JPS59138145A - 位相同期回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は位相同期回路に関し、特に高次のループ・フィ
ルタを備える位相同期回路の位相補そく特性を改善する
位相同期回路に関する。

人工衛星等の高い相対速度で移動する飛しょう体を追尾
する追跡装置、または前記飛しょう体から送られてくる
データ信号を追尾受信するデータ受信装置等においては
、前記飛しょう体との間の相対速度およびその時間的変
化率の度合に応じて生起する受信信号における位相の時
間変動に対応して、所要次数の位相同期ループを備える
位相同期回路を用いて、前記受信信号の入力位相を自動
的に追尾し、いわゆるドツプラ周波数成分およびその時
間的変化率成分等を補償して、所定の受信信号を前記位
相同期ループの等側帯域幅を介して再生し、前述の飛し
ょう体追尾用の追尾誤差信号の検出、または前述のデー
タ信号の復調等のための参照信号として用いている。ま
た、必要に応じて位相同期回路の電圧制御発掘器の発振
出力より、ドツプラ周波数成分等を抽出することも良く
行われている。この位相同期回路としては、通常２次の
位相同期ループを用いるが、前記飛しよう体との間の相
対速度に対応して、３次以上の高次の位相同期ループを
用いる場合も少なくない。

従来の高次の位相同期ループを用いる位相同期回路にお
いては、例えば３次の位相同期ループの場合においても
、位相補そくの段階において、位相同期回路における電
圧制御発振器の発振周波数を、手動または自動による掃
引制御を介して位相同期させようとしても、容易に同期
状態に入ることができないことが多い。その要因の一つ
としては、高次の位相同期ループを備える位相同期回路
においては、位相制御回路を形成する負帰還位相同期ル
ープの安定性が、位相同期ループの高次化に対応して、
位相補そくの過程において劣化することがあげられる。

また位相補そく時において、雑音入力によ多制御されて
電圧制御発掘器の発振周波数が無作為に拡散され、容易
に位相同期状態とすることができないこともその理由の
一つである。

第１図は、位相同期ループの線型化された等何回路であ
るが、図において、θｉおよびθ。ハソれぞれ位相同期
ループの入力位相と出力位相とを示し、位相同期ループ
の等何回路は、減算器１゜乗算器２．ループ・フィルタ
の等価回皇３および電圧制御発振器の等何回路４より形
成されている。

減算器１と乗算器２とが位相検波器の等何回路に対応し
ていることは言うまでもない。

第１図において、乗算器２の定数に１は位相検波器の位
相検波感度を示し、単位はＶ／Ｒａｄ、（ボルト／ラジ
アン）で表わされる。ループ・フィルタの等何回路３に
おける伝達関数Ｆ　（ｐ）は、ラプラス変換における変
数ｐ　（＝ｊω：ωは角周波数）の関数で、電圧制御発
振器の等何回路４におけるに２は、電圧制御発振回路の
変調感度で、単位はＨｚ　／　Ｖ　（ヘルツ／ポルト）
で表わされる。この場合において位相同期ループの安定
条件をチェックするためには、ループ・フィルタの伝達
関数Ｆ（ｐ）に対応して、位相同期ループの特性方程式
の根が複素面において、どのように介在するかを調べれ
ば良い。前記位相同期ループの特性方程式は、第１図よ
シ次式によって与えられる。

上記の特性方程式の根が負の実数軸に対応する複素面に
存在する場合には、位相同期ループは安定であシ、正の
実数軸に対応する複素面に存在する場合には不安定とな
る。

第２図は、位相同期ループの設計上の伝達関数の等側帯
域幅を１５Ｈｚとした場合の、前記ＫＩ　Ｋ２をパラメ
ータとした特性方程式のルート・ローカス（ＲＯＯＴ　
−ＬＯＣＵＳ）の１例である。第２図（ａ）および（ｂ
）は、それぞれ２次および３次の位相同期ループの場合
に対応し、図において、ＰおよびＱは設計上のＫＩＫ２
　に相当している。第２図（ａ）の場合には、特定方程
式のルート・ローカスは複素面の負の実数領域（註：第
２図においては、実数軸に対して対象の位置にあるルー
ト・ローカス等をすべて省略している）にあシ、従って
前述のように、２次の位相同期ループを備える位相同期
回路においては、位相補そく時における低利得の状態を
も含めて、常に特性方程式の根は負の実数領域にあシ、
従って位相補そくの過程を通じて不安定となることはな
く、容易に位相同期状態に入ることができる。

