Устройство для фазовой автоподстройки частоты Советский патент 1979 года по МПК H03B3/04 

Изобретение относится к генерированию электрических колебаний и пред назначено для использования в фазометрических радиотехнических CHCTavia различного назначения в качестве еле дящего фильтра, обеспечивающего упуч шенную точность слежения за фазой сигнала при изменении его частоты. Известно устройство для фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) ,которо обладает повышенной стабильностью разности фаз входного и выходного сигналов при изменении частоты входного сигнала 1. Однакоэто устройство имеет астатизм не более второго порядка. Наиболее близким техническим ре шением к предлагаемому является уст ройство, представляющее собой многоканальную систолу ФАПЧ и состоящее КЗ 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 явля ется то, что фаза выходного сигнала зависит от частоты эталонного генератора, 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 N 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 нижйих частот, управляемого генератора и 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 последующего дополнительного кольца ФАПЧ включен соответствующий дополнительный смеситель, к другому входу котор го подключен блок опорных частот. На чертеже представлена структурная электрическая схема предложенного устройства, I Устройство ФЛПЧ подключено к источнику 1 .внешнего сигнала и содержит основное кольцо ФАПЧ, состоящее из смесителя 2, фазового детектора 3 фильт.ра 4 нижних частот, управляемого генератора 5 и эталонного генератора Ь, и N дополнительных колец ФАПЧ, состоящих из фазового детекто,ра 7, фильтра 8 нижних частот, управ ляемого генератора 9 и смесителя 10 Между-выходом смесителя 10 каждого предыдущего дополнительного 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 СОр, а частота эталонного генератора 6 равна со , тогда в режиме синхронизма частота управляемого генератора 5 равна + . Частотные преобразования в смесителе 10 первого дополнительного кольца ФАПЧ выполнены таким об разом, что из частоты управляемого генератора 5 вычитается частота управляемого генератора 9, а их разность равна СО(,, Отсюда вытекает, чт в режиме синхронизма частота управляемого генератора 9 равна СО . В смесителях 11 происходит сумми рование опорных частотWgf... с частотой выходного сигнала смесителя 10 предьщущего кольца ФАПЧ, кото рая для всех колец ФАПЧ, начиная со второго у равна частоте входного сиг нала UJg , Для вьшолнения этого равен ства частоты управляемых генераторо 9 колец ФАПЧ, .последующих за вторьм в режиме синхронизма также совпадаю с частотами опорных сигналов, а;;В смесителях 10 вьщеляется разность частот поступающих на них сигналов. Смесители 11 полагаются малоинер ционньми по сравнению с инерционностью- колец ФАПЧ, Пусть закон изменения фазы внешн сигнала, поступающего на устройство от источника 1, аппроксимируется степенннм полиномом вида if(t)Ao + A,t + : ,, + AgtM Ut), ( где АО, ,,. Ag- коэффициенты; l(t)- ступенчатая функция, равная О при t О и равная 1 при t 0, Известно, что в системе ФАПЧ ошибка оспроизведения скачка фазы сигнала pl(t)paBHa О в установившемся режие, что является следствием астатиза системы ФАПЧ по отношению к изменениям фазы. Второй член ряда (1) представляет собой линейное во времени изменение азы, вызывающее скачок частоты внешнего сигнала . Реакция системы ФАПЧ, не содержащей идеальных интеграторов в фильтре нижних частот, на такое воздействие приводит к появлению при 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 стационарнсм режиме оьгчная система ФАПЧ, обладающая первым порядксм 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 коэффициентов ошибок С, при слежении за сигналом вида (1) , с помощью которых ошибка слежения х(t) записывается в установившемся режиме в виде X(:t)-q,cpftHC 4(i)t.. .4 - ) (2) 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 кольцами. Действительно, на каждое кольцо, начиная со второго, воздействуют как внешний сигнал, поступающий от источника 1, так и сигнал от пр.эдьщущего кольца, причем с помощью смесителей 11 и блока 12 частоты управляемых генераторов каналов жестко привязьаваются к опорным частотам. Такое- построение приводит к тому, что каждое последующее кольцо, обладающее первым порядком астатизма, увеличивает порядок астатизма устройства на единицу. Таким образон, -ппорядок астатизма предлагаемого устройства в этом случае равен числу колец ФАПЧ N 1, При N+ 1 Е.+ 1 ошибка слежения устройства равна нулю, так как все коэффициенты ошибок GO Cg представляют собой нулевые величины. Постоянные фазовые сдвиги, возникающие в кольцах ФАПЧ за счет началь