автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.01, диссертация на тему:Автогенераторы с внешним воздействием и фазовой автоподстройкой частоты в задачах формирования и обработки радиосигналов

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩЮИ Э1ЕРГЕГИЧЕСКИИ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

БИККЕНИН Сергей Наилевич

АВТОГЕНЕРАТОН1 С ВНЕШИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ И ОЛЗОВОЛ ЗТОПОДСТРОПКОИ ЧАСТОТЫ В ЗАДАЧАХ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ РАДИОСИГНАЛОВ

05.12.01 - теоретические основы радиотехники

АВТОРЕФЕРАТ ■ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

РаОота выполнена на кафедре Радиопередающих устройств псковского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Научило руководители - кандидат технических наук доцент Благовещенский М.В., кандидат технических наук доцент СмольскиЯ С.М.

Официальные оппоненты - доктор технических наук профессор Шахтарин Б.И., кандидат технических наук доцент Болознев В.В.

Ведущее предприятие указано в решении специализированного Совета Косовского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Залита, состоится 1992 года в ауди-

тории Л А~Ч02. в ч мин. на заседании специал

зированного ученого Совета К-053.16.13 Московского ордена Леш и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 105835, ГСП, Москва Е - 250, Красноказэ| ная ул., 14, Совет ЫЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Автореферат разослан 1992 г.

Секретарь специализированного СОвёта кандидат технических наук I

1

Курочкина

-з-

Актуальность теш. Создание помехоустойчивых и Фзеоийч^вствителышх радиотехнических систем (РТС) с высолил быстродействием и малым энергопотреблением необхода, га для функционирования многих технологических, технических и военных систем. В узлы формирования и обработки радиосигналов РТС входят автогенераторы (АГ), работающие в автонкгшх и синхронных реиидах, поэтому обеспеченно вышеперечисленных качеств в АГ является актуальной задачей. Однако, ее решение сопряжено с преодолением ряда трудностей.

К современной бортовой аппаратуре, работающей круглосуточно, предъявляются кесткио требования по потребляемой и рассеиваемой молц-юстям, плотности монтана и надежности. Хчя выполнения эттх противоречивых требований активные элементы (АЭ) бортовых устройств перевод: ' в режим микротоков (МНР). Теория АГ в ЖР в настоящее время ые разработана из-за непригодности для него полигональной аппроксимации статических характеристик биполярных и половых транзисторов, широко применяемой при техническом расчете АГ, так как в МКР используются начальные существенно нелинейные участки этих характеристик. Значит рекомендации по проектированию генераторов, АЭ которых работают в реякмо больного сигнала, нельзя использовать в МКР. Отснда следует актуальность создания прикладной теории автономных и синхронизированных АГ - в рехаме кикротоков.

Явление синхронизации широко используется в радиотехнических системах. Синхронизированные АГ (САГ) позволяют роиать задачи стабилизации* частоты, синтеза частот, слекення за несущей и подавленной носущей, демодуляции аналоговых и цифровых радиосигналов, повышения помехо; тойчи-вости трактов формирования и обработки радиосигналов и многие другие. Синхронизировать'АГ можно путем непосредственной подачи на него внешнего воздействия (роим захватывания) или используя систему фазовой автоподстройки частоты (ФАП). В дальнейшем под САГ мы будем понимать АГ с захватыванием. Отметим, что вопросы прохождения помехозащищенных сигналов с угловой манипуляцией для двух способов синхронизации АГ изучены неодинаково. Для ФАП имеется ряд работ, в которых реакция этой системы не только на скачки, но и на произвольней закон (в случав линейной модели ФАП) частоты и фазы сигнала исследована достаточно глубоко. В то же время для САГ переходные процессы при различных скачках частоты подробно не изучены. Сложившееся представление о том, что САГ аналогичен системе ФАП без фильтра, справедливо лишь для малых внешних сигналов, т.е. когда изменение амплитуда синхронных колебаний незначительно. Таким образом, ре-

-ч-

зультати, полученные для ФАЛ без фильтра, нельзя перенести на САГ в случае больших внезксс сигналов, которые используются в целях повышения помехоустойчивости. Значит, исследование прохоадошя скачков частоты большого впалого сигнала и определенно максимального быстродействия явля-отся актуклыг.;:-!.

К ссхалешт, в САГ и САП по всегда удается достичь малого времени переходах процессов ттри прохождении сигналов с угловой машшуляцией. Для пошисния быстродействия и надегагасти целесообразно охватить эти системы дополнительными цепя:л1 управления, которыо позеолят снизить их илерциошюсть. Причем, в качество дополнительных цепей для САГ следует использовать САП, так как сна обладает большими еозмошостями н оказывается Оолоо гибкой.

