AFC 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

柴 俊

（船舶重工集團(tuán)公司723 所，揚(yáng)州 225001）

0 引 言

自動(dòng)頻率控制（AFC）電路是使用磁控管發(fā)射機(jī)的雷達(dá)接收機(jī)的重要輔助電路，一般雷達(dá)接收采用超外差式，雷達(dá)高頻回波信號(hào)經(jīng)過(guò)與本振混頻變?yōu)轭~定中頻，然后在該中頻上進(jìn)行放大和匹配濾波?，F(xiàn)在的本振頻率穩(wěn)定度可以做到10-7以上，但是由于磁控管發(fā)射機(jī)本身存在預(yù)熱漂移、溫度漂移、負(fù)載變化以及電源變化而引起的緩慢的頻率漂移，從而使得混頻后的中頻信號(hào)不能位于固定中頻濾波器的中心，這樣在接收機(jī)中采用AFC 電路就顯得非常必要。由于頻率漂移的變化量隨著發(fā)射機(jī)磁控管的工作頻率升高而增大，當(dāng)工作頻率位于X 頻段時(shí)，這種變化量可以高達(dá)十多兆到二十幾兆赫茲。另外由于發(fā)射機(jī)磁控管有一定的壽命，需要定期更換磁控管，而磁控管振蕩頻率為離散性，同一型號(hào)磁控管的振蕩頻率也會(huì)不同。這就要求系統(tǒng)具有很寬的跟蹤帶寬，然而跟蹤范圍與跟蹤精度是矛盾的，為了克服這個(gè)矛盾，保證跟蹤精度而又使跟蹤范圍盡可能大。本文提出使用移相網(wǎng)絡(luò)和鑒相器實(shí)現(xiàn)中頻鑒頻器的鑒頻特性，同時(shí)使用頻率合成技術(shù)。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

雷達(dá)接收機(jī)的AFC 系統(tǒng)一般采用在中頻實(shí)現(xiàn)的方案，接收機(jī)采用一次混頻，在中頻上實(shí)現(xiàn)AFC的系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 AFC 工作原理方框圖

磁控管振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖經(jīng)過(guò)耦合器耦合很小一部分射頻信號(hào)與頻率合成器產(chǎn)生的本振信號(hào)混頻產(chǎn)生中頻信號(hào)，中頻信號(hào)輸入到AFC 系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)AFC 系統(tǒng)產(chǎn)生控制頻率合成器的控制信號(hào)，使得頻率合成器輸出的本振信號(hào)與磁控管振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖的頻率相差一個(gè)中頻信號(hào)的頻率。

AFC 系統(tǒng)比較詳細(xì)的原理框圖如圖2 所示。

圖2 AFC 系統(tǒng)原理框圖

AFC 具有搜索和跟蹤能力。跟蹤是指在一定頻率范圍內(nèi)能夠自動(dòng)地跟蹤磁控管輸出的頻率漂移，而搜索則指能夠自動(dòng)進(jìn)行頻率搜索。AFC 電路能夠在頻率跟蹤和頻率搜索這2 種狀態(tài)下進(jìn)行自動(dòng)切換，以滿足實(shí)際工作的需求。

AFC 的搜索狀態(tài)是指頻率合成器在規(guī)定的帶寬內(nèi)按照一定的規(guī)律從高頻率到低頻率不停掃描，掃描過(guò)程中混頻器輸出的中頻信號(hào)頻率也在不停變化，當(dāng)混頻器輸出的中頻信號(hào)頻率接近額定中頻時(shí)，AFC 系統(tǒng)從搜索狀態(tài)轉(zhuǎn)換為跟蹤狀態(tài)。AFC 收到的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后進(jìn)入鑒頻器，鑒頻器輸出的誤差電壓經(jīng)過(guò)取樣保持，由跟蹤門限電路判別，大于門限電平則有控制脈沖輸出，高于中心頻率輸出正脈沖，低于中心頻率輸出負(fù)脈沖；控制頻率合成器按照一定方向變化輸出頻率，最終使得頻率合成器輸出頻率與磁控管發(fā)射機(jī)輸出頻率的差值達(dá)到額定中頻。

AFC 系統(tǒng)中關(guān)鍵組成部分是鑒頻器的實(shí)現(xiàn)。鑒頻器的實(shí)現(xiàn)由很多種經(jīng)典電路可以使用。在此介紹一種乘積型相位鑒頻器，乘積型相位鑒頻器將信號(hào)經(jīng)過(guò)頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)后加入模擬乘法器后實(shí)現(xiàn)鑒頻。

設(shè)定v1＝V1cosωt，v2＝V2sin（ωt＋△φ），經(jīng)過(guò)乘法器后：

輸出電壓和2 個(gè)正交信號(hào)的相位差成正比。因此可以實(shí)現(xiàn)鑒頻的功能。信號(hào)經(jīng)過(guò)頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)后相位差和頻率成線性函數(shù)，因此加入模擬乘法器可以實(shí)現(xiàn)鑒頻。組成框圖參見圖3 。

圖3 鑒頻器的實(shí)現(xiàn)

理想的頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)要求網(wǎng)絡(luò)的相頻特性是線性的，至少在一定的頻率范圍內(nèi)是線性的。LC 諧振電路在一定的頻率范圍內(nèi)是線性的，可以作為頻相網(wǎng)絡(luò)使用。

圖4 所示的電路可以做頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，它由電容C1與一個(gè)LCR 并聯(lián)諧振回路串聯(lián)而成。

圖4 移相網(wǎng)絡(luò)電路

顯然：

設(shè)ω（t）＝ω0＋△ω（t），代入上式，得：

當(dāng)輸入信號(hào)的中心頻率為ω0時(shí)，鑒相器輸出電壓是0；當(dāng)頻率高于f0時(shí)，輸出電壓為正值，反之為負(fù)值。因此只要頻率合成器的輸出帶寬和頻率分辨率能滿足雷達(dá)接收機(jī)的需求，并能接收AFC 電路的控制，就可以實(shí)現(xiàn)頻率合成器在磁控管發(fā)射機(jī)的全頻帶內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧，并使得輸出頻率和磁控管發(fā)射機(jī)的輸出頻率相差一個(gè)額定中頻。由于頻率合成器的頻率分辨率的限制，AFC 系統(tǒng)能夠把輸入信號(hào)的大差頻變?yōu)檩敵龅男〔铑l，但是不能夠完全消除頻差，只能使得頻差降低到雷達(dá)能夠接收的范圍內(nèi)。

圖5 鑒頻曲線

2 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析可知，上述AFC 電路可以使用集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)AFC 電路相比，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，調(diào)試容易。該AFC 電路集合頻率合成器的技術(shù)，可以得到大跟蹤范圍的非相參雷達(dá)中產(chǎn)生穩(wěn)定本振的系統(tǒng)。目前該技術(shù)的AFC 系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)用于某型雷達(dá)系統(tǒng)，獲得了令人滿意的效果。

［1］ 雷達(dá)接收設(shè)備編寫組.雷達(dá)接收設(shè)備（下冊(cè)）［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1979.

［2］ 丁露飛.雷達(dá)原理［M］.西安：西北電訊工程學(xué)院出版社，1984.

［3］ 弋穩(wěn).雷達(dá)接收機(jī)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.