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

Уравнение системы  ЧФАПЧ записывается следующим образом:

  (6.1)

Здесь K₁(p) и К₂(р) - операторные коэффициенты передачи фильтров нижних частот, через которые передаются сигналы фазового и частотного детекторов соответственно, Ω₂ - максимальное отклонение частоты, вносимое ветвью частотной подстройки, F₁ и F₂ - нелинейные нормированные характеристики фазового и частотного детекторов соответственно, Ω_н - значение начальной расстройки с учетом действия системы ЧАП.

В простейшем случае положим K₂(p) = 1, K₁(p) = (1 + Тр)^-1, ,  тогда уравнение системы принимает вид:

  (6.2)

Это уравнение  совпадает с уравнением обычной  системы ФАПЧ при использовании  в ней интегрирующего фильтра  с эквивалентной постоянной времени, полосой удержания и начальной  расстройкой, уменьшенными в  раз. Поэтому для расчета полосы захвата, переходных процессов, передаточной функции и т. д. справедливы формулы, полученные для обычной системы ФАПЧ. В частности, полоса захвата при больших значениях определяется выражением:

,   (6.3)

что свидетельствует об увеличении полосы захвата

Рассмотрим  теперь динамику системы при K₁(p) = K₂(p)= 1/(1+Tp). В этом случае уравнение(6.1) принимает вид:

     (6.4)

    (6.5)

Здесь , , .Параметры γ_н и ε считаются малыми. Тогда можно применить принцип усреднения. Введем функцию:

    (6.6)

характеризующую запас энергии  в соответствующей порождающей  консервативной системе (ε = γ_н= γ₂= 0)- Производная от V по τ в соответствии с уравнениями (6.4) и (6.5):

    (6.7)

Отыскание полосы захвата рассматриваемой системы  связано с определением условий, при которых в области V> 0 отсутствуют стационарные точки уравнения (6.3), Граничные условия при V = 2 выражаются как:

.  (6.8)

 

Интересно отметить, что полоса захвата в такой  системе зависит от знака х, что  объясняется асимметрией характеристики f(x) частотного детектора. Очевидно, что  при нечетной характеристике частотного детектора формула для полосы захвата упрощается:

,    (6.9)

В некоторых  случаях характеристику частотного детектора удобно представить следующим  рядом:

.  (6.10)

Очевидно, что  при и полоса захвата в системе ЧФАПЧ больше, чем в системе ЧАПЧ и ФАПЧ.

На рис. 6.1а [1967, 31] показаны зависимости полосы захвата от параметров системы для двух характеристик и

 

 

Рисунок 6.1 –  Зависимость полосы захвата частотно-фазовой  системы автоподстройки частоты  от параметров фильтра 

Рисунок 6.2 – Зависимость полосы захвата частотно-фазовой системы автоподстройки частоты от параметров фильтра

Проанализируем  систему  ЧФАПЧ с синусоидальной характеристикой фазового детектора, одинаковыми интегрирующими фильтрами  после фазового и частотного детекторов и характеристикой последнего вида:

,    (6.11)

В результате качественного анализа и численных  расчетов ЭВМ получены зависимости  полосы захвата от параметров системы, показанные на рисунок 6.2. Эти зависимости подтверждают сделанный ранее вывод о расширении полосы захвата в системе ЧФАПЧ по сравнению с полосой захвата системы ФАПЧ. Проанализируем  систему ЧФАПЧ при значительном различии постоянных времени интегрирующих фильтров. В частном случае малой постоянной времени фильтра, включенного на выходе фазового детектора, было установлено равенство полосы захвата полосе удержания. Итак, дополнительное регулирование по частотной ошибке увеличивает (при правильно выбранных параметрах) полосу захвата системы.

Для оценки фильтрующей  способности системы можно воспользоваться  передаточной функцией ее линеаризованной  модели:

  (6.12)

где  - крутизна характеристики частотного дискриминатора при нулевой частотной ошибке.

Сравнивая это  выражение с передаточной функцией  системы ФАПЧ с дополнительным фазовым  модулятором в цепи обратной связи, видим, что при соответствующем  выборе параметров они могут быть равными. При этом, если частотный  детектор линеен, то и полосы захвата  в обеих системах оказываются  почти одинаковыми. Следовательно, в системе ЧФАПЧ при слабых флуктуациях разрешается противоречие между полосой захвата и шумовой.

При рассмотрении системы  ЧФАПЧ с одинаковыми  RС-фильтрами в частотной и фазовой петлях автоподстройки  при больших флуктуационных шумах, установлено, что при этом в системе ЧФАПЧ дисперсия частотной ошибки больше, чем в системе ФАПЧ с такой же полосой захвата. При малых же флуктуациях система ЧФАПЧ имеет меньшую дисперсию частотной ошибки, чем система ФАПЧ.

Реальные  системы ЧФАПЧ могут иметь  различные модификации. На рисунке 6.3  показана структурная схема  системы ЧФАПЧ. Особенность этой системы состоит в том, что  частотный и фазовый детекторы  работают на промежуточной частоте. Преобразование частоты осуществляется с помощью от дельного смесителя  СМ. При этом опорный сигнал для  фазового детектора образуется с  помощью специального опорного генератора ОГ.

Рисунок 6.3 –  Структурная схема системы ФАПЧ, работающей на промежуточной частоте

 

 

Заключение

В курсовой работе были рассмотрены: способы формирования несущей частоты излучения РПдУ, их достоинства и недостатки, структурные элементы РПдУ, формирующие несущую частоту излучения, точность формирования несущей частоты. Можно указать три известных метода стабилизации частоты:

а) параметрический;

б) при помощи электромеханических колебательных систем;

в) с автоматической подстройкой.

Система автоматической подстройки частоты  основана на принципе автоматического  регулирования, широко применяющемся  в различных областях техники. Способами автоматической подстройкой несущей частоты радиоизлучения в РПдУ являются ЧАП и ФАП. По сравнению с частотной АПЧ фазовая АПЧ более чувствительна, т.к. реагирует даже на самое малое расхождение частот. Для обеспечения большой полосы схватывания и высокой точности  следует применять комбинированные схемы ЧАП - ФАП. Сущность метода частотно-фазовой автоматической подстройки частоты в тракте формирования и генерации радиопередающего устройства состоит в том, что частотный детектор измеряет мгновенную частотную ошибку и вводит такое воздействие на частоту подстраиваемого генератора, которое при правильном конструировании уменьшает эту ошибку. Очевидно, это облегчает условия работы кольца ФАПЧ.

 

 

 

Список литературы

1. Автоматическая        подстройка     частоты         М.Р.Капланов 1956 г.
2. Приёмо-передающие радиоустройства и системы связи А. С. Садомовский.
3. Сиверс А.П. Проектирование радиоприемных устройств, М., Радио и связь, 2006.
4. http://ru.wikipedia.org/
5. http://window.edu.ru /