Автоматическая подстройка частоты
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.
Рисунок 2. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 1)
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.
Рисунок 3. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 2)
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.