В отличие от системы ФАПЧ без фильтра нижних частот для системы с ФНЧ имеет место неравенство Dfз<Dfу. Объясняется это тем, что фильтр подавляет высокочастотные составляющие напряжения биений, так что управляющее напряжение не достигает значения Umax (как в отсутствие фильтра). Поэтому максимальное отклонение частоты генератора относительно значения fг0 (рис. 4.4) становится меньше. В режиме слежения управляющее напряжение постоянное (биения отсутствуют) и может достигать значения Umax (коэффициент передачи ФНЧ по постоянному току равен единице). Поэтому полоса удержания в такой системе больше полосы захвата.
Рис. 4.5
Рассмотрим примеры использования системы ФАПЧ. На рис. 4.6 приведена функциональная схема супергетеродинного приёмника, в котором система ФАПЧ осуществляет стабилизацию промежуточной частоты. Отличие её от типовой системы (рис. 4.1) заключается в том, что цепь обратной связи замыкается не через фазовый дискриминатор, а через смеситель. В качестве опорного сигнала для дискриминатора используется колебание кварцевого генератора с частотой, равной номинальному значению f0 промежуточной частоты. В установившемся режиме частота сигнала на выходе УПЧ поддерживается равной f0. Благодаря высокой стабильности частоты кварцевого генератора точность стабилизации промежуточной частоты с помощью системы ФАПЧ гораздо выше, чем в случае использования для этой цели системы АПЧ.
Дополнительное преимущество при использовании системы ФАПЧ – это возможность синхронного (когерентного) детектирования АМ-сигналов (в том числе импульсных). Дополнив схему фазовращателем на p/2 рад, компенсирующим фиксированный фазовый сдвиг, и ещё одним фазовым детектором, получаем когерентный демодулятор АМ-сигнала, отличающийся от обычного амплитудного детектора высокой помехоустойчивостью (сохраняет работоспособность при высоком уровне помех).
ЛЕКЦИЯ 4. ТЕМА 4: «СИСТЕМЫ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ»
(продолжение)
Область применения систем ФАПЧ.
Функциональная и структурная схемы системы ФАПЧ.
Системы слежения за задержкой (ССЗ), их назначение и область применения.
Следящий фильтр на базе системы ФАПЧ реализуется схемой, представленной на рис. 4.1 (возможен также вариант с преобразованием частоты и «верхней» настройкой гетеродина). Как и в случае применения для этой цели системы АПЧ, выходом фильтра является выход подстраиваемого генератора. Благодаря лучшей фильтрующей способности (достижимые значения полосы пропускания составляют доли Гц) следящий фильтр на основе системы ФАПЧ более эффективен по сравнению с фильтром на базе системы АПЧ (спектральная чистота выходного сигнала, а, следовательно, и точность измерения скорости выше).
Функциональная схема демодулятора фазоманипулированного (ФМ) сигнала представлена на рис. 4.7 (система Костаса).
Демодулятор имеет два квадратурных канала, отличающихся тем, что опорные колебания, подаваемые на дискриминаторы, сдвинуты по фазе на p/2 рад. Необходимость применения двух каналов обусловлена фазовой манипуляцией сигнала (в соответствии с передаваемым двоичным символом фаза посылки принимает значение 0 или p), в результате чего в спектре сигнала не содержится составляющей центральной (несущей) частоты. Обычная система ФАПЧ (одноканальная) в этих условиях оказывается неработоспособной (управляющее напряжение будет изменять свой знак в соответствии с законом фазовой модуляции).
Для того чтобы исключить зависимость управляющего напряжения от передаваемых данных (двоичных символов), в системе Костаса используется еще один фазовый детектор (перемножитель). Верхний канал демодулятора является синфазным, так как его входное напряжение равно A(t)cos j, где A(t) – двоичный (телеграфный) сигнал, принимающий значения 1 или –1. В стационарном режиме фазовая ошибка j << p и выходной сигнал демодулятора совпадает с передаваемым сообщением А(t). Восстановление двоичного сигнала, искаженного шумом, осуществляется решающим устройством (РУ). Моменты принятия решения относительно значения переданных символов определяется сигналом тактовой синхронизации (СТС).
Рис. 4.7
Нижний (квадратурный) канал формирует сигнал A(t)sin j. После перемножения канальных сигналов формируется управляющее напряжение, зависящее только от фазовой ошибки j. Эта зависимость (дискриминационная характеристика) имеет вид U(j)=Umaxsin 2j. В силу периодичности U(j) возможен случай, когда в стационарном режиме фазовая ошибка равна p, а не нулю. Это явление называют эффектом обратной работы (вместо передаваемого символа воспроизводится противоположный символ). Для устранения такой возможности на практике используют относительную фазовую манипуляцию (ОФМ), при которой один двоичный символ передаётся путём изменения фазы соседних посылок, а противоположный символ – сохранения фазы.
Если система Костаса используется для восстановления несущей, то выходом системы служит выход ПГ.
Полоса
пропускания канальных фильтров нижних частот определяется скоростью передачи
данных (выбирается из условия 
, где Т –
длительность символа). Полоса пропускания ФНЧ, включённого в цепь обратной
связи, как правило, во много раз уже, чем канальных фильтров. Этот фильтр
должен пропускать лишь медленно изменяющуюся составляющую напряжения,
обусловленную уходом частоты генератора (а также сигнала).
Система Костаса может использоваться для восстановления подавленной несущей и при других видах модуляции (балансная, однополосная), а также в качестве следящего фильтра доплеровского измерителя скорости, использующего ФМ-сигнал (например, в спутниковых системах радионавигации).
Функциональная схема, представленная на рис. 4.8 описывает устройство для синтеза частот, формирующее сетку стабильных частот с заданным шагом.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.