Автоматичне підлаштування частоти
Коливання температури та напруги живлення можуть спричиняти деякі змінення частоти як в передавачі радіолокатора, так і в складових елементах приймача (місцевий гетеродин). Це призводить до зниження ефективності радіолокатора. Для компенсації частотної розстройки в радіочастотних приймальних пристроях застосовують автоматичне підлаштування частоти (АПЧ). В англомовних джерелах цей метод та відповідні каскади називають терміном Automatic Frequency Control (AFC).
Рисунок 1. Структурна схема радіоприймача з автоматичним підлаштуванням частоти
Рисунок 1. Структурна схема радіоприймача з автоматичним підлаштуванням частоти
Автоматичне підлаштування частоти в радіоприймачах
В цьому варіанті (Рисунок 1) кола АПЧ використовуються для точного підлаштування частоти гетеродину по певному зовнішньому сигналу, частота якого заздалегідь невідома. Принцип функціонування схеми АПЧ заснований на тому, що проміжна частота має фіксоване наперед задане значення. Таким чином, в схемі АПЧ визначається різниця між фактичним значенням частоти гетеродину і потрібним її значенням на підставі інформації щодо величини та знаку відхилення різницевої частоти від заданого значення проміжної частоти. При цьому виробляється керуюча напруга, пропорційна цьому відхиленню.
Керування частотою гетеродину здійснюється за допомогою варикапу – електронного приладу, ємність якого залежить від величини прикладеної до нього напруги. Варикап включають в резонансний контур гетеродину; при зміненні його ємності змінюється резонансна частота цього контуру та, відповідно, змінюється частота гетеродину. Припустимо, наприклад, що проміжна частота дорівнює 10,7 МГц і місцевий гетеродин формує коливання на частоті, меншій за частоту сигналу, що приймається. В такому випадку, при зменшення частоти гетеродину значення різницевої частоти на виході змішувача буде зростати та її значення стане відрізнятися від заданого значення проміжної частоти. Внаслідок цього, на виході частотного дискримінатора збільшується напруга, зменшуючи ємність варикапу і, відтак, збільшуючи частоту гетеродину до потрібного значення. Якщо ж тепер частота коливання на виході гетеродину збільшується, то різницева частота зменшиться, зменшиться напруга на варикапі і частота гетеродину також зменшиться.
Для функціонування описаної схеми АПЧ потрібна відносно постійна амплітуда вхідного (прийнятого) сигналу. Тому така схема використовується в радіоприймачах, FM-передавачах та синтезаторах частоти. Очевидно, що для радіолокаційних систем така схема АПЧ є малопридатною.
Рисунок 2. Структурна схема автоматичного підлаштування частоти в радіолокаторі (варіант 1)
Рисунок 2. Структурна схема автоматичного підлаштування частоти в радіолокаторі (варіант 1)
(інтерактивний рисунок)
Автоматичне підлаштування частоти в радіолокаторах
Автоматичне підлаштування частоти використовується в некогерентних радіолокаторах або в радіолокаторах з еквівалентною когерентністю в двох варіантах, що мають деякі подібності:
- Приймач налаштовується по частоті сигналу передавача (Рисунок 2);
- Передатчик налаштовується по частоті сигналу в приймачі (Рисунок 3).
В обох варіантах використовується певна частина сигналу передавача, яка отримується за допомогою направленого відгалужувача, встановленого в тракті проходження сигналу перед антенним перемикачем. Цей високочастотний сигнал змішується з сигналом гетеродину для отримання сигналу проміжної частоти системи АПЧ. Цей сигнал подається на частотний дискримінатор, на виході якого виникає сигнал, амплітуда якого пропорційна величині відхилення частоти сигналу проміжної частоти системи АПЧ від заданого значення проміжної частоти, а полярність відповідає напрямку цього відхилення. Якщо частота сигналу проміжної частоти системи АПЧ дорівнює центральній частоті дискримінатора, то на його виході напруга дорівнює нулю. Центральна частота дискримінатора, по суті, являє собою еталонне значення проміжної частоти. Таким чином, напруга на виході дискримінатора є керуючою напругою гетеродину, яка налаштовує його частоту на потрібне значення.
У другому варіанті схема підлаштування керує частотою передавача, а не частотою місцевого гетеродину! В цьому випадку частота передавача буде підлаштовуватися по більш стабільній частоті місцевого гетеродину.
Рисунок 3. Структурна схема автоматичного підлаштування частоти в радіолокаторі (варіант 2)
Рисунок 3. Структурна схема автоматичного підлаштування частоти в радіолокаторі (варіант 2)
Перший варіант використовується у застарілих або недорогих радіолокаторах, в яких передавальна система будується на основі автогенератора, наприклад, магнетронного генератора. Такі генератори працюють на фіксованій частоті, заданій конструкцією генератора, без можливості її змінення. Другий варіант використовується, коли частота коливань генераторного приладу (лампи) може змінюватися. Часто таке змінення частоти виконується механічним способом, наприклад, введенням штоку в порожнину резонатору магнетрона, що призводить до змінення об’єму резонатора і, як наслідок, до змінення робочої частоти магнетрона.
В радіолокаторах з істинною когерентністю немає необхідності в подібних схемах. Частота сигналу, який використовується в передавачі, і сигналу, що використовується в приймачі, формуються одним спільним задавальним генератором, чим забезпечується оптимальна фазова когерентність та висока стабільність частоти всієї системи.