Опис систем радіоавтоматики

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
кафедра радіотехнічних систем
РЕФЕРАТ
на тему:
«Опис систем радіоавтоматики»
МІНСЬК, 2008

1.Система частотної автопідстроювання (ПАП)
1.1 Функціональна схема
Система ПАП використовується в супергетеродинних приймачах для автоматичного підстроювання частоти гетеродина з метою забезпечення заданого значення проміжної частоти, в якості вузькосмугових перебудовуються за частотою фільтрів, демодуляторів ЧС коливань зі зворотним зв'язком по частоті і т.д.
Роботу системи ПАП розглянемо на прикладі її застосування для стабілізації проміжної частоти в супергетеродинному приймачі (рис. 1).
SHAPE \ * MERGEFORMAT
УПЧ
Гетерод.
U вх (t)
Суміші.
ЧД
ФНЧ
До інших каскадам
приймача

Рис. 1. Функціональна схема системи ПАП: ЧД - частотний дискримінатор; Гетерод. - Гетеродин (підбудовується генератор)
З допомогою змішувача формується проміжна частота ωпр як різниця частот вхідного сигналу і підстроюється генератора (гетеродина). Її номінальне значення постійне. УПЧ, що має виборчу систему, налаштовану на номінальне значення проміжної частоти, посилює цей сигнал. Далі сигнал подається на ЧД, що вимірює різницю між поточним значенням ωпр і її номінальним значенням ωпр0, на яке він налаштований, і формує напругу, пропорційну виміряної різниці. Сигнал помилки через ФНЧ впливає на контур ПГ і змінює його частоту. У результаті цього помилка зменшується. ФНЧ згладжує високочастотні складові сигналу і перешкоди.
Одночасно таку систему можна розглядати як вузькосмуговий перестроюваний за частотою фільтр (оскільки параметри ФНЧ підбирають так, щоб система стежила за повільними відходами частоти).
Систему можна використовувати також як демодулятор ЧС коливань, при цьому отриманий сигнал можна знімати з виходу ПГ. Зокрема це може бути використано в доплерівських системах автоматичного вимірювання швидкості.
1.2. Елементи системи та їх математичний опис. Структурна схема
Будемо мати на увазі, що змішувач (СМ), УПЧ і ЧД є безінерційними в порівнянні з ФНЧ.
З допомогою змішувача формується проміжна частота
ωпр = ωс - ωг; (1)
Так як УПЧ безінерційний, він на частоту не впливає.
Відхилення проміжної частоти від її номінального значення:
Δω = ωпр - ωпр0, (2)
де ωпр - поточне значення, ωпр0 - номінальне значення.
Як ЧД використовується дискримінатор з засмученими контурами і інші типи дискримінаторів.
Напруга на виході дискримінатора можна представити у вигляді суми його середнього значення і центрованої випадкової складової:
Uд (t) = M [Uд (t)] + ξ (t, Ω) = F (Ω) + ξ (t, Ω), (3)
де M [Uд (t)] - математичне очікування; ξ (t, Ω) - флюктуационная складова; F (Ω) = M [Uд (t)] - дискримінаційна характеристика (ДХ); Ω - частотна расстройка. рівна
, (4)
де - Перехідна частота дискримінатора (центральна частота, на яку пос налаштований дискримінатор).
Дискримінаційна характеристика - залежність математичного очікування напруги на виході дискримінатора від частотної розладу.
Дискримінаційна характеристика F (Ω) представлена ​​на рис. 2.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
W
F (W)

