Устройство для фазовой автоподстройки частоты

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

<щ 6981 15 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 200378 (21) 2591968/18-09 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет— (51)М. Кл.

Н 03 В 3/04

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УЙК 621.396. ,.662 (088.8}

Опубликовано 1511,79. Бюллетень М 42

Дата опубликоваиия описания 1511.79 (72) Автор изобретения

В. Н. Самойленко (71) Заявитель (54 } УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОЙ АВТОПОДС ТРОЙКИ

ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к генерированию электрических колебаний и предназначено для использования в фазометрических радиотехнических системах различного назначения в качестве сле- 5 дящего фильтра, обеспечивающего улуч-. шенную точность слежения за фазой сигнала при изменении его частоты.

Известно устройство для фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ}, которое обладает повышенной стабильностью разности фаз входного и выходного сигналов при изменении частоты входного сигнала (1) .

Однако это устройство имеет аста- l5 тизм не более второго порядка.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, представляющее собой многоканальную систему ФАПЧ и состоящее - 20 из связанных между собой колец ФАПЧ, содержащих смесители частоты (2).

Устройство предназначено для форми.рования спектра частот из сигналов двух эталонных. генераторов, один из которых является общим для всех колец ФАПЧ.

Недостатком этого устройства является то, что фаза выходного сигнала зависит от частоты эталонного гене- ЗО ратора, так как структура устройства и связанные с ней частотные преобразования не позволяют компенсировать фазовые ошибки, возникающие в кольцах ФАПЧ при изменении частоты эталонного генератора.

Цель изобретения — повышение точности, Для этого в устройстве для ФАПЧ, содержащем основное кольцо ФАПЧ из последовательно соединенных смесителя, на один вход которого подан входной сигнал, фазового детектора, фильтра нижних частот и управляемого генератора, а также эталонного генератора, соединенного со вторьм входом фазового детектора. и И дополнительных колец ФАПЧ, где N = 2,3,4 и т.д., каждое из которых состоит из последовательно соединенных фазового детектора, на один вход которого подан входной сигнал, фильтра ниж них частот, управляемого генератора н смесителя, при этом другой вход смесителя первого дополнительного кольца ФАПЧ соединен с выходом управляемого генератора основного кольца

ФАПЧ, между выходом смесителя каждого предыдущего дополнительного кольца

ФАПЧ и другим входом смесителя послеб98) 15 дующего дополнительного кольца ФАПЧ включен соответствующий дополнительный смеситель, к другому входу которого подключен блок опорных частот.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предложенного устройства.

Устройство ФАПЧ подключено к источнику 1 .внешнего сигнала и содержит основное кольцо ФАПЧ, состоящее из смесителя 2, фа зов ого де тек тора 3, фильтра 4 нижних частот, управляемого генератора 5 и эталонного генератора b u N дополнительных колец

ФАПЧ, состоящих из фазового детектора 7, фильтра 8 нижних частот, управ- 1 ляемого генератора 9 и смесителя 10.

Между выходом смесителя 10 каждого предыдущего дополнитель ного кольца

ФАПЧ и входом смесителя 10 последующего дополнительного кольца ФАПЧ включен дополнительный смеситель 11, ко входу которого подключен блок 12 опорных частот.

Устройство работает следующим образом.

Пусть для определенности частота управляемого генератора 5 больше частоты внешнего сигнала и, а частота эталонного генератора б равна ьэ, тогда в режиме синхрониэма частота управляемого генератора 5 равна 30 +, Частотные преобразования в смесителе 10 первого дополнительного кольца ФАПЧ выполнены таким образом, что из частоты управляемого генератора 5 вычитается частота уп- 35 равляемого генератора 9, а их разность равна 43 . Отсюда вытекает, что в режиме синхронизма частота управ— ляемого генератора 9 равна и .

В смесителях 11 происходит сумми- 4р рование опорных частот И,..., 4 г с частотой выходного сигнала смесителя 10 предыдущего кольца ФАНЧ, которая для всех колец ФАПЧ, начиная со второго равна частоте входного сигнала 03 . Для выполнения этого равенства частоты управляемых генераторов

9 колец ФАПЧ, .последующих за вторьм, в режиме синхронизма также совпадают с частотами опорных сигналов, аг в смесителях 10 выделяется разность частот поступающих на них сигналов, Смесители 11 полагаются малоинерционньми по сравнению с инерционностью колец ФАПЧ.

