книги / Сигналы и устройства ближней радиолокации. Автодины
.pdfСхемы чаототных модуляторов различается в основном спосо бами овяэи варикапа о резонансной системой автодина. На рио. 15 изображена схема модулятора, в котором реализована емкостная связь о колебательным контуром f 5 ].
Ео
Эквивалентная exam АДЧМ на нелинейном двухоолвоняке
продо*яидпяа на рио. 16, |
где С(6) - емяооть, измекящаяся во |
|
времени но закон у: |
|
|
С Ю= С0 ы С /С 6). |
(I6i) |
|
J ( £ ) - функция, |
определяющая закон модуляции, |
такая, |
что m a x | J ( 6 )\жS- |
|
|
Схема ва рис. 16 в случав воздействия на АДЧМ внешнего оигнала описывается системой ДУ, аналогичной системе (17),
• |
= |
/ |
, |
С г |
d±LSa. |
+ r |
|
d t |
|
■ |
|
||
ссм |
$ |
|
5л |
c li |
|
S |
|
|
} |
|
|||
. |
|
d u r . |
|
|
d a ~ |
у |
/ |
|
|
|
|||
L3 |
+cs |
~ |
d |
f |
= c ( i ) ~ d F + ~ |
J u c(6>cli +cfi i |
|||||||
LCM «см * u SA ~ E-CM |
> |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
d ie |
|
|
= ° i |
|
|
|||
if «3 > P LS |
~dt^ * U § ~ U C3 |
|
|
||||||||||
LR X ~ U C |
= - |
e < i)> |
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
P = #n # Hl ( # n + fiH )t e ( 6 ) = e c (6) |
|
|||||||||||
От системы (17) |
полученная система ДУ отличается только тем, |
||||||||||||
что |
C (t) |
в данном случае |
являетоя функцией времени. |
||||||||||
|
После преобразований получаем систему ДУ |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
cluA |
|
|
|
d u |
° |
= Е - и г |
|
«см Lf + «см ^S |
A |
d t |
+«см CS |
|
d t |
||||||||
|
|
|
см |
5а > |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Ш ) |
|
|
|
|
|
+ U g - u c = o . |
|
|
|
|
|
|||
Будем считать |
(ом. § 1 ,1 ), |
что напряжения U c s и |
и „ и ток i д |
можно предотанить в виде суш низкочаототних и выоохочаототишс
составляю щ их:^^ = и ° ^ + U ~ 3 t U ^ = £ tU f Так как
емкость CgA выбрана достаточно большой, то на выоокой частоте
она представляет собой короткое замывание, и и° =и.х. и~ «*
СЗ "А» > CS
и .
Тогда из последнего уравнения оиотеш (162) получаем
1о « з + 6 - и ь ~ 0 >
и
где tQ *J J f J |
ig(£)c{(eJ0 t ) |
- низкочастотная составляющая то |
|
ка диода. |
° |
|
|
Подставляя |
(163) в (162), |
получим Д7# описывающие работу |
ЛДЧМ на высокой и низкой чаототах при воздействии на него внеш него сигнала,
Ш \L C3(i)Z i |
*Ls ~dt*u) \ ' (<:t |
* Ls ~ d t *a) = |
||||
= - £ |
d t |
d e (6 ) |
|
(164) |
||
|
d t |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
d e |
yC* _ г |
|
|
|
eU„ |
|
T ^ |
|
CM * о |
S o |
cl t |
||
° d t ^ |
CM * 3 |
|||||
С учетом соотношения |
(161) введем следующие обозначения: |
|||||
cj(6)=l/[L(Cs +C (6))y |
=c0o ta c J (6 ), |
CJO - резонансная часто |
||||
та контура; |
лсо(6) |
- |
закон частотной модуляции; у |
|||
|
S = COQ L/ R |
=aj0 CCj +Ca)R Тогда из (164) найдем си |
||||
стему операторных уравнений вида |
|
|
SЛсоСб) 1
со 3(6)
(165)
- А ре(6)>
<го°Р * О Е - ECM-.(RS + Рсм ) С0 - # s ro Р •