一方、第２図（ｂ）の位相同期ループが３次の場合には
、利得の低い過程において、特性方程式のルート・ロー
カスは正の実数領域に対応する複素面に存在している。

従って、３次の位相同期ループを備える位相同期回路に
おいては、位相補そく時における低利得時において不安
定となシ、前述のよう位相同期状態とすることが困難な
事態が生起する。

また、前述のように、位相補そく時において、入力信号
に対して雑音が介在している場合には、周波数捕そくの
ため電圧制御発振器の発振周波数を制御する掃引電圧に
雑音が重畳され、このため電圧制御発振器の周波数が雑
音に・よシ大きく変動し、結果として位相同期状態とす
ることが困難となる場合がしばしば生じる。

すなわち、従来の高次の位相同期ループにより形成され
る位相同期回路においては、位相同期ループの高次化に
起因する、位相同期ループの不安定性によシ位相補そく
が困難であるという欠点と、更に雑音入力が介入する場
合には、位相補そく時に電圧制御発振器の周波数がその
雑音により大きく変動し、同じく位相補そくが困難にな
るという欠点がある。

本発明の目的は上記の欠点を除去し、高次の位相同期ル
ープによシ形成される位相制御回路において、ループ・
フィルタとしてループ次数制御フィルタを備えることに
より、また雑音入力が介入する場合には前記ループ次数
制御フィルタに縦続切替器をも付与することにより、前
記位相同期ループの位相補そく特性を改善する位相制御
回路を提供することにある。

本発明の位相制御回路は、所定の高次数の位相同期ルー
プを備える位相制御回路において、前記位相同期ループ
の次数を、位相補そく時においては２次以下の低次数に
設定し、位相補そく後においては前記所定の高次数に設
定する、ループ次数制御フィルタを前記位相同期ループ
のループ・フィルタとして備えて構成される。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説第２の実
施例を形成する、位相同期ループの主要部を示すブロッ
ク図である。

第３図（ａ）において、本発明の第１の実施例を形成す
る位相同期ループは、位相検波器５と、第１のフィルタ
６、第２のフィルタ７および切替器８を含むループ次数
制御フィルタ９と、電圧制御発振器１０とを備え、第３
図（ｂ）において、本発明の第２の実施例を形成する位
相同期ループは、位相検波器１１と、第１のフィルタ１
２．第２のフィルタ１３．切替器１４および縦続切替器
１５とを含むループ次数制御フィルタ１６と、電圧制御
発振器１７とを備えている。第３図Ｃａ）および（ｂ）
において、第２のフィルタ７および１３は、ともに前述
の低次フィルタに相当している。

第３図（ａ）の第１の実施例を形成する位相同期ループ
において、端子５１から入力される位相θｉの信号は、
位相検波器５において、出力位相θ。

の電圧制御発振器の発振出力と混合されて同期位相検波
され、θ１−θ。に相当する位相誤差電圧を生成してル
ープ次数制御フィルタ９に入力される。なお第３図にお
いて、前述の説明においては省略したが、所定の条件に
応じて位相検波器５および１１には増幅回路等が含まれ
ていることもあるものとする。第３図（ａ）のループ次
数制御フィルタ９は、位相補そく時においては、切替器
８は図に水瓶れるように「接」となっておシ、第１のフ
ィルタ６は切替器８を介して側路される。従って、ルー
プ次数制御フィルタ９は、位相補そく時においては、第
２のフィルタ７のみがループ・フィルタとして設定され
ることになる。前述のように第２のフィルタ７は、２次
以下の低次の位相同期ループに対応するループ・フィル
タ、すなわち前記低次フィルタである。第２のフィルタ
フの出力は電圧制御発振器１０に入力され、この電圧制
御発振器１０の発振出力が位相検波器５に帰還されて位
相同期ループが形成される。