Еадача повыиония чувствительности автогенораторкых. датчиков репа-отся разлитыми путями. Одшки из них являются увеличение числа АЭ, ехо-дядих в схему АГ, уел :шенне его колебательной системы, а такзе применение рек-.мсв, не типичных для тех или кшяс систем. Все эти пути перспективны, причем здесь особенно важно подчеркнуть целесообразность использования малоизученного автоколебательного (квазиекпхренного) релзтма ФАП для повышения крутизны преобразования функционального преобразователя (СП) (с этим роззц.'.о:,'. обычно ведут борьбу при использовании ОАП в задаче стабилизации частоты).

Одной из ваышх задач фзрупрованил радиосигналов является получение набора колобглшй с одной частотой, но разная! фазами, который используется, например, при возбуждении фазировашаи антенных решеток. Для ее ресония целесообразно использовать многокаскад!ше АГ. Первым шагом в исслодовакп: многокаскадных АГ является ' изучение двухкаскадного АГ.

Ксходл из вышесказанного, мокно сформулировать следующие цель и задачи работы.

Цель и задачи работа. Основной целью диссертационной работы является исследование стационарных режимов АГ и САГ в режиме шкротоков и на двух АЗ, а также опродолеыи динамических свойств САГ и САП при прохождении сигналов с угловой манипуляцией.

Пз поставленной цели вытекают следующие■задачи.

1. Создание прикладной теории АГ и САГ, работающих в МКР.

2. Исследование прохождения скачков частоты больного внесшего сигнала и определение предельного быстродействия САГ.

3. Определенно динамических характеристик быстродействующих САГ и ФАП при прохождении сигналов с угловой манипуляцией.

4. Исследование двухкаскадных АГ и САГ.

5. Изучение высокочувствительных автодшпшх роимов АГ с шунтирующим диодом ЕО входной цош1 АЭ.

6. Изучение стационарных режимов САГ на слоиюм АЭ (САЭ) при делении частоты входного сигнала на два.

7. Исследование автоколебательного режима системы ФАП.

Методы исследования. Основными методами исследования являются метод модленно меняющихся амплитуд Б. Ван-дер-Поля, методы символических укороченных уравнений и модуляционных характеристик, предло-дошше С.И. Ев-тяновым, качественные методы нелинейной теории колебаний.

Анализ динамических реумов САГ II ФАП проводился путем численного интегрирования нелинейных дифференциальных уравнений.

При разработке машинно-ориентированных алгоритмов и программ использовались различные разделы математики, числешшэ метода решения системы нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений и др.

Научная новизна.

1. Исслодованн автономные и синхронизированные АГ в МКР.

2. Оценено предельное быстродействие САГ при скачках частоты внешнего сигнала.

3. Получены оптимальные параметры схем на базе САГ и ФАП, позволяющие ускорить переходные процессы при прохождении сигналов с угловой манипуляцией.

4. Изучены стационарные режимы комбинированной системы фазовой синхронизации (АГ с захватыванием и ФАП) для случаев инерционного и безынерционного АЭ.

5. Проанализированы автономные и синхронные режимы двухкаскадных

АГ.

6. Исследован автодин (АД) с понтирующим диодом на входе АЭ и даны рекомендации по выбору режима такого устройства.

Т. Изучены синхронные режимы АГ на САЭ при делении частоты входного сигнала на два.

8. Исследован автоколебательный режим системы ФАП. Показана возможность использования системы в этом режиме в качестве ФП.

-е-

Практическая значимость работы.

1. Разработана прикладная теория транзисторных АГ с рзгсжэ микротоков.

2. Определено предельное быстродействие САР при скачках частот входного сигнала.

3. Карданы оптимальные параметра ФАЛ с дополнительным фор спру щим кольцом при прохождении сигналов с фазовой манипуляцией близкой к ± я.

4-. Да.-й: рзкомондают по выбору оптимального, с точки зрения чувствительности, рента АД с шунтируг диодом на еходо АЭ.

5. Показана возможность использования ФАП в автоколебательном режиме в качестве функционального преобразователя.

Реализация в промышленности. Теоретические вывода к практические рекомендации, сделанные в диссертации, а тага» разработанный на та основе ксм:1лекс программ "Цифра" для анализа дорических свойств синхрони-зпрован::ы7. автогенераторов, результаты анализа комбинированной системы, САП с форсированием, методика расчета амплитудою - частотных характеристик (АЧХ) САГ на САЭ используются на зтапо проектирования на предприятии Уиисвязи. Работа над диссертацией велась в рамках НИР по трем хоздоговорны:.! темам на кафедре Радиопередающих устройств Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской революции энергетического института.

Апроба:■ия результатов. Основные теоретические и практические результаты работы долозэны и обсуждены на следующих конференциях и семинарах.