Для получения укороченных уравнений АДЧМ относительно оги бающей и фазы выоокочаототных колебаний воспользуемся методом медленно меняющихся амплитуд. Введем две переменные состояния X j = и * = sc = и . Первое уравнение оистемы (165) в этом олучае можно записать в виде оиотены ДУ в форме Коши ;
Л> шХ</г ,
• |
2 *1 * |
^ . Л |
S |
2дс1)(£) 1 |
. Г/Г |
/ ••• ^ |
г / |
S |
Р |
S |
Лео (О \ 1 |
|
|
' [ х т ь ' ц , и = ь ■ Z P V T J J 1 /0
Рассмотрим эту систему JW как систему алгебраических
уравнений относительно переменных U (t) и |
</&) |
|
|
|||||||||
U(£)cosyj(i) - U(l)<f(L)jin у/СО = О, |
|
|
|
|
|
|||||||
-CJa 0 ( 6 ) jin y - G J o U(6)tj>(t)COSyKi)~jcOyCoit!^J U(t)OOSy'(t)f |
||||||||||||
^ |
(6)[ z r |
• - f f |
r |
]Ч |
|
|
|
|
|
- |
||
Ч> |
|
|
|
|
|
|
|
|
и у ^ ) |
, найдем |
||
Разрешая сиотему уравнений относительно |
£/(£) |
|
||||||||||
нормальную систему ДУ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ш ;= - ^ |
|
Г— u ( t ) cosу/s |
d |
|
n |
|
- |
|
||||
tA c b a ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
~ cokt) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
</C6) |
|
cO *-co*(t) |
|
|
|
|
2 |
A |
C O ( t ) \ |
J c ^ nJCOSu.it |
||
|
Д ------- —- |
COS (//-C O |
|
|
|
coJ(t) J |
||||||
|
|
|
4> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ft.(1)cosy/ + |
S co ^(t) |
e(£) |
cosy/ |
|
||||||
иШсОл |
|
|
|
C O ‘ |
U (t) |
со£- co*(t), учи |
||||||
Проанализируем полученные ДУ. Величину |
||||||||||||
тывая малое» девиации частоты относительно частоты несущей |
||||||||||||
AC0(£)jcOo << |
/, |
можно представить приближенной формулой |
||||||||||
с о ^ -Cirf(£)3 с о * -с о ^~ 2 сооасоа ) - л с о га)~~2со0 лсо(£). Следова |
||||||||||||
тельно, |
величина [со* -c o ^ t)^ jc 0 0 ~ - 2 ACOU ) |
много меньше соо . |
||||||||||
Волн закон частотной модуляции лсо(£) |
является функцией мэд- |
|||||||||||
деяно изменяющейся во временя по сравнению с колебанием высо |
||||||||||||
кой частоты cJ0 , |
то выполняется неравенство |
2 ACU((.)/COJ (6)<*/ |
||||||||||
Значение |
|
(£) |
также много меньше величины |
сО0 , |
по |
|||||||
скольку |
S « / t |
|
1 * j L <<r/• Следовательно, |
производные |
||||||||
V ( t) |
я |
</(£) |
имеют порядок j3cJ0 |
|
• |
и функции |
U(c) |
и(/(£) являются медленно изменяющимися во времени по сравношт
околебанием частоты COQ . Поэтому можно заменить правые части
75
уравнений их средними за |
период |
Т - 2 J I/ а ) |
значениями |
|||
и (О1=" |
(4Г~ |
|
|
° |
ЛЭ1 |
|
|
|
|
J %(tktovfy* |
|||
оп c O * (t) |
~ |
/ |
e ( t) s in |
, |
|
|
C<J |
|
|||||
2 JJ7 |
'J |
_ |
|
|
(168) |
|
4>(i) = - |
- |
О |
J |
|
||
~ |
- |P |
4A(£)cosvctf + |
||||
|
о |
|
о |
о |
|
|
Предположим (см. § 1 .1)» что активный элемент можно пред ставить в виде параллельного соединения активной и реактивной проводимостей, причем реактивная проводимость может носить как емкостной, так и индуктивный характер.
Активную составляющую тока диода са (6) можно записать в виде ряда Фурье
га (* ) а £ |
W i). co* k 4 ', |
k= i |
|
где 1KQ (6) ~ /Аа (L\ Е ) ~ медленно меняющаяся функция времени.