位相補そく時においては、端子５１から入力さ、れる信
号の周波数に対応して、電圧−制御発振器１０に周波数
掃引用の制御電圧が印加される。電圧制御発振器１０の
発揚周波数が、前記入力信号の周波数に対する適合周波
数に到達すると、位相同期ループは、第２のフィルタ７
、すなわち位相補そく用として備えられている前記低次
フィルタを介して、極めて容易に位相同期状態となシ、
位相補そくを完了する。この場合において、別途備えら
れている、入力信号の振幅レベル検出手段を介して得ら
れる同期検出信号によシ制御されて、切替器８は「接」
の状態よシ「断」の状態（図において、点線にて示され
る）に切替えられ、第１のフィルタ６は、位相補そく後
において始めてループ次数制御フィルタ９の一構成要素
としての機能を回復する。すなわち、位相同期ループの
ループ・フィルタは、第１のフィルタ６と、第２のフィ
ルタ７との縦続接続による、本来の所定の高次数の位相
同期ループに対応するループ・フィルタとして機能する
ことになる。例えば、第１のフィルタ６が２次の位相同
期ループに対応するループ・フィルタと同系のラグ・リ
ード・フィルタの場合には、ループ次数制御フィルタ９
は、３次の位相同期ループに適用されるループ・フィル
タとして形成される。すなわち、第３図（ａ）に示され
る本発明の一実施例を形成する位相同期ループにおいて
は、位相補そく時には前記低次フィルタである第２のフ
ィルタ７のみがループ・フィルタとして作用し、位相補
そく後には第１および第２のフィルタ６および７が縦続
に接続されて、本来の所定の高次数の位相同期ループが
形成され、正常な位相同期状態を保持することができる
。

次に、第３図（ｂ）の第２の実施例を形成する位相同期
ループにおいては、主要な動作内容は前述の第１の実施
例を形成する位相同期ループの場合と同様であるが、異
なる点は、図に示されるように、縦続切替器１５が、第
１のフィルタ１２と第２のフィルタ１３との間の接続点
に挿入されていることである。第３図（ｂ）の位相同期
ループにおいては、位相補そく時において、切替器１４
は「接」、縦続切替器１５は「断」の状態となっており
、第１のフィルタ１２は切替器１４を介して側路されて
いる。第３図（ｂ）の位相同期ループは、位相同期回路
に対する入力信号に雑音が介在しておシ、前述のように
、位相補そく時に電圧制御発振器の発振周波数が雑音入
力により変動され、位相補そく上問題を生じる場合に対
応する位相同期ループで、前述の第１の実施例を形成す
る位相同期ループの場合と同様に、電圧制御発振器１７
の発振周波数が掃引電圧により制御され位相補そく操作
が行われている段階において、縦続切替器１５が「断」
となっているために、前記雑音入力によシミ圧制御発振
器１７の発振周波数は全く影響を受けることなく、正常
に前記掃引電圧によ！ｌ１周波数制御される。

電圧制御発振器１７の発振周波数が、入力信号の周波数
に対する適合周波数に到達すると、別途備えられている
、入力信号の振幅レベル検出手段を介して得られる同期
検出信号によυ制御されて、縦続切替器１５および切替
器１４は、所定のタイミングにてそれぞれ「接」（図に
おいて、点線にて示される）および「断」（図において
、点線にて示される）の状態となシ、前述の第３図（ａ
）の場合と同様の動作過程を経由して、入力信号の位相
に対する位相補そくが行われ、結果として、第１のフィ
ルタ１２および第２のフィルタ１３の縦続接続による、
所定の高次数の位相同期ループに適用されるループ・フ
ィルタが形成されて、前述の第１の実施例を形成する位
相同期ループの場合と同様に、本来の所定の高次数の位
相同期ループが形成され、正常な位相同期状態を保持す
ることができる。

第４図は、第３図Φ）に示される本発明の第２の実施例
を形成する位相同期ループにおける、ループ次数制御フ
ィルタ１６に対応する一実施例の主要部を示す回路図で
ある。

第４図において、このループ次数制御フィルタの一実施
例は、差動増幅器１８．抵抗Ｒ１，Ｒ２およびＲ３、お
よびコンデンサＣ１を含む第１のフィルタと、切替器入
９と、縦続切替器２０と、差動増幅器２１．切替器２２
．抵抗Ｒ４およびＲｓ。

およびコンデンサＣ２とを含む第２のフィルタとを備え
ている。

第４図において、端子５５からは位相検波器の出力の位
相誤差電圧が入力され、端子５６からは電圧制御発振器
に対する周波数制御電圧が出力される。位相同期ループ
における、位相補そく時および位相補そく後のループ次
数制御フィルタの伝達関数は、切替器１９および２２の
切替作用を介して、前者の場合には第２のフィルタ自体
の伝達関数として表わされ、後者の場合には第１および
第２のフィルタの縦続接続による伝達関数として表わさ
れる。位相補そく時には、縦続切替器２０゜切替器２２
および切替器１９は、それぞれ「断」。