1. Научно-техническая конференция "Элементы и узлы современной при-емно-усилительной аппаратуры". 3 декабря 1986 г., г. Москва.

2. Всесоюзный научно-технический семинар молодых ученых и специалистов "Автогешраторкые преобразователи и автодины". октябрь 1986 г., г. Казань.

3. VI Всесоюзный научно-технический семинар студентов и молодых ученых "Автоколебательные системы и усилители в радиотехнических устройствах". 19-21 октября 1937 г., г. Рязань.

4. Всесоюзная научно-техническая конференция "Развитие и совершенствование устройств синхронизации в системах связи". 1-3 июня

г., г. Нижний Новгород.

5. VII Всесоюзная икола-семинар студентов и молодых ученых "Автоколебательные системы и усилители в радиопередающих устройствах". 5-9 октября 1988 г., г. Симферополь.

6. Всесоюзная научно-техническая конференция "Современные проблемы радиоэлектроника". 21-23 ноября 1988.г., г. Москва.

7. VII Всесоюзная школа-семинар молодых ученых и специалистов "Стабилизация частоты". 26 сентября-3 октября 1989 г., г. Канав.

з! Семинар секции "Устройства синхронизация" "Цифровые устройства фазовой синхронизации для приема и обработки сигналов". 14-15 июня 1990 г., V. Львов.

9. VIII Всесоюзная школа-семинар студентов и молодых ученых "Автоколебательные системы л усилителя в радиопередакщих устройствах". 16-20 октября 1990 г., г. Пенза.

Публикации. По теме диссертации получено авторское свидетельство, опубликовано двенадцать печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и шести приложений. Общий объем работы, включая 193 рисунков, 2 таблицы и список использованной литературы из Г5 наименований, составляет 314 страниц.

Положения выносимые на защиту. •

1. Новые области жесткого самовозбуздения колебаний АГ ■ режиме шкротоков и при разных углах отсечки входного и выходного токов в режиме большого сигнала.

2. Располокенио зон самомодуляции н особой релаксационной самомодуляции в режиме микротоков при учете нелинейности входной реактивности.

3. Влияние параметров схемы САГ на полосу синхронизма при кусочно-параболической аппроксимации нелинейности АЭ.

4. Практические рекомендации по выбору параметров САГ на безынерционном и инерционном двухполюснике, долевом транзисторе, комбинированной системы, при которых время прохождения частотно-манипулированного сигнала через эти устройства минимально.

5. Оптимальные параметры ФАЛ с дополнительным форсирующим кольцом с точки зрения длительности переходных процессов.

- г-

6. Целесообразность использования комбинированной системы в качестве устройства обработки частотно-машшулированных сигналов.

7. Рекомендации по выбору оптимального рекима АД с шунтирующим дао-дом на входе ¿3 с точки зрения максимума коэффициента автодинной чувствительности.

8. Области параметров двухкаскадных АГ, позволяющие реализовывать равноамплктудные и неравыоакплитудные рекимы.

9. Зоны, в которых мокно управлять параметрами колебаний автонота и синхронизированных двухкаскадных АГ.

10. Инженерные рекомендации по расчету САГ на САЭ при делении частота входного сигнала на два.

11. Возможность использования ФАП в автоколебательном рекше в качестве ФП с большой крутизной преобразования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируется основные цели и задачи работы.

В первой главе приводятся общие укороченные дифференциальные уравнения САГ, полученные В.М. Богачевым и С.М. Смольсккм, которые затем используются в диссертации.

Для кусочно-линейной модели входной 1 =С11 =3^ (9б) и проходной У21 =С2) =57, (9) провода,-.остей (где Б, - крутизны коллекторного и базового токов; 71 - коэффициент разлокения косияусоидального импульса по первой гармонике; 8, еб - углы отсечки коллекторного и базового токов) выражение для 7^(0) имеет бид:

7^6)^1 ^(ед)]^ ь2]/(Бкь2)+ кБ^е^/Б, (1)

где Ск - проводимость контура; к - модуль коэффициента трансформации; Ь - фазирующая проводимость.

Из (1) видно, что при 1^0 угол отсечки увеличивается, т.е. для одного и того же смещения амплитуда возбувдония и Судет больше, чем при

V0-

Если б=9б, то (1) запишется так:

71 (вмэ'к ± /(Бк)^ 4-(СкБб/Ъ)г ]/[2Ск(36/Ь)23, (2)

где б'= Б- 5бк.

Из (2) получаем следущие случаи:

1. Б к< 2СК5б/Ь - диаграмма срыва (ДСР) не определена и стационарных режимов нет;

2. Б кЪ= 2СКБЙ - возникает одна ветвь ДСР (граничный случай);

3. Дискриминант (2) неотрицателен, но Зб/Ь < - одна ветвь ДСР;

4. /з'к/Ск-1 < Зб/Ь< з'к/(20к) - ДСР имеет две ветви.