Учитывая, |
что >?(£)=oJQ |
C JO } запишем выражения для |
||
производных активной ооотавлявщей тока |
||||
4 ^ |
= - |
£ |
1ка < |
^ г г к Ч', |
|
|
* = / |
|
|
LcS L) = - |
И . |
^ |
Cosk4; , |
|
|
|
/Г—/ |
|
|
L te) |
~ |
У , к |
3a>3 I kQ ( t ) j i a kifj . |
Подставляя эти значения в выражение для функции ifJ.(t) и усред няя ее, получаем
Zcb(t) Л г co3(£) J K r
' / J |
W |
# * - |
(169) |
|
2 Я |
|
|
|
p |
^ |
|
i s / |
f i0 <i>Jin* J v - T \ § r o h |
7 F 7 I T a o |
-4 - ь Ь } '- « * « *
Втом случае, кош а реактивная составляющая проводимооти диода
носит емкоотной характер, реактивную составляющую тока можно
записать в виде
d u n
= C (U g) - g f - J
где |
C (u cj) '* нелинейная емкооть диода. |
|
|||
^активную составляющую тока диода можно представить в виде |
|||||
ряда |
|
|
|
о<э |
|
iD(t) = - OJ с0 (и, Е) U (t)s in V - Г , |
т Ч Ч (Ц П Ш >* |
||||
Р |
|
|
к * / |
|
|
х [sCn(k+i)y/~ Sin (к - ОЧ*~\ |
|
|
|||
|
Тогда выражения дня производных реактивной составляющей |
||||
тока имеют вид |
^ |
|
|
||
Lp (6) = - о |
/ 2Са ( Ц И U (t) c o s y ~ YL^ |
|
( и £ ) u ( t ) * |
||
ж ^(k+i)cos(k+i)y - Ck-i)caS(k-i)<k] ^ |
|
||||
r |
° |
U |
^/-2 |
*4 |
О * |
i’(t)-co*C0(V£) U(t)sin |
** / |
|
co3C.(UE)U(h)* |
||
|
|
|
|
|
|
*^(fc+ 0^Sin(k + O ty +(&"*)*Sin (k-J)<fS^ |
|
||||
|
|
|
oo |
|
|
i ' ( t ) = OJ^CJCT E) U (t)ca 3 y/- £ |
-joo*C k (U E )U a ) * |
||||
“ |
|
|
k ^ t |
|
|
x\^(k*t) 3cas(k+i)<k+(k-/)Jc o s(k -/)ty ]
►*vb',
Подставляя эти |
значения в функцию ty-C t) |
и усредняя ее, полу- |
||
ЧИ“ |
|
|
|
|
5 * / % |
и>^ |
^ |
' i { - £ r j i |
- Z P a , " о - |
-R '■&(.<&-iw !)R ^ K }w « -
- Y |
^ U ' E ) ) /? [/(£ )} |
|
|
(170) |
|
|
|
|
|||
/ |
2JT |
|
|
г |
J M - |
ifffi)} |
|
|
|||
1 |
r r , i r c \ / „ |
w«>. |
|||
2 d b ( t \ 1 |
3 ^ |
|
Воли реактивная проводимость диода носит дедуктивный характер, то дня реактивной составляющей тока справедливо соотношение
|
|
|
J |
/ си ) u(£)ot^ |
Учитывая, |
что |
u ( i ) z и(6)са*р,получш ооотнооенне |
||
|
iD(t)s i f |
— - |
UCOcos u / d i . |
|
|
|
O f |
(U § ^ |
|
Разложим функцию i ' ‘( u ) в ряд Фурье |
||||
|
|
|
9 |
|
L |
(Ug) |
- <?о |
(Ц Е ) + Y 2, ^к ,( t'r,E )c o s |
|
Тогда дня тока ip (6) |
и его |
производных справедливы соотноше |
||
ния |
|
|
|
|
Lp (i)= ^ |
^( p |
U (t)sax‘И , £ |
r t y E m ^ C M t y + s d z ^ |
|
* / 0 = r |
l(O ,E )l/(0 c o j^ + £ ± e ^ C U t E ) U ( i) \b i) c o s ( k H ) f |
|||
+ ( k - l ) c c s ( k - { ) t j / ^ \ |
|
^ |
Lp ( t) = - c ja r o‘(U ,E )C /a)sC n< E + £ ^ |
€ , 1 (СГЕ)[/(6)* |
L < 1)= -CO* d ~ l(Cfl E)U (t)cost/; + ZlJ |
co„ |
e. (U E )u a ) * |
|
||
^ |
|
||||
° |
k = i |
|
к |
' |
|
|
|
|
|
||
‘ |
- ( k - l) 3oos(k-i)4> |
] |
|
^Lo(t) |
|
Подставляя эти вигоажения в формулу для функции |
полу- |
||||
чаем |
|
|
|
с/ |
|
2Я |
|
|
|
|
|
1_
CJ
' ^й>V^
/ 2JT |