Пусть закон изменения фазы внешнегсб5 сигнала, поступающего на устройство от источника 1, аппроксимируется степенньм полиномом вида

y(t)=(A + А 1 + . + А t ) 1(t) (1)

О Р 7 6() где А„, А -... А - коэффициенты;

1 (t) — ступенчатая функция, равная 0 при

< 0 и равная 1 при t) О. 65

Известно, что в системе ФАПЧ ошибка воспроизведения скачка фазы сигнала

А„1 (t) равна 0 в установивше.. ся режиме, что является следствием астатизма системы ФАПЧ по отношению к изменениям фазы.

Второй член ряда (1) представляет собой линейное во времени изменение фазы, вызывающее скачок частоты внешнего сигнала, Реакция системы ФАПЧ, не содержащей идеальных интеграторов в фильтре нижних частот, на такое воздействие приводит к появлению при t o разности фаз входного и выходного сигналов, которая не зависит от параметров фильтра нижних частот и нулевой разности частот ..

Учитывая третий и последующие члены ряда (1), можно получить, что в стационарном режиме оычная система

ФАПЧ, обладающая перв ьм порядком астатизма, воспроизводит фазу внешнего сигнала (1) с ошибкой, имеющей вид степенного полинома, показатели степени которого на единицу меньше, чем в полиноме (1) .

Из теории систем автоматического регулирования известно, что классификация следящих систем по порядку их астатизма связана с величиной коэффицие нтов ошибок С< при слежении за сигналом вида (1), с помощью которых ошибка слежения x(t) записывается в установившемся режиме в виде х() =c0ср(+)+с,ар (e)», + p (<) Й) По определению порядок астатизма равен номеру первого отличного от нуля коэффициента С .

Структура устройства такова, что управляющим сигналом каждого последующего кольца является ошибка воспроизведения фазы, образованной предшествующими к ольцами. Действ ительно, на каждое кольцо, начиная со второго, воздействуют как внешний с иг нал, и ос туп ающий от ис точи ик а 1, так и сигнал от предыдущего кольца, причем с помощью смесителей 11 и блока 12 частоты управляемых генераторов каналов жестко привязываются к опорным частотам.

Такое по" троение приводит к тому, что каждое последующее кольцо, обладающее первым порядком. астатизма, увеличивает порядок астатизма устройства на единицу. Таким образом, -п" порядок астатизма предлагаемого устройства в этом случае равен числу колец ФАПЧ N + 1. При N+ 1) E.+ 1 ошибка слежения устройства равна нулю, так как все коэффициенты ошибок С ..., С представляют собой нулевйе величины.

Постоянные фазовые сдвиги, возникающие в кольцах ФАПЧ за счет началь698115

30

Формула изобретения ной частотной расстройки управляемых генераторов относительно опорных сигналов, устраняются . в процессе предварительной калибров ки, которая пр едст а вл я ет собой обычную проц едуру для фазоизмерительных систем.С целью 5 увеличения интервала времени между двумя последующими калибровками можно применять известные способы стабилизации частоты управляемых генераторов и источников опорных сигналов ° 10

Если кольца ФАПЧ имеют более высокий порядок астатизма, то порядок астатизма устройства равен сумме порядков астатизма отдельных колец;

Известно, что точная реализация идеальных интеграторов в фильтрах нижних частот с целью увеличения порядка астатизма системы ФАПЧ практически неосуществима. Предлагаемое устройство дает возможность увеличивать поря-20 док астатизма, исполь зуя обычные системы ФАПЧ с широко применяемыми интегрирующими и пропорциональноинтегрирующими фильтрами нижних частот, выбором параметров которых 25 можно легко обеспечить нужную степень фильтрации выделяемого сигнала от помех.

Устройство для фазовой автоподстройки частоты, содержащее основное кольцо фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) из последовательно соединенных смесителя, на один вход кото - рого подан входной сигнал, фазового детектора, фильтра нижних частот и управляемого генератора, а также эталонного генератора, соединенного со вторьм входом фазового детектбра, и N дополнительных колец ФАПЧ, где

N = 2,3,4 и т.д., каждое из которых состоит иэ последовательно соединенных фазового детектора, на один вход которого подан входной сигнал, фильтра нижних частот, управляемого генератора и смесителя, при этом другой вход смесителя первого дополнительного кольца ФАПЧ соединен с выходом управляемого генератора основного кольца ФАПЧ, о т л и ч а ющ е е с я тем что„с целью повышения точности, между выходом смесителя каждого предыдущего дополни" тельного кольца ФАПЧ и другим входом смесителя последующего дополнительного кольца ФАПЧ включен соответствующий дополнительный смеситель, к другому входу которого подключен блок опорных частот.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ав торское св идет ельств о СССР

@283316, кл. Н 03 В 3/04, 1970.

2. Патент США Р 3283260, кл. 331-2, 1966 (прототип) ЦНИИПИ Заказ 6567/18

Тираж 1060 ПодПисное

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