SU758529A1

SU758529A1 - Устройство автоматической подстройки частоты

Info

Publication number: SU758529A1
Application number: SU782613842A
Authority: SU
Inventors: Ярослав Васильевич Дуфанец; Ярослав Иванович Пилявский
Original assignee: Предприятие П/Я В-8751
Priority date: 1978-05-10
Filing date: 1978-05-10
Publication date: 1980-08-23

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано, например в следящих Фильтрах или в устройствах для стабилизации дискретного множества частот.

Известно устройство автоматической подстройки частоты, содержащее два соединенных по входу идентичных кольца фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), к управляющему входу каждого из которых подключен соответствующий модулирующий генератор, измеритель отношения частот, первый смеситель, входы которого подключены к выходам подстраиваемых генераторов обоих колец ФАПЧ, а также второй и третий смесители J1J .

Однако в известном устройстве автоматической подстройки частоты ширина полосы захвата ограничена диапазоном перестройки частот подстраиваемых генераторов.

Целью изобретения является расширение полосы захвата.

Для этого в устройстве автоматической подстройки частоты, содержащем два соединенных по входу идентичных кольца фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) , к управляющему входу каждого из которых подключен соответствующий модулирующий генератор, измеритель отношения частот, первый смеситель, входы которого подключены к выходам подстраивае5 мых генераторов обоих колец ФАПЧ, а также второй и третий смесители, входы второго смесителя подключены к выходам модулирующих генераторов, входы измерителя отношения частот

Ю подключены к выходам первого и второго смесителей, к выходу подстраиваемого генератора одного из колец ФАПЧ подключен один вход третьего смесителя, между другим входом кото15 рого и выходом модулирующего генератора того же кольца ФАПЧ включен умножитель частоты, управляющий вход которого соединен с выходом измерителя отношения частот, при этом частоты 20 модулирующих генераторов выбраны из условия

N - = « F_t, где и F_a - частоты соответствую· 25 щих модулирующих генераторов, а д F их разность.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства АПЧ.,‘ на фиг. 2 - спектральные диаграммы, 30 поясняющие его работу;(на фиг.2а пред ставлен исходный спектр на выходе фазового модулятора одного кольца ФАПЧ) на фиг. 2б - то же, для второго кольца ФАПЧ) на фиг. 2в - частота входного сигнала и ширина полосы захвата предлагаемого устройства'; на фиг. 2г - спектр сигнала на выходе фазового модулятора первого кольца ФАПЧ после захвата; на фиг. 2д то же, для второго кольца ФАПЧ).

Устройство АПЧ содержит идентичные первое 1 и второе 2 кольца ФАПЧ, состоящие из фазового детектора 3, фильтра 4 нижних частот, подстраиваемого генератора 5 и фазового модулятора 6, модулирующие генераторы 7 и 8, первый смеситель 9, второй смеситель 10, третий смеситель 11, измеритель 12 отношения частот и умножитель 13 частоты с управляемым коэффициентом умножения. Входом устройства служит параллельное соединение первых входов фазовых детекторов 3 первого 1 и второго 2 колец ФАПЧ, а выходом - выход третьего смесителя 11.

Частоты модулирующих генераторов 7 и 8 выбраны из условия

Ц ' ^Ег = Л F « F_? , где Ц - частота модулирующего генератора 7;

F - частота модулирующего генератора 8.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.

Пусть в исходном состоянии входной сигнал отсутствует, частоты подстраиваемых генераторов 5 примерно равны и выполняются условия ^гД^е Б > ~ частоты подстраиваемых генераторов 5 первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ.

Тогда.на выходах фазовых модуляторов б присутствуют сигналы со спектром, показанным на фиг. 2а и 26.

