Функціональні і структурні схеми систем радіоавтоматики (стр. 1 из 3)
Функціональні і структурні схеми систем радіоавтоматики
1. Система фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ)
У системі АПЧ – керуюча напруга, пропорційна
(w0-центральна частота), не в стані звести до нуля розстройку по частоті Wс. Система АПЧ є статичною. Величина статичної помилки пропорційна величині початкової неузгодженості по частоті.У системі ФАПЧ керуюча напруга пропорційна різниці фаз сигнальної й опорної напруги.
Ця напруга зводить до нуля початкову розстройку по частоті. Отже, у системі ФАПЧ відсутня статична помилка внаслідок інтегральної залежності різниці фаз від частотної розстройки. Система ФАПЧ є астатичною системою автоматичного регулювання.
Астатизм системи автоматичного регулювання визначається числом інтегруючих ланок. У системі ФАПЧ відбувається одне інтегрування, тому ФАПЧ – це система з астатизмом першого порядку.
Системи ФАПЧ широко застосовуються в радіотехнічних пристроях різного призначення.
Вони застосовуються як слідкувальні фільтри для відновлення носійної в радіоприймачі при односмуговій і балансовій модуляції; у системах передачі повідомлень методом фазової маніпуляції; для автоматичного підстроювання частоти і фази рядкового розгорнення в телевізорі; у системах кольорового телебачення з квадратурною модуляцією колірної піднесійної; для виділення сигналу на тлі шуму в доплеровських системах; для демодуляції сигналів з фазовою модуляцією; для побудови генераторів, що перестроюються по частоті, високостабільних коливань; у пристроях відтворення магнітного запису й в інших галузях.
У схемному відношенні система ФАПЧ відрізняється від системи АПЧ використанням замість частотного дискримінатора фазового дискрімінатора (рис.1).
Рисунок 1 – Структурна схема системи ФАПЧ
Принцип дії системи ФАПЧ полягає в такому. Коливання сигналу ис(t) і генератора, що підстроюється, ПГ надходять на фазовий детектор ФД. При неузгодженості зазначених коливань по фазі на виході ФД з'являється напруга, яка, пройшовши через фільтр нижніх частот ФНЧ, впливає за допомогою керуючого елемента КЕ на частоту генератора, який підстроюється, ПГ так, що вихідна фазова неузгодженість зменшується.
При правильному виборі параметрів у системі ФАПЧ установлюється синхронний режим, у якому частота і фаза генератора, що підстроюється, стежить за частотою і фазою сигналу ис(t). Перехід до синхронного режиму роботи забезпечується в межах визначеного діапазону початкових розстроєк між частотами сигналу і генератора, що підстроюється, який називають смугою захоплення.
Складемо структурну схему системи ФАПЧ. Різниця фаз
j коливань, що подаються на фазовий детектор, дорівнює j=jс-jм, де jз і jм – фази коливань сигналу і генератора, що підстроюються, відповідно.Якщо не враховувати інерційності амплітудних детекторів, що входять до складу ФД, то його вихідна напруга записується так:
,де F(j) і x(t) – відповідно математичне чекання і флуктуаційна складова вихідної напруги. Функція F(j), називається дискримінаційною характеристикою фазового детектора, є періодичною з періодом 2p. Її форма залежить від схеми ФД і співвідношення амплітуд вхідної напруги.
Керуюча напруга ud=uф, що знімається з виходу ФНЧ, зв'язана з напругою ud лінійним диференціальним оператором
.При роботі на лінійній ділянці регулювальної характеристики генератора, що підстроюється, його частота wг зв'язана з напругою uф ( лінійною залежністю
,де SP – крутість регулювальної характеристики, wГс – значення власної частоти генератора за відсутності керуючої напруги. Частота wГс з урахуванням її нестабільності h визначається рівністю
, де wГ0 – початкове значення частоти гетеродина.Оскільки на ФД напруга сигналу і гетеродина порівнюються по фазі, необхідно від частоти wГ генератора, що підстроюється, перейти до його фази:
,де φг0 – початкова фаза коливань ПГ.
Структурна схема системи ФАПЧ, складена на підставі наведених співвідношень, має вигляд (рис. 2)
Рисунок 2 – Структурна схема системи ФАПЧ
Блок
відображає в структурі операцію інтегрування. Якщо ввести в розгляд нові змінні j1=jс-wГ0t-jГ0, j2=jГ-wГ0t-jГ0, то структурна схема спрощується і набуває такого вигляду (рис.3): 
Рисунок 3 – Спрощена структурна схема системи ФАПЧ
2 Системи спостереження за часовим положенням імпульсного сигналу (системи АСД)
Системи спостереження за часовим положенням імпульсного сигналу застосовуються для автоматичного вимірювання дальності імпульсним радіолокатором; для виділення періодично повторюваних імпульсів на тлі перешкод у системах зв'язку з імпульсними піднесійними. Такі системи спостереження мають назву часових автоселекторів.