Рис. 2. Дискримінаційна характеристика
Форма F (Ω) визначається відношенням сигнал / перешкода (с / п), схемної реалізацією, смугою пропускання в ланцюгах, що передують дискримінатора та іншими факторами.
Дискримінатор налаштовується на номінальне значення проміжної частоти ωп = ωпр0, але із-за дії дестабілізуючих факторів з'являється помилка, і в цьому випадку можна записати:
ωп = ωпр0 +  ωп  ,                 
 ωп - нестабільність перехідною частоти дискримінатора.
Враховуючи (2.2), (2.4), (2.5)
Ω = Δω -  ωп; (6)
З виходу дискримінатора напруга надходить на ФНЧ. При реалізації ФНЧ на RC-ланцюга рівняння, що описує його роботу,
, (7)
де Тф - постійна часу фільтру; Uф (t) - напруга на виході ФНЧ.
Виконавши перехід , Рівняння (7) можна записати у вигляді:
,
де - Операторний коефіцієнт передачі фільтра.
Для складних ФНЧ, які використовуються, наприклад, у радіолокації W (p) можна записати наступним чином:
.
Тип фільтра визначає якісні характеристики стежать систем.
Таким чином, фільтр описується операторних коефіцієнтом передачі (передавальної функцією) - W (р).
З виходу фільтра напруга подається на вхід подстраиваемой генератора. Щоб напруга впливало на частоту генератора, в генераторі використовується реактивний елемент, що змінює свої параметри під впливом керуючої напруги. Таким реактивним елементом може бути варикап. Спрощена схема включення варикапа представлена ​​на рис.3
SHAPE \ * MERGEFORMAT
L
D
R 3
C 1
C 2
C 1
R 2
R 1
U ф (t)
- U п

Рис. 3. Схема включення варикапа
Дільник R1, R2 забезпечує зворотний зсув на варикапа як при позитивному, так і при негативному напрузі на вході;
С1, С2 - блокувальні конденсатори; R3 - навантаження; LC - контур генератора.
Частота на виході генератора дорівнює:
, (8)
де - Крутизна регулювальної характеристики;
- Власна частота генератора.
при Uф = 0;
Регулювальна характеристика - залежність частоти генератора від керуючої напруги (рис. 4).
SHAPE \ * MERGEFORMAT
2 Dw
г
U ф
w
w гс

Рис. 4. Регулювальна характеристика генератора
, (9)
де - Нестабільність власної частоти генератора;
, - Номінальні значення частоти вхідного сигналу і проміжної частоти.
Рівняння (1-9) визначають математичну модель системи ПАП. Її можна представити у вигляді структурної схеми (рис. 5). Під нею ми будемо розуміти схему, кожна ланка якої визначає відповідну математичну операцію.
x (W, t)
Підпис: x (W, t) SHAPE \ * MERGEFORMAT
w пр0
Dw
dw
W
F (W)
W (p)
S р
w р
w пр
w р
w з

Рис.5. Структурна схема системи ПАП
Схему можна спростити, якщо замість ωгс і ωг використовувати відхилення від номінального значення:
;
.
За умови, що = 0, схема може бути представлена ​​в наступному вигляді (рис. 6):
SHAPE \ * MERGEFORMAT
W
F (W)
x (W, t)
W (p)
S р
w р
w р
w з

Рис. 6. Спрощена структурна схема
При роботі системи на лінійній ділянці (помилка спостереження мала) дискримінаційну характеристику можна описати лінійною залежністю
,
де (При Ω = 0) - крутизна дискримінаційної характеристики
Розглянута схема забезпечує спостереження в сталим режимі з точністю до частоти. При цьому інформація про фазу втрачається.

2. Система фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ)
2.1. Функціональна схема
Система ФАПЧ використовується для відновлення коливань з частотою, що несе в системах передачі інформації з однієї бокової смугою, з пригніченою несучої, в системах, що використовують фазомодулірованние коливання, як вузькосмугового перебудованого за частотою фільтру, у синтезаторах частот для створення високостабільних коливань і т.д. - У тих випадках, коли необхідно відновити прийняте коливання з точністю до фази.
Функціональна схема наведена на рис. 7.

Рис. 7. Система ФАПЧ. Функціональна схема
На вхід фазового дискримінатора (ФД) подется вхідна напруга і напруга, що надходить з опорного генератора. Фазовий дискримінатор визначає неузгодженість по фазі, і пропорційно його величині і знаку виробляє напругу, яка поступає на ФНЧ. Фільтр згладжує цей процес, і напруга з виходу фільтра впливає на контур ПГ. У результаті цього відбувається зміна частоти генератора. Але так як , То змінюється і фаза. Це зміна призводить до зменшення фазової неузгодженості.

