Частотно-фазовая автоматическая подстройка частоты в тракте формирования и генерации радиопередающего устройства и способы ее реализаци

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«»

 

 

Кафедра телекоммуникации

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

по  дисциплине       «Устройства приема и передачи сигналов» 

^{(наименование учебной  дисциплины)}

на  тему  «Частотно-фазовая автоматическая подстройка частоты в тракте формирования и генерации радиопередающего устройства и способы ее реализации»

 

Специальность (направление подготовки)                           210406.65

  ^{(код, наименование)}

________Сети связи и системы коммутации______________

 

Автор работы                                 .                                   _________________

^{(инициалы, фамилия)                                                                       (подпись, дата)}

Группа                            

 

Руководитель  работы                                  ___________________

              ^{(инициалы, фамилия)                                                          (подпись, дата)}

Работа защищена       ________________________

                          ^(дата)             

Оценка     ________________

 

Председатель  комиссии  _____________________     ____________________

     (подпись, дата)                                                       (инициалы, фамилия)

 

Члены комиссии _____________________    _______________________________

                             ^{(подпись, дата)                                                     (инициалы, фамилия)}

_____________________   _______________________________

                             ^{(подпись, дата)                                                     (инициалы, фамилия)}

_____________________   _______________________________

                             ^{(подпись, дата)                                                     (инициалы, фамилия)}

 

 

Курск 2013

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Юго-Западный государственный университет»

 

Кафедра Телекоммуникации

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ (ПРОЕКТ)

 

Студент    .              шифр                    группа 

                         (фамилия, инициалы)

1.Тема: «Частотно-фазовая автоматическая подстройка частоты в тракте формирования и генерации радиопередающего устройства и способы ее реализации»

__________________________________________________________________

2. Срок  представления работы (проекта) к  защите «__» _________  2013 г.

3. Исходные  данные (для проектирования, для  научного исследования):

__________________________________________________________________

 

4. Содержание  пояснительной записки курсовой  работы (проекта):

4.1способы формирования несущей частоты излучения РПдУ, их достоинства и недостатки;

4.2 структурные  элементы РПдУ, формирующие несущую  частоту излучения и их место  в общей структурной схеме  РПдУ;

4.3точность формирования несущей частоты излучения РПдУ и способы ее повышения;

4.4 способы автоматической подстройкой несущей частоты радиоизлучения в РПдУ, их достоинства и недостатки;

4.5частотно-фазовая автоматическая подстройка частоты в тракте фор-мирования и генерации радиопередающего устройства, ее преимущества перед отдельной частотной и отдельной фазовой автоматической подстройкой частоты и способы реализации;

5. Перечень  графического материала (если предусмотрено заданием): 

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

 

Руководитель  работы (проекта) _____________                                                                                            (подпись, дата)      (инициалы, фамилия)

Задание принял к исполнению ____________________________

(подпись, дата)

 

Содержание

 

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1. Структурная схема радиопередатчика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2. Генератор сигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    2.1 Генераторы электрических колебаний.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    2.2 Генераторы гармонических колебаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

    2.3 Устойчивость генераторов. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

    2.4 Генератор Мейснера на каскаде с общей базой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

3. Точность формирования несущей частоты излучения РПдУ и способы ее

    повышения  . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

4. Автоматическая  подстройка частоты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5. Частотная  автоподстройка частоты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

    5.1 Фазовая автоподстройка частоты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6. Частотно-фазовая автоматическая подстройка частоты. . . . . . . . . . . . . . . . 33

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

Список использованной литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

 

Введение

 

 

При передаче цифровой информации особое внимание уделяется вопросам синхронизации. В частности при использовании PSK сигналов требуется производить  различение передаваемых символов по фазе. Но опорные генераторы на передающей и приемной стороне не могут быть когерентны, поэтому прибегают с  следящим контурам (петлям), позволяющим  производить подстройку генераторов  опорных сигналов для когерентной  демодуляции.

  Такие следящие системы называют контурами фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ) — система автоматического регулирования, подстраивающая частоту управляемого генератора так, чтобы она была равна частоте опорного сигнала. Регулировка осуществляется благодаря наличию отрицательной обратной связи. Выходной сигнал управляемого генератора сравнивается на фазовом детекторе с опорным сигналом, результат сравнения используется для подстройки управляемого генератора. Система ФАПЧ используется для частотной модуляции и демодуляции, умножения и преобразования частоты, частотной фильтрации, выделения опорного колебания для когерентного детектирования и в других целях.

 

 

1. Структурная схема радиопередатчика

 

Радиопередатчиком называется радиотехническое устройство,

преобразующее первичные  электрические сигналы в радиосигналы

определённой мощности, необходимой  для обеспечения радиосвязи на

заданном расстоянии с  требуемой надёжностью.

В радиопередающее устройство, кроме радиопередатчика, входит и

антенно-фидерное устройство.