° |
J |
c |
/ |
|
|
23J J |
К |
( i) s in ^ d ijJ ^ j\ - \ |
|
|||
c o ^ tt) ^8*oJn |
|
|||||
о |
P |
|
|
l |
|
|
cu ® b * |
|
|
" т |
D * |
||
Сравнивая формулы (170) |
и |
(171), приходим к выводу, что |
их можно привести к одинаковой формэ запиои, если ввести поня тие усредненной по первой гармонике реактивной проводимости диода €(С/Е): при емкостном характере реактивной проводимости
i(U £)= oj\C 0(UE)- -j- С„ (U Е) 1, а “РИ индуктивном 6(U E) =»
Введем понятия эквивалентных активной и реактивной прово димостей диода о элементами эквивалентной схемы его корпуса» усредненных по первой гармонике»
|
|
|
|
|
1» 2 a j(i)a )n |
g W O - |
||
|
|
со^(6) j >i |
|
|
cJJ(t) |
} |
||
|
|
|
2 c J ( 6)сО. |
} m o |
: |
|
||
|
|
|
т |
о |
h |
|
||
т о |
со: |
1 Л е - |
2 х |
2 c j(6 )c J a |
] |
(172) |
||
с0^(6) |
J сГ |
s h |
' ~ |
o k t ) |
h |
Г |
|
^ , ] iL- % w |
1 } - w f >- |
Далее будем пользоваться нормированными значениями усредненных проводимостей 0о (Ц Е ) = Rgo (C/f E )u BQ(UtE ) = R 6 Q(Of E ),
Заметим, что пренебрегая влиянием чаототной модуляции в выраже
ниях |
(172), |
получим формулы для |
G0 (0, Е ) и 3Q(U, Е ) , совпадаю |
||||||||
щие с формулами (42). |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
С |
учетом обозначений |
(172), находим |
|
|
||||||
С О * ( 6 ) |
J |
цаххлфЫу/ |
|
|
GJUt E )U (i)^ |
|
|||||
|
|
|
|
-о' |
|
|
|||||
|
|
г я |
|
|
|
|
|
л |
|
|
(173) |
cd2t |
|
|
|
|
|
B0(L/,E)U(t). |
|
||||
J |
V M c o s v d f = |
|
|
||||||||
|
|
ъ |
> |
|
|
|
|
( е(6) = О ), подставив выраже |
|||
При отсутствии внешнего |
сигнала |
||||||||||
ния |
(173) в |
сиотему ДУ |
(168), получим укороченные ДУ автогене |
||||||||
ратора о чаототной модуляцией |
|
|
|
|
|||||||
гк ю 0 ( О ' { 1 - тк ш * £ $ - . о с < ц е ) \ т - о ; |
|
||||||||||
|
|
|
СО* - |
СО^Сб) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
гк ш |
|
|
|
|
где |
7^(t) - |
£ СО0 j S |
оо^(£ ) |
|
|
|
|
||||
|
Уравнения можно упростить,если допустить, |
«г > |
|
||||||||
а с о ( £ )« с о 0 » |
тогда - [од*-сог(£)\12с00 * о с о ( £ ) . Пренебрегая |
||||||||||
зависимостями |
|
0o((/t £ ) и |
В0 СЦЕ) о» времени, а |
таксе |
|||||||
величиной 2acb(£)7^(£)jco0( i ) m |
сравнению о единицей, |
полу |
|||||||||
чим оиотему ДУ вида |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
тк Cray* [1*б0щ е ) ] |
и а ) = о ; |
|
|
|||||
|
|
|
</(£) = г> соЮ -аа> , |
|
|
|
|||||
где а с о 1- - — |
В (U Е ) - |
сдвиг несущей частоте, |
обусловленный |
||||||||
|
|
|
Тк |
о |
> |
|
элемента. |
|
|
|
|
инерционностью активного |
|
|
|
||||||||
|
Из этой сиоташ ДУ видно, |
что |
в нервом приближении ампли |
туды колебаний в генераторе о частотной модуляцией и без нее равны. Частота колебаний, как и следовало ожидать, изменяете! по закону л с о (£ ) . Учет зависимоотей коэффициентов ДУ
во