УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ Российский патент 2024 года по МПК H03L7/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для автоматической подстройки частоты (АПЧ) сигнала гетеродина по отношению к нестабильной частоте измеряемого сигнала в приемных устройствах для измерительных радиосистем.

Известны системы автоматической подстройки частоты гетеродина приемника под несущую частоту импульсного магнетронного передатчика (И.Е. Чухломин, А.В. Трубников, Г.Ю. Лашкевич «Анализ цифровой системы автоматической подстройки частоты гетеродина приемника под несущую частоту импульсного магнетронного передатчика», Журнал радиоэлектроники, ISSN 1684-1719, 2022, №11). К недостаткам такого устройства следует отнести отсутствие учета нелинейных характеристик смесителя, частотного детектора (ЧД) и генератора, управляемого напряжением (ГУН), и сильную зависимость от мощности шума в крайних положениях характеристики преобразования входной частоты в напряжение, управляющее ГУН.

Известен патент SU 236554 A1 «Устройство автоматической подстройки частоты гетеродина радиоприемника импульсных сигналов», опубл. 02.03.1969, принятый за прототип.

В прототипе, использующем классические приемы АПЧ путем устранения паразитной частотной модуляции, возникающей из-за изменения несущей частоты за время импульса, за счет компрессии девиации частоты несущей от паразитного модулирующего сигнала при помощи обратной связи по частоте, применяя для этого ЧД устройства АПЧ гетеродина с дополнительными элементами обратной связи по частоте, имеются недостатки: гетеродин имеет не одну, а две цепи управления частотой генерируемых колебаний для АПЧ - цепь компенсации медленных уходов частоты и цепь компенсации быстрых уходов частоты, что ведет к существенному усложнению устройства и, как следствие, к снижению надежности.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в стабилизации по частоте принятого сигнала в точных измерительных приемо-передающих устройствах, использующих источники мощных сигналов, например магнетроны, имеющие нестабильность выходной частоты во времени, что позволяет применять полосно-пропускающие фильтры (ППФ) с более узкой полосой пропускания и большим коэффициентом прямоугольности, что, в свою очередь, позволяет увеличить подавление гармонических и негармонических составляющих вне полосы обработки сигнала и удерживать промежуточную частоту (ПЧ) сигнала на одной точке частотной характеристики ППФ ПЧ.

Для достижения технического результата в устройстве АПЧ, содержащем генератор импульсных колебаний, отличающимся тем, что в качестве генератора импульсных колебаний используется магнетрон, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, имеющего два выхода, один из которых является сверхвысокочастотным выходом устройства автоматической подстройки частоты, второй выход направленного ответвителя соединен со сверхвысокочастотным входом первого смесителя, что позволяет использовать для преобразования частоты непосредственно выходной сверхвысокочастотный сигнал, при этом гетеродинный вход первого смесителя соединен с выходом частотного синтезатора, выход промежуточной частоты первого смесителя соединен со сверхвысокочастотным входом второго смесителя, гетеродинный вход второго смесителя соединен с выходом приемной части приемного тракта, выход промежуточной частоты второго смесителя соединен со входом узкополосного фильтра промежуточной частоты, выход узкополосного фильтра промежуточной частоты является выходом промежуточной частоты устройства автоматической подстройки частоты, при этом входом приемного тракта является сверхвысокочастотный вход устройства автоматической подстройки частоты.

Изобретение поясняется структурной схемой устройства АПЧ, показанной на фиг.

На фиг. приняты обозначения:

1 - Магнетрон (М);

2 - Направленный ответвите ль (НО);

3 - Первый смеситель (См 1);

4 - Синтезатор (С);

5 - Приемный тракт (Пр);

6 - Второй смеситель (См 2);

7 - Узкополосный ПЧ фильтр (Ф).

