Файл: Рожков, Л. И. Средства радиосвязи учеб. пособие.pdf

регулирования рассматриваемый «активный» метод фильтра­ ции наиболее эффективен и поэтому широко распространен в системах стабилизации д.м.ч.

Для получения большей степени подавления комбинацион­ ных помех на выходе ДОЧ необходимо сужение полос пропус­ кания цепей фильтрации. В компенсационных схемах для этого требуется повышать избирательность высокочастотных фильт­ ров промежуточной частоты (ФПЧ), а в системах АПЧ — увеличивать инерционность фильтра нижних частот (ФНЧ). Уменьшение полосы пропускания ФПЧ ограничивается техни­ ческими средствами, а также повышением требований к ста­ бильности частоты /„ .г - Корректировка же частотной характе­ ристики ФНЧ сравнительно проста и в некоторых схемах не связана с повышением требований к стабильности частоты / с.г-

Однако это не означает, что применение систем АПЧ в ка­ честве фильтров всегда предпочтительнее, чем компенсацион­ ных схем. Во-первых, компенсационные схемы в ряде случаев оказываются более простыми и надежными, а во-вторых, если помехи носят другой характер, то возможны и иные подходы при выборе методов фильтрации.

Интересно отметить, что в синтезаторах (рис. 2.3) для фильтрации выходного сигнала в качестве ВУ возможно при­ менение всех трех рассмотренных методов. В то же время при использовании для формирования д.м.ч. метода анализа систе­ ма АПЧ, являющаяся органической частью структурной схе­ мы, предопределяет способ выходной фильтрации. Каскады промежуточной фильтрации структурных схем рис. 2.3 и 2.4 могут быть выполнены в соответствии с рис. 2.5 и 2.6.

В настоящее время известно несколько видов систем АПЧ, которые могут быть использованы для стабилизации д.м.ч. Поэтому целесообразно провести дальнейшую классификаци­ онную детализацию схемы, приведенной на рис. 2.6.

Основные соображения при этом могут быть следующими.

ac.v {t) будет иметь вид;

5:

rtc.r ( 0 = Л . г sin [ 0)c .r t + А ы ! - f 0 „ 1 .

Из последнего равенства следует, что изменение частоты привело к изменению фазы на величину A ut — Дв. Спра­ ведливо и более общее утверждение о том, что изменение час­ тоты &(о (t) однозначно связано с изменением фазы инте­ гральным соотношением

Поэтому для получения сигнала управления па выходе ДР можно воспользоваться как изменением частоты, так и измене­ нием фазы. Таким образом, подтверждается высказанное ра­ нее соображение о том, что ЛПЧ возможна с помощью двух видов ДР: первого, называемого дискриминатором Д с на­ стройкой на определенное значение частоты, и второго — фа­ зовым детектором ФД с настройкой на определенное значение фазы. В соответствии с этим системы АПЧ целесообразно раз­ делить на два класса: частотная автоматическая подстройка (ЧАП) и фазовая автоматическая подстройка (ФАП). Понят­ но, что результат действия обеих схем одинаков, т. е. измене­ ние частоты /с.,, должно быть скорректировано по заданному значению / р. Однако системы ЧАП и ФАП во многом различ­ ны по построению схем и по характеру ошибки в установив­ шемся режиме.

В системах ЧАП эта ошибка имеет смысл постоянной, обычно весьма малой по величине, разности между / сг и / р; в системах ФАП — постоянной по величине разности фаз между сравниваемыми в ДР колебаниями, при которой имеет место равенство / с.г —/ р.

Иногда оказывается целесообразным использовать одно­ временно оба типа ДР. Такие системы носят название частот­ но-фазовой автоподстройки (ЧФАП).

Перейдем теперь к классификации систем стабилизации д.м.ч. по методам перестройки цепей селекции и коммутации.

Методы перестройки и коммутации частотно-зависимых цепей

В датчиках опорных частот и в схемах фильтрации может применяться большое количество перестраиваемых в широком диапазоне и коммутируемых частотно-зависимых цепей. В свя­ зи с этим средства, с помощью которых осуществляется ком­ мутация, во многом определяют технические характеристики устройства в целом. С рассматриваемой точки зрения системы

53

коммутации можно разделить иа инерционные и безынерцион­ ные (точнее — малоинерционные). В первых используют ме­ ханические способы переменной емкости, вариометров, реле и т. и., а во вторых — нелинейные реактивности типа полупро­ водниковых конденсаторов — варикапов, реактивных ламп, безынерционных ключей и т. д. Наиболее важными показате­ лями, на которые оказывает влияние выбор способа перестрой­ ки и коммутации, являются время fp перехода с одной рабочей частоты на другую и конструктивно-эксплуатационные харак­ теристики. При инерционных методах перестройки t„ обычно превышает секунду, а при безынерционных составляет величи­ ну порядка миллисекунд или микросекунд.

В настоящее время оба способа перестройки широко ис­ пользуют в войсковых радиостанциях, причем часто одновре­ менно. Это объясняется простотой и надежностью механиче­ ских систем (особенно при больших значениях коэффициента перекрытия К/) и высокими быстродействием п точностью при использовании безынерционных средств перестройки и коммутации.

Рассмотрим следующий классификационный признак. Су­ ществуют два принципиально отличных метода перестройки систем стабилизации д.м.ч.: ручной, когда / р выбирает непо­ средственно оператор переключателями или ручками управ­ ления, п дистанционный, при котором оператор может нахо­ диться на удалении от объекта. Настройка в этом случае ве­ дется с помощью специальных устройств дистанционного управления, включающих различного рода электромеханиче­ ские привода, преобразователи «код—напряжение» и т. п. Ручной метод находит применение в стационарной приемо-пе­ редающей или измерительной аппаратуре. Дистанционный, как правило, используется во многих видах мобильных пере­ движных радиостанций.

