Устройство для фазовой автоподстройки частоты

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр и фазовый модулятор, к опорному входу которого подключен опорный генератор, сигнальный вход фазового детектора соединен с входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивости , в него введены п последовательно соединенных блоков преобразования сигналов, причем выход фазового модулятора подключен к сигнальному входу первого блока преобразования сигналов, а вьйод последнего Ълока преобразования сигналов являющийся выходом устройства, соединен с опорным входом фазового детектора, опорные входы всех блоков преобразования сигналов подключены к выходу опорного генератора. СО сл и оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3g9 H 03 L 7 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3462659/18"21 (22) 01.07.82 ..(46) 30.05.84. Бюл. Р 20 (72) N.À.Áûõîâñêèé . (53) 621.396.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 2833 16, кл. Н 03 Ь 7/00, 1965.

2. Первачев С,В. Радиоавтоматика.

"Радио и связь", 1982, с. 198, р. 9.2. (54)(57) 1 ° УСТРОЙСТВО ДПЯ ФАЗОВОЙ

АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор. фильтр и фазовый модулятор, к опорному входу которого подключен опорный генератор, сигнальный вход

SU„„1095418 A фазового детектора соединен с входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения помехоустойчивости, в него введены и последовательно соединенных блоков преобразования сигналов, причем выход фазового модулятора подключен к сигнальному входу первого блока преобразования сигналов, а выход последнего бло< ка преобразования сигналов являющийся выходом устройства, соединен с опорным входом фазового детектора, опорные входы всех блоков преобразования сигналов. подключены к выходу опорного генератора.

1095418

-,сигнальному входу синхронного фильтра

Ф

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для фильтрации гармонического сигнала с неточно известной частотой на фоне шума.

Известно устройство, содержащее систему ФАПЧ (фазовой автоподстройки частоты), дополненную специальным регулятором, состоящим из двух вспомогательных перестраиваемых генераторов (ПГ), управляемых в противофазе по частоте. сигналом с выхода осйовного фазового детектора Г13.

Однако с помощью данного устройства невозможно обеспечить высокую

- помехоустойчивость при выделении сигналов с быстро изменяющейся частотой.

Наиболее близким к предлагаемому

/ является устройство для фазовой автоподстройки частоты, содержащее после- 2О довательно соединенные фазовый детектор, фильтр и фазовый модулятор, к опорному входу которого подключен опорный генератор, сигнальный вход фазового детектора соединен с входом устройства 2 g.

Недостаток известного устройства — низкая помехоустойчивость при приеме сигнала с изменяющейся частотой.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок преобразования сигналов содержит последовательно соединенные синхронный фильтр усилитель, буферный усилитель, выход которого соединен с управляющим входом синхронного фильтра, причем выход усилителя является выходом блока преобразования сигналов, сигнальный и опорный входы которого являются соответственно сигнальным и опорным входами синхронного фильтра, при этом каждый из двух каналов синх " ронного фильтра содержит фазовращатель, последовательно соединенные первый перемножитель, фильтр нижних частот, линию задержки и второй перемножитель, причем входы первых перемножителей являются входами каналов и подключены к управляющему входу синхронного фильтра, выходы вторых перемножителей подключены к входам сумматора, выход которого является выходом синхронного фильтра, опорный вход синхронного фильтра подключен к второму входу первого перемножителя и входу фазовращателя первого канала, выход фазовращателя первого канала подключен к второму входу первого перемножителя второго канала, а к подключены второй вход второго перемножителя первого канала и вход фазовращателя второго канала, выход которого подключен к второму входу второго перемножителя второго канала.

2 .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для фазовой автоподстройки частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр и фазовый модулятор, к опорному входу которого подключен опорный генератор, сигнальный вход фазового детектора соединен с входом устройства, введены и последовательно соединенных блоков преобразования сигналов, причем выход фазового модулятора подключен к сигнальному входу первого 6)тока преобразования сигналов, а выход последнего блока преобразования сигналов, являющийся выходом устройства, соединен с опорным .входом фазового детектора, опорные входы всех блоков преобразования сигналов подключены к выходу опорного генератора, а блок преобразования сигналов содержит последовательно соединенные синхронный фильтр, усилитель, буферный усилитель, выход которого соединен с управляющим входом синхронного фильтра, причем выход усилителя является выходом блока преобразования сигналов, сигнальный и опорный входы которого являются, соответственно сигнальным и опорным входами синхронного фильтра„ при этом каждый из двух каналов синхронного фильтра содержит фазо3 1095 вращатель, последовательно соединенные первый перемножитель, фильтр нижних частот, линию задержки и второй перемножитель, причем входы первых перемножителей являются входами каналов и подключены к управляющему вхо5 ду синхронного фильтра, выходы вторых перемножителей подключены к входам сумматора, выход которого является выходом синхронного фильтра, опорный вход синхронного фильтра подключен к второму входу первого перемножителя и входу фазовращателя первого канала, выход фазовращателя первого канала подключен к второму входу15 первого перемножителя второго канала, а к сигнальному входу синхронного фильтра подключены второй вход второго перемножителя первого капала и вход фазовращателя второго канала, выход которого подключен к второму входу второго перемножителя второго канала.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема блока преобразования сигналов.

