Фильтр нижних частот отфильтровывает мешающие сигналы и высокочастотные составляющие шума, пропуская без искажений низкочастотную составляющую напряжения U(t) частотного дискриминатора, обусловленную медленным изменением частоты fп (вследствие нестабильностей частот передатчика и гетеродина, а также эффекта Доплера). Для повышения эффективности работы системы АПЧ в цепь обратной связи обычно включают усилитель постоянного тока.
Таким образом, система АПЧ обеспечивает постоянство промежуточной частоты (с точностью до ошибки, обусловленной шумом и инерционностью системы), компенсируя уход частоты из-за нестабильности и эффекта Доплера. Это позволяет использовать УПЧ с узкой полосой пропускания (равной ширине спектра сигнала), а, следовательно, существенно ослабить мешающее влияние шумов и таким образом повысить помехозащищенность приемника.
ЛЕКЦИЯ 3. ТЕМА 3: «СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ
ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ»
(продолжение)
Область применения систем АПЧ.
Функциональная и структурная схемы системы АПЧ.
Область применения систем ФАПЧ.
Применение системы АПЧ в качестве демодулятора ЧМ-сигналов имеет ту особенность, что полоса фильтра нижних частот в цепи обратной связи (рис. 3.1) выбирается таким образом, чтобы пропустить без искажений модулирующее колебание, выделенное дискриминатором (то есть частота среза ФНЧ fср>Fmax, где Fmax – верхняя граничная частота в спектре модулирующего колебания). Благодаря этому опорное колебание uг(t) оказывается промодулированным по частоте по тому же закону, что и принятый сигнал (отличается лишь фиксированным частотным сдвигом и тем, что индекс частотной модуляции несколько меньше, так как коэффициент передачи замкнутой системы меньше единицы). Преобразованный на промежуточную частоту сигнал представляет собой практически немодулированное колебание (точнее ЧМ-сигнал с малым индексом модуляции mчм@Dfcm/Fmax=1). Ширина спектра этого сигнала равна удвоенной ширине спектра Fmax модулирующего колебания. Поэтому полоса пропускания УПЧ может быть очень узкой (гораздо меньше, чем удвоенная девиация Dfcm). Это обеспечивает высокую помехозащищенность следящего демодулятора ЧМ-сигнала в отличие от обычного (неследящего) демодулятора (рис. 3.1), когда система АПЧ используется лишь для стабилизации промежуточной частоты (ФНЧ в цепи обратной связи узкополосный).
Применение системы АПЧ в качестве следящего фильтра доплеровского измерителя скорости описывается той же функциональной схемой (рис. 3.1). Выходом фильтра является выход подстраиваемого генератора. На вход смесителя поступает колебание доплеровской частоты Fд, пропорциональной скорости подвижного объекта (формируется этот сигнал путем смешивания ослабленного зондирующего сигнала и ответного сигнала, отраженного от поверхности Земли, с последующей фильтрацией). В силу того, что диапазон измеряемых скоростей может быть весьма велик, полоса пропускания фильтра на выходе приемника (фильтра доплеровских частот) не может быть выбрана малой (нижняя и верхняя границы полосы пропускания определяются соответственно минимальной и максимальной скоростью объекта). Следовательно, непосредственное измерение частоты Fд невозможно из-за низкой точности измерений вследствие малого отношения сигнал/шум.
Система АПЧ, как следящая система, обладает фильтрующей способностью по отношению к частоте Fд входного сигнала. Полоса пропускания такого фильтра может быть очень малой (вплоть до единиц Гц), благодаря чему на выходе формируется квазигармоническое колебание (с очень узким спектром), частота которого может быть измерена с высокой точностью (так как отношение сигнал/шум на выходе существенно больше, чем на входе).
При изменении частоты Fд (в пределах полосы захвата системы АПЧ) следящий фильтр автоматически настраивается на эту частоту. Это возможно, если полоса пропускания ФНЧ превышает ширину спектра частотных флуктуаций, обусловленных изменением скорости (этим и ограничивается возможность уменьшения полосы пропускания следящего фильтра). В стационарном режиме частота ПГ отличается от частоты Fд ровно на величину f0 (номинальное значение промежуточной частоты). Однако это не имеет принципиального значения, поскольку фиксированный сдвиг f0 может быть легко учтен (практически это осуществляется путем использования дополнительного смесителя, на один вход которого подается колебание с выхода ПГ, а на другой – опорное колебание частоты f0, формируемое отдельным гетеродином). Особенностью применения системы АПЧ в качестве следящего фильтра является также то, что частота Fд невелика (обычно не превышает единиц кГц), поэтому используется «верхняя» настройка ПГ, то есть промежуточная частота определяется как fп=fг–fс. Для выделения сигнала частоты Fд на выходе дополнительного смесителя устанавливается узкополосный фильтр, настроенный на разностную частоту fг–f0, равную Fд. Частота выходного колебания этого фильтра измеряется частотомером (шкала может быть проградуирована в единицах скорости).
Формирование ЧМ-сигналов с использованием системы АПЧ осуществляется той же схемой (рис. 3.1). Отличительной особенностью является лишь то, что в цепь обратной связи (после ФНЧ) включается сумматор, на другой вход которого подается модулирующее колебание. На вход смесителя подается колебание стабильной частоты (несущей), вырабатываемое специальным генератором (кварцевым). В отсутствие модулирующего колебания система работает так, как и в случае применения для стабилизации промежуточной частоты. Полоса ее пропускания должна быть достаточной для того, чтобы отследить медленные изменения частоты ПГ из-за различных дестабилизирующих факторов. Для того, чтобы следящая система не реагировала на модулирующее колебание, полоса ее пропускания должна быть меньше самой низкочастотной составляющей в спектре модулирующего колебания. В этом случае на выходе ПГ формируется ЧМ-сигнал со стабильной несущей (стабильность обусловлена применением кварцевого опорного генератора и работой системы АПЧ), закон модуляции которого полностью определяется модулирующим колебанием.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.