ФАПЧ

в задачах радиоприема

Система ФАПЧ широко используется в суиергетеродинных приемниках для стабилизации частоты преобразованного сигнала ^юп |©_с (=F) ю._г| при изменениях частоты входного сигнала со_с или гетеродина «о,, из-за дестабилизирующих факторов. В результате реализуется' более узкая полоса пропуска-пня линейной части приемника, что имеет особо важное значение при высоких требованиях к чувствительности приемников лиана юна СВЧ.

Структурная схема приемника с системой ФАПЧ для этого случая приведена на рис. 10.12. На один вход ФД подводится выходной сигнал с УПЧ на преобразованной частоте to,,, а на второй вход — сигнал от эталонного гетеродина (ЭГ), имеющего частоту «эр, равную номинальному значению преобразованной частоты о)_п0. На выходе ФД вырабатывается сигнал ошибки в канале управления гетеродина Г, состоящем из фильтра нижних частот ФНЧ, усилителя постоянного тока УПТ и управляющего элемента УЭ для регулирования частоты гетеродина.

Назначение ФНЧ было обсуждено в § 10.1, 10.2, а УПТ служит для согласования максимального управляющего напряжения с максимальным размахом управляемой реактивности УЭ. Управляемые элементы могут быть электронными и электронно-механическими. Первые выполняются на полупроводниковых управляемых емкостях — варикапах, реактивных транзисторах, полевых диодах и др. Вторые представляют собой малогабаритные электродвигатели, вращающие оси переменных конденсаторов или перемещающие сердечник индуктивности. Основные требования к УЭ линейность и необходимая крутизна Sv3 дсо_г/дыфд.

Гетеродин является по существу частотным модулятором. Единственное требование, предъявляемое к гетеродину в системе ФАПЧ,— строгая линейная зависимость отклонения частоты генератора от управляющего напряжения в заданной полосе частот.

Кроме стабилизации преобразованной частоты система ФАПЧ ис-

Рис. 10.13

пользуется для стабилизации только частоты гетеродина (рис. 10.13). При этом контур управления замыкается через цепь Г — ФД. Система ФАПЧ осуществляет подстройку частоты гетеродина Г под частоту эталонного генератора ЭГ. Сигнал ошибки при этом формируется в результате отклонения частоты гетеродина от частоты ЭГ. Очевидно, если эту систему применить для стабилизации преобразованной частоты, т. е. включить выход гетеродина Г на вход смесителя, то нестабильности частоты входного сигнала не будут компенсироваться.

Систему, изображенную на рис. 10.13, можно преобразовать в следящий фильтр, если на ФД вместо сигнала эталонного генератора подать входной сигнал с частотой ы_с. Тогда управляющее напряжение, формируемое ФД, будет определяться разностью частот входного сигнала co_t. и гетеродина со_г. Под воздействием этого напряжения частота гетеродина изменяется в соответствии с изменением частоты входного сигнала и система ФАПЧ обеспечивает слежение за этой частотой.

Если начальная расстройка по частоте А₀ входного сигнала и гете-

родина намного больше полосы захвата АИ₃ системы ФАПЧ, то для построения следящего фильтра целесообразно применить комбинацию параллельного соединения двух систем: ЧАПЧ и ФАПЧ (рис. 10.14).

Широкополосная система ЧАПЧ, использующая широкополосный фильтр (ШФ) и ЧД в качестве чувствительного элемента, обеспечивает необходимую полосу захвата сигнала и осуществляет слежение за частотой входного сигнала с некоторой ошибкой. Максимальная ошибка, слежения системы ЧАПЧ должна находиться в пределах полосы удержания AQ_y системы ФАПЧ. Как только частота гетеродина подстроится настолько близко к частоте сигнала, пропускаемого узкополосным фильтром (УФ), что сигнал ошибки войдет в полосу захвата системы ФАПЧ, последняя начнет функционировать. Гетеродин при работающей системе ФАПЧ точно следит за медленно изменяющейся частотой входного сигнала.

Узкая шумовая полоса системы ФАПЧ, достигающая десятков и даже единиц герц, позволяет получить большое отношение сигнал/шум на выходе. Однако для этого требуется, чтобы в момент включения системы ФАПЧ широкополосная система ЧАПЧ отключалась и вновь включалась только при поиске сигнала или его потере системой ФАПЧ.

Подобные комбинированные следящие фильтры широко применяют для измерения доплеровской частоты принятого сигнала, в устройствах формирования когерентных по частоте сигналов в оптимальных (квазиоптимальных) приемниках, каналах синхронизации радиотелеметрических систем, когерентных радиолиниях связи для получения опорного сигнала и в других приложениях.

В панорамных приемниках, обнаруживающих и оценивающих частоту принятого сигнала в широком диапазоне частот, система ФАПЧ может использоваться в устройствах автоматического поиска частоты

. Рис. 10.15

(рис. 10.15). Поисковое устройство (ПУ), представляющее собой генератор гармонических или пилообразных колебаний, подает напряжения на УЭ, изменяя частоту сигнала гетеродина Г, подаваемого на смеситель См, по соответствующим законам. На входе УПЧ выделяется напряжение преобразованной частоты со_п, подаваемое на ФД. Когда эта частота окажется близкой к частоте эталонного генератора, наступит режим захвата, система ФАПЧ будет следить за частотой входного сигнала и наступит режим следящего фильтра, при котором информация о частоте входного сигнала снимается с гетеродина.

Режим поиска и слежения следующий: во время поиска система ФАПЧ разомкнута и управляет поиском сигнала с выхода детектора Д, а в режиме слежения — система поиска (ПУ) отключается.

Использование системы ФАПЧ как устройства демодуляторов ФМ-ЧМ-и АМ-сигналов рассматривается в разд. 3.