Таким образом, приходится специально подбирать параметры АГ, чтобы была единственная точка стационарного режима, т.е. отсутствовало жесткое возбуждение. .

Если б * 0б , то ДСР уже не является прямой линией, как это было раньше.

Для входной и проходной характеристик АЭ, работахщего в режиме микоротоков, были приняты следующие аппроксимации:

1б =

Че

Ай(еб-е')2 , при еб> е\ о , при ел< е*.

а (еб- е')2 , при еб> е'

цри еб< Е .

где А,Ад - параметры аппроксимации, имеющие размерность А/В2; Е* -напряжение отсечки статических характеристик; еа - результирующее напряжение на базе.

У входной проводимости , наряду о активной составляющей, учтем реактивную, т.е. примем Т^» с^+ЗВ^ . .

О

Для В, j рассматривались два случая:

1. B1]=cjGqx (В^ не зависит от амплитуды колебаний U);

2. Bl{=uC(U)(B11 зависит от амплитуда колебаний II).

В последнем случае зависимость C(U) бралась двух видов:

о

а) C(U) кмэот падающий характер: C(U)=CQ(UQ/U) ;

б) C(U) имеет растущий характер: C(U)=C0(TJ/U0)2.

Здесь Cq - значение C(U) в некоторой произвольной точке U=Uq, взятой за опорную.

Для принятых аппроксимаций характеристик АЭ в I.HP были исследованы ДСР при емкостном и индуктивном фазировании.

Из уравнения стационарного режима G(ü)=G (где C(U) - активная часть проводимости АЭ, пересчитанной к точкам подключения колебательной систем) получены слэдухднэ выражения для построения ДСР.

- при В^ =мС6

U1,2 = (b+B^JÍAK^b ± f(AiíRKb)2-(2A6)2r/2]/(2As2 7); (3)

- при падающей зависимости C(U)

_____JTj í2_= JM; i0(CQ/U)2]_ÍAkRKb-í-С <АЫу>)2-(2Аб)2i 1/21/ (2Аб%); (4) "

- при растущей зависимости С (О)

71>2 = [b+B110(U/UQ)2)[AKflKb ± [(AKRKb)2-(2A6)2]1/2]/(2A62U), (5)

где, B1IO=o)CQ

Здесь возможны три случая

1. AJíR.,b<2A6 - ДСР не определена и стационарных регимов не?.

2. А1-сИкЬ=2Аб - существует единственная ветвь ДСР (граничный случай).

3. АИ1кЬ>2А(5 - две ветви ДСР для всех зависимостей C(U) за исключением падащэй, так как, если взять знак шээо пород корнем в (5),то получим 7 больше двух, а мы рассматриваем лишь энергетически выгодные режима. Таким образом, в этом случае будет реализована одна ветвь ДСР.

Индуктивное фазирование приводит к тому, что ДСР существуют лишь при дополнении к уже существую®™ условиям еще одного: |Ъ|> В^.

При двух ветвях ДСР возможно жесткое возбуждение колебаний" даже для отпиравдего смещения.

Выбор парамэтров схем: АГ, лскл-уюющес :::осткое 1уэ?6/?:д-:нкэ колебаний, мо:.но проделать с помоцьы ДСР, нагрузочных характеристик, зависимостей амплитуды возбуждения ü от парс,-.строп цепи сменил: напряжения начального смешения и сопротивления автосусщегая.

Диаграмма смецои;я в кк? стро;:лзсь с помощью сдэдуадго выражения:

U1>2 = СозО ± С ICos2Q-í-4AoH370(Зн-Е') ]1 /2}/ (2ЛэНэ70), {5)

где Аэ = А + Аб; Н0 - сопротивление автосмадекия; т0 - ког<\м;;.:энг разложения постояле-гоЗ состазлйпцей для кок^ус-квадратичного импульса; Зя - напряжение начального смещения.

Область сачомодуляции у АГ з ют оказывается ухз, чем у АГ в posdato больпих токов. Наряду с этим, у АГ в КНР bcghzkhge:eh9 осоС-сЛ «ксмэду-ляции гораздо вероятнее з отличии от больдих токов, причем изба-

виться от нее путем полного фазирования ко всегда удается.

Далее изучался САГ на полевом транзисторе (ИТ) з При его анализе входным током uozzio пренебречь, а для проходной характеристики АЭ взять ту ке аппроксимацию, что и для. биполярного транзистора (Б?). Отаетим, что такой подход мог-зю применить к специально изготовлолнкм для работы в МНР Б7 с Сольеим коэффициентом усиления по току р ф> 100) и для АГ на ПТ, БТ, 5; .-олъзуежх в ренкка больного сигнала.