Функціональна схема системи подана на рис. 4. Радіолокаційний приймач відкривається (стробується) за допомогою часового автоселектора на короткі інтервали часу очікуваного приходу ехосигналу від обраної цілі. Ця міра підвищує завадостійкість прийому.
Рисунок 4 – Структурна схема часового авто селектора
Строб-імпульси формуються спеціальним формувачем Ф, що входить до складу часового автоселектора. До складу часового автоселектора входять також часовий дискримінатор ЧД, пристрій, що згладжує, пристрій регульованої часової затримки ПРЧЗ.
Поєднання в часі строб-імпульсів з ехосигналами цілі в кожному циклі зондування забезпечується роботою слідкувального автоселектора. З цією метою формувач Ф формує два селекторних імпульси СІ1 і СІ2. Імпульси прямокутної форми СІ1 і СІ2 розташовуються симетрично щодо середини строб-імпульсу і ідуть безпосередньо один за одним.
Згладжуючий пристрій містить два послідовно включених електронних інтегратори І1 і І2 і коригувальний RС - ланцюжок КЛ. Електронні інтегратори можна виконати, наприклад, на операційних підсилювачах.
Часовий дискримінатор містить два каскади збігів КЗ1 і КЗ2 на два входи кожен і диференціальний детектор ДД. Вихідна напруга каскадів збігів КЗ1 і КЗ2 утвориться в результаті збігу селекторних імпульсів СІ1 і СІ2 і ехосигналу цілі. Імпульси ІС1 і ІС2 детектуються і віднімаються в диференціальному детекторі, утворюють вихідну напругу дискримінатора.
Зондувальні імпульси ЗІ, що виробляються синхронізатором радіолокатора, запускають могутній імпульсний генератор, що формує радіоімпульси, випромінювані антеною, і одночасно запускають пристрій регульованої часової затримки ПРЧЗ автоселектора. Як ПРЧЗ можна використати, наприклад, фантастрон, пристрій часової затримки, що керується цифровим кодом.
Тривалість імпульсу затримки ІЗ, що виробляється фантастроном, залежить від величини керуючої напруги u2.
Від заднього фронту (спаду) імпульсу затримки запускається формуач селекторних імпульсів Ф. Перший селекторний імпульс формується мультивібратором, що очікує, а другий селекторний імпульс утвориться шляхом затримки першого на час, рівний його тривалості, за допомогою лінії затримки. При зміні керуючої напруги u2 селекторні імпульси зміщаються в часі щодо зондувального імпульсу в межах від нуля до 0,95Т3,, де Т3 – період повторення зондувальних імпульсів.
На часових діаграмах, що пояснюють функціонування автоселектора, ехоімпульс у момент часу t1 збігається з першим селекторним імпульсом СІ1. У результаті на виході каскаду збігів КЗ1 з'являється імпульс збігів ІЗ1, що зменшує по абсолютній величині напругу на виході першого інтегратора на величину Du1.1 У проміжку між імпульсами напруга на виході першого інтегратора зберігається постійною. Унаслідок зменшення напруги на виході першого інтегратора, вихідна напруга другого інтегратора, хоча і продовжує збільшуватися, але з меншою швидкістю.
В міру збільшення напруги на виході другого інтегратора зменшується тривалість імпульсу затримки З. Завдяки цьому в момент часу t2 селекторні імпульси СІ1 і СІ2 розташовуються відносно чергового ехоімпульса ЕІ так, що велика частина ЕІ перекривається з імпульсом СІ1, а менша - з імпульсом СІ2. Тепер утворяться два імпульси збігів, – ІЗ1 і ІЗ2, причому ІЗ1 має велику тривалість у порівнянні з ІЗ2. Імпульс ІЗ1 приводить до подальшого зменшення негативної напруги на виході першого інтегратора, а імпульс ІЗ2, навпаки, збільшує цю напругу. Оскільки тривалість ІЗ1 більше тривалості ІЗ2, то результуюча негативна напруга на виході першого інтегратора зменшується на величину Du1.2.
Однак
. Напруга на виході другого інтегратора, хоча і про-довжує збільшуватися, але з меншою швидкістю, ніж у попередньому періоді. Збільшення напруги u2 приводить до подальшого зменшення тривалості імпульсу затримки ІЗ, у результаті чого селекторні імпульси в момент часу t3 виявляються так розташованими щодо ехоімпульса, що межа їх розділу поділяє ехоімпульс навпіл. У результаті цього тривалості імпульсів збігів ІЗ1 і ІЗ2 виявляються рівними, а збільшення напруги на виході першого інтегратора дорівнює нулю. Отже, збільшення напруги на виході другого інтегратора припиняється, також припиняється зміна тривалості імпульсу затримки ІЗ і в системі встановлюється стан рівноваги. Величина напруги u2 пропорційна дальності до цілі, а величина напруги u1 на виході першого інтегратора пропорційна швидкості цілі, якщо вона рухається.