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

тудный модулятор 5, смеситель б и элемент 7 разделения, фильтр 8 нижних (ФНЧ) , фазовый детектор 9, дополнительный смеситель 10 и второй усилитель 11 промежуточной частоты (УПЧ), а также два развязывающих элемента 12, 13 и выход 14 СВЧ-сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал подстраиваемого СВЧ-генератора 1 через развязывакяцие элементы 12 и 13 подается на смеситель б и тамплитудный модулятор 5 с одной боковой. Благодаря наличию спектра шумов в настроенном на частоты Л первом УПЧ 4 они вызывают амплитудную модуляцию СВЧ сигнала в амплитудном модуляторе 5.

Если эталонный резонатор 3 настроен таким образом, что

(1)

fp .

где fp - резонансная частота эталонного резонатора 3;

Л частота проходящего черезпервый УПЧ 4 сигнала; f - частота сигнала подстраиваемого СВЧ-генератора 1, то образующийся при модуляции сигнал с частотой fc

проходит через

эталонный резонатор 3 и поступает в смеситель б, где в результате смешения его с сигналом f сйова выделяется сигнал И .. При усилени его в первом УПЧ -1 он снова поступает в амплитудный модулятор 5, в результате чего выделяется сигнал fp большей амплитуды и т. п. Поэтому при соблюдении баланса амплитуд и фаз система 2 самовозбудится. .

Фазовые соотношения системы 2 Ф .чр ,4 Мб

ф +-О Р

N5

3b-%--fpA P

вид: P45-%4-V

О р

() Чь 15 -I

5десь tp и Cjj. -крутизны фазочаототных характеристик эталонного ре: онатора 3 и первого УПЧ 4 соответственно, л fp и ц ft - флуктуации частоты сигналов, проходящих через эта.лонный резонатор 3 и первый УПЧ 4 при флук уации частоты Af и подстраиваемого СВЧ-гёнератора 1. сдвиг фазы в соответствующих элементах, причем первый индекс показы- аает, от какого элемента поступает сигнал, а второй индекс - куда он (Поступает.

Решение системы уравнений (2) прий г

. (3) водит к равенствам . .в

п .М.Г /L

.Tp/t ()

Из выражений (3) и С) следует, что, ев;ли tp) tft. , то Afp iC Л f г , а , т. е. через эталонный

резонатор 3 проходит более стабильный по .частоте сигнал, чем f . Коэффициент стабилизации при этом равен (.).

Рассмотрим фазы сигналов, проходящих на фазовый детектор 9,

На первый вход амплитудного модулятора 5 подается сигнал с фазой а на второй - с фазой 15 Поскольку амплитудный модулятор 5 с одной боковой, то на его выходе имеем два

0 сигнала: сигнал несущей частоты СЕЧ с фазой 9-,5 и сигнал боковой с фазой ( зависимости от того, на нижней или верхней боковой работает система 2), 6 случае малой

5 связи линии с эталонным резонатором 3 (что обычно выполняется на практике) часть мощности, поступающей на вход эталонного резонатора 3 на частоте t, Л fp f отражается, при этом

Q фаза отраженного сигнала P(Afp) зависит от расстройки Aff, . В то же ВР0МЯ сигнал с частотой f, находясь далеко за пределами полосы пропускания эталонного резонатора 3, при

С отражении не приобретает сдвига фазы, зависящего от расстройки Afp . Поэтому на выходе дополнительного смесителя 10 в результате смешения отражен,ных сигналов с частотой fp и фазой .4,- и сигнала fp с фазой 4 (Afp) имеем сигнал с частотой Д. и фазой

(

В фазовом детекторе 9 выделяется 5 сигнал постоянного тока, пропорциональный разности фаз, подаваемых на его входы сигналов

feь,(p)(). (5

Т. е. пропорционально расстройке сигнала &fn относительно резонансной

-,. г ...

частоты эталонного резонатора 3 (для малых расстроек).

