Чем больше коэффициент передачи системы, тем более инерционным должен быть фильтр для предотвращения демодуляции.

Иногда для приема ЧМ колебаний систему АСЧ используют как следящий фильтр для демодуляции колебаний. Физически такой способ приема вполне понятен: если частота следящего генератора почти точно (без ошибок) воспроизводит частоту сигнала, то с управителя снимается напряжение, воспроизводящее передаваемый сигнал. Подобный способ приема называется о б р ат н ой связью по частоте (ОСЧ) и применяется на практике, например, для приема сигналов искусственных спутников Земли [Л. 7, 3].

При приеме с ОСЧ осуществляют частичную демодуляцию сигнала. В результате этого удается уменьшить пороговое отношение сигнал/шум, начиная с которого происходит резкое ухудшение ЧМ приема по сравнению-е AM. Кроме того, эффективно снижаются нелинейные искажения широкополосных ЧМ сигналов в контурах УПЧ за счет сужения спектра в результате демодуляции. Заметим, что системы при приеме ЧМ сигналов с большими индексами модуляции получаются весьма широкополосными, так что особое внимание уделяют выбору частотных характеристик и устойчивости (здесь необходимо учитывать запаздывание в УПЧ, малые инерционности и т. д.). В [Л. 7] приводятся также некоторые практические схемы приемников с ОСЧ.

Импульсные частотные системы АСЧ

Импульсные частотные системы АСЧ применяются в приемниках радиолокационных станций и других импульсных приемниках для автоматической стабилизации промежуточной частоты или для автоматической подстройки частоты гетеродина.

В качестве гетеродинов здесь, как правило, используются клистронные генераторы, частота которых регулируется путем изменения напряжения на отражателе. Отсюда происходит другое наименование системы: автоматическая подстройка частоты клистрона (АПЧК). Эти системы подстраивают частоту клистрона, работающего в режиме непрерывной генерации, по частоте радиоимпульсов, генерируемых магнетронным или другим передатчиком. Несмотря на импульсный характер входного воздействия, системы АПЧК являются чаще всего инерционными, так что время установления процессов длится много периодов повторения Гп импульсов. Ниже рассматриваются именно такие инерционные системы в отличие от быстродействующих, где процесс подстройки завершается за время, меньшее длительности импульса (см. об этом [Л. 12]).

Распространение систем АПЧК объясняется тем, что в импульсных радиоприемниках сантиметрового и дециметрового диапазонов отношение полосы пропускания к

несущей B/f0 очень мало, на порядок меньше, чем для радиоприемников радиовещательных диапазонов, в то время как нестабильность генераторов сантиметрового диапазона сравнительно велика. Так, при В= =2-=- 3 Мгц и /о=Ю4 Мгц (Я=3 см) отношение B/fo= (2 -г- 3) Ю-4, а для радиовещательного приемника при В=104 гц и fB - =30 Мгц (короткие волны), B/f0=3-И)-3. Если учесть, кроме того, что частоты повторения импульсов имеют порядок тысяч, -те станет ясным, что ручная подстройка частоты в таких радиоприемниках практически невозможна.

Заметим, что в том случае, когда передающее и приемное устройства сантиметрового или дециметрового диапазона разнесены (например, в аппаратуре радиоуправления, см. разд. 27), используются системы автоматической стабилизации частоты клистрона (АСЧК) по резонансной частоте высокодобротного резонатора, обладающего хорошими эталонными свойствами.

Вследствие того что отношение B/f0 мало, системы АПЧК всегда снабжаются генераторами поиска, благодаря которым частота следящего генератора (клистрона) периодически изменяется в достаточно широком диапазоне частот до тех пор, пока система не перейдет в режим слежения. Генератор поиска является важной составной частью системы. Поэтому все системы АПЧК удобно классифицировать по способу включения генератора поиска. В соответствии с этим признаком различают системы с последовательным и параллельным генераторами поиска.

В первом случае этот генератор включается последовательно в цепь регулирования и при переходе к слежению режим работы и функции генератора меняются, он становитси частью промежуточных устройств системы. Во втором случае генератор поиска включается параллельно основной петле регулирования; при переходе в режим слежения генератор поиска отключается и никакого влияния на работу системы не оказывает.

Используемые ъ системах АПЧК элементы- частотные дискриминаторы и управители частоты - имеют некоторые особенности.

Переходная частота ЧД достаточно велика (30-60 Мгц). Это приводив к необходимости принять определенные меры в отношении выполнения схем, поскольку паразитные параметры и емкости усилительных приборов начинают существенно влиять на приведенные параметры контуров. По этим же причинам вместо контуров с параллельным резонансом иногда используются контуры с последовательным резонансом.

Необходимо учесть также импульсный характер поступающих на ЧД сигналов. Поскольку резонансные характеристики контуров, т. е. зависимость амплитуды им-

пульсов от расстройки, могут быть немонотонными (иметь несколько максимумов - рис. 22-29, а, кривые /, ), частотная характеристика может иметь несколько нулей (рис. 22-29, б). Избежать ложных настроек системы АПЧК можно выбором полосы контуров ЧД из условия В>1,5/<и (ги - длительность действующих на ЧД импульсов) .

Рис. 22-29. Диаграммы для иллюстрации особенностей частотных дискриминаторов при действии импульсов.

