Устройство автоматической подстройки частоты генератора Советский патент 1993 года по МПК H03L7/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может. быть применено в импульсных ра- дйопередающих устройствах СВЧ РЛС с электромеханической подстройкой частоты генератора СВЧ.

Цель изобретения повышение точности при выполнений подстраиваемого генератора механически перестраиваемым.

Сущность заявляемого решения состоит в том, что в механизм подстройки генератора СВЧ вместо двигателя-генератора введен шаговый четырехфазный двигатель, а диапазон частотных расстроек разбивается на две зоны регулирования (режим двойного управления шаговым двигателем): зона грубой настройки (ЗГИ), когда при больших рассогласованиях шаговый двигатель работает в обычном шаговом режиме; и зона точной настройки (ЗТН), когда при достаточно малых рассогласованиях(около нулевой- точки) режим работы шагового двигателя автоматически переключается электр онным

способом на режим работы с электрическим дроблением шага. ЗГН и ЗТН задаются пороговыми напряжениями Unop.SFH и Unop.STH (напряжения сравнения с сигналом ошибки) на входах компараторов. В зоне нерегулирования на двигатель сигналы управления не подаются.

Сущность заявляемого решения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - структурная схема устройства АПЧ; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства АПЧ; на фиг. 3 - временные диаграммы работы ЩД в обычном шаговом режиме; на фиг. 4 - варианты выполнения блоков устройства АПЧ.

Устройство автоматической подстройки частоты генератора содержит последовательно соединенные генератор 1 СВЧ, от- ветвитель 2, волноводный тройник 3 с аттенюатором, смеситель 4, УПЧ 5, дискриминатор 6, УПТ 7, также последовательно соединенные гетеродин 8, волноводный

(Л

г

00 СО С 00

XI ю

ЈА

тройник 9, ферритовый вентиль 10, выход которого соединен с вторым входом смесителя 4, последовательно соединенные компаратор 11 знака, формирователь 12, элемент НЕ 13, двухразрядный реверсивный счетчик 14, выход УПТ 7 соединен с входами компаратора 11 и двухполупериод- ного выпрямителя 15, выход которого чере компаратор 16, формирователь 17 логи-;о- ского уровня подключен к входам НЕ 18 и генератора 19 тактов, вых.сд которо-. го соединен с счетным входом счетчика 14, выход двухполупериодного выпрямителя 15 через компаратор 20, формирователь 21 логического уровня и элемент НЕ.22 подключен к входу элемента 23 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, к второму входу которого подключен выход элемента НЕ 18, генератор 24 соединен с счетным входом восьмиразрядного счетчика 25, а генератор 26 соединен с счетным входом десятиразрядного реверсивного счетчика 27, выходы разрядов счетчиков 25 и 27 подключены соответствующим образом- к входам блоков сравнения 28, 29, а девятый и десятый разряды счетчика 27 подключены к управляющим входам мультиплексоров 30, 31, информационные входы которых соединены соответствующим образом с шиной корпус, источнику напряжения логической 1 и выходам блока сравнения 29, неинвертирующие входы компараторов 16 и 20 подключены к соответствующим источникам напряжения, выходы элемента НЕ 18 элемента 23 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, прямые и инверсные выходы счетчика 14 выходы мультиплексоров 30, .31 подключены к соответствующим входам коммутаторов 32- 35, выходы которых через усилитель мощности 36-39 подключены к соответствующим входам механизма 40 подстройки генератора СВЧ, пятый вход которого подключен к источнику питания + ип.ш.д., выход элемента НЕ 13 подключен также к входу направления счета счетчика 27, вход разрешения счета которого объединен с входами запрета мультиплексоров 30,31 и подключен к выходу формирователя 21.

Устройство АПЧ работает следующим образом. Сигнал рассогласования (сигнал ошибки) с УПТ 7 (фиг. 2,а) поступает на компаратор знака 11 и двухполупериодный вы- прямитель 15. Компаратор 11, формирователь 12 логического уровня и элемент НЕ 13 формируют сигнал.РЕВЕРС - уровень логической 1 или О в зависимости от полярности (знака) сигнала ошибки (фиг. 2,а,б,в, в), который поступает па вход направления счета- (сложение/вычитание) счетчиков 14 и 27. Сигнал РЕВЕРС задает

направление вращения вала шагового двигателя.

При расстройках, больших Afi(Afi задается пороговым напряжением Unop.sm)

двухполупериодный выпрямитель 15, компаратор 15 сигнала ЗГН, формирователь 17 логического уровня и элемент НЕ 18 формируют сигнал разрешения работы тактового генератора 19 (фиг. 2,ж) и сигнал разрешения (фиг. 2,к) на прохождение через коммутаторы 32-35 импульсов управления, сформированных счетчиком 14 (фиг. 3). За пределами зоны Afi ЩД работает в обычном шаговом режиме.

