5.4. Выбор параметров системы фапч

Рассмотрим подробнее возможности улучшения свойств ССЧ за счёт выбора вида и параметров ГУН, дискриминатора и цепи обратной связи.

Управляемый генератор ГУН в составе ССЧ должен иметь возможность перестройки по частоте в пределах, превышающих граничные частоты ССЧ. Если модуляционная характеристика ГУН достаточно линейная, то в диапазоне частот коэффициент передачи по кольцу авторегулирования меняется слабо и можно улучшить фильтрующие свойства ФАПЧ за счёт приближения к границе устойчивости. Паразитная амплитудная модуляция (ПАМ), свойственная ГУН при его перестройке по диапазону частот, может приводить к изменениям выходного напряжения дискриминатора, что эквивалентно вариациям кольцевого усиления и также нежелательно. Одним из важных параметров ГУН является полоса пропускания по цепи управления частотой. Следует иметь в виду, что связанная с этим инерционность включена последовательно с ФНЧ системы ФАПЧ и должна учитываться при расчёте устойчивости системы. Уровень спектральной плотности СПМ фазового шума ГУН должен быть достаточно низким в зоне отстроек, важных для разрабатываемой радиоэлектронной системы. Как видно из рис. 5.16, при определённой отстройке система ФАПЧ может снизить уровень СПМ вблизи несущей частоты S_(F) на 20…30 дБ.

Используются различные виды фазовых дискриминаторов: балансные или кольцевые диодные схемы; активные аналоговые ФД; разнообразные импульсно-фазовые ИФД; частотно-фазовые дискриминаторы ЧФД. Небалансные схемы ФД в ССЧ не применяются, так как имеют нежелательную чувствительность вариациям питающих напряжений и к амплитудным нестабильностям ОГ и ГУН. Диодные балансные и кольцевые ФД могут использоваться вплоть до частот сравнения сантиметрового и миллиметрового диапазона, что понижает уровень ПСС; они имеют низкий уровень собственных шумов, не вносят погрешности и инерционности из-за дискретности по времени. Однако они сохраняют повышенную чувствительность к амплитудным вариациям сравниваемых сигналов, их выходной сигнал требует дополнительного усиления по постоянному току. Импульсные схемы выборки-запоминания в качестве ИФД хорошо подавляют спектральные компоненты частоты сравнения.

Если характеристика ФД косинусоидальная, то её крутизна изменяется в пределах полосы синхронизма, имея наибольшее значение в её середине и уменьшаясь до нуля к краям. Поэтому потенциальные возможности системы ФАПЧ по фильтрации помех реализуются не полностью. Если в ССЧ ставится задача снижения длительности переходного процесса по фазе, то целесообразной формой F() является трапецеидальная: при этом для значительной части фазовых рассогласований корректирующее напряжение максимально, что ускоряет процесс установления фазового сдвига. Однако при этом может возникнуть неустойчивость вокруг точки равновесия, приводящая к скачкам фазы между максимальным и минимальным значениями F().

Для уменьшения продолжительности процесса установления частоты используют (см. рис. 3.24,в) частотно-фазовые дискриминаторы (ЧФД), характеристика F() которых смещена на +Е_фд для положительных расстроек и на – Е_фд для отрицательных. ЧФД позволяет уменьшить количество периодов частоты сравнения, за которое устанавливается синхронизм и работает в широком интервале изменения частоты сравнения.

Вид и параметры частотной характеристики ФНЧ выбираются из соображений: а) подавления нежелательных частотных компонент (помех) на выходе ФД; б) уменьшения установившейся разности фаз опорного колебания и сигнала ГУН в пределах полосы синхронизма; в) обеспечения устойчивости процесса автоподстройки фазы; г) снижения длительности переходного процесса при переключении рабочей частоты. Использование пропорционально-интегрирующего фильтра ПИФ в цепи обратной связи ФАПЧ позволяет улучшить соотношение между уровнями фильтрации внутренних и внешних по отношению к кольцу обратной связи помех. Для уменьшения остаточного расхождения разности фаз сигналов на ФД, то есть для придания системе ФАПЧ астатических свойств, ФНЧ дополняют схемой «подкачки заряда».