Устройство автоподстройки частоты

 

Изобретение относится к радиотехнике и м. б. использовано для стабилизации частоты колебаний СВЧ-генераторов в радиолокации, радионавигации, радиоизмерительных приборах. Цель изобретения - повышение надежности работы в широком диапазоне изменения скважности и длительности генерируемых радиоимпульсов . Устр-во содержит г-р 1 радиоимпульсов с электронной перестройкой несу1цей частоты, ответвитель 2, аттенюатор 3, эталонный резонатор 4, амплитудный детектор 5. В устр-во для достижения цели введены пиковый квантователь 6, компаратор 7, источник 8 опорного напряжения, распределитель 9, реверсивный счетчик 10 и ЦАП 11. Устр-во может надежно работать в широком диапазоне скважности и длительности выходных импульсов - от нескольких наносекунд вплоть до непрерывной генерации. При непрерывной генерации вход синхронизации г-ра 1 не используется , а на синхровходы распределителя 9 и пикового квантователя 6 с точки зрения повышения быстродействия, желательно подавать импульсы максимально возможной частоты. 2 3. п. ф-лы, 2 ил. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,» 1467751 с5!)4 НОЗ 1 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4264536/24-09 (22) 17.06.87 (46) 23.03.89. Бюл. № 11 (72) А. В. Казанцев, И. Я. Трубников, В. Э. Иванов и Б. В. Константинов (53) 621.396.666 (088.8) (56) Бычков С. И. и др. Стабилизация частоты генераторов СВЧ. — М.: Сов. радио, 1962, с. 258, 265.

Авторское свидетельство СССР № 892741, кл. Н 03 1 7/00, 1976. (54) УСТРОЙСТВО АВТОПОДСТРОЙКИ

ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к радиотехнике и м. б. использовано для стабилизации частоты колебаний СВЧ-генераторов в радиолокации, радионавигации, радиоизмерительных приборах. Цель изобретения — повышение надежности работы в широком диапазоне изменения скважности и длительности генерируемых радиоимпульсов. Устр-во содержит г-р 1 радиоимпульсов с электронной перестройкой несущей частоты, ответвитель 2, аттенюатор 3, эталонный резонатор 4, амплитудный детектор 5. В устр-во для достижения цели введены пиковый квантователь 6, компаратор 7, источник 8 опорного напряжения, распределитель 9, реверсивный счетчик !О и ЦАП 11. Устр-во может надежно работать в широком диапазоне скважности и длительности выходных импульсов — от нескольких наносекунд вплоть до непрерывной генерации. При непрерывной генерации вход синхронизации г-ра 1 не используется, а на синхровходы распределителя 9 и пикового квантователя 6 с точки зрения повышения быстродействия, желательно подавать импульсы максимально возможной частоты. 2 з. и. ф-лы, 2 ил.

1467751

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для стабилизации частоты колебаний сверхвысокочастотных генераторов в радиолокации, радионавигации, радиоизмерительных приборах, в частности для стабилизации транзисторных импульсных СВЧ-генераторов, имеющих значительные уходы по частоте и работающих в широком диапазоне изменения скважности генерируемых импульсов.

Цель — повышение надежности работы в широком диапазоне изменения скважности и длительности генерируемых радиои м пул ьс о в.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства автоподстройки частоты; на фиг. 2 — структурная электрическая схема возможных вариантов распределителя, пикового квантователя и источника опорного напряжения устройства автоподстройки частоты.

Устройство автоподстройки частоты содержит генератор 1 радиоимпульсов с электронной перестройкой несущей частоты, ответвитель 2, аттенюатор 3, эталонный резонатор 4, амплитудный детектор 5, пиковый квантователь 6, компаратор 7, источник 8 опорного напряжения, распределитель 9, реверсивный счетчик 10 и цифроаналоговыйй п реобра зов ател ь 11.

Распределитель 9 содержит первый триггер 12 первый и второй элементы 2 И вЂ” HE 13 и 14, второй триггер 15, третий триггер 16, первый и второй элементы 2 ИЛИ !7 и 18, дополнительный реверсивный счетчик 19, четвертый триггер 20 и пятый триггер 21, третий и четвертый элементы 2 ИЛИ 22 и 23 соответственно. Пиковый квантователь 6 содержит дополнительный компаратор 24 и дополнительный триггер 25, резистор 26 и конденсатор 27, а источник опорного напряжения 8 — дополнительные резисторы 28 и 29, образующие потенциометр.

Устройство автоматической подстройки частоты работает следующим образом.

B исходном состоянии, например, при включении питания на разрядных выходах реверсивного счетчика 10 имеется произвольный код, величина которого зависит от склонности триггеров реверсивного счетчика 10 приходить в нулевое или единичное состояние при включении питания.