Укороченные дкКеренциальше уравнения САГ на ПТ, полученкне из сб-щих, приведенных выеэ в нормированных параметрах запишутся так:

T'da/dt+a (7°-ау)= -F Cosco, (7)

т'а díp/Ct+a£= i' Sír.(p, (S)

где a=U/U° - Нормированная амплитуда синхронннх колебаний; Т'=Т7°-- приведенная постоянная времени контура; Т - постоянная времени контура; 7° - коэффициент разложения по первой гармонике косинус-квадратичного импульса з стационарном автономном рокгме; £=АТ - нормированная частотная расстройка; - абсолютная расстройка монду частотой

внешнего воздействия <>)„„ и частотой свободных колебаний АГ и ;

—П -Л

Р=к1Б117и/(Ск1г) - нормированная амплитуда внешней силы; 1ВН- амплитуда тока синхронизирующего источника; и0 - амплитуда стационарных автономных колебаний, полученная из уравнения СК=АМ°7°; <р - фаза синхронных колебаний.

На плоскости АЧХ изучено влияние параметров на полосу синхронизма, показано, что с ростом ки ^ СИК=1 /ск) она расширяется при неизменной амплитуде I .

Ъг1

Во второй главе исследовались динамические свойства САГ при скачках частоты внешнего сигнала. Из проводонного обзора литературы следует, что этот вопрос ранее не изучался. Для его исследования взяты укороченные дифференциальные уравнения в нормированных параметрах, полученные В.М. Богачевым, С.М. Смольским при следущих аппроксимациях средней крутизны АЭ по первой гармонике:

0(и>=С(Ц°)+ ^ ^ (и-и°), (9)

В(и)=В(Ц°)+ ^ (и-и°), (10)

где U0 - точка стационарного автономного режима; щО, -

г наклон аппроксимаций G(U), B(U) в точке стационарного автономного режима.

Итак, для (9), (10) имеем:

T'da/clt+a(a-1 )=F Соэф, (11)

l'a dip/dt+a[£+(a-1 )tga]=-F Slncp, (12)

где Т'=-Ti(U°/GK)(dGg/йф - приведенная постоянная времени контура

САГ; F=-(Ibh/Iq)/{(U°/Gk)(<1Gq/<H#) - нормированная амплитуда синхросиг-

ла; Ig =GK 0° - значение первой гармоники выходного тока в автономном рекиме ; a=arctg ^¿ц |цО - параметр, связанный с инерционностью АЭ и равный нулю при ее отсутствии.

Чтобы изучить возможность использования аппроксимаций (9), (10) для

более широкого класса A3, показать ее пригодность для инженерных расчетов были составлены укороченные дифференциальные уравнения на ' основании общих, приведенных в Главе 1, при квадратичной аппрокст/ацет G(U) и В(П) (т.е. GÎU^G-PU2, B(U)=D-raJ2 , где C,p,D,i4 - некоторые постоянные коэффициенты, не зависящее от U)

T'da/cit+a(a-1 )=Р СоБф, (13)

т'а йф/dt+atÇ+ (а-1 )Tgâ5=-F Slncp, (К)

где в отличие от предыдущего случая £=хт', ï'*; ip(Ua)2/GK],

Г=1вн/Гр(П°)3], tgâ=M/p.

Для корректного сравнения результатов, полученных с помощью (11), (12) и (13), (14) была найдена связь махду нормированными параметрами:

Т'=2Т', F=2F, Tgô=tga, ?=2£.

Уравнения систем (11), (12) и (13), (14) являются нелинейными дифференциальными уравнениями и найти их решение в квадратурах не удается, поэтому они решались численно на ЭВМ с использованием метода Рунге-Кутты. Поскольку прохождение скачков частоты через САГ ранее не изучалось были выбраны простые законы изменения частоты.

Режим 1. Нарастающий скачок от центра полосы синхронизма.

Режим 2. Нарастающий скачок от края полосы синхронизма.

Режим 3. Ступенчатый скачок от центра полосы синхронизма.

Режим 4. Ступенчатый скачок от края полосы синхронизма.

При малых силах во всех режимах амплитуда устанавливается практически мгновенно, а характер переходных процессов для фазы - апериодический. Переходный процесс при больших силах может Сыть как апериодическим, так и колебательным, что связано с величиной скачка частота

В главе даны оценки предельного быстродействия САГ при скачках 1астоты внешнего сигнала. При больших силах в от-пгтее от малых скачки гастоты внешнего сигнала от центра полосы синхронизма к краю для САГ на 5езынерционном двухполюснике отрабатываются быстрее, чем от края полосы ;инхронизма к центру. Время установления для САГ на'безынерционном двух-голюснике не зависит от знака скачка частоты Д£. За счет инерционности АЭ юняется время установления при изменении знака А£. Замена вида

аппроксимации активной С (и) к реактивной В (и) проводимостей (линейной аппроксимации на параболическую) приводит к тому, что время установления меняется кз более, чем на 102. У САГ на безынерционном транзисторе для к*сочхо-паргболкческоЯ аппроксимации проходной характеристики при пренебрежении входным током ход графиков времени установления повторяет ход графиков у САГ на безынерционном двухполюснике.