「断」および「接」の状態にあ）、端子５７からは電圧
制御発振器に対する周波数掃引用の制御電圧が印加され
ている。前述のように、電圧制御発振器の周波数掃引を
介して、同期検出信号が出力され、この同期検出信号に
よる制御作用により、所定のタイミングにて縦続切替回
路２０．切替器２２および切替器１９は、それぞれ「接
」、「接」および「断」の状態に切替えられる。

このような切替動作過程において、ループ次数制御フィ
ルタの伝達関数は、位相補そく時においては（１＋Ｔｓ
　ｐ　）　／Ｔ３ｐ、位相補そく後においては（１＋Ｔ
２Ｉ））・（１＋Ｔ３Ｉ））／Ｋｐ・（１＋Ｔｌｐ）と
して表わされる。ここに、Ｋ、ＴＩおよびＴ２は、Ｒ１
、Ｒ２、Ｒ１３およびＣ１にて表わされる定数であり、
Ｔ３は、Ｒ４およびＣ２によシ表わされる定数である。

明らかに前者の伝達関数は、前記第２のフィルタにおい
て、切替器２２が「接」となった時の伝達関数で、あり
、２次の位相同期ループに適用される位相補そく用のル
ープ・フィルタを形成している。また後者の伝達関数は
、３次の位相同期ループに適用されるループ・フィルタ
の伝達関数で、本来の位相同期ループのループ・フィル
タそのものに対応している。

以上詳細に説明したように、本発明は高次数の位相同期
ループによ多形成される位相同期回路において、入力信
号の位相に対して容易に位相補そくすることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

を形成する位相同期ループの主要部を示すブロック図、
第４図は本発明の第２の実施例における、ループ次数制
御フィルタの一実施例の回路図である。図において、 １・・・・・・減算器、２・・・・・・乗算器、３・・
・・・・ループ・フィルタの等価回路、４・・・・・・
電圧制御発振器の等価回路、５．１１・・・・・・位相
検波器、６．１２・・・・・・第１のフィルタ、７．１
３・・・・・・第２のフィルタ、８．１４，１９．２２
・・・・・・切替器、９，１６・・・・・・ループ次数
制御フィルタ、１０．１７・・・・・・電圧制御発振器
、１５．２０・・・・・・縦続切替器、１８．２１・・
・・・・差動増幅器、５１〜５７・・・・・・端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）所定の高次数の位相同期ループを備える位相同期
   回路において、前記位相同期ル　プの次数を、位相補そ
   く時においては２次以下の低次数に設定し、位相補そく
   後においては前記所定の高次数に設定する。ループ次数
   制御フィルタを前記位相同期ループのループ・フィルタ
   として備えることを特徴とする位相同期回路。 （２）前記ループ次数制御フィルタが、前記所定の高次
   数の位相同期ループに適用されるループ・フィルタとし
   て構成され、且つその構成の内に、縦続接続の形で、２
   次以下の低次の位相同期ループに適用されるループ・フ
   ィルタ１．下、略して低次フィルタという）が位相補そ
   く用として備えられておシ、位相補そく時においては。 前記低次フィルタが前記位相同期ループのループ・フィ
   ルタとして適用され、位相補そく後においては、前記ル
   ープ次数制御フィルタが前記位相同期ループの所定のル
   ープ・フィルタとして適用されることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の位相制御回路。 （３）　　前記ループ次数制御フィルタが、前記所定の
   高次数の位相同期ループに適用されるループ・フィルタ
   として構成され、且つその構成の内に、縦続接続の形で
   、２次以下の低次の位相同期ループに適用されるループ
   ・フィルタ（以下、略して低次フィルタという）と縦続
   切替器とが位相補そく用として備えられており、位相補
   そく時においては、前記低次フィルタが前記位相同期ル
   ープのループ・フィルタとして適用され、位相補そくの
   過程において前記縦続切替器が「断」より「接」の状態
   に切替えられ、位相補そく後においては、前記ループ次
   数制御フィルタが前記位相同期ループの所定のループ・
   フィルタとして適用されることを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の位相制御回路。