Цифроаналоговый преобразователь 11 преобразует код в напряжение соответствующей величины. На синхровход генератора 1 подаются положительные импульсы, и фронтом импульса запускается генератор 1, который формирует серию высокочастотных импульсов несушей частоты соответствующей напряжению на управляющем входе генератора. Высокочастотные импульсы поступают на выход устройства, а часть мощности через ответвитель 2 и аттенюатор 3 подается на вход эталонного резонатора 4, 5

35 имеющего малые уходы центральной частоты резонансной характеристики при изменении температуры окружающей среды.

При включении питания код реверсивного счетчика 10, а следовательно, напряжение цифроаналогового преобразователя 11 и частота генератора 1 могут не соответствовать области резонанса эталонного резо-. натора 4. В этом случае импульсы на выходе пикового квантователя 6 будут отсутствовать, и устройство работает в режиме поиска частоты генератора 1. В случае, если при включении питания код реверсивного счетчика 10, а следовательно, напряжение цифроаналогового преобразователя 1 и частота генератора 1 соответствуют области резонанса и при этом продетектированные амплитудным детектором 5 импульсы достаточной амплитуды, то устройство переходит в режим слежения.

В процессе слежения устройство работает так, что на выходе амплитудного детектора 5 всегда поддерживается максимальное значение амплитуды импульса, что соответствует центральной частоте эталонного резонатора 4.

На дополнительном выходе пикового квантователя 6 формируется напряжение, соответствующее усредненному значению напряжения, создаваемого импульсом на его выходе. При этом сглаживание импульсов с выхода дополнительного триггера 25 получается с помощью RC-цепи, образованной резистором 26 и конденсатором 27.

Этот дополнительный 25 триггер устанавливается по S-входу в единичное состояние отрицательным импульсом с инверсного выхода дополнительного компаратора 24 в том случае, если импульс, действующий на входе пикового квантователя 6 после запуска генератора 1 фронтом синхроимпульса, превышает напряжение на инверсном входе дополнительного компаратора 24. При этом конденсатор 27 начинает заряжаться через резистор 26, и напряжение на инверсном входе дополнительного компаратора 24 повышается. С приходом следующего фронта синхроимпульса на С-вход дополнительного триггера 25 благодаря нулевому уровню на информационнном Д-входе он устанавливается в исходное нулевое состояние. Спустя небольшой промежуток времени, равный задержке прохождения импульса генератора 1 по цепи до входа пикового квантователя, дополнительный триггер 25 снова устанавливается или не устанавливается в единичное состояние, если напряжение на конденсаторе 27 стало больше амплитуды следующего импульса на входе пикового квантователя 25. При этом конденсатор 27 начинает разряжаться до тех пор, пока его напряжение вновь не станет ниже. Постоянная времени цепи из резистора 26 и конденсатора 27 устанавливается достаточно большой, чтобы при самой низкой воз1467751

3 можной частоте синхроимпульсов напряжение на конденсаторе 27 от импульса к импульсу изменялось в небольших пределах. Таким образом, пиковый квантователь 6 отслеживает среднее значение амплитуд входных импульсов, и на выходе формируются импульсы квантования относительно полученного среднего уровня.

В режиме поиска напряжение, поступающее с дополнительного выхода пикового квантователя 6 на вход компаратора 7, меньше напряжения источника 8, и на выходе компаратора 7 действует нулевой поступающий на управляющий вход распределителя 9. При этом независимо от уровня на информационном входе распределителя 9 последний распределяет синхроимпульсы, действующие на синхровходе, так, что, на одном из выходов распределителя 9, например на первом, этих импульсов имеется большее число, чем на втором.

В результате суммирования большего числа импульсов, чем вычитания, код реверсивного счетчика 10 напряжение цифроаналогового преобразователя 11 постепенно повышается, частота генератора 1 изменяется и приближается к резонансной частоте эталонного резонатора 4. При этом амплитуда продетектированного напряжения на входе пикового квантователя 6 повышается и, следовательно, повышается напряжение на входе компаратора 7. B момент превышения напряжения источника 8 компаратор 7 срабатывает, и на.его выходе появляется уровень, который переводит распределитель в режим слежения. Если при включении питания код счетчика 10 оказался больше кода, соответствующего резонансной зоне, то счетчик насчитывает максимальное число, а затем самообнуляется, и его код начиная с нулевого, снова начинает повышаться до значения, соответствующего резонансной зоне эталонного резонатора 4. Напряжение источника 8 устанавливают так, чтобы оно было меньше наименьшей расчетной амплитуды импульсов амплитудного детектора 5.