В третьей главе рассмотрены быстродействующие САГ и ФАП при про-хокденил сигналов с угловой манипуляцией.

Для повышения скорости переходных процессов САГ охватывают системой ФАП, т.е. вводят дополнительный низкочастотный канал управления. Укороченные дйфорзкциглыпге уравнения комбинированной системы, образовавшейся за счет подключения ФАП к САГ имеют еид:

т'йа/йг+я(а-1 )=Р Собф, (15)

т'а йф/йг4а[С+(а-1)гза]=-Р 31пср-а£Ж(р)Р(<р), (16)

где П - нормированная полоса удеркашя ФАП; 1с(р) - коэффициент передачи цепи управления (ЦУ) ФАП; Г(ф) - нормированная к единице 2% - ■ -периодическая характеристика фазового дискриминатора (ФД).

Уравнение для амплитуды колебаний (15) совпадает с уравнением для амплитуда САГ, а уравнение для фазы (16) отличается от уравнения для фазы САГ наличием слагаемого аСЖ(р)Р(ф), обусловленного ФАП. Однако, (15), (16) связан^ друг с другом, поэтому его появление в (16) означает не только изменение стационарных и переходных рекимов по фазе, но и по амплитуде.

АЧХ и фазо-частотные характеристики (ФЧХ) комбинированной системы, построенные для синусоидальной характеристики ФД и бесфильтровой ФАП, качественно 1 ^торяют ход АЧХ и ФЧХ САГ. Но неравномерность АЧХ у комбинированной системы "оньшо, чем у САГ. Кроме того, ФАП ослабляет влияние инерционности АЭ САГ на несимметричность АЧХ и ФЧХ комбинированной системы. Полоса синхронизма комбинированной системы больше полосы синхронизма САГ при одинаковой величине входного сигнала. За счет этого повышается быстродействие. Причем, уплавлять скоростью переходных процессов в комбинированной системе можно путем изменения вкладов в полосу

нхронизма со стороны Ф'Л и САГ. Надежность комбинированной системы вы-|, так как при нарушении работы кольца ФАП синхронизация возможна за :ет высокочастотного капала и наоборот.

При проховдении сигналов через ФАП с фазовой манипуляцией, глубина 1торой близка к ± и, переходные процессы существенно затягиваются. Для квидации этого явления М.В. Капрановым била предлозена система САП с >рсированием, которая в отличие от стандартной ОАП обладает >полнительным кольцом, ускоряющим переходный процесс. В главе показано, •о подключение форсирующего кольца к стандартной САП позволяет примерно три раза сократить время переходного процесса для сигналов с глубиной 13овой манипуляции, близкой к ± х. Для малых расстроек мевду. частотам >дстраиваемого генератора (ПГ, и сигнала оптимальное значение параметра =ПТф форсирующего кольца, обеспечивающее минимальное время переходного хэцесса, не зависит от величины расстройки (Т^ - постоянная времени ¡фференцирувдего звена в форсирующем кольце). В конце главы приводятся )зультатн экспериментальных исследований.

В четвертой главе проанализированы автоколебательные систем на »скольких АЭ.

Приведены укороченные дифференциальные уравнения двухкаскадного АГ. 1ля квадратичной аппроксимации проводимости АЭ исследованы стационарные жимы колебаний двухкаскадного АГ и их устойчивость, а такхе условия шовозбундения.

Для случая одинаковых каскадов показано, при каких факторах регене-зции и расстройках мевду каскадами монет существовать равно амплитудный ни два неравно амплитудных роима. Здесь же даны рекомендации по выбору зраметров схемы для реализации равноампдитудного и неравноамплитудннх зхимов. Для неодинаковых каскадов рассмотрена связь резонансной эоводимости и расстройки мезду контурами с амплитудами эравноамплитудных режимов. Локальная устойчивость колебаний зоанализирована для обоих случаев, что позволило выявить физически эализуемые режимы. Далее приведены результаты экспериментальных йене дований двухкаскадного АГ.

Для анализа синхронизации двухкаскадного АГ записаны укороченные афференциальные уравнения при подаче синхросигналов от двух источников эка о одинаковыми начальными фазами. Стационарные рехимы двухкаскадного

САГ изучались с помощь» укороченных уравнений для случая одинаковых нор-мировакних ьне'лгих сил, параметров АЭ и контуров. При этом уравнения стационарного реигма двухкаскадпого САГ сеодятся к уравнениям стационарного рэ:;:пма одноконтурного САГ для кубической аппроксимации нелинейности с точностью до постоянного мноштеля. Стационарные регаты двухиаскад-ного САГ и кх устойчивость анализировались на плоскости АЧХ. Показано, что подача внешнего воздействия на двухкаскадний АГ дает возможность дополнительного управления параметрами его колебаний.

