Система фазовой автоподстройки частоты

alt="Система фазовой автоподстройки частоты" width="2" height="41" align="LEFT" />

Рис. 7 = Wу эти особые точки сольются в одну полуустойчивую особую точку. Такой фазовый портрет соответствует режиму захвата. При Wн > Wу фазовая траектория проходит над осью j, особых точек нет, разность фаз неограниченно возрастает, а мгновенная расстройка изменяется от Wн - Wу до Wн + Wу. Такой режим называется режимом биений.

На рис. 44 изображен фазовый портрет для Wн = 1,5Wу, и на рис. 45 – переходные процессы при jн = 0. Максимальная скорость изменения разности фаз будет при j = (2n + 1)p, а минимальная – при j = 2np.

Рис. 8

Мы рассмотрели процессы в идеализированной системе ФАПЧ. В реальной системе всегда существует фильтр нижних частот. Допустим, в качестве ФНЧ используется интегрирующая цепь с постоянной времени Т. Не вдаваясь в подробности математического описания, отметим только физическую сущность изменений в переходных процессах. Как было сказано, в идеализированной системе изображающая точка, если она вначале не находится на фазовой траектории, переходит на нее по вертикальной линии. Это означает, что изменение мгновенной расстройки происходит настолько быстро, что разность фаз за это время не успевает измениться. С введением ФНЧ управляющее напряжение будет изменяться уже не мгновенно. Также не мгновенно будет изменяться и частота перестраиваемого генератора. Значит, за время изменения частоты изменится и разность фаз. В системе с широкополосным фильтром (WуТ<<1) изменение частоты перестраиваемого генератора происходит достаточно быстро и фазовые траектории незначительно отличаются от фазовых траекторий для идеализированной системы. На рис.46 изображены фазовые траектории при jн = p. Цифрой 1 обозначена фазовая траектория для широкополосной системы. С дальнейшим увеличением постоянной времени Т процессы становятся более медленными, колебательными (фазовая траектория 2). А в узкополосной системе (WуТ>>1) изменение напряжения на выходе ФНЧ и, следовательно, изменение частоты перестраиваемого генератора столь незначительны, что не смогут скомпенсиро-

Рис. 9

вать начальную расстройку, и система будет находиться в режиме биений (кривая 3).

Рис. 10

Характерной фазовой траекторией, позволяющей определить, в каком режиме будет находиться система ФАПЧ, является фазовая траектория, выходящая из полуустойчивой особой точки. Если эта фазовая траектория входит в следующую устойчивую особую точку, то система будет находиться в режиме удержания. Если она входит в следующую полуустойчивую особую точку, то система будет находиться в режиме захвата (рис. 10). Если же фазовая траектория пройдет над следующей полуустойчивой особой точкой,то система будет находиться в режиме биений.

Начальная расстройка, при которой система ФАПЧ переходит из режима биений в режим удержания при уменьшении начальной расстройки, называется полосой

Рис. 11

захвата. Чем уже полоса пропускания ФНЧ, тем меньше полоса захвата. Качественно это можно пояснить, сравнивая амплитуду напряжения на выходе ФНЧ (линия 2 на рис. 11) с напряжением, требуемым для компенсации начальной расстройки (линия 1 на рис. 11). Если Кфнч(Wу) = 1, то амплитуда напряжения на выходе ФНЧ равна Umфд и этого напряжения достаточно для компенсации начальной расстройки, равной Wу. Значит, полоса захвата Wз равна полосе удержания Wу. Если Кфнч(Wу) < 1, то амплитуда напряжения на выходе ФНЧ меньше напряжения, требуемого для компенсации начальной расстройки, равной Wу, и в системе сохранится режим биений. При уменьшении начальной расстройки увеличивается амплитуда напряжения на выходе ФНЧ и требуется меньшее напряжение для ее компенсации. Когда амплитуда напряжения на выходе ФНЧ сравняется с требуемым для перестройки значением напряжения, в системе ФАПЧ может произойти захват. Конечно, такая оценка полосы захвата очень грубая, так как не учитывает изменения формы напряжения на выходе ФД при подходе к режиму захвата.

Исследование системы ФАПЧ производится на модели, показанной на рис. 12.

Рис. 12

На вход модели можно подавать постоянную и линейно изменяющуюся

Заключение

Основным направлением развития систем связи является обеспечение множественного доступа, при котором частотный ресурс совместно и одновременно используется несколькими абонентами. К технологиям множественного доступа относятся TDMA, FDMA, CDMA и их комбинации. При этом повышают требования и к качеству связи, т.е. помехоустойчивости, объему передаваемой информации, защищенности информации и идентификации пользователя и пр. Это приводит к необходимости использования сложных видов модуляции, кодирования информации, непрерывной и быстрой перестройки рабочей частоты, синхронизации циклов работы передатчика, приемника и базовой станции, а также обеспечению высокой стабильности частоты и высокой точности амплитудной и фазовой модуляции при рабочих частотах, измеряемых гигагерцами. Что касается систем вещания, здесь основным требованием является повышение качества сигнала на стороне абонента, что опять же приводит к повышению объема передаваемой информации в связи с переходом на цифровые стандарты вещания. Крайне важна также стабильность во времени параметров таких радиопередатчиков - частоты, модуляции. Очевидно, что аналоговая схемотехника с такими задачами справиться не в состоянии, и формирование сигналов передатчиков необходимо осуществлять цифровыми методами.

Список литературы

Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. – М.: Радиотехника, 2003.

Первачев С.В. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1982.

Радиоавтоматика: Учебное пособие/ Под ред. В.А.Бесекерского. – М.: Высшая школа, 1985

Гришаев Ю.Н. Синтез частотных характеристик линейных систем автоматического регулирования: Метод. указания / РГРТА, 2000

Гришаев Ю.Н. Системы радиоавтоматики и их модели: учебное пособие.: Рязань,1977.

Гришаев Ю.Н. Радиоавтоматика. компьютерный лабораторный практикум/ РГРТА.: Рязань, 2004

Размещено на /