Структурная схема радиопередатчика представлена на рис. 1

 

 

 

Рисунок 1 –  Структурная схема радиопередатчика

 

Радиопередатчик включает следующие  узлы:

Возбудитель, предназначенный  для преобразования первичных

электрических сигналов в  радиосигналы, формирование сетки

высокостабильных частот с заданным интервалом между соседними  частотами,

с помощью которых осуществляется перенос сформированных радиосигналов

непосредственно на рабочую  частоту в заданном диапазоне.

Генерирование высокостабильных первичных  колебаний осуществляется в спец. устройствах - возбудителях Р. у. Иногда (напр., при ЧМ) формирование радиосигналов  производится сразу путём модуляции  первичных колебаний. В качестве простых возбудителей используются автогенераторы натранзисторах, лавинно-пролётных диодах и т. д. Поскольку частота автоколебаний, близкая к собств. частоте колебательной системы, зависит от режима работы активного элемента, принимаются жёсткие меры по защите всех элементов автогенератора от влияния дестабилизирующих факторов. Мин. достижимый уровень нестабильности частоты автогенератора ограничен шумами, т. е. естеств. флуктуациями фазы и амплитуды автоколебаний (см. Стабилизация частоты). В совр. Р. у. с быстрой электронной перестройкой в широком диапазоне рабочих частот в качестве возбудителей колебаний используются синтезаторы частот - устройства, генерирующие множество высокостабильных колебаний на дискретных частотах, синтезируемых из колебаний одного прецизионного кварцевого генератора иликвантового стандарта частоты. Схемы синтезаторов строятся с использованием систем автоподстройки частоты и фазовой синхронизации колебаний. 

Для ослабления влияния последующих  каскадов на режим работы возбудителей колебаний в схемы Р. у. включаются т. н. буферные усилители, потребляющие мин. мощность сигнала от автогенератора. Часто в тех же целях прибегают  к умножению частоты задающего  генератора, что одноврем. повышает устойчивость работы Р. у. в целом. В  качестве нелинейных элементов в  каскадах умножения частоты используют ВЧ-тран-зисторы, пролётные клистроны и др. активные приборы. В диапазоне СВЧ находят применение полупроводниковые диоды (варикапы).

 

 

 

 

 

2. Генератор сигналов 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Блок схема  генератора сигналов

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра). Различают несколько типов генераторов сигналов:

 

 

 

2.1 Генераторы  электрических колебаний

• По форме выходного сигнала:
• Синусоидальных, гармонических колебаний (сигналов) (генератор Мейснера, генератор Хартли (индуктивная трёхточка), генератор Колпитца(ёмкостная трёхточка) и др.)^[1]
• Прямоугольных импульсов — мультивибраторы, тактовые генераторы
• Функциональный генератор — прямоугольных, треугольных и синусоидальных импульсов
• Генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН)
• Генератор шума

Существуют  также генераторы более сложных  сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

• По частотному диапазону:
• Низкочастотные
• Высокочастотные
• По принципу работы:
• Стабилизированные кварцевым резонатором — Генератор Пирса
• Блокинг-генераторы
• LC-генераторы
• RC-генераторы^[2][3]
• Генераторы на туннельных диодах
• По назначению:
• Генератор тактовых импульсов

Большинство генераторов являются преобразователями  постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных  усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

2.2 Генераторы гармонических  колебаний 

 

   Генератор (производитель)  гармонических колебаний представляет  собой усилитель с положительной обратной связью. Усилитель с отрицательной обратной связью является дискриминатором (подавителем, активным фильтром). Усилитель генератора может быть как однокаскадным, так и многокаскадным.

Цепи положительной обратной связи  выполняют две функции: сдвиг  сигнала по фазе для получения  петлевого сдвига близкого к n*2π  и фильтра, пропускающего нужную частоту. Функции сдвига фазы и фильтра могут быть распределены на две составные части генератора — на усилитель и на цепи положительной обратной связи или целиком возложены на цепи положительной обратной связи. В цепи положительной обратной связи могут стоять усилители.

 

 

Рисунок 2.2 – Типовой график зависимости амплитуды выходного сигнала генератора от частоты

 

Необходимыми условиями для  возникновения гармонических незатухающих колебаний являются: 
1. петлевой сдвиг фазы равный n*360°±90°, 
2. петлевое усиление >1, 
3. рабочая точка усилительного каскада в середине диапазона входных значений. 
Необходимость третьего условия. 
Петлевой сдвиг фазы и в триггере и в генераторе равен около 360°. Петлевое усиление в триггере почти вдвое больше, чем в генераторе, но триггер не генерирует, так как рабочие точки каскадов в триггере смещены на края диапазона входных значений и эти состояния в триггере устойчивы, а состояние со средней величиной входных значений — неустойчиво. Такой характеристикой обладает компаратор. 
В гармоническом генераторе среднее состояние устойчивое, а отклонения от среднего состояния неустойчивые.

 

2.3 Устойчивость генераторов.

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного  каскада по постоянному току и  устойчивость генератора по переменному  току.