Компаратор знака 11 выполнен по схеме на фиг. 4,а, например на ОУ 153 УД6, формирователи логических уровней 12, 17, 21 могут быть выполнены по схеме на фиг. 4,6, например, на микросхеме серии 564,

коммутаторы 32-35 выполнены по схеме фиг. 5,в, тактовый генератор 19 и двухраз- рядный реверсивный счетчик 14 может быть выполнен по известной схеме.

При достижении в результате подстрой«и генератора СВЧ 1 промежуточной частоты, равной f0 ±-я-, режим грубой

настройки ЗГН автоматически переключается на режим точной настройки ЗТН.

Двухполупериодный выпрямитель 15, компаратор 20 ЗТН, формирователь 21 формируют сигнал разрешения работы счетчика 27, поступающий на вход разрешения (СУ), и сигнал запрета, поступающий на входы

запрета (V) мультиплексоров 30, 31(фиг- 2,и), уровень сигнала логической 1 для мультиплексоров 30 и 31 является запрещающим. Элемент 23 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из сигналов с выходов элементов НЕ 18, 22

(фиг. 2,к,л) формирует сигнал (фиг. 2,м), разрешающий прохождение через коммутаторы 32-35 управляющих, напряжений А,В,А В вырабатываемых схемой электрического дробления шага в зоне точной на- л , о- А 1 - Af2 стройки л о. .

A to ±Зона

нерегулируемости (ЗН) (фиг. 2,м) задается пороговым напряжением Упор.зтн (фиг. 2,г.е.и,к,л,м).

Схема электрического дробления шага работает следующим образом. Импульсы с генератора 24 FI поступают на счетный вход двоичного счетчика 25, а импульсы с генератора 26 F2 поступают на тактовый вход реверсивного счетчика 27. Состояния выходов счетчиков 25 и 27 сравниваются блоками сравнения 28,29. В те моменты, когда число, записанное в счегмке 25, оказывается меньше числа, записанного в счетчике 27,

на выходе А В блока сравнения 29 присутствует сигнал 1. а на выходе А В - уровень О. Когда же число в счетчике 25 становится больше числа, записанного в счетчике 27, то на выходе А В блока сравнения 29 появляется уровень О, а на выходе А В - 1. А поскольку Fi Fa, то счетчик 25 работает значительно быстрее счетчика 27, и на выходе А В будут периодически появляться импульсы, длительность которых пропорциональна числу, записанному в счетчике 27, а импульсы на выходе А В имеют длительность, пропорциональную числу, дополняющему число в счетчике 27 до полного.

Импульсы с указанных выходов блока сравнения 29 поступают через мультиплексоры 30, 31 и коммутаторы 32-35 на входы усилителей мощности 36-39 и задают величину среднего тока через соответствующие обмотки шагового двигателя в механизме подстройки 40. В механизме подстройки генератора СВЧ использован четырехфазный шаговый двигатель, например ДШ-0,04 А по ОСТ В 160,512.043-80.

Управление мультиплексорами 30, 31 осуществляется сигналами с девятого и десятого разрядов счетч,и.1са-27. В любой момент времени из четырех обмоток шагового двигателя одна обмотка,.р.бе.сточена (соответствует входам мультиплексоров, соединенным с общей шиной), другая несмежная с ней обмотка, подсоединена к источнику питания напрямую .(соответствует входам мультиплексоров, соединенным с источни-, ком питания + Unm), а две оставшиеся об: мотки шагового двигателя подключаются к источнику питания ЩД + Уп.ш.д. на время, пропорциональное длительностям импульсов с выходов блока сравне:- ия 29. Входы мультиплексоров 30, 31 переключаются в момент переполнения восьми разрядов счетчика 27 при появлении импульса с выхода переноса. При этом изменяется комбинация на управляющих входах мультиплексоров, соответствующая состоянию девятого и десятого разрядов счетчика 27, мультиплексоры переключают свои входы, и каждая обмотка ЩД принимает такое состояние, какое имела смежная с ней обмотка (в зависимости от направления вращения) в момент предыдущего переключения мультиплексоров. При достижении зоны нерегулируемости (фиг. 2,м) счетчик 27 останавливается, и длительность импульсов с выхода блока сравнения 29 уже не изменяется. В этот момент запрещающим сигналом (фиг. 2,и), подаваемым на V- входы мультиплексоров 30,31, отключаются выходы мультиплексоров от входов, и управляющие токи через обмотки ЩД не протекают.

Коэффициент дробления шага, обеспечиваемый схемой, равен 28 - 256, Генерато- 5 ры -24, 26. счетчики 25, 27, блоки 28, 29, мультиплексоры 30, 31 могут быть выполнены на микросхемах 564 серии.

Амплитуда управляемых шаговым двигателем напряжений не зависит от амплиту10 ды сигнала ошибки, следовательно, скорость вращения вала ЩД в пределах зон настройки постоянна. Кроме того, повышается быстродействие системы АПЧ, так как отсутствуют колебания вала двигателя в ну5 левой точке.