Модуляторы 6 выполнены так, чтобы участки спектров фиг. 2а, 2б были равномерны по амплитуде в диапазоне изменения частоты входного сигнала, поступающего на вход. Это достигается соответствующим выбором индекса модуляции и формы модулирующего сигнала. Так как частоты F_A и F_ft отличаются на величину &F, то спектральные составляющие сигнала на выходах модуляторов первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ не совпадают, причем расстройка между ними возрастает с возрастанием порядкого номера спектральной составляющей (фиг. 2а, 2б). Если частота входного сигнала не совпадает ни с одной спектральной составляющей , (см. фиг. 2в), но выполняются условия * ^Пзяхв-О *· 2F_m ⁿmax*^F“ ^FM ² где П_ааКб0- полоса захвата колец

ФАПЧ при отсутствии модуляции;

^птох ~ максимальный порядковый номер используемой спектральной составляющей, то после поступления на вход входного сигнала поступает захват первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ и в системе устанавливается равенство частот входного сигнала и ближайшей спектральной составляющей сигналов на выходах модуляторов б, т. е. выполняется равенство ^fBX = ^f4 для первого кольца 1 ФАПЧ и равенство ^{= +nF}2 для второго кольца 2 ФАПЧ.

Соответствующие спектры сигналов показаны на фиг. 2г, 2д.

Найдем величину разности частот подстраиваемых генераторов 5 первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ \ VW^nF('V^n(F< ^+4F)=n -^4F,

Эта разность частот выделяется На выходе первого смесителя 9, подключенного входами к выходам подстраиваемых генераторов 5.

В дальнейшем сигналы с выходов первого и второго смесителей 9 и 10 используются для определения порядкового номера спектральной составляющей, на которой произошел захват. Эту функцию выполняет измеритель 12 отношения частот, входы которого подключены к выходам вышеупомянутых смесителей. На выходё измерителя 12 отношения частот будет сигнал, соответствующий величине

В случае применения цифрового измерителя отношения частот это будет числовой импульсный код, который управляет работой умножителя 13 частоты таким образом, что в нем устанавливается коэффициент умножения, равный п. Вход умножителя 13 подключен к выходу модулирующего генератора 7, поэтому на его выходе устанавливается частота пЦ .

Сигналы с выхода умножителя 13 частоты и с выхода подстраиваемого генератора 5 первого кольца 1 ФАПЧ поступают на входа, третьего смесителя 11 и на выходе его, соединенном с выходом устройства, выделяется сигнал с суммарной частотой ^f< ^+nF4 =¼ +nF₄ =f_ex .

Таким образом, на выходе устройства синтезируется сигнал с частотой, равной частоте входного сигнала. При изменении частоты входного сигнала в пределах полосы удержания колец ФАПЧ это равенство поддерживается системой ФАПЧ, а при выходе частоты входного сигнала за пределы полосы удержания происходит перезахват первогс? и второго колец ФАПЧ за соседнюю гармоническую составляющую и в системе вновь устанавливается равенство частот выходного и входного сигналов.

Предлагаемое устройство обладает тем преимуществом, что в нем полосы захвата и удержания определяются шириной и формой спектра сигнала на выходе фазового модулятора 6 и могут значительно превышать диапазон перестройки подстраиваемого генератора 5.

Как видно из диаграмм фиг. 2, выигрыш в ширине полосы захвата составляет !

К = ^{n,Tiqi1 F}< ⁺n_agxft.o

Пэах-в.о

Величиной д F пренебрегаем, так как - aF« Ε_Λι1 . Если выбрать исходную полосу захвата колец ФАПЧ- из условия i Π_ϊαχ_βο= F₄ , то получаем и _ Птах’П зихв о+П зохв.о __ л = -------fj-----------Птах · ¹¹ глхв.о

В случае применения кварцевых генераторов в качестве подстраиваемых генераторов 5 с перестройкой, равной 0,08-0,3, фазовых модуляторов 6 с индексом модуляции т= 2-8 и с учетом условий (1\ (2) этот выигрыш составляет К = 3-10 раз.

Кроме того, синтез частоты, равной частоте входного сигнала, проис ходит с помощью таких оперзций, как сложение, вычитание, деление частоты, умножение частоты на целое число и поэтому может быть легко реализован с помощью цифровых вычислительных устройств.