В заключение укажем, чго обычно системы стабилизации д.м.ч. являются частью радиоустройства и оказывают решаю­ щее воздействие на принцип и схему его построения. В связи

сэтим выбор их характеристик, параметров отдельных каска­ дов, способов перестройки управления должен производиться

сучетом требований, предъявляемых к передатчику и прием­ нику радиостанции.

§5. Датчики опорных частот

Вдатчиках опорных частот (ДОЧ) выходной сигнал фор­ мируется либо с помощью непосредственного использования колебаний кварцевых автогенераторов (КГ) и смесителей СМ,

54

либо путем предшествующего смесителям частотного преобра­ зования. В первом случае каскады генератора и селектора гар­ моник (рис. 2.3 и 2.4) отсутствуют, и на смеситель СМ воздей­ ствует напряжение с выхода кварцевого автогенератора К.Г с частотой / к. определенной номером выбранного кварцевого резонатора. Такие схемы, получившие распространение благо­ даря своей простоте, не могут считаться оптимальными при достаточно больших величинах Л/, так как не позволяют полу­ чить высокое значение коэффициента эффективности Р.

Кроме того, использование переключаемых кварцевых ав­ тогенераторов, воздействующих непосредственно на смесите­ ли. не специфично для ДОЧ. Подобные схемы могут, напри­ мер, применяться и при стабилизации типа «кварц—волна», когда N = пкв.

Сконцентрируем поэтому внимание на втором случае, когда па сумматоры воздействуют колебания, полученные в резуль­ тате выделения гармонических (или субгармонических) со­ ставляющих частоты / к. Обычно диапазон рабочих частот / р располагается выше значений / к, и, кроме того, выделение большого числа субгармоник, т. е. использование перестраи­ ваемых делителей частоты затруднительно из^за их сравни­ тельной сложности. Исходя из этого, будем считать, как это изображено на схемах рис. 2.3 и 2.4, что в ДОЧ используются генераторы гармоник, являющиеся, по существу, умножителя­ ми или преобразователями частоты.

Умножители или преобразователи частоты в ДОЧ пред­ назначены для создания большого числа гармонических со­ ставляющих высокой кратности, расположенных в широком диапазоне частот. В качестве генераторов гармоник возможно использование различных схем.

В системах стабилизации д.м.ч. наибольшее распростране­ ние получили ГГ, основанные на принципе искажения входно­ го синусоидального сигнала и, тем самым, получения выход­ ного колебания в квазигармонической форме или в форме, су­ щественно отличающейся от синусоидальной. Подчеркнем, что высокая кратность умножения, необходимая для формирова­ ния сетки опорных частот (с.о.ч.), предполагает переход к сильно искаженным колебаниям (например, к периодической последовательности импульсов малой, по сравнению с перио­ дом подводимых колебаний, длительностью). Такие импульсы могут быть получены с помощью генераторов гармоник релак­ сационного типа с устойчивыми или квазиустойчнвыми состоя­ ниями равновесия.

53

Наиболее типичные схемы ДОЧ изображены на рис. 2.7, а и б *. Более точно их можно было бы назвать элементарными ДОЧ, имея в виду, что датчик опорных частот представляет собой совокупность каскадов, аналогичных приведенным на рис. 2.3.

Генераторы гармоник, являющиеся нелинейными элемента­ ми, представляют устройства, «трансформирующие» много­ частотный спектр входного сигнала в широкий частотный спектр выходных колебаний er ( t ). При такой «трансформа­ ции» происходит перераспределение энергии между отдель­ ными гармоническими составляющими. Разница между при­ веденными вариантами схем состоит в том, какой из принци­ пов (умножение или преобразование частоты) используется для образования с.о.ч. В первом варианте выходной сигнал ге­ нератора гармоник — умножителя er (t) представляет собой сумму составляющих, кратных /*,...... f K\-q< в0 втором — яв­ ляется суперпозицией составляющих, имеющих частоты, обра­ зованные как линейные комбинации:

/ к о • • ■> В ./к2--1> • • • > f k ' i — q ‘2 •

Фильтры гармоник ФГ должны выделять необходимое для нормальной работы смесителей СМ количество гармонических составляющих er (t) и обеспечивать необходимую степень по­ давления побочных колебаний. Методы фильтрации в ДОЧ подобны описанным в § 4 гл. II и используемым в выходных устройствах ВУ. Однако, если последние должны, как прави­ ло, создавать на выходе колебания одной рабочей частоты то в ДОЧ часто применяют широкополосные перестраиваемые или неперестраиваемые фильтры, при использовании которых

(t) представляет сумму достаточно большого количества гармонических составляющих. С учетом этого обстоятельства в § 2 гл. II и была введена разница между понятиями дискрет­ ного множества и сетки опорных частот (д.м.ч. и с.о.ч.). Разу­ меется, случаи, когда <?ф(/) имеет квазигармонический харак­ тер, также широко встречаются, при этом схемы ФГ в ДОЧ могут совпадать со схемами выходной фильтрации систем ста­ билизации д.м.ч.

Для создания ег (/) могут быть использованы вндеоимпульсные и радиоимпульсные умножители частоты либо пре­ образователи-смесители радиоимпульсного типа. Напомним, что радиоимпульсные колебания отличаются от видеоимпульс-

пых наличием высокочастотного «заполнения». Со спектраль-

* Первая из схем содержит генератор гармоник — умножитель (ГГУ) частоты радиоимпульсного типа, а вторая — генератор гармоник с радио­ импульсным преобразователем частоты (ГГП).

56