а - частотные характеристики контуров I, Н дискриминатора с расстроенными контурами при действии импульсов; б - характеристика дискриминатора. На участках АБ имеются нулевые точки О, в-которых могут вози кать ложные настройки.

Клистронные гетеродины могут иметь механическую и электронную перестройку частоты. Механическая перестройка осуществляется в весьма широком диапазоне частот и служит для предварительной установки частоты в соответствии с диапазоном радиопередатчика. Диапазон электронной перестройки, которая осуществляется изменением напряжения на отражательном электроде, определяется как разность между максимальной н минимальной частотами в рабочей области зоны генерации (отсчитываемой иа уровне половинной мощности). Он значительно уже и составляет обычно 0,5-1% (в специальных клистронах до 8-10%). На рис. 22-30, а представлены зависимости мощности Ркя и частоты fK клистрона от управляющего напряжения щ на отражателе. Каждой выбранной рабочей зоне, определяемой величиной исходного напряжения Ue, соответствует свой коэффициент передачи

У IdBy/w, UA.%/iuy=0

который является отрицательным (Д у = =%-U0).

Форма зоны генерации зависит от согласования клистрона с высокочастотным трактом. Зону генерации можно наблюдать на экране осциллографа, если подать на

Рис. 22-30. Характеристика клистрона.

а - рабочие зоны (f кл. кл- частота и мощность клистрона, N-номер зоны); б - зависимость отклонения частоты клистрона AfKJI °т изменения напряжения йиу на управляющем электроде.

отражатель клистрона развертывающее пилообразное напряжение осциллографа, а на вертикальные пластины - напряжение с детектора смесительной камеры АПЧК. Зона генерации должна иметь один максимум и быть симметричной.

При выборе исходной рабочей точки относительно максимума мощности (центра зоны генерации) необходимо учитывать естественное смещение частоты генерации, обусловленное ., изменением условий нормальной эксплуатации относительно тех условий, при которых происходит начальная установка этой точки (изменения температуры, давления и т. д.).

Система с последовательным генератором поиска (рис 22-31) состоит из смесителя (СМ), усилителя разностной частоты (УРЧ), частотного дискриминатора ЧД, промежуточных устройств и следящего (подстраиваемого) гетеродина (клистрона Кл). Действие дискриминатора и усилителя разностной частоты будем учитывать общей дискриминационной характеристикой Uu(f), как указано на стр. 159 (см. рис. 22-23), причем для линейного участка

ab (рис. 22-32, а) введем коэффициент передачи:

Л д = л ч.д =

f=fo

где £7И-

амплитуда импульсов на выходе частотного дискриминатора. В дальнейшем без ограничения общности будем полагать, что выбрана нижняя настройка гетеродина, т. е.

f = fc - /кл-

В состав промежуточных устройств входят, пиковый детектор ПД (Д, С , Ял) и управляющее устройство с лампой. Последнее в режиме поиска действует как гё-

Рис. 22-31. Функциональная схема импульсной системы АПЧК с последовательным генератором поиска.

нератор пилообразных колебаний (ГП), а в режиме слежения - как инерционный усилитель- инерционное звено с коэффициентом передачи Ks~SRa и постоянной времени ТэЛиСиКэ (усилитель с емкостной обратной связью Си).

При положительных импульсах на выходе ЧД (т е. когда расстройка отрицательна и f<fo) осуществляется пиковое детектирование и выходное напряжение ПД д=Ап.д1Уи; для отрицательных импульсов

ид = /и;и/Т,п=0 цепь регулирования размыкается.

При больших отрицательных напряжениях uR на управляющей сетке лампа заперта, напряжение на ее аноде постоянно и равно Ел. По мере увеличения напряжения после отпирания лампы установившееся напряжение щ на аноде убывает, пока,-наконец, не достигнет величины £/у.мин, при которой благодаря процессам в цепи экранирующей сетки не наступит переброс: лампа запрется по анодному току и далее схема начнет - генерировать пилообразные колебания (такие схемы были описаны в т. 1, разд. 11).

Таким образом, если напряжение на управляющей сетке таково, что щ падает до уровня tVy.MHH, схема переходит в режим автопоиска. Зависимость щ от амплитуды импульсов иж на выходе ЧД имеет вид кривой рис. 22-32, б, начинающейся -от напряжения £/у.МИн (точка перехода в режим поиска). Линейный участок ab этой кривой является рабочим. Таким образом, режим подстройки в системе возможен лишь в том случае, если амплитуда импульсов на выходе ЧД больше некоторого значения LVrp, а разностная частота лежит ниже некоторой граничной частоты frp<fo (рис. 22-32,а). Ясно, что для линейного участка ab характеристики ЧД

ил = Kn(f - fo) и t7E.rp= -

= Knti-M. (22-11)

Процесс установления режима при изменении частоты fc относительно некоторого исходного режима (точки А на рис. 22-32) протекает следующим образом. Если частота сигнала уменьшилась, то уменьшится разностная частота f=fc-fnn, возрастет, амплитуда Un импульсов, увеличится напряжение % (рис. 22-326), уменьшится fKn (рис. 22-32, в); следовательно, уменьшение fc повлечет за собой уменьшение / к л И в новом состоянии рабочая точка А будет соответствовать несколько меньшему значе-

Рис. 22-32. Характеристики элементов цепи АПЧК с последовательным генератором поиска. а - частотного дискриминатора; б- управляющего каскада; в - клистрона.