Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) — устройство или метод автоматического изменения и удержания необходимой частоты электрических колебаний генератора. В процессе работы РЛС частота передатчика и гетеродина неизбежно изменяются под воздействием различных дестабилизирующих факторов. Основными из этих факторов являются изменения:
• параметров резонансных элементов передатчика и гетеродина из-за влияния колебаний температуры, влажности, давления;
• режима питания генераторов в результате нестабильности источников питания;
• нагрузки передатчика за счет непостоянства связи с антенной при ее вращении.
В результате относительного изменения частот гетеродина и передатчика разностная частота будет отличаться от номинального значения промежуточной частоты и спектр сигнала частично или полностью уйдет за пределы полосы пропускания УПЧ, и как следствие неизбежно ухудшение чувствительности приемника, а при полном уходе спектра за пределы полосы пропускания — прекращение приема.
Настройка аналоговых каналов Sony
Следовательно, необходимо обеспечить постоянство разностной частоты путем автоматического слежения частоты одного генератора за изменением частоты другого. Обычно «следящей» частотой является частота гетеродина. В РЛС используется как ручная, так и автоматическая подстройка частоты (АПЧ) гетеродина приемника, обеспечивающая выполнение равенства:
где значения частот, генерируемых соответственно гетеродином приемника и импульсным магнетроном передатчика.
Системы АПЧ представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования и предназначены для поддержания разности частот между частотой сигнала, излученного в пространство, и сигналом местного гетеродина, равной промежуточной.
Работа системы автоматической подстройки становится понятной после рассмотрения характеристики дискриминатора системы АПЧ относительно частотной характеристики УПЧ:
Такую характеристику имеет устройство, схема которого представлена ниже.
Частотный дискриминатор служит для получения напряжения рассогласования с полярностью, зависящей от знака расстройки; величина этого напряжения пропорциональна величине расстройки.
Подстройка частоты гетеродина приемника будет осуществляться, если величина расстройки по частоте не превышает зоны захвата. Если расстройка по частоте будет больше зоны захвата, тогда система АПЧ не будет работать.
Для того чтобы система АПЧ работала при любых расстройках частоты, на схему, управляющую частотой гетеродина, подается пилообразное напряжение «поиска» сигнала с периодом следования зондирующих импульсов. Как только частота гетеродина становится такой, что значение промежуточной частоты на выходе смесителя попадает в полосу захвата АПЧ, напряжение на входе управляющей схемы запоминается и начинает работать система АПЧ.
Smart TV LG (WebOS): первое включение, базовая настройка
Существующие системы АПЧ можно классифицировать по следующим признакам:
а). По виду дискриминатора
• система частотной автоподстройки;
• система фазовой автоподстройки.
b). По параметру
• система автоподстройки разностной частоты;
• система стабилизации абсолютного значения частоты;
c). По типу управителя
• электронные;
• электрические;
d). По способу настройки стабилизируемого параметра
• следящие;
• поисковые;
e). По виду эталона частоты:
• с активным эталоном (кварц);
• с пассивным эталоном (резонансные системы);
В современных РЛС необходимость системы АПЧ отпадает. В таких РЛС передатчик работает как усилитель СВЧ. Напряжение возбуждения передатчика формируется на высокостабильных транзисторах, которые используются одновременно для формирования гетеродинных напряжений приемника. В этом случае, если даже произойдет изменение частоты задающего генератора, на такую же величину изменится частота гетеродина.
Источник: morez.ru
АПЧ системы
Для нормального функционирования ВЧ тракта используют системы автоматического регулирования.
Системы автоматического регулирования позволяют без участия оператора поддерживать заданный режим работы управляемого объекта, например в радиоприемнике постоянство (с заданными отклонениями) уровня выходного сигнала.
Те параметры объекта, которые подлежат стабилизации или изменению по заданному закону, называют регулируемыми параметрами. В радиоаппаратуре — это прежде всего усиление или настройка гетеродина приемника. Устройства, параметры которого подлежат регулированию, называют объектом регулирования.
В приемниках — это каскады усилителя, его частотно-избирательная цепь или настройка гетеродина. Элемент, осуществляющий ту или иную регулировку, называется регулятором (или управителем). На регулятор подается напряжение, содержащее информацию о необходимом его действии.
