Системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) в технике связи

Цель работы: Изучить свойства и характеристики системы ФАПЧ.

Задачи работы:

1. Исследовать свойства и характеристики системы ФАПЧ при использовании ее в качестве частотного детектора.

2. Изучить основы формирования гармонических сигналов системой ФАПЧ с дискретным делителем частоты.

Ход выполнения работы:

График исходного сообщения:

График спектра исходного сообщения:

График принятого сообщения:

Время переходного процесса данного гармонического колебания, составляет 7,93 мс.

График спектра принятого сообщения:

По данному графику определили мощность первых трех гоармоник, а затем по формуле расчитали коэффициент нелинейных искажений (КНИ) для данного сигнала, который составляет 0,011486%

Исследуем влияние разновидностей (типов) используемого формирующего фильтра на время переходного процесса, заменив фильтр Бесселя, на фильтр Баттерворта, затем – Чебышева.

Таблица зависимости времени переходного процесса (ПП) от типа фильтра:

Чебышева	Баттерворта	Бесселя
7,93	7,66	7,5

Проанализировав полученные данные, можно сделать вывод, что наибольшее время ПП нам дает фильтр Чебышева, лучший результат получает фильтр Бесселя.

Используя в качестве формирующего фильтр Чебышева, будем изменять его порядок от 3 (исходное значение) до 8, по полученным данным построим зависимость времени переходного процесса и коэффициента нелинейных искажений от порядка фильтра.

Таблица полученных зависимостей:

Пор. Фильтра	Р1	Р2	Р3	КНИ	ПП
	71,05	32,01	0,07	0,012482	7,93
	71,44	36,35	4,4	0,030994	15,83
	71,98	40,32	7,19	0,068267	17,33
	72,46	40,49	7,21	0,063563	23,33
	73,12	40,63	7,3	0,05639	32,83
				КНИ	ПП
				-4,38348	2,07065304
				-3,47396	2,76190687
				-2,68433	2,8524391
				-2,75572	3,14974009
				-2,87546	3,49134273

По данному графику можно увидеть, что при увеличении порядка фильтра, растет и коэффициен нелинейных искажений, так же по графику можно увидеть, что при 8-ом порядке фильтра КНИ и ПП определить не удалось, это связано с достаточно сильным искажении сигнала при прохождении через 8 параллельно включенных RC цепочек.

По данному графику можно увидеть, что при повышении порядка фильтра растет и время переходного процесса, так как сигналу, пройдя через активное сопротивление, нужно время чтоб восстановить стабильную форму, и чем больше это сопротивление, тем больше времени понадобиться на восстановление стабильной формы. Так же как и КНИ время ПП при 8-ом порядке фильтра установить не удалось.

Таблица данных зависимостей:

КУ	Р1	Р2	Р3	КНИ	ПП
	71,05	32,01	0,07	0,012481815	7,93
	71,22	25,75	-6,18	0,002839739	8,33
	71,23	21,51	-6,47	0,001068294	14,33
	71,22	15,51	-7,32	0,000269934	39,16
КУ	KНИ	ПП
6,55108	-4,38348	2,070653
6,907755	-5,86404	2,119863
7,090077	-6,84169	2,662355
7,31322	-8,21733	3,667656
7,549609

Графики данных зависимостей:

По данному графику, можно увидеть, что при посте коэффициента усиления, растет и время переходного процесса, то есть, при умножении амплитуды сигнала с КУ требуется больше временя для того, чтобы сигнал приобрел постоянную форму. Максимально возможный КУ при котором сигнал еще можно восстановить- 1500, при 1900 это сделать не получиться.

По данному графику видим, что при увеличении КУ коэффициент нелинейных искажений уменьшаеться.

Дополним схему согласно задания:

Полученный график сигнала на выходе ФАПЧ :

Запустили схему 8.2

Выставили все значения согласно варианту.

Запустили модель на цикл моделирования и получили графики управляющего сигнала ГУН и спектра выходного сигнала ГУН (выход синтезатора):

Спектр выходного сигнала ГУН:

По данным графикам определили:

Время переходного процесса: 112 мс

Частота спектральной линии сигнала генерируемого синтезатором: 184,52 Гц.

Ширина спектра фазовых шумов и его относительный уровень: 124 Гц

Колличество гармонических компонент в спектре «пьедестала»: 15 шт.

Снятые данные согласно

Коэф деления	Ширина спектра	Несущая частота	Кол-во компонент	ПП, мс
	99,27	184,52
		184,52
	127,92	184,52
	120,59	184,52

Графики измеренных зависимостей:

При росте КД растет и время переходного процесса

По данному графику можно убедиться в том, что при увеличении КД, растет и количество компонент в пъедестеле спектра сигнала.

Графики сигнала при которых восстановить сигнал невозможно:

При коэффициенте деления равным 11:

На данном графике можно увидеть, как мощность соседних компонент привысили мощьность главной гармоники, при таком сигнал востановить невозможно.

При коэффициенте деления равным 6-ти:

По данному графику можно увидеть, что определить время переходного процесса невозможно, сигнал не подлежит восстановлению.

Преведя данные испытания, определили, что схема будет работать и сигнал будет подлежать восстановлению, если коэффициент деления будет колебаться в пределах от 7 до 11, иначе сигнал востановить не получиться.

Выводы:

- в ходе анализа системы ФАПЧ как частотного детектора убедились, что свойства и характеристики системы зависят от каждого элемента, а именно:

- при изменении типа фильтра получали различное время ПП; наибольшее время получили при использовании фильтра Чебышева;

- с увеличением порядка фильтра время ПП также росло;

- КУ можно наращивать до определенного значения, выше которого система становится неустойчивой; КНИ при этом растет.

- в ходе исследования блока ФАПЧ как управляемого генератора получили следующие результаты:

- при увеличении порядка фильтр уровень второй гармоники понижается;

- также исследовали способности ФАПЧ захвата и удержания изменяющейся частоты.

Дата добавления: 2015-07-12