Устройство автоматической подстройки частоты сверхвысокочастотного генератора

Устройство автоматической подстройки частоты сверхвысокочастотного генератора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

Союз Советских

Социалистических

Республик

<ч758530 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 110878 (21) 2656638/18-09 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 23.08.80. Бюллетень М 31

Дата опубликования описания 23,0880 (51)М. Кл

P3 L 7/00

Государственный комитет

СССР

Flo делаю изобретений н открытий (53) УДК 621. 396. .666 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н. Н. Пренцлау, В. М. Дмитриев и В. Д. Бобрышев

Физико-технический институт низких температур

АН Украинской ССР (73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ

ЧАСТОТИ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО

ГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах стабилизации частоты

СВЧ-генераторов.

Известно устройство автоматической частоты СВЧ-генератора, содержащее последовательно соео диненные подстраиваемый СВЧ-генератор, смеситель, к другому входу которого подключен выход эталонного резонатора, первый усилитель промежуточной частоты, Фазовый детектор, к другому входу которого подключен второй усилитель промежуточной частоты, и фильтр нижних частот, а также амплитудный модулятор, подключенный к выходам подстраиваемого

СВЧ-генератора и первого усилителя промежуточной частоты (1) ..

Однако известное устройство имеет узкую полосу захвата, а также подвержено влиянию изменения длин линий связи на стабильность частоты выходного сигнала.

Цель изобретения — расширение полосы захвата.

Для этого в устройство автоматической подстройки частоты СВЧ-гене тора, содержащее последовательно соединенные п дстреиваемый СВЧ-генератор, смеситель, к другому входу которого подключен выход эталонного резонатора, первый усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, 5 к другому входу которого подключен второй усилитель промежуточной частоты, и Фильтр нижних частот, а также амплитудный модулятор, подключенный к выходам подстраиваемого

30 СВЧ-генератора и первого усилителя промежуточной частоты, между выходом амплитудного модулятора и входом второго усилителя промежуточной частоты включены последовательно сое 5 диненные элемент разделения прямой и отраженной волн и дополнительный смеситель, а вход эталонного резонатора подключен к другому выходу элемента разделения прямой и отра2О женной волн.

На чертеже изображена структурная электрическая схема предложенного устройства.

Устройство автоматической подст25 ройки частоты сверхвысокочастотного генератора содержит подстраиваемый

СВЧ-генератор 1, систему 2 с самовозбуждением, в которую входят эталонный резонатор 3, первый усилитель

3Q 4 промежуточной частоты (УПЧ), ампли758530 водит к равенствам 9!

18 Р1 45

З6 64 16

3 1 р = Р

5Ъ 45 15

Р -р =1 д2

48 64 Й а р г

45 имеют вид:

50 (2) 16 15

65 тудный модулятор 5, смеситель б и элемент 7 разделения, фильтр 8 нижних частот (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 развязывающие элементы

12 и 13 подается на смеситель б и амплитудный модулятор 5 с одной боковой. Благодаря наличию спектра шумов в настроенном на частоты Я первом УПЧ 4 они вызывают амплитудную модуляцию СВЧ сигнала в амплитудном модуляторе 5.

Если эталонный резонатор 3 настроен таким образом, что

Х а. =1„ (1) где fp — резонансная частота эталонного резонатора 3; — частота проходящего через. первый УПЧ 4 сигнала; — частота сигнала подг Ф страйваемого СВЧ-генератора 1, то образующийся при модуляции сигнал с частотой fp проходит через эталонный резонатор 3 и поступает в смеситель б, где в результате смешения его с сигналом У снова выделяется сигнал Д . При усилении его в первом УПЧ 4 он снова поступает в амплитудный модулятор 5, в результате чего выделяется сигнал f большей амплитуды и т. п.

Поэтому при соблюдении баланса амплитуд и фаз система 2 самовозбудится.

Фазовые соотношения системы 2Здесь „ и Ф П вЂ” крутизны фазочаатотных характеристик эталонного. резонатора 3 и первого УПЧ 4 соответственно. ь Г и wR - флуктуации частоты сигналов, проходящих через эталонный резонатор 3 и первый УПЧ

4 при флуктуации частоты ЬУ и под- страиваемого СВЧ-генератора 1. Р„„ сдвиг фазы в соответствующих элеменt àõ, причем первый индекс показы- вает, От какого элемента поступает сигнал, а второй индекс — куда он

;поступает.

Решение системы уравнений (2) приаЯ л - —.— —

1 teA р (3) Нз выражений (3) и (4) следует, что, едли 1р)7 gg, то а р (< а hQ hf, т. е. через эталонный резонатор 3 проходит более стабильный по частоте сигнал, чем Гг . Коэффициент стабилизации при этом ра вен (1+ р/ й) р/ д = К

Рассмотрим фазы сигналов, проходяi щих на Фазовый детектор 9 °

На первый вход амплитудного модулятора 5 подается сигнал с Фазой Р45, а на второй — с Фазой Р б . Поскольку амплитудный модулятор 5 с одной боковой, то на его выходе имеем два сигнала: сигнал несущей частоты СВЧ с фазой Р„5 и сигнал боковой с фазой Р ь + Р4б (в зависимОсти от тОгОр на нижней или верхней боковой работает система 2). Ъ случае малой 5 связи линии с эталонным резонатором