На основании укороченных и линеаризованных уравнений получено выражение для коэффициента автодинной чувствительности по напряжению Кц АГ с шунтарую'дчм диодом на входе АЭ, стационарные автономные режимы которого исследовались в первой главе. Анализ позволяет дать следующие .рекомендации для получения большого Ки.

1. Целесообразно работать при достаточно больших-сопротивлениях эмиттерного автоскещения Нэ и в реламе, где разность между углами отсечки токов коллектора и пунтирующего диода велика.

2. Выгодно работать на том максимуме автодинной чувствительности, который находится вблизи 0=90 , так как :

а) его расположение слабо зависит от параметров схемы;

б) можно почти точно настроиться на максимум без перехода в перенапряженный режим;

в) этот режим энергетически выгодный.

Далее исследовался САГ на САЭ в режиме деления частоты на два.' При гармоническом анализе тока САЭ использовался метод модуляционных характеристик, предложенный С.И. Евтяновым. Даш инженерные рекомендации по расчету САГ на САЭ при делении частоты входного сигнала на два.

В пятой главе исследована система ФАП в автоколебательном режиме (АКР) и показана возможность ее использования в этом режиме в качестве ФП.

АКР известен в теории фазовой синхронизации под названием квазисинхронный, так как здесь частоты внешнего сигнала и ПГ равны в среднем. В данной главе он получил название АКР поскольку в ЦУ ФАП в этом режиме можно наблюдать автоколебания. Такой подход позволяет смотреть на систему ФАП как на АГ низкочастотных колебаний.

-е-

Для ФАП получены условия восгсютсвенкя азтсу.олесат/" в сГдгм г^е, а таю» для двухзвенного п трехсменного ЯС - ф,--:льтроз в ЦУ. Чтобы проанализировать АКР составлялись укорочение ургл-нэнпя для ФАП с КС - фильтрам; второго и третьего порядков с пэс-тояншага времени звеньев. Порог.':э:х:ее рвение прздатсгддтоеь в виде суммы постоянной составлл:о.'й и первой гармотпЕс: автоколебаний ^>(1)=<{Н-У(1;)33л[и ь+ф(1;)]. Укорочение проводилось по методу Б. Зач-дер--Поля. После того как в уравнениях удергзж ли^ь слсг:,пзрвогс порядка малости для ФАП с ВС - Сильтрем второго порядка углем:

йУ/аг^ц, совф «Т^У-УЗ, (17)

й<р/с1гн=а,,Г70-^т0(У)31пф], (13)

¿1ф/^н=(2/У)йУ/с1гч; (19)

1 для ФАП с КС - фильтром третьего порядка:

¿у/аг^зиа^ Ссзф ^(У)-в/з у 1/223. его)

<3г?/«н=ан[7°-^(у)31г.;р1, (21)

Й!?/йгн= [7/3/ (47) 1 аУ/«н. (22)

где V - нсрмпрсЕгннсе времл; частота, на г.стсрсй про-

водит самовозбуждение; ^(У) - функция Еесселя первого рода 1-го орядка; ан=Р;/и~р; ^ ~ каксисмальнпя керрэг.ттоупдзя расстрой::» в с::с-

еме САП; 7®- кормзгрозанная к :.:акс;п.:оль:гай корректирующей расстрой« азность частот ПГ и сигнала.

Положив рэвнкмл нулю производные в системах уразнежй (17)-(19), 20)-(22), получим соотнесения связывзас/е амплитуду автоколебаний V и остоянную составлялся 9 с пор:.метр&.\с: системы ФАЛ. На оснсва:ши этих оотнозений построены завсгс/остл У, <р от расстройки ь'.езду частотам: ПГ и игнала. Путем численного решения полных уравнений на ЭЕ.М показано, что тороченные уравнения, справедливы при малых коэффициентах усиления по ольцу.

-IS-

Из сравнения графиков постоянных составляющих для обычной ФАП и ФАП в АКР следует, что крутизна преобразования у ФАЛ в АКР выше, чем у обычной ФАП.

