AFC 系统的设计

2010-04-26柴俊

舰船电子对抗 2010年3期

柴俊

（船舶重工集团公司723 所，扬州 225001）

0 引言

自动频率控制（AFC）电路是使用磁控管发射机的雷达接收机的重要辅助电路，一般雷达接收采用超外差式，雷达高频回波信号经过与本振混频变为额定中频，然后在该中频上进行放大和匹配滤波。现在的本振频率稳定度可以做到10-7以上，但是由于磁控管发射机本身存在预热漂移、温度漂移、负载变化以及电源变化而引起的缓慢的频率漂移，从而使得混频后的中频信号不能位于固定中频滤波器的中心，这样在接收机中采用AFC 电路就显得非常必要。由于频率漂移的变化量随着发射机磁控管的工作频率升高而增大，当工作频率位于X 频段时，这种变化量可以高达十多兆到二十几兆赫兹。另外由于发射机磁控管有一定的寿命，需要定期更换磁控管，而磁控管振荡频率为离散性，同一型号磁控管的振荡频率也会不同。这就要求系统具有很宽的跟踪带宽，然而跟踪范围与跟踪精度是矛盾的，为了克服这个矛盾，保证跟踪精度而又使跟踪范围尽可能大。本文提出使用移相网络和鉴相器实现中频鉴频器的鉴频特性，同时使用频率合成技术。

1 系统组成及工作原理

雷达接收机的AFC 系统一般采用在中频实现的方案，接收机采用一次混频，在中频上实现AFC的系统如图1 所示。

图1 AFC 工作原理方框图

磁控管振荡器产生的高频脉冲经过耦合器耦合很小一部分射频信号与频率合成器产生的本振信号混频产生中频信号，中频信号输入到AFC 系统，经过AFC 系统产生控制频率合成器的控制信号，使得频率合成器输出的本振信号与磁控管振荡器产生的高频脉冲的频率相差一个中频信号的频率。

AFC 系统比较详细的原理框图如图2 所示。

图2 AFC 系统原理框图

AFC 具有搜索和跟踪能力。跟踪是指在一定频率范围内能够自动地跟踪磁控管输出的频率漂移，而搜索则指能够自动进行频率搜索。AFC 电路能够在频率跟踪和频率搜索这2 种状态下进行自动切换，以满足实际工作的需求。

AFC 的搜索状态是指频率合成器在规定的带宽内按照一定的规律从高频率到低频率不停扫描，扫描过程中混频器输出的中频信号频率也在不停变化，当混频器输出的中频信号频率接近额定中频时，AFC 系统从搜索状态转换为跟踪状态。AFC 收到的中频信号经过放大后进入鉴频器，鉴频器输出的误差电压经过取样保持，由跟踪门限电路判别，大于门限电平则有控制脉冲输出，高于中心频率输出正脉冲，低于中心频率输出负脉冲；控制频率合成器按照一定方向变化输出频率，最终使得频率合成器输出频率与磁控管发射机输出频率的差值达到额定中频。

AFC 系统中关键组成部分是鉴频器的实现。鉴频器的实现由很多种经典电路可以使用。在此介绍一种乘积型相位鉴频器，乘积型相位鉴频器将信号经过频相转换网络后加入模拟乘法器后实现鉴频。

设定v1＝V1cosωt，v2＝V2sin（ωt＋△φ），经过乘法器后：

输出电压和2 个正交信号的相位差成正比。因此可以实现鉴频的功能。信号经过频相转换网络后相位差和频率成线性函数，因此加入模拟乘法器可以实现鉴频。组成框图参见图3 。

图3 鉴频器的实现

理想的频相转换网络要求网络的相频特性是线性的，至少在一定的频率范围内是线性的。LC 谐振电路在一定的频率范围内是线性的，可以作为频相网络使用。

图4 所示的电路可以做频相转换网络，它由电容C1与一个LCR 并联谐振回路串联而成。

图4 移相网络电路

显然：

设ω（t）＝ω0＋△ω（t），代入上式，得：

当输入信号的中心频率为ω0时，鉴相器输出电压是0；当频率高于f0时，输出电压为正值，反之为负值。因此只要频率合成器的输出带宽和频率分辨率能满足雷达接收机的需求，并能接收AFC 电路的控制，就可以实现频率合成器在磁控管发射机的全频带内进行调谐，并使得输出频率和磁控管发射机的输出频率相差一个额定中频。由于频率合成器的频率分辨率的限制，AFC 系统能够把输入信号的大差频变为输出的小差频，但是不能够完全消除频差，只能使得频差降低到雷达能够接收的范围内。