Устройство содержит фазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, фазовый модулятор 3, опорный генератор 4 и п блоков 5 преобразования сигначов.

Блок 5 преобразования сигналов содержит синхронный фильтр 6, усилитель 7 и буферный каскад 8. Синхронный фильтр 6 содержит два канала, в каждом из которых имеются первый перемножитель 9, фильтр 10 нижних частот, линия 11 задержки, второй перемножитель 12, сумматор 13, а также два фазовращателя 14 и 15.

В предложенном устройстве последовательно соединены фазовый детектор

1, фильтр 2, фазовый модулятор 3 и п блоков 5 преобразования сигналов, к опорным входам фазовбго модулятора

3 и блоков 5 преобразования сигналов 4 подключен опорный генератор 4, причем сигнальный вход фазового детектора

1 соединен с входом устройства, а выход последнего блока п 5 преобразования сигналов, являющийся выходом устройства, соединен с опорным входом фазового детектора 1.

В блоке 5 преобразования сигналов (фиг,2) выход синхронного фильтра 6 соединен с усилителем 7, выход которого является выходом блока 5 и подключен к входу буферного каскада 8, 418 4 выход которого. соединен с входом ,синхронного фильтра 6, причем сигнальный вход синхронного фильтра 6 является сигнальным входом блока 5 обработки сигналов, а опорный вход синхронного фильтра 6 является ь опорным входом этого блока.

В синхронном фильтре 6 в каждом из двух каналов последовательно соединены первый перемножитель 9, фильтр 10 нижних частот, линия 11 задержки и второй перемножитель 12, причем входы первых перемножителей

9 подключены к входу синхронного фильтра 6, а выходы вторых перемножителей 12 объединены в общем сумматоре 13, выход которого является выходом синхронного фильтра 6, к опорному входу которого подключен второй вход первого перемножителя 9 первого канала и первый фазовращатель 14, выход которого подключен к второму входу первого-перемножителя 9 второго канала, а к сигнальному входу синхронного фильтра 6 подключены второй вход второго перемножителя 12 первого канала и второй фазовращатель

15, выход которого подключен к второму входу второго перемножителя 12 второго канала.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на сигнальном входе k-го блока преобразования сигналов (БПС) действует напряжение

U (+1=э п{Рд 1+а „(t)+cf 1 (.1)

На его опорном входе напряжение с выхода опорного генератора

О „(t l = < <> >(4) 1+ Ч ) . (2)

Из соотношений видно, что напряже,ние на выходе k- ãî блока 5 имеет вид

U<(t )=sin(v 1+с k(t )+g )

><(<)= „",,(цм

"о (3) сй или ь =cl (t) о «э+

Если напряжение, действующее на выходе фильтра 2,обозначить через

0>(t), а коэффициент фазовой модуляции в модуляторе 3 через 6, то на выходе модулятора 3 и следовательно на входе первого БПС 5 действует напряжение

О, (4)=М(Ю 1+ам (t)+y ) 10954

Учитывая, что согласно (3) законы изменения фазы сигналов на входе и выходе k-го БПС связаны соотношением

"("о - =с(1,«„(4}

Можно записать, что о(OI п (6>

Или в операторной форме (7)

"о С7п Р"(о

d где р = — — оператор дифференцироdt вания.

Учитывая (7) и используя методи15 ку составления уравнений, описывающих работу ФАПЧ, найдем для ФАПЧ, показанной на фиг.1, следующее уравнение

} Н(р) з1п(с(-a ).= i" р" 3„, (8) где Н (р) — опер а торное из ображе ние переходной характеристики, фильтра 2. Обозначим Е =

= a — cf тогда вместо (8) получим

"ср

3- znpïа (9)

n n

Как можно убедиться, сопоставив (9) с линейной моделью астатической

ФАПЧ n-ro порядка, устройство, показанное на фиг.1, представляет собой электронную реализацию астатической

ФАПЧ произвольного порядка, если передаточная функция Н(р) имеет вид (10)