Поскольку на входы фазового детектора 9 подаются сигналы одной частоты Я. , то сигнал ошибки на выходе фазового детектора 9 зависит не от разности частот подаваемых на его входы сигналов, а от разности фаз меяаду ними. Поэтому при использовании в устройстве фазового детектора 9с полосой не ниже полосы пропускания первогЬ УПЧ 4 нет 5 необходимости использовать систему поиска, так как система частотной а тоггодстройки частоты (ЧЛПЧ) сработает во всем диапазоне Флуктуации частоты подстраиваемого СВЧ-генератора 1. При этом поскольку сигнал ошибки равен нулю при , т, е при работе на резонансной частоте эталонного резонатора 3, система ЧА действует на подстраиваемый СВЧ-генератор 1 таким образом, чтобы fp уменьШсшась. При использовании сигнАла с выхода 14 эталонного резонатора 3 его флуктуация частоты равна dfpД г V-(i..)K где К - коэффициент стабилизации автоматической подстройки частоты (АПЧ) предлагаемого устройства с учетом перерарпределения флуктуаций Д fp . - Рассмотрим влияние изменения длины линии связи на частоту выходного с эталонного резонатора 3 сигнала. Для этого составим систему уравнений, подобную (2), с.учетом изменения набега фазы из-за изменения длины линии связи. Решение его приводит к следующему уравнению ГдДЛ - Р 1ГрД где дЛ и Afp - изменение частот сигналов, проходящих через первый УПЧ 4 и эталонный резонатор 3 из-за изменения набега фазы -Pi в линиях при изменении их длины. При стабилизации известной системы по сигналу первого УПЧ 1 где Д JT -j - флуктуация проходящего через первый УПЧ 4 сигнала при включенной системе АПЧ изменение частоты проходящего чере эталонный резонатор 3 сигнала при включенной системе АПЧ и том же набеге фазы ). В предлагаемом устройстве t, , где Afp Т(Г кдЛ - флуктуация пр ходящего через эталонный резонатор 3 и первый УПЧ 4 сигнала при включейной системе АПЧ предлагаемого устройства из-за изменения набега фазы Чл при изменении длин линий Из (9) и (10) следует, что АСр /л1р-21С т., т. е. флуктуация частоты: проходящего через эталонный резонатор 3 сигнала снижается в 2К раз. В известном устройстве АПЧ подстраиваемого СВЧ-генератора 1 осуществляется по сигналу первого УПЧ 4. IПоскольку сдвиг фазы первого уПЧ 4 равен , то при включенной АПЧ флуктуация л О. , а, следовательно,-и фазаЕд Л ft снижается в KC.T раз. При больших Поскольку в системе 2 должен соблюдаться баланс фаз, то . Таким образом, сдвиг частоты генерации, вьазванный изменением набега фазы Рд из-за изменения длин линий .практически полностью переносится на сигнал, проходящий через эталонный резонатор 3. В предлагаемом же устройстве стабилизация осуществляется таким образом, что ufp уменьшается в раз. Для системы 2 в данном случае баланс фаз имеет s. Поэтому изменение частоты сигнала, вызванного набегом фазы -Рд б отличие от известного практически полностью переносится на сигнал промежуточной частоты, а проходящий через эталонный резонатор 3 сигнал оказывается мало чувствительным к -Рд . При исследовании предлагаемого .устройства используется широкополосный нерезонансный фазовый детектор ;9. .В этом случае полоса захвата устройства равняется полосе пропускания первого УПЧ 4 и составляет 5 МГц на частоте 30 мГц. При этом получен . Поскольку полоса фазового детектора 9 выбирается заведомо больше полосы пропускания первого УПЧ 4, то система ЧАПЧ предлагаемого устройства срабатывает при наличии возбуждения в системе 2. Практически захват осуществлялся включением системы ЧАПЧ при возбужденной системе 2. Для известного устройства при тех же условиях полоса захвата равняется 0,5 - 0,7 мГц. Поэтому при возбуждении системы 2 за пределами этой полосы система ЧАПЧ не срабатывает. Для ее срабатывания необходимо либо вручную перестраивать частоту подстраиваемого СВЧ-генератора 1 до попадания сигнала И в полосу захвата фазового детектора 9, либо использовать автоматическую систему поиска. Влияние изменения длин линий связи на стабильность частоты выходного сигнала также снижается в 2К. раз. Формула изобретения Устройство автоматической подстройки частоты сверхвысокочастотного (СВЧ) генератора, содержащее последовательно соединенные подстраивае№лй СВЧ-генератор, смеситель, к другому входу которого подключен выход этгшонного резонатора, первый усилитель промежуточной частоты, фаЭовый детектор, к другому входу которого подключай второй усилитель промежуточной частоты, и фильтр нижHHic частот, а также амплитудный модулятор, подключенный к выходам подстраиваемого СВЧ-генератора и первого усилителя промежуточной частоты, О т:л и ч а ю m е е с я тем, что, с целью расширения полосы захвата, меящу выходом амплитудного модулятора и входом второго усилителя промежуточной частоты включены последовательно соединенные элемент разделения прямой и отраженной волн и дополнительный смеситель, а вход этас лонного резонатора подключен к другому выходу элемента разделения прямой и отраженной волн.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторсксэе свидетельство СССР 489193, кл, Н 03 В З/0i, 1973 (прототип).