Принцип действия систем АПЧ
Системы АПЧ супергетеродинных приемников относятся к числу автоматических регулировок обратного действия. Возможны два вида автоматической подстройки частоты: частотная (которую принято называть АПЧ) и фазовая (ФАПЧ). Первый вид автоподстройки применяется в радиовещательных приемниках значительно чаще.
Основные составляющие АПЧ: смеситель, дискриминатор, фильтр, усилитель АПЧ, управляющее устройство и гетеродин. Вместе они составляют собой замкнутую цепь авторегулирования. В некоторых случаях для увеличения напряжения, подаваемого на дискриминатор, перед ним включают дополнительный УПЧ (УАПЧ). Однако это усложняет конструкцию приемника.
В качестве УАПЧ может быть использован первый каскад УПЧ, который в этом случае должен быть апериодическим, а избирательность УПЧ обеспечивается в последующих каскадах, например фильтром ФСС. В этом варианте напряжение на дискриминатор подается не после смесителя, а с выхода первого каскада УПЧ.
Принцип действия АПЧ состоит в следующем. При точном соответствии частоты на выходе смесителя и настройки УПЧ напряжение па выходе дискриминатора (частотного детектора) равно нулю. При взаимной расстройке этих частот (из-за нестабильности гетеродина) на выходе дискриминатора появляется постоянное регулирующее напряжение, полярность которого зависит от знака указанной расстройки. Это напряжение после фильтра и усилителя постоянного тока подается на управляющее устройство так, что оно подстраивает частоту гетеродина в сторону уменьшения ошибки. Таким образом, цепь АПЧ всегда стремится уменьшить разницу между истинной промежуточной частотой и настройкой УПЧ.
Частота настройки дискриминатора f0 (иногда называемая переходной частотой) соответствует нулевому напряжению на выходе. При наличии расстройки, в зависимости от ее знака будет меняться полярность постоянного напряжения на выходе дискриминатора.
Важным показателем для оценки свойств дискриминатора служит крутизна характеристики — Sд (вольт/герц), пропорциональная ее углу наклона: , ее всегда желательно иметь возможно большей, так как при этом повышает эффективность работы дискриминатора.
Управляющее устройство, подстраивающее частоту гетеродина на нужный номинал имеет совместно с гетеродином частотную характеристику, напоминающую по форме латинскую букву S . Его работа также характеризуется крутизной наклона характеристики в ее средней части (герц/вольт), которую также выгодно повышать.
Для получения возможно более точной автоподстройки переходная частот дискриминатора должна совпадать с серединой полосы пропускания УПЧ . Однако за счет различных дестабилизирующих факторов (изменение температуры, вибрация и др.) возможно расхождение во времени этих частот. Правда, часто эти дестабилизирующие факторы расстраивают УПЧ и дискриминатор в одинаковую сторону, но не всегда в равной мере. Тогда появляется неизбежная дополнительная ошибка при работе АПЧ.
Значительно более совершенной в этом отношении является цепь АПЧ, в которой колебательные контуры дискриминатора и вводной фильтр УПЧ совмещены. В этом случае ошибка за счет рассогласования настроек УПЧ и дискриминатора исключается.
Источник: studwood.net
Основы радиолокации
Колебания температуры и питающих напряжений могут вызывать некоторые изменения частоты как в передатчике радиолокатора, так и в составных элементах приемника (местный гетеродин). Это приводит к снижению эффективности радиолокатора. Для компенсации частотной расстройки в радиочастотных приемных устройствах применяют автоматическую подстройку частоты (АПЧ). В англоязычных источниках этот метод и соответствующие каскады называют Automatic Frequency Control (AFC) .
Рисунок 1. Структурная схема радиоприемника с автоматической подстройкой частоты
Рисунок 1. Структурная схема радиоприемника с автоматической подстройкой частоты
Автоматическая подстройка частоты в радиоприемниках
В данном варианте (Рисунок 1) цепи АПЧ используются для точной подстройки частоты гетеродина по некоторому внешнему сигналу, частота которого заранее неизвестна. Принцип функционирования схемы АПЧ основан на том, что промежуточная частота имеет фиксированное, наперед заданное, значение. Таким образом, в схеме АПЧ определяется разница между фактической частотой гетеродина и требуемым ее значением на основании информации о величине и знаке отклонения разностной частоты от заданного значения промежуточной частоты. При этом вырабатывается управляющее напряжение, пропорциональное этому отклонению.