Claims

(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ 1 Изобретение относитс к радиотехнике и может быть использовано , например в след щих фильтрах или в устройствах дл стабилизации дискретного множества частот. Известно устройство автоматической подстройки частоты, содержащее два соединенных по входу идентичных кольца фазовой автоподстройки часто ты (ФАПЧ), к управл ющему входу каж дого из которых подключен соответст вуквдий модулирукмдий генератор, измеритель отношени частот, первый смеситель, входы которого подключены к выходам подстраиваемых генераторов обоих колец ФАПЧ, а также второй и третий смесители 1. Однако в известном устройстве автоматической подстройки частоты ширина полосы захвата ограничена диапазоном перестройки частот подстраиваемых генераторов. Целью изобретени вл етс расширение полосы захвата. Дл этого в устройстве автоматической подстройки частоты, содержащем два соединенных по входу идеи тичных кольца фазовой автоподстрой ки частоты (ФАПЧ) , к управл ющему-входу каждого из которых подключен ЧАСТОТЫ соответствующий модулирукмций генератор , измеритель отношени частот, первый смеситель, входы которого подключены к выходам подстраиваеких генераторов обоих колец ФАПЧ, а также второй и третий смесители, входы второго смесител подключены к выходам модулирующих генераторов, входы измерител отношени частот подключены к выходам первого и второго смесителей, к выходу подстраиваемого генератора одного из колец ФАПЧ подключен один вход третьего смесител , между другим входом которого и выходом модулирующего генератора того же кольца ФАПЧ включен умножитель частоты, управл ющий вход которого соединен с выходом измерител отношени частот, при этом частоты модулирукадих генераторов выбраны из услови f AF - частоты соотвётствуюгде F и F,j - частоты соотв тству1 щих модулирующих генераторов, а д F их разность. На фиг. 1 изображена структурна электрическа схема устройства АПЧ., на фиг. 2 - спектральные диаграммы, по сн квдие его работу;(на фиг.2а представлен исходный спектр на выходе фазового модул тора одного кольца ФАПЧ; на фиг. 2б - то же, дл второг кольца ФАПЧ на фиг. 2в - частота входного сигнала и ширина полосы захвата предлагаемого устройства; на фиг. 2г - спектр сигнала на выходе фазового модул тора первого кольца ФАПЧ после захвата; на фиг. 2д то же, дл второго кольца ФАПЧ). Устройство АПЧ содержит идентичные первое 1 и второе 2 кольца ФАПЧ, состо щие из фазового детектора 3, фильтра 4 нижних частот, подстраивае мого генератора 5 и фазового модул тора б, модулирующие генераторы 7 и 8, первый смеситель 9, второй смеситель 10, третий смеситель 11, изме ритель 12 отношени частот и умножитель 13 частоты с управл емым коэффициентом умножени . Входом устройства служит параллельное соединение первых входов фазовых детекторов 3 первого 1 и второго 2 колец ФАПЧ, а выходом - выход третьего смесител 1 1 . Частоты модулирующих генераторов 7 и 8 выбраны из услови Л F « .Р„ F - частота модулирующего генератора 7; F - частота модулирующего генератора 8. Работа предлагаемого устройства происходит следукндим образом. Пусть в исходном состо нии входной сигнал отсутствует, частоты подс раиваемых генераторов 5 примерно рав ны и выполн ютс услови . F,a д F где f , f,j - частоты подстраиваелых генераторов 5 первого и второго коле 1 и 2 ФАПЧ. Тогда.на выходах фазовых модул торов 6 присутствуют сигналы со спек ром, показанным на фиг. 2а и 26. Модул торы б выполнены так, чтобы участки спектров фиг. 2а, 26 были равномерны по амплитуде в диапазоне изменени частоты входного сигнала, поступающего на вход. Это достигает соответствующим выбором индекса МО4| л ции и модулирующего сиг нала. Так как частоты F/ и F/ отли ч;аютс на величину лР, то спектрал ные составл кщие сигнала на выходах модул торов первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ не совпадают, причем ра стройка мезкду ними возрастает с воз растанием пор дкого номера спектрабт ной составл ющей (фиг. 2а, 26). Есл частота входного сигнала не совпада ни с одной спектральной составл юще ( см. фиг. 2в), но выполн ютс услови F, max -- . И,7 где .