3 (что обычно выполняется на практике) часть мощности, поступающей на вход эталонного резонатора 3 на частоте f + 1, отражается, при этом щ фаза отраженного сигнала р (Мр ) зависит от расстройки ЬГг . В то же время сигнал с частотой f, находясь далеко за пределами полосы пропускания эталонного резонатора 3, при отражении не приобретает сдвига фазы, зависящего от расстройки Af . Поэтому на выходе дополнительного смесителя 10 в результате смешения отражен,ных сигналов с частотой f и фазой .Р и сигнала f> с фазой Р (hfð ) име40 ем сигнал с частотой A и фазой

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

u<„„t4 Р(Ы„1 - Р(Ь| ) („) т. е. пропорционально расстройке сиг. нала Afp относительно резонансной 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 между ними. Поэтому при использовании в устройстве фазового детектора 9 с полосой не ниже полосы пропускаиия первогЬ УПЧ 4 нет необходимости использовать систему

758530 (7) 20

25 (8) Г д R""-- 4 „=tpь|р

40 (9) М 1 л

50

65 поиска, так как система частотной автоподстройки частоты (ЧАПЧ) сработает во всем диапазоне Флуктуации частоты подстраиваемого СВЧ-генератора 1. При этом поскольку сигнал ошибки равен нулю при afp - О, т. е. при работе на резонансной частоте эталонного резонатора 3, система ЧАПЧ действует на подстраиваемый СВЧ-генератор 1 таким образом, чтобы hf> уменьшалась. При использовании сигнала с выхода 14 эталонного резонатора 3 его флуктуация частоты равна где К вЂ” коэффициент стабилизации автоматической подстройки частоты (АПЧ) предлагаемого устройства с учетом перераспределения флуктуаций, .

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:

М К где d+ и gf - изменение частот сигналов, проходящих через первый

УПЧ 4 и эталонный резонатор 3 из-за изменения набега фазы Р1 в линиях при изменении их длины. При стабилизации известной системы по сигналу первого УПЧ 1 ай" где Ь Я - — — флуктуация проходяст щего через первый УПЧ 4 сигнала при включенной системе АПЧ (М","я2ьГ изменение частоты проходящего через эталонный резонатор 3 сигнала при включенной системе АПЧ и том же набеге фазы Р,), В предлагаемом устройстве л а1

МФ где h fp - a hk — флуктуация проходящего через эталонный резонатор

3 и первый УПЧ 4 сигнала при включейной системе АПЧ предлагаемого устройства из-за изменения набега фазы Рл при изменении длин линий.

„„ Из, (9) и (10) следует, что

+p /Ыр=2К 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. Поскольку сдвиг фазы первого УПЧ 4 равен Л 2", то при включенной

АПЧ флуктуация d Q, а, следовательно,-и фаза Lg dOÐ снижается в К раз.

При больших К Пдву ."/K ((1рЬ 1р

Поскольку в системе 2 должен соблюдаться баланс фаз, то Гр Ы„=- Р.

Таким образом, сдвиг частоты генерации, вызванный изменением набега фазы Рл из-за изменения длин линий .практически полностью переносится на сигнал, проходящий через эталонный резонатор 3.

В предлагаемом же устройстве стабилизация осуществляется таким образом, что df> уменьшается в

К раз. Для системы 2 в данном в ) случае баланс фаз имеет вид Ы й+.

Поэтому изменение частоты сигнала, вызванного набегом фазы Р„ в от.личие от известного практически полностью переносится на сигнал промежуточной частоты, а проходящий через эталонный резонатор 3 сигнал оказывается мало чувствительЛ

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 К т2000. 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 срабатыва-. ния необходимо либо вручную перестраивать частоту подстраиваемого

СВЧ-генератора 1 до попадания сигнала Q. в полосу захвата фазового детектора 9, либо использовать автоматическую систему поиска. Влияние изменения длин линий связи на стабильность частоты выходного сигнала также снижается в 2Кс раз.

Формула изобретения

Устройство автоматической подстройки частоты сверхвысокочастотного (СВЧ) генератора, содержащее последовательно .соединенные подстраивае758530

Г

l

Составитель A. Слободский

Техред М. Рейвес Корректор Е. Папп

Редактор M. Ликович

Заказ 5767/20 Тираж 995

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д..4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мый СВЧ-генератор, смеситель, к другому входу которого подключен выход эталонного резонатора, первый усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, к другому входу которого подключен второй усилитель промежуточной частоты, и фильтр нижних частот, а также амплитудный модулятор, подключенный к выходам подстраиваемого СВЧ-генератора и первого усилителя промежуточной частоты, о т:л и ч а ю щ е е с я тем, что, а целью рас аирения полосы захвата, между выходом амплитудного модулятора и входом второго усилителя промежуточной частоты включены последовательно соединенные элемент разделения прямой и отраженной волн и дополнительный смеситель, а вход эталонного резонатора подключен к другому выходу элемента разделения прямой и отраженной волн.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 489193, кл. Н 03 8 3/0>}, 1973 (прототип).