Экспериментальные исследования показали возможность возникновения автоколебаний, а таете область существования синусоидальных колебаний. В ходе эксперимента обнаружено, что частота автоколебаний зависит от их амплитуды. Несмотря на это, .теоретические зависимости амплитуды автоколебаний от расстройки между частотами сигнала и ПГ верно передают ход экспериментальных зависимостей. Если коэффициент передачи ЦУ ФАП невелик, то вне области АКР существует либо синхронный, либо асинхронный режимы. При больших коэффициентах передачи ЦУ ФАП зона синхронного режима пропадает и автоколебания возбуждаются сразу же после разрушения асинхронного режима, причем их форма сильно отличается от синусоидальной. Экспериментально изучены зависимости амплитуды и частоты автоколебаний от амплитуды входного сигнала ФАП U . Теоретически это сделать не удается, так как Uc явно не входит в уравнение ФАП.

• Итак, в пятой главе решена задача исследования автоколебаний в кольцо ФАП с учетом нелинейности 2% - периодической характеристики фазового дискриминатора методом гармонического баланса в одаочастотном приближении для двух типов простейших фильтров в цепи управления. Показано, что систему ФАП в автоколебательном режиме целесообразно использовать в качестве высокочувствительного функционального преобразователя.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях.

1. Биккенин С.Н., Смольский С.Н., Тимонов A.B. Демодуляция 4M - импульсных сигналов синхронизированным автогенератором // Тр. ин-та / Моск. энерг. ин-т.- 1987.- N 126.- С. 13-18.

2. Биккенин С.Н., Смольский С.М. Синхронизация автогенераторов на полевых транзисторах // Тр. нн-та / Моск. энерг. ин-т.- 1988.- N 159.-С. 55-60.

3. Биккенин С.Н., Капранов М.В., Курочкина Т.И. Динамические свойства систем фазовой автоподстройки частоты с форсированием при прохождении фазоманипулированных сигналов // Развитие и совершенствование устройств синхронизации в системах связи: Тез. докл. Всесоюз. науч. ковф. 1-3 июня 1988 г.- Нижний Новгород, 1988.- С. 36

4. Биккенин С.Н., Киле Г.Г., Попов A.B., Смольский С.М., Тимонов A.B. Синхронизированные автогенераторы в быстродействующих устройствах

обработки радиосигналов // Тр. ин-та / Моск. энерг. ин-т.- 1988.-N 180.- С. 89-103.

5. Смольский С.).!., Бискешш С.Н., Попов A.B., Иванов В.Л. Автомодуляция в автодинном смесителэ в режиме мпкротоков // Мекруз. сб. науч. трудов: Прием и обработка слогзшх сигналов. !.!.: ;.КРЭА. 1983. С. 69-75.

6. Биккенин С.Н., Юте Г.Г., Попов A.B., СмольскиЯ С.М., Тимонов A.B. Синхронизированные управляемые автогенераторы в устройствах обработки аналоговых и цифровых радиосигналов с углоеой модуляцией // Современные проблемы радиоэлектроники: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. 21-23 ноября 1988 г.- Москва, 1988.- С. 129.

7. Биккенин С.Н., Киле Г.Г. Влияние инерционности транзистороз и цепей дополнительной обратной связи на скорость пересиихронизац:ш автогенераторов // Современные проблемы радиоэлектроники: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. 21-23 ноября 1938 г.- Москва, 1988.- С. 133.

8. Биккенин С.Н., Смольский С.М. Сравнение динамики перестройки двух схем синхронизированных автогенераторов // Радиотехника.-1939.- N 2,- С. 25-27.

9. Биккенин С.Н., Дубинский A.M., Капранов М.В., Смольский С.М. Автогенератор с захватыванием и фазовой автоподстройкой частоты // Стабилизация частоты: Тез. докл. VII Всесоюз. школы-семинара молодых ученых и специалистов. 2S сентября-3 октября 1989 г.- Канев, 1989.- С. 142-143.

10. Биккенин С.Н., Капранов М.В., Курочкина Т.И. Динамические свойства систем фазовой автоподстройки частоты с форсированием при прохождении фазомашшулированных сигналов // Тр. ун-та/ Львовск. государ, ун-т.- 1989.- Вып. 47.- С. 110-115.

11. Биккенин С.Н., Смольский С.М. Стационарные режимы автогенераторов с малой потребляемся мощностью // Автоколебательные системы и усилители в радиопередающих устройствах: Тез. докл. VIII Всесоюз. школы-семинара студентов и молодых ученых. 15-20 октября 1990 г. - Пенза, 1990.-С. 5.

12. АС 1601775 (СССР) ШШ Н 04 L 27/14. Демодулятор частотномани-пулированных сигналов/ Авт. изобр. Биккенин С.Н., Käue Г.Г., Попов A.B., Смольский С.М., Тимонов A.B. Заявл. 14.10.88. Опубл. 23.10.90. БИ N 39.

П'ишк-ано к печати Л— " ^ л/

Г1оч. л. ¿Jr> Тираж /ОС Заказ //У/ Еспыатпо.

Типография МЭМ, Красноказарменная. 13.