Схема АПЧ работает следующим образом. В качестве источника мощного сигнала используется М, генерирующий сигнал с номинальной частотой f_м, имеющей высокую нестабильность, приводящую к тому, что в любой момент времени t частота на выходе М составит где Δf(t) - отклонение частоты М от номинальной в момент времени t. В измерительных радиосистемах сигнал с выхода М проходит через НО на СВЧ выход «Вых. СВЧ» для излучения в эфир. Излученный сигнал отражается от объекта исследования, принимается на входе «Вх. СВЧ» Пр, представляющим собой последовательно соединенные преселектор, выполненный в виде ППФ, и малошумящий усилитель, с выхода которого принятый сигнал поступает на СВЧ вход См 2 для преобразования частоты принятого сигнала в полосу ПЧ. Очевидно, что частота принятого сигнала совпадает с частотой сигнала излученного и составляет

Сигнал гетеродина для преобразования частоты на См 2 формируется следующим образом. Сигнал с выхода НО, являющийся ослабленной копией сигнала с выхода М и имеющий туже частоту, что и М, равную поступает на СВЧ вход См 1. На гетеродинный вход См 1 поступает высокостабильный сигнал с частотой где - центральная частота полосы ПЧ. На См 1 происходит преобразование частоты, в результате которого на выходе ПЧ См 1 формируется сигнал или Этот сигнал, сформированный из выходного сигнала М, и используется в качестве гетеродинного для преобразования частоты на См 2. В результате преобразования частоты на См 2 на выходе ПЧ См 2 формируется сигнал С выхода ПЧ См 2 сигнал фильтруется узкополосным Ф и поступает на выход «Вых. ПЧ».

В результате двойного преобразования частоты любое отклонение частоты М f_м на некое смещение Δf(t) в любой момент времени t приведет к компенсации этого смещения при втором преобразовании частот. То есть рабочая точка находится примерно на одном месте, ошибка измерения будет минимальна. При этом изменение мощности сигнала гетеродина будет пропорционально изменению мощности сигнала магнетрона и составит не более 10%, что при правильном выборе режима работы смесителя, то есть при превышении мощности сигнала гетеродина над мощностью преобразуемого сигнала, на уровне выходного сигнала не скажется.

Непосредственно из выходного сверхвысокочастотного (СВЧ) сигнала формируется гетеродинный сигнал для преобразования частоты принятого СВЧ сигнала в полосу ПЧ. Это обеспечивает синхронность во времени флуктуаций частоты выходного СВЧ сигнала, принятого СВЧ сигнала и сигнала гетеродина при преобразовании частоты принятого СВЧ сигнала в полосу ПЧ. В результате достигается глубокая компенсация этих частотных флуктуаций на выходе ПЧ. Следовательно, частота принятого сигнала на выходе ПЧ остается неизменной даже при работе с источником сигнала с весьма нестабильной частотой, то есть обеспечивается с большой глубиной регулирования АПЧ принятого сигнала на выходе ПЧ.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат состоит в стабилизации по частоте принятого сигнала в точных измерительных приемо-передающих устройствах, использующих источники мощных сигналов, например магнетроны, имеющие нестабильность выходной частоты во времени, что позволяет применять полосно-пропускающие фильтры (ППФ) с более узкой полосой пропускания и большим коэффициентом прямоугольности, что, в свою очередь, позволяет увеличить подавление гармонических и негармонических составляющих вне полосы обработки сигнала и удерживать промежуточную частоту (ПЧ) сигнала на одной точке частотной характеристики ППФ ПЧ. Для этого предложено устройство автоматической подстройки частоты, содержащее магнетрон, направленный ответвитель, первый смеситель, частотный синтезатор, второй смеситель, гетеродинный вход второго смесителя соединен с выходом приемной части приемного тракта, узкополосный фильтр промежуточной частоты. 1 ил.

Устройство автоматической подстройки частоты, содержащее генератор импульсных колебаний, отличающееся тем, что в качестве генератора импульсных колебаний используется магнетрон, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, имеющего два выхода, один из которых является сверхвысокочастотным выходом устройства автоматической подстройки частоты, второй выход направленного ответвителя соединен со сверхвысокочастотным входом первого смесителя, что позволяет использовать для преобразования частоты непосредственно выходной сверхвысокочастотный сигнал, при этом гетеродинный вход первого смесителя соединен с выходом частотного синтезатора, выход промежуточной частоты первого смесителя соединен со сверхвысокочастотным входом второго смесителя, гетеродинный вход второго смесителя соединен с выходом приемной части приемного тракта, выход промежуточной частоты второго смесителя соединен со входом узкополосного фильтра промежуточной частоты, выход узкополосного фильтра промежуточной частоты является выходом промежуточной частоты устройства автоматической подстройки частоты, при этом входом приемного тракта является сверхвысокочастотный вход устройства автоматической подстройки частоты.