Формула изобретения Устройство автоматической подстройки частоты генератора, содержащее последовательно соединенные смеситель, один

0 вход которого является входом опорного сигнала, усилитель промежуточной частоты и частотный детектор, а также последовательно соединенные генератор поискового напряжения, управляющий элемент и под5 страиваемый генератор, выход которого подключен к другому входу смесителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при выполнении подстраиваемогогенератора механически

0 перестраиваемым, управляющий элемент выполнен в виде шагового двигателя, генератор поискового напряжения выполнен в виде последовательно соединенных генератора тактовых импульсов и двухразрядного

5 реверсивного счетчика, а в устройство введены последовательно соединенные компаратор знака, первый формирователь сигнала логического уровня и первый элемент НЕ, включенные между выходом час0 тотного детектора и входом направления счета двухразрядного реверсивного счетчика, последовательно соединенные двухпо- лупериодный выпрямитель, компаратор зоны грубой настройки, и второй формиро5 ватель логического уровня, включенные между выходом частотного детектора и управляющим входом генератора тактовых импульсов, последовательно соединенные компаратор, второй элемент НЕ, вход кото0 рого подключен к выходу первого логического формирователя зоны точной настройки, вход которого подключен к выходу двухполупериодного выпрямителя, третий формирователь сигнала логического

5 уровня и третий элемент НЕ, последовательно соединенные генератор сигнала с частотой Fv и восьмиразрядный двоичный счетчик, последовательно соединенные генератор сигнала с частотой Fa, где Fa Fi, и десятиразрядный реверсивный счетчик,

оходы разрешения счета и направление счета которого подключены соответственно к оыходам первого и третьего элементов НЕ. первый блок сравнения, первал группа входов которого подключена к выходам первого, второго, третьего и четвертого разрядов восьмиразрядного двоичного счетчика, вторая группа входов - к выходам первого, второго, третьего и четвертого разрядов десятиразрядного реверсивного счетчика, втором блок сравнения, первая группа входом которого подключена к выходам пятого, шестого, седьмого и восьмого разрядов десятичного реверсивного счетчика, вторая группа входов - к выходам пятого, шестого, седьмого и восьмого разрядов восьмиразрядного двоичного счетчика, а входы сигналов Больше, Меньше и Равно подключены к выходам сигналов Больше, Меньше и Равно первого блока сравнения, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, а также первый и второй мультиплексоры и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого подключены к выходам второго и третьего элементов НЕ, при этом входы запрета первого и второго мультиплексоров подключены к выходам третьего формирователя сигнала логического уровня/их адресные входы к выходам девятого и десятого разрядов десятиразрядного реверсивного счетчика, первая группа входов первого мультиплексора подключена соответственно к источнику питания, к выходу сигнала Меньше второго блока сравнения, к общей шине и выходу сигнала Больше второго блока сравнения, вторая

группа входов подключена соответственно к выходу сигнала Больше второго блока сравнения, к источнику питания, к выходу сигнала М.еньше второго блока сравнения

и к общей шине, первая группа входов второго мультиплексора подключена соответственно к общей шине, выходу сигнала Больше второго блока сравнения, к источнику питания и выходу сигнала Меньше

второго блока сравнения, вторая группа входов второго мультиплексора подключена соответственно к выходу сигнала Меньше второго блока сравнения, к общей шине, к выходу сигнала Меньше второго блока

сравнения и общей шине, первые оходы первого, второго,третьего и четвертого коммутаторов подключены соответственно к инверсному выходу первого разряда, к прямому выходу второго разряда, прямому выходу первого разряда и инверсному выходу второго разряда двричного реверсивного счетчика, вторые входы первого и второго коммутаторов подключены соответственно к первому и второму выходам первого мультиплексора, вторые входы третьего и четвертого компараторов подключены к первому и второму выходам второго мультиплексора соответственно, управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов подключены к выходу второго элемента НЕ и выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выходы первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов подключены к соответствующим управляющим входам шагового двигателя.

1 «л ш.д.

%ля W2

Uynp.

3 ,

ALAb

BUfy

U,

ЦпрЧ/ti

26 И

а/..м

J

Использование: радиотехника, импульсные радиопередающие устройства В Ч РЛС. Сущность изобретения: в устройстве автоматической подстройки частоты генератора достигается повышение точности при выполнении подстраиваемого генератора механически перестраиваемым за счет того, что в режиме точной настройки работы шагового двигателя оно автоматически переключается электронным способом на режим работы с электрическим дроблением шага. 4 ил.

Фиг.1

fTr

1838879

Прямое Вращение ш.д.Обратное вращение ш.д.

I

I

1 I i I

Ж

Sz

,

Я

;

i I

I I

Iflf

иг

-.

-E

Фиг

;

i I

i i

«1

Q

1

г i

i i

Ж

М.,И1-Ю1)кОм)

/fj

(X3-f,OMoMt M-fSaxffH)