Точность и помехоустойчивость систем радиоавтоматики. Устройства радиоавтоматики, страница 16

            Постоянные времени коррекции и коэффициент  подбираются так, чтобы частота  располагалась на участке с наклоном -6 дБ на октаву (непрерывная кривая на рис.4.18). Если цепь коррекции убрать, то получится характеристика с крутизной -12 дБ на октаву в области частоты среза и малым запасом устойчивости. Эта характеристика показана на рис. штриховой линией.

4.5. Автоподстройка частоты

В радиотехнических системах широко применяются системы автоподстройки частоты для устранения сдвига несущей частоты принимаемого сигнала, вызванного доплеровским эффектом и нестабильностью частоты задающих генераторов.

Слежение за доплеровским сдвигом частоты в радиолокационных системах используется для селекции движущихся целей. В радионавигационных системах оценка доплеровской частоты применяется для определения вектора скорости объекта. В системах цифровой связи с фазовой модуляцией прием сообщений невозможен без предварительной подстройки частоты и фазы сигнала. Системы автоподстройки также широко используются в синтезаторах и стандартах частоты.

Существуют системы автоподстройки частоты (АПЧ) и системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Достоинство системы ФАПЧ заключается в отсутствии ошибки по частоте, однако система ФАПЧ имеет малую полосу захвата, то есть такая система не работает при большой начальной расстройке частоты. Поэтому очень часто системы АПЧ и ФАПЧ используются совместно. Сначала выполняется подстройка частоты с помощью системы АПЧ, а при малой расстройке включается система ФАПЧ.

Рассмотрим устройство аналоговой системы АПЧ. Принимаемый сигнал с частотой  поступает на первый вход преобразователя частоты (рис. 4.19). На второй вход преобразователя подается напряжение управляемого генератора с частотой . На выходе преобразователя должен формироваться сигнал разностной (промежуточной) частоты, однако его частота из-за доплеровского ухода и нестабильности частоты отличается от номинальной промежуточной частоты.  Отклонение частоты выделяется частотным детектором, который при аналоговой обработке сигналов строится с использованием колебательных контуров. Сигнал ошибки с выхода детектора поступает на сглаживающую цепь и затем на управляемый генератор. Подобное устройство АПЧ рассчитано на обработку одного радиосигнала и требует применения большого количества навесных деталей – контуров, микросхем и т.д. При слежении за частотой многих сигналов применяются цифровые системы, реализуемые программным путем внутри большой интегральной схемы без применения внешних деталей.

Рассмотрим способ построения цифрового частотного детектора. Используем векторное представление радиосигнала  (рис. 4.20 а).

,                                (4.24)

где фаза ;  – круговая частота.

Комплексный сигнал  в цифровых приемных устройствах формируется в квадратурном детекторе, содержащем умножители и фильтры низких частот (рис. 4.20 б). Если на вход квадратурного детектора поступает напряжение  с частотой , содержащее сдвиг частоты  ()

,

 то на выходах умножителей формируются сигналы

 и

.                   (4.25)

          Напряжения на выходах фильтров нижних частот, задерживающих высокочастотные составляющие, равно

 и .                                  (4.26)

          При аналоговой реализации квадратурного детектора напряжения  и  затем подвергаются аналого-цифровому преобразованию. При цифровой реализации аналого-цифровой преобразователь располагается до квадратурного детектора.

          Определим частоту  путем дифференцирования фазы  .

 .                         (4.27)

          При цифровой обработке используется дискретное время , и вычисление производных заменяется приближенными выражениями

 и ,

где  – интервал временной дискретизации.

          Тогда из выражения (4.27) получим

,                                     (4.28)

где .

          Если в приемном устройстве амплитуда сигнала поддерживается постоянной с помощью автоматической регулировки усиления, множитель  является постоянной величиной. Тогда схема частотного детектора содержит только элементы задержки на 1 такт времени, умножители и сумматор (рис. 4.21).