Распределитель 9 работает в режиме поиска следующим образом. Первый триггер 12 делит синхроимпульсы на счетном входе на две последовательности с уменьшенной вдвое частотой, одна из которых формируется на выходе первого элемента 2И вЂ” НЕ 13, а другая — на выходе второго элемента 2И вЂ” HE 14. Импульсы этих последовательностей поочередно проходят через элементы 2ИЛИ 22 и 23 на выходы распределителя 9. Если триггеры 20 и 2! всегда находятся в единичном состоянии, то число импульсов на выходе распределителя 9 в среднем одинаково. Однако, так как в режиме поиска на управляющие входы триггеров 5 и 16 поступает нулевой уровень, то второй триггер 15 устанавливается в нулевое, а третий триггер 16—

4 в единичное состояние. В результате второй элемент 2ИЛИ 18 открыт для прохождения импульсов на вычитающий вход дополнительного реверсивного счетчика 19, а первый элемент 2ИЛИ 17 закрыт. При переполнении дополнительного реверсивного счетчика 19 при обратном счете на его выходе «(» появляется отри цател ьный и мпульс, благодаря которому пятый триггер 2! на период между двумя импульсами на входе С устанавливается в нулевое состояние, запрещающее прохождение одного из импульсов на второй выход распределителя 9.

Запрет на прохождение импульса появляется через каждые 2" периодов синхроимпульсов, где К вЂ” число разрядов дополнительного реверсивного счетчика 19. Г1оэтому в режиме поиска на первом выходе распределителя 9 появляется в среднем большее число импульсов, чем на втором выходе.

В режиме слежения устройство работает следующим образом.

На управляющий вход распределителя 9 поступает единичный уровень, так как амплитуда импульсов при подходе к центральной частоте эталонного резонатора 4 повышается и становится больше напряжения источника 8. В этом случае распределитель 9 распределяет синхроимпульсы между суммирующим и вычитающим выходами реверсивного счетчика 10 уже с учетом импульсов на первом выходе пикового квантователя 6. Как и в режиме поиска на выходах распределителя импульсы появляются попеременно. При этом в случае появления импульса на первом выходе, код реверсивного счетчика 10 и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя ll увеличиваются на один дискрет, а затем при IIQступлении импульса с второго выхода распределителя 9 на вычитающий вход реверсивного счетчика 10 на один дискрет уменьшаются. Это приводит к тому, что частота генератора 1, соответственно попеременно на один дискрет то увеличивается, то уменьшается. Если это изменение частоты соответствует левой части резонансной характеристики, то амплитуда импульсов на выходе амплитудного детектора, соответствующая большей частоте генератора 1, будет больше амплитуды, соответствующей меньшей частоте. Поэтому на первом выходе пикового квантователя 6 будет больше импульсов превышения, соответствующих большей частоте генератора, большему напряжению преобразователя и большему коду реверсивного счетчика 10. В результате распределитель 9 распределяет на первый выход большее число импульсов, чем на второй, и среднее значение кода реверсивного счетчика 10 увеличивается. И наоборот, если изменение частоты на выходе генератора 1 соответствует правой части резонансной характеристики, то этом приводит к постепенному умень1467751

Формула изобретения шению кода реверсивного счетчика 10. В районе центральной части эталонного резонатора 4 измерение частоты соответствует попеременно то левой, то правой части.

Также возможно, когда большее и меньшее значения частоты генератора 1 строго .симметричны относительно центральной час-. тоты эталонного резонатора 4. Это приводит к равенству среднего числа импульсов, распределяемых между первым и вторым выходами распределителя 9. Чем меньше крутизна регулировочной характеристики генератора и больше разрядность реверсивного счетчика 10 и цифроаналогового преобразователя 11, тем меньше изменение частоты на выходе генератора 1.

Распределитель 9 в режиме слежения работает следующим образом. Триггеры 15 и 16 запоминают по срезу импульса, поступающего на их сйнхровходы .С наличие или отсутствие импульсов превышения, поступавших на Д-входы этих триггеров и соответствующих предыдущему синхроимпульсу на входе распределителя 9. Если изменение частоты генератора 1 соответствует левой части резонансной характеристики, то третий триггер 16 переходит в единичное состояние чаще, чем второй триггер 15, и на вычитающий вход дополнительного реверсивного счетчика 19 поступает в среднем большее число импульсов. При этом код дополнительного реверсивного счетчика 19 уменьшается, а на его выходе «(» появляется импульс, по которому пятый триггер 21 устанавливается в нулевое состояние и, как и в режиме поиска, при этом осуществляется запрет на прохождение одного импульса на второй выход распределителя 9, что приводит к увеличению среднего значения кода реверсивного счетчика 10. Среднее значение частоты смещается в правую часть резонансной характеристики и это ведет к тому, что уже второй триггер 15 распределителя 9 начинает срабатывать чаще, код дополнительного реверсивного счетчика 19 начинает увеличиваться, и в момент переполнения по импульсу на выходе ()» дополнительного реверсивного счетчика 19 четвертый триггер 20 переходит в нулевое состояние и запрещает прохождение одного импульса на первый выход распределителя 9.

