AFC 系統的設計

柴 俊

（船舶重工集團公司723 所，揚州 225001）

0 引 言

自動頻率控制（AFC）電路是使用磁控管發射機的雷達接收機的重要輔助電路，一般雷達接收采用超外差式，雷達高頻回波信號經過與本振混頻變為額定中頻，然后在該中頻上進行放大和匹配濾波。現在的本振頻率穩定度可以做到10-7以上，但是由于磁控管發射機本身存在預熱漂移、溫度漂移、負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不能位于固定中頻濾波器的中心，這樣在接收機中采用AFC 電路就顯得非常必要。由于頻率漂移的變化量隨著發射機磁控管的工作頻率升高而增大，當工作頻率位于X 頻段時，這種變化量可以高達十多兆到二十幾兆赫茲。另外由于發射機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，同一型號磁控管的振蕩頻率也會不同。這就要求系統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絡和鑒相器實現中頻鑒頻器的鑒頻特性，同時使用頻率合成技術。

1 系統組成及工作原理

雷達接收機的AFC 系統一般采用在中頻實現的方案，接收機采用一次混頻，在中頻上實現AFC的系統如圖1 所示。

圖1 AFC 工作原理方框圖

磁控管振蕩器產生的高頻脈沖經過耦合器耦合很小一部分射頻信號與頻率合成器產生的本振信號混頻產生中頻信號，中頻信號輸入到AFC 系統，經過AFC 系統產生控制頻率合成器的控制信號，使得頻率合成器輸出的本振信號與磁控管振蕩器產生的高頻脈沖的頻率相差一個中頻信號的頻率。

AFC 系統比較詳細的原理框圖如圖2 所示。

圖2 AFC 系統原理框圖

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

AFC 的搜索狀態是指頻率合成器在規定的帶寬內按照一定的規律從高頻率到低頻率不停掃描，掃描過程中混頻器輸出的中頻信號頻率也在不停變化，當混頻器輸出的中頻信號頻率接近額定中頻時，AFC 系統從搜索狀態轉換為跟蹤狀態。AFC 收到的中頻信號經過放大后進入鑒頻器，鑒頻器輸出的誤差電壓經過取樣保持，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射機輸出頻率的差值達到額定中頻。

AFC 系統中關鍵組成部分是鑒頻器的實現。鑒頻器的實現由很多種經典電路可以使用。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經過頻相轉換網絡后加入模擬乘法器后實現鑒頻。

設定v1＝V1cosωt，v2＝V2sin（ωt＋△φ），經過乘法器后：

輸出電壓和2 個正交信號的相位差成正比。因此可以實現鑒頻的功能。信號經過頻相轉換網絡后相位差和頻率成線性函數，因此加入模擬乘法器可以實現鑒頻。組成框圖參見圖3 。

圖3 鑒頻器的實現

理想的頻相轉換網絡要求網絡的相頻特性是線性的，至少在一定的頻率范圍內是線性的。LC 諧振電路在一定的頻率范圍內是線性的，可以作為頻相網絡使用。

圖4 所示的電路可以做頻相轉換網絡，它由電容C1與一個LCR 并聯諧振回路串聯而成。

圖4 移相網絡電路

顯然：

設ω（t）＝ω0＋△ω（t），代入上式，得：

當輸入信號的中心頻率為ω0時，鑒相器輸出電壓是0；當頻率高于f0時，輸出電壓為正值，反之為負值。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接收機的需求，并能接收AFC 電路的控制，就可以實現頻率合成器在磁控管發射機的全頻帶內進行調諧，并使得輸出頻率和磁控管發射機的輸出頻率相差一個額定中頻。由于頻率合成器的頻率分辨率的限制，AFC 系統能夠把輸入信號的大差頻變為輸出的小差頻，但是不能夠完全消除頻差，只能使得頻差降低到雷達能夠接收的范圍內。

圖5 鑒頻曲線

2 結束語

通過以上分析可知，上述AFC 電路可以使用集成電路來實現，與傳統AFC 電路相比，電路實現簡單，調試容易。該AFC 電路集合頻率合成器的技術，可以得到大跟蹤范圍的非相參雷達中產生穩定本振的系統。目前該技術的AFC 系統已經成功運用于某型雷達系統，獲得了令人滿意的效果。

［1］ 雷達接收設備編寫組.雷達接收設備（下冊）［M］.北京：國防工業出版社，1979.

［2］ 丁露飛.雷達原理［M］.西安：西北電訊工程學院出版社，1984.

［3］ 弋穩.雷達接收機技術［M］.北京：電子工業出版社，2005.