Управление частотой гетеродина осуществляется при помощи варикапа — электронного прибора, емкость которого зависит от величины приложенного к нему напряжения. Варикап включают в резонансный контур гетеродина; при изменении его емкости меняется резонансная частота этого контура и, соответственно, меняется частота гетеродина.
Предположим, например, что промежуточная частота равна 10,7 МГц и местный гетеродин формирует колебание на частоте, меньшей частоты принимаемого сигнала. В таком случае, при уменьшении частоты гетеродина значение разностной частоты на выходе смесителя будет увеличиваться и ее значение станет отличаться от заданного значения промежуточной частоты. Вследствие этого, на выходе частотного дискриминатора увеличивается напряжение, уменьшая емкость варикапа и, следовательно, увеличивая частоту гетеродина до требуемого значения. Если же теперь частота колебания на выходе гетеродина увеличится, то разностная частота уменьшится и уменьшится напряжение на варикапе и частота гетеродина также уменьшится.
Для функционирования описанной схемы АПЧ требуется относительно постоянная амплитуда входного (принятого) сигнала. Поэтому такая схема используется в радиоприемниках, FM-передатчиках и синтезаторах частоты. Очевидно, что для радиолокационных систем такая схема АПЧ малопригодна.
Радиолокационный приемник
Система АПЧ
Рисунок 2. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 1)
Радиолокационный приемник
Система АПЧ
Рисунок 2. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 1)
(интерактивный рисунок)
Автоматическая подстройка частоты в радиолокаторах
Автоматическая подстройка частоты применяется в некогерентных радиолокаторах или в радиолокаторах с эквивалентной когерентностью в двух имеющих некоторые сходства вариантах:
- Приемник настраивается по частоте сигнала передатчика (Рисунок 2);
- Передатчик настраивается по частоте сигнала в приемнике (Рисунок 3).
В обоих вариантах используется некотрая часть сигнала передатчика, получаемая при помощи направленного ответвителя, установленного в тракте прохождения сигнала перед антенным переключателем. Это высокочастотный сигнал смешивается с сигналом гетеродина для получения сигнала промежуточной частоты системы АПЧ.
Этот сигнал подается на частотный дискриминатор, на выходе которого возникает сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине отклонения частоты сигнала промежуточной частоты системы АПЧ от заданного значения промежуточной частоты, а полярность соответствует направлению этого отклонения. Если частота сигнала промежуточной частоты системы АПЧ равна центральной частоте дискриминатора, то на его выходе напряжение равно нулю. Центральная частота дискриминатора, по сути, представляет собой эталонное значение промежуточной частоты. Таким образом, напряжение на выходе дискриминатора является управляющим напряжением гетеродина, настраивающим его частоту на нужное значение.
Во втором варианте схема подстройки управляет частотой передатчика, а не частотой местного гетеродина! В этом случае частота передатчика будет подстраиваться по более стабильной частоте местного гетеродина.
Радиолокационный приемник
Система АПЧ
Рисунок 3. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 2)
Радиолокационный приемник
Система АПЧ
Рисунок 3. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 2)
Первый вариант используется в устаревших или недорогих радиолокаторах, в которых передающая система строится на основе автогенератора, например, магнетронного генератора. Такие генераторы работают на фиксированной частоте, заданной конструкцией генератора, без возможности ее изменения. Второй вариант используется, когда частота колебаний генераторного прибора (лампы) может изменяться. Часто такое изменение частоты выполняется механическим способом, например, введением штока в полость резонатора магнетрона, что приводит к изменению объема резонатора и, как следствие, к изменению рабочей частоты магнетрона.
В радиолокаторах с истинной когерентностью нет необходимости в подобных схемах. Частота сигнала, используемого в передатчике, и сигнала, используемого в приемнике, формируется одним общим задающим генератором, чем обеспечивается оптимальная фазовая когерентность и высокая стабильность частоты всей системы.
Источник: www.radartutorial.eu