р - полоса захвата колец ФАПЧ при отсутствии модул ции максимальный пор дковый номер используемой спектральной составл ющей, то после поступлени на вход входного сигиеша поступает захват первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ и в системе устанавливаетс равенство частот входного сигнала -и ближайшей спектральной составл ющей сигналов на выходах модул торов б, т. е. выполн етс равенство f&t. дл первого кольца 1 ФАПЧ и равенство f +пР2 дл второго кольца 2 ФАПЧ. Соответствующие спектры сигна- лов показаны на фиг. 2г, 2д. Найдем величину разности частот подстраиваемых генераторов 5 первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ -fj W- -V f 1-4f) Эта разность частот выдел етс на выходе первого смесител 9, подключенного входами к выходам подстраиваемых генераторов 5. В дальнейшем сигналы с выходов первого и второго смесителей 9 и 10 используютс дл определени пор дкового номера спектральной составл ющей , на которой произошел захват . Эту функцию выполн ет измеритель 12 отнесени частот, входы которого подключены к выходам вышеупом нутых смесителей. На выходе измерител 12 отношени частот будет сигНсШ, соответствующий величине В случае применени цифрового измерител отношени частот это будет числовой импульсный код, который управл ет работой умножител 13 частоты таким образом, что в нем устанавливаетс козффициент умнот жени , равный п. Вход умножител 13 подключен к выходу модулирующего генератора 7, поэтому на его выходе устанавливаетс частота nF . Сигнаща с выхода умножител 13 частоты и с выхода подстраиваемого генератора 5 первого кольца 1 ФАПЧ поступают на входал, третьего смесител 11 и на выходе его, соединенном с выходом устройства(Выдел етс сиг кал с суммарной частотой f +nF fe -nF +nF fgx . Таким образом, на выходе устройства синтезируетс сигнал с частотой , равной частоте входного сигнал При изменении частоты входного сигнала в пределах полосы удержани колец ФАПЧ это равенство поддерживаетс системой ФАПЧ, а при выходе Частоты входного сигнала за пределы полосы удержани происходит пе резахват первого и второго колец ФА за соседнюю гармоническую составл ю щую и в системе вновь устанавливает равенство частот выходного и входно го сигналов. Предлагаемое устройство обладает тем преимуществом, что в нем полосы захвата и удержани определ ютс шириной и формой спектра сигнала на выходе фазового модул тора 6 и могут значительно превышать диапазон перестройки подстраиваемого генератора Как видно из диаграмм фиг. 2, выигрыш в ширине полосы захвата составл ет I t( . Пгоан F4 +Пэох&.о /Величиной д F пренебрегаем, так как -4Р« F . Если выбрать исходную полосу захвата колец ФАПЧ. из услови .о - Ji то получаем и ПгпакП аскхб.р +П зохв.о Пгпах ъсихв.о В случае применени кварцевых генераторов в -качестве подстраиваемых генераторов 5 с перестройкой, равной 0,08-6,3, фазовых модул торов 6 с индексом модул ции т 2-8 и с учетом условий (1), (2) этот выигрыш составл ет К 3-10 раз. . Кроме того, синтез частоты, равной частоте входного сигнала, происходит с помощью таких операций, как сложение, вычитание, деление частоты , умножение частоты на целое число и поэтому может быть легко реализован с помощью цифровых вычислительных устройств. Формула изобретени Устройство автоматической подстройки частоты, содержащее два соединенных по входу идентичных кольца фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) Р( управл ющему входу каждого, из кото (рых подключен соответствующий модулирующий генератор, измеритель отношени частот, первый смеситель, входы которого подключены к выходам подстраиваемых генераторов обоих колец ФАПЧ, а также второй и третий смесители , отличающеес тем, что, с целью расширени полосы захвата, входы второго смесител подключены к выходам модулирующих генераторов, входы измерител отношени частот подключены к выходам первого и второго смесителей , к выходу подстраиваемого генератора одного из колец ФАПЧ подключен один вход третьего смесител , между другим входом которого и выходом модулирующего генератора того же кольца ФАПЧ включен умножитель частоты, управл ющий вход которого соединен с выходом измерител отношени частот, при этом частоты модулирующих генераторов выбраны из услови F - F uF« F,j где F;( и FI - частоты соответствующих модулирующих генераторов, а дР их разность. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США 3836758, кл. 235-151.31, 1974 (прототип).

Г

1