2.2. Математичний опис роботи системи. Структурна схема
На вхід системи ФАПЧ надходить напруга

Нехай
, (10)
де
; (11)
- Фаза сигналу; - Початкова фаза сигналу.
Напруга на виході подстраиваемой генератора:
(12)
Фазовий дискримінатор визначає різницю фаз
(13)
Якщо якості фазового дискримінатора використаний перемножителя сигналів, напруга на виході фазового дискримінатора одно:
(14)
У загальному випадку напруга на виході ФД можна представити виразом:
(15)
- Дискримінаційна характеристика (рис. 8); ξ (t) - флюктуационная складова.
Якщо в системі немає обмеження, то ξ не залежить від φ.
При нульовій расстройке різниця фаз φ між вхідним і опорним сигналами становить і автоматично встановлюється в системі.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
j
F
(J)
p

Рис. 8. Дискримінаційна характеристика
Якби вхідний і опорний сигнали описувалися однаковими функціями - і або і , То в результатом перемноження була б парна функція cosφ, і при нульовій расстройке присутнє б керуючу напругу, що змінює фазу опорного сигналу на .
(16)
Сигнал з ФД надходить на ФНЧ з операторних коефіцієнтом передачі W (p), потім впливає на контур генератора і змінює його частоту. Робота генератора описується тим же рівнянням, що і для системи ПАП.
На підставі рівнянь (10 ─ 16) може бути складена структурна схема (рис. 9).
SHAPE \ * MERGEFORMAT
F (Ω)
x (t, W)
W (p) ∙ S p
1
/
p
j го
w гс
j р
j
j з

Рис. 9. Структурна схема ФАПЧ
За допомогою інтегратора забезпечується операція переходу від частоти до фази.
Ця схема забезпечує, на відміну від системи ПАП, стеження з точністю до фази, тобто частотна помилка в стаціонарному режимі в середньому дорівнює нулю.
Як приклад застосування системи ФАПЧ розглянемо схему, що здійснює амплітудне синхронне детектування (рис. 9).
SHAPE \ * MERGEFORMAT
ПГ
ФНЧ
U оп (t)
p / 2
АСД
U г (t)
U вх (t)
ФД
U АСД (t)
До ФНЧ
SHAPE \ * MERGEFORMAT
t
U АСД (t)
t
t
U г (t)
U вх (t)

Рис. 9. Схема ФАПЧ у складі амплітудного синхронного детектора

3. Система спостереження за тимчасовим положенням імпульсного сигналу
3.1. Функціональна схема
Система спостереження за тимчасовим положенням імпульсного сигналу використовується в імпульсних радіолокаційних системах і системах передачі інформації, які використовують імпульсні сигнали.
Роботу системи розглянемо на прикладі її застосування як стежить автодальномера імпульсної РЛС. Функціональна схема частини приймача РЛС представлена ​​на рис. 10.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
АТ
Суміші.
УПЧ
ФНЧ
Г
ВУ
ВД
УРЗ
ДБН
U оп
АСД
4
1
2
3

Рис. 10. Схема стежить автодальномера:
АСД - система автоматичного спостереження за дальністю (стежить автодальномер); ВД - тимчасового дискримінатор; УРЗ - пристрій регульованої затримки; Метрологія - генератор стежать імпульсів; Г - гетеродин; АТ - амплітудний детектор; ВУ - видеоусилитель.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Dt
3
2
4
U вх (t)
1

