Устройство автоматической подстройки частоты Советский патент 1980 года по МПК H03L7/00 

(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ 1 Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано, например в следящих фильтрах или в устройствах для стабилизации дискретного множества частот. Известно устройство автоматической подстройки частоты, содержащее два соединенных по входу идентичных кольца фазовой автоподстройки часто ты (ФАПЧ), к управляющему входу каж дого из которых подключен соответст вуквдий модулирукмдий генератор, измеритель отношения частот, первый смеситель, входы которого подключены к выходам подстраиваемых генераторов обоих колец ФАПЧ, а также второй и третий смесители 1. Однако в известном устройстве автоматической подстройки частоты ширина полосы захвата ограничена диапазоном перестройки частот подстраиваемых генераторов. Целью изобретения является расширение полосы захвата. Для этого в устройстве автоматической подстройки частоты, содержащем два соединенных по входу идеи тичных кольца фазовой автоподстрой ки частоты (ФАПЧ) , к управляющему-входу каждого из которых подключен ЧАСТОТЫ соответствующий модулирукмций генератор, измеритель отношения частот, первый смеситель, входы которого подключены к выходам подстраиваеких генераторов обоих колец ФАПЧ, а также второй и третий смесители, входы второго смесителя подключены к выходам модулирующих генераторов, входы измерителя отношения частот подключены к выходам первого и второго смесителей, к выходу подстраиваемого генератора одного из колец ФАПЧ подключен один вход третьего смесителя, между другим входом которого и выходом модулирующего генератора того же кольца ФАПЧ включен умножитель частоты, управляющий вход которого соединен с выходом измерителя отношения частот, при этом частоты модулирукадих генераторов выбраны из условия f AF - частоты соотвётствуюгде F и F,j - частоты соотв тству1 щих модулирующих генераторов, а д F их разность. На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства АПЧ., на фиг. 2 - спектральные диаграммы, поясняквдие его работу;(на фиг.2а представлен исходный спектр на выходе фазового модулятора одного кольца ФАПЧ; на фиг. 2б - то же, для второг кольца ФАПЧ на фиг. 2в - частота входного сигнала и ширина полосы захвата предлагаемого устройства; на фиг. 2г - спектр сигнала на выходе фазового модулятора первого кольца ФАПЧ после захвата; на фиг. 2д то же, для второго кольца ФАПЧ). Устройство АПЧ содержит идентичные первое 1 и второе 2 кольца ФАПЧ, состоящие из фазового детектора 3, фильтра 4 нижних частот, подстраивае мого генератора 5 и фазового модулятора б, модулирующие генераторы 7 и 8, первый смеситель 9, второй смеситель 10, третий смеситель 11, изме ритель 12 отношения частот и умножитель 13 частоты с управляемым коэффициентом умножения. Входом устройства служит параллельное соединение первых входов фазовых детекторов 3 первого 1 и второго 2 колец ФАПЧ, а выходом - выход третьего смесителя 1 1 . Частоты модулирующих генераторов 7 и 8 выбраны из условия Л F « .Р„ F - частота модулирующего генератора 7; F - частота модулирующего генератора 8. Работа предлагаемого устройства происходит следукндим образом. Пусть в исходном состоянии входной сигнал отсутствует, частоты подс раиваемых генераторов 5 примерно рав ны и выполняются условия . F,a д F где f , f,j - частоты подстраиваелых генераторов 5 первого и второго коле 1 и 2 ФАПЧ. Тогда.на выходах фазовых модуляторов 6 присутствуют сигналы со спек ром, показанным на фиг. 2а и 26. Модуляторы б выполнены так, чтобы участки спектров фиг. 2а, 26 были равномерны по амплитуде в диапазоне изменения частоты входного сигнала, поступающего на вход. Это достигает соответствующим выбором индекса МО4| ляции и модулирующего сиг нала. Так как частоты F/ и F/ отли ч;аются на величину лР, то спектрал ные составлякщие сигнала на выходах модуляторов первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ не совпадают, причем ра стройка мезкду ними возрастает с воз растанием порядкого номера спектрабт ной составляющей (фиг. 2а, 26). Есл частота входного сигнала не совпада ни с одной спектральной составляюще (см. фиг. 2в), но выполняются условия F, max -- . И,7 где .