Дополнительный реверсивный счетчик 19 служит для устранения ложных изменений частоты генератора в области центральной частоты эталонного резонатора 4, когда амплитуды импульсов на выходе амплитудного детектора 5 настолько близки друг к другу, что становится существенным влияние внутренних шумов элементов пикового квантователя 6. Статистическая обработка (усреднение) с помощью дополнительного реверсивного счетчика 19 повышает точность настройки генератора 1 на центральную частоту эталонного резонатора 4.

При этом несколько снижается быстродействие устройства, однако, так как основным дестабилизирующим фактором для генеpampa 1 является изменение температуры среды, которая не может изменяться скачком, то на практике больших требований по быстродействию в режиме слежения не предъявляется. Быстродействие в предлагаемом устройстве прямо пропорционально частоте синхроимпульсов и величине дискрета по частоте генератора 1.

Таким образом, предлагаемое устройство может надежно работать в широком дипазоне скважности и длительности выходных импульсов — от нескольких наносекунд вплоть до непрерывной генерации. При непрерывной генерации вход синхронизации генератора 1 не используется, а на синхровходы распределителя 9 и пикового квантователя 6 с точки зрения повышения быстродействия желательно подавать импульсы максимально возможной частоты.

1. Устройство автоподстройки частоты, содержа щее соеди нен ные последовательно генератор радиоимпульсов с электронной перестройкой несущей частоты, ответвитель, аттенюатор, эталонный резонатор и амплитудный детектор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства в широком диапазоне изменения скважности и длительности генерируемых радиоимпульсов, в него введены между выходом амплитудного детектора и входом управления частотой генератора радиоимпульсов с электронной перестройкой несущей частоты последовательно соединенные пиковый квантователь, распределитель, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные источник опорного напряжения и компаратор, выход которого подключен к управляющему входу распределителя, при этом дополнительный выход пикового квантователя подключен к другому входу компаратора, синхровходы пикового квантователя и распределителя соединены с синхровходом генератора радиоимпульсов с электронной перестройкой несущей частоты и образуют синхровход устройства автоподстройки частоты.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что распределитель содержит первый— пятый триггеры, первый и второй элементы 2И вЂ” НЕ, первый — четвертый элементы 2ИЛИ и дополнительный реверсивный счетчик, при этом счетный вход первого триггера соединен с вторыми входами первого и второго элементов 2И вЂ” НЕ и является синхровходом распределителя, прямой и инверсный выходы — с первыми входами соответственно первого и второго элементов

2И вЂ” НЕ, выход первого элемента 2И вЂ” НЕ соединен со счетными входами второго и

146775!

Составитель С. Даниэлян

Редактор Л. Зайцева Техред И. Верес Корректор М. Максимишннец

Заказ 121355 Тираж 879 Подл ис н ое

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москв а, Ж вЂ” 35, Раушска я наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент>, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 четвертого триггеров, с первыми входами первого и третьего элементов 2ИЛИ, а выход второго элемента 2И вЂ” НŠ— со счетными входами третьего и пятого триггеров, с первыми входами второго и четвертого элементов 2ИЛИ, установочный вход нуля второго и установочный вход единицы третьего триггеров являются управляющим входом распределителя, а их информационные входы — входом распределителя, вторые входы первого и второго элементов

2ИЛИ соединены с инверсными выходами соответственно второго и третьего триггеров, а выходы — соответственно с суммирующим и вычитающим входами дополнительного реверсивного счетчика, выходы переноса прямого и обратного счета которого соединены с информационными входами, соответственно четвертого и пятого триггеров, вторые входы третьего и четвертого элементов

2 ИЛИ соединены с инверсными выходами соответственно четвертого и пятого триггеров, а выходы являются соответствующими выходами распределителя.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пиковый квантователь содержит дополнительный компаратор, дополнительный триггер, резистор и конденсатор, при этом один из выводов конденсатора соединен с общей шиной и с информационным входом дополнительного триггера, а другой, являющийся дополнительным выходом квантователя, — с инверсным входом дополнительного компаратора и первым выводом резистора, прямой выход дополнительного триггера соединен со вторым выводом резистора и является первым выходом квантователя, синхровход триггера является синхровходом квантователя, а вход установки единицы соединен с инверсным выходом компаратора, прямой вход которого является входом квантователя.