Рис. 11. Тимчасові діаграми
Змішувач, гетеродин, УПЧ, АТ, ВУ складають частину схеми супергетеродинного приймача радіолокаційної станції. У цих колах здійснюється перетворення, посилення і детектування сигналу. У результаті на виході ВУ формується обвідна відбитого від цілі імпульсного радіосигналу (рис. 11 - 1). Метрологія виробляє стробирующий імпульс (рис.11-4) і два опорних імпульсу (рис. 11-2,3), суміщені фронтом і зрізом; таким чином, ці імпульси утворюють спільний фронт.
Селекторний імпульс 4, пов'язаний з імпульсами 2 і 3 по тимчасовому положенню, відкриває приймач тільки в момент приходу відбитого сигналу. У час, що залишився приймач замкнений. Це запобігає проникненню перешкод при відсутності на вході радіосигналу. Відкривати і закривати приймач бажано у вхідних широкосмугових ланцюгах, де мала тривалість перехідних процесів. Таким чином, селекторний імпульс суміщений з тривалості з імпульсами 2 і 3, і в режимі стеження суміщений з відбитим радіосигналом. При цьому загальний фронт імпульсів 2 і 3 повинен бути поєднаний з центром імпульсу 1. Величина Δτ - помилка спостереження, що виникає при розбіжності фронтів імпульсів 2 і 3.
Стежить система функціонує наступним чином.
На вхід ВД надходить імпульс 1 і опорні імпульси 2 і 3. ВД визначає неузгодженість Δτ між загальним фронтом імпульсів 2 і 3 і центром імпульсу 1 і виробляє напругу, пропорційне величині і знаку виміряного неузгодженості. Напруга з виходу ВД, пройшовши через ФНЧ, надходить на керуючий вхід УРЗ. На сигнальний вхід УРЗ подається опорна імпульсна послідовність. Під впливом напруги, що управляє опорна імпульсна послідовність затримується пропорційно керуючому напрузі. Далі опорна послідовність використовується для запуску ГСИ, формуючого стежать імпульси і стробирующий імпульс. Таким чином, тимчасове положення імпульсів 2, 3 та 4 залежить від величини напруги, що надходить з виходу ФНЧ. Під впливом цієї напруги імпульси 2, 3 і 4 зміщуються з тимчасової осі так, що первісна помилка Δτ зменшується. Опорна імпульсна послідовність пов'язана з тимчасового положення з зондирующим сигналом передавача.
Для забезпечення такого режиму необхідно провести початковий введення в синхронізм, щоб поєднати тимчасове положення відбитого і опорного сигналів. Ця операція проводиться за допомогою схеми пошуку, яка не зображена на рис. 10.
Функціональна схема тимчасового дискримінатора наведена на рис. 12.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Кс 1
D 1
Кс
1
D 1
Скидання
U сл 1 (t)
U д (t)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
U сл 1 (t)
U вх (t)

Рис. 12. Функціональна схема тимчасового дискримінатора:
Кс - каскади збігів; D1, D2 - детектори
На вхід подається імпульс 1 (рис. 13), на інші входи подаються опорні (слідкуючі) імпульси 2 і 3. КС1 і КС2 визначають ступінь збігу (перекриття) вхідного і опорних імпульсів. У результаті через Кс проходить тільки частина вхідної напруги,
SHAPE \ * MERGEFORMAT
D U вх (t)
Dt
3
2
1
4
5
6
7
8
9
t
t
t
t
t
t
t
t
t

Рис. 13. Тимчасові діаграми роботи тимчасового дискримінатора
збігається за часом зі стежить імпульсом. Ця частина показана на діаграмі 4 і 5 (рис. 13). Далі напруга надходить на детектори, що виконують роль інтеграторів. Перед приходом сигналу на вхід ВД детектори D1 і D2 скидаються (розряджаються) імпульсом 9. Напруга з виходів детекторів з різними знаками подається на суматор (віднімаючий пристрій). На виході віднімаючий пристрою формується напруга, пропорційне за величиною і знаку величині помилки Δτ, яке через ФНЧ, подається на вхід пристрою регульованої затримки.

ЛІТЕРАТУРА
1. Коновалов. Г.Ф. Радіоавтоматики: Підручник для вузів. - М.: Висш.шк., 2000.
2. Радіоавтоматики: Учеб. посібник для вузів. / За ред. В.А. Бесекерскій .- М.: Вищ. шк., 2005.
3 .. Первак. С.В радіоавтоматики: Підручник для вузів .- М.: Радіо і зв'язок, 2002.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
63.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Проектування систем радіоавтоматики
Поняття та класифікація систем радіоавтоматики
Цифрові системи радіоавтоматики Приклади реалізації цифрових систем, що стежать
Опис оптичних систем
Диференціальні рівняння та опис безперервних систем
Опис систем управління безпілотними літальними апаратами
Системи з переривчастим вхідним сигналом Математичне опис дискретних систем
Вивчення та опис живої та неживої системи з точки зору класифікації інформаційних систем
Дискретні системи радіоавтоматики
© Усі права захищені
написати до нас