р - полоса захвата колец ФАПЧ при отсутствии модул яции максимальный порядковый номер используемой спектральной составляющей, то после поступления на вход входного сигиеша поступает захват первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ и в системе устанавливается равенство частот входного сигнала -и ближайшей спектральной составляющей сигналов на выходах модуляторов б, т. е. выполняется равенство f&t. для первого кольца 1 ФАПЧ и равенствоf +пР2 для второго кольца 2 ФАПЧ. Соответствующие спектры сигна- лов показаны на фиг. 2г, 2д. Найдем величину разности частот подстраиваемых генераторов 5 первого и второго колец 1 и 2 ФАПЧ -fj W- -V f 1-4f) Эта разность частот выделяется на выходе первого смесителя 9, подключенного входами к выходам подстраиваемых генераторов 5. В дальнейшем сигналы с выходов первого и второго смесителей 9 и 10 используются для определения порядкового номера спектральной составляющей, на которой произошел захват. Эту функцию выполняет измеритель 12 отнесения частот, входы которого подключены к выходам вышеупомянутых смесителей. На выходе измерителя 12 отношения частот будет сигНсШ, соответствующий величинеВ случае применения цифрового измерителя отношения частот это будет числовой импульсный код, который управляет работой умножителя 13 частоты таким образом, что в нем устанавливается козффициент умнот жения, равный п. Вход умножителя 13 подключен к выходу модулирующего генератора 7, поэтому на его выходе устанавливается частота nF . Сигнаща с выхода умножителя 13 частоты и с выхода подстраиваемого генератора 5 первого кольца 1 ФАПЧ поступают на входал, третьего смесителя 11 и на выходе его, соединенном с выходом устройства(Выделяется сиг кал с суммарной частотой f +nF fe -nF +nF fgx . Таким образом, на выходе устройства синтезируется сигнал с частотой, равной частоте входного сигнал При изменении частоты входного сигнала в пределах полосы удержания колец ФАПЧ это равенство поддерживается системой ФАПЧ, а при выходе Частоты входного сигнала за пределы полосы удержания происходит пе резахват первого и второго колец ФА за соседнюю гармоническую составляю щую и в системе вновь устанавливает равенство частот выходного и входно го сигналов. Предлагаемое устройство обладает тем преимуществом, что в нем полосы захвата и удержания определяются шириной и формой спектра сигнала на выходе фазового модулятора 6 и могут значительно превышать диапазон перестройки подстраиваемого генератора Как видно из диаграмм фиг. 2, выигрыш в ширине полосы захвата составляет I t( . Пгоан F4 +Пэох&.о /Величиной д F пренебрегаем, так как -4Р« F . Если выбрать исходную полосу захвата колец ФАПЧ. из условия .о - Ji то получаем и ПгпакП аскхб.р +П зохв.о Пгпах ъсихв.о В случае применения кварцевых генераторов в -качестве подстраиваемых генераторов 5 с перестройкой, равной 0,08-6,3, фазовых модуляторов 6 с индексом модуляции т 2-8 и с учетом условий (1), (2) этот выигрыш составляет К 3-10 раз. . Кроме того, синтез частоты, равной частоте входного сигнала, происходит с помощью таких операций, как сложение, вычитание, деление частоты, умножение частоты на целое число и поэтому может быть легко реализован с помощью цифровых вычислительных устройств. Формула изобретения Устройство автоматической подстройки частоты, содержащее два соединенных по входу идентичных кольца фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) Р( управляющему входу каждого, из кото(рых подключен соответствующий модулирующий генератор, измеритель отношения частот, первый смеситель, входы которого подключены к выходам подстраиваемых генераторов обоих колец ФАПЧ, а также второй и третий смесители, отличающееся тем, что, с целью расширения полосы захвата, входы второго смесителя подключены к выходам модулирующих генераторов, входы измерителя отношения частот подключены к выходам первого и второго смесителей, к выходу подстраиваемого генератора одного из колец ФАПЧ подключен один вход третьего смесителя , между другим входом которого и выходом модулирующего генератора того же кольца ФАПЧ включен умножитель частоты, управляющий вход которого соединен с выходом измерителя отношения частот, при этом частоты модулирующих генераторов выбраны из условия F - F uF« F,j где F;( и FI - частоты соответствующих модулирующих генераторов, а дР их разность. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США 3836758, кл. 235-151.31, 1974 (прототип).

Г

1