"(р) =Х: (ср1, 4=0

Опишем теперь работу БПС, изображенного на фиг.2, и дадим обоснование формулы (3), на которой основано приведенное доказательство того, что

ФАПЧ, изображенная на фиг.1, обладает астатизмом и-ой степени. Усилитель

7 в БПС имеет четное число каскадов и охвачен цепью положительной обратной связи,в которую входит синхронный фильтр 6. Коэффициент усиления усилителя 7 выбирается достаточно большим, чтобы компенсировать потери уровня сигнала в синхронном фильтре

6 и поэтому этот усилитель совместно с синхронным фильтром образуют само- возбуждающийся генератор, вырабатывающий колебания,. частота которых определяется условием баланса фаз.

При отсутствии модулирующего напряжения на сигнальном входе БПС, т.е. в (3) ak(t) = 01, передаточная характе18 6 ристика 1<(1 (ш- ш„}) синхронного фильтра ранна "l>(iî-",.))=е Р(-i (í-и(,Цц>(и () <»>

-Зш ь где 6 и L (j ш } - передаточные характеристики линий

11 задержки и фильтров 10 нижних частот соответственно;

Мо - частота в рад/с опорного генератора 4.

Если фильтры 10 представляют собой достаточно простые КС--фильтры, то их передаточная характеристика дается выражением:

>,(>ш(=„>;, +> } (12)

-Из (11) и (12) видно, что при

И Ъ7о имеем )с(0) - 1, т.е, сдвиг фаз в синхронном фильтре 6 равный 0 обеспечивается в том случае, когда частота колебаний самовозбуждающегося генераторе точно равна частоте опорного генератора 4.

Рассмотрим работу устройства, когда на его сигнальный вход поступает модулирующий сигнал a> (t) . При этом, если с выхода опорного генератора 4 на первый и второй опорные входы синхронного фильтра 6 поступают напряжения: Ä(t1 = s n(оt+e„и}+Чо);

Ю f}=tos!(.оФ+с((ц+V 1

2 " 1 с АЙ!1 то йа первый и второй сигнальные входы этого фильтра поступают напря-. жения

0„ } =2sin av t N U2(t} =2qosev>4 . (14)

Пусть колебания, действующие на выходе БПС и, следовательно, синхронного фильтра, имеют вид

u)(t! s 1ü(oh+a<(t}+ Yl (15) где а(,(1) — закон изменения фазы сигнала на выходе устройства.

На выходах неремножителей 2 по- . лучим, uÄ(<)=ts ((р}+Ч), U (ö-м(.,щ.ч) .

Полоса пропускания фильтров }О выбирается достаточно широкой для то- го, чтобы сигналы 7 (t) и Ч (t) про7

1095418 ходили чере= них практически без искажений, т.е. в пределах полосы частот, занимаемой этими сигналами, можно с большой точностью считать, что 5 Мф <»"=- " НЖ:< >

Сигналы Ч., (t) и V> (t) проходят через линейные цепи с коэффициентом передачи Е 1(@, представляющие 10 собой линии задержки с запаздывани" ем равным L =С+.1-. Поэтому на вхоЭ о= дах перемножителеи 12 действуют сигналы

U,(6=0 (t" Я =сдв(а ((- )+q) „

;(18) о, (<)= " (t- )= (>Ä(-;)+ ) .

После перемножения этих сигналов в перемножителях 12 с сигналами, поступающими на сигнальные входы 20 синхронного фильтра, найдем, что на его выходе действует напряжение М= "Ж,(» (<»,(

" - (1 " Р-"о .

Сравнивая (15) и (19) видим. что

8. Вык (4 "о)= l0,1 "с (» (281

Приближенное равенство (20) справедливо в том случае, когда < Ев (< <0,1, где 5 — верхняя частота стгектра процесса.а „(t).

При этом Щ )(» М 8 (t» 3t

-C5

Таким образом, как это видно из

21) на выходе k-го БПС, изображенного на фиг.?, формируется сигнал, модулированный по частоте сигналом

à1,,(t) .

Положительный эффект в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что с помощью БПС в нем осуществляется и-кратное интегрирование сигнала, действующего на выходе фильтра 2.

Предлагаемое устройство позволяет реализовать электронную астатическую систему.ФАПЧ с астатизмом п-ой степени, которая представляет оптимальную систему для приема сигналов с изменяющейся частотой, которая имеет высокую помехоустойчивость. с 1<(»-41< (+»++ (+ о) т ° е

Составитель В. Новоселов

Техред И.Иетелева Корректор. Г.Orap

Редактор Н.Воловик

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3634/43 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Б-35, Раушская наб., д. 4!5