Дипломная работа: Пеленгатор системы радиомониторинга

Анализ данных таблицы 3.1 показывает, что минимальная полоса частотного канала, рассматриваемых средств связи с ЧМ, составляет 12.5 кГц, а разнос между частотными каналами, на котором необходимо обеспечить заданный в ТЗ ДД, так же составляет 25 кГц. При этом максимальная полоса частотного канала рассматриваемых средств связи, не превышает заданной в ТЗ полосы одновременного анализа, равной 30 МГц.

3.2 Анализ структурной схемы РпрУ

Согласно проведенного анализа ТЗ, на РПрУ системы РМ возлагаются следующие функции:

- выделение (селекция) полезного сигнала из всей полосы частот, принятой АнС;

- преобразование принимаемого ВЧ сигнала в сигнал диапазона рабочих частот оконечного устройства (сигнал ПЧ);

- усиление полезного сигнала до уровня, достаточного для работы оконечного устройства (ЦАС);

Качество выполнения РПрУ указанных выше функций определяется основными характеристиками РПрУ, которые подразделяются на две группы: электрические и конструктивно-эксплуатационные.

К основным электрическим характеристикам РПрУ относятся: диапазон рабочих частот, полоса одновременного обзора, чувствительность, ДД, избирательность.

К конструктивно-эксплуатационным - технологичность, экономичность, надежность, габариты, вес, и т.д.

Согласно темы ВКР и ТЗ, РПрУ рассматриваемой АСМИРИ построено по двухканальной супергетеродинной схеме. Супергетеродинные РПрУ нашли самое широкое применение практически во всем радиодиапазоне, решая при этом разнообразные задачи, в том числе задачи РМ. Основными достоинствами таких РПрУ в отличии от других типов, является обеспечение требуемой частотной избирательности, высокого и устойчивого усиления на фоне достаточно низких шумов, и как следствие, обеспечение высокой чувствительности и др.

Все супергетеродинные РПрУ состоят из трех основных частей: линейного тракта, демодулятора и устройств регулировок.

В нашем случае, РПрУ должен состоять только из линейной части, одинаковой для каждого канала, т. к. остальные рассмотренные функции предполагается выполнять оконечными устройствами, такими как ЦАС и ПЭВМ, не входящими в состав РПрУ.

Линейный тракт одинаков для приемников различных типов. Он состоит из входного устройства (ВУ), усилителя радиочастоты (УРЧ) преобразователя частоты, состоящего из смесителя (См) и гетеродина (синтезатор СВЧ), и усилителя промежуточной частоты с элементами селекции (УПЧ).

Количество преобразований частоты в РПрУ определяется заданным диапазоном рабочих частот РПрУ и заданной избирательностью по побочным каналам приема обусловленных следующими причинами:

- возникновение колебаний с частотой, равной частоте ПЧ, которые будут усилены наравне с полезным сигналом и получены на выходе РПрУ;

- возникновение зеркального канала приема, настроенного на частоту

,

где - частота полезного сигнала; - значение ПЧ;

- возникновение комбинационных составляющих, в следствии прохождения сигналов через нелинейные элементы схемы РПрУ.

Многократное преобразование частоты необходимо в трех случаях (которые могут встречаться в комбинации друг с другом): во-первых, когда необходимо обеспечить избирательность по побочным каналам более 70 дБ; во-вторых, когда оптимальное значение ПЧ попадает в полосу приема; и когда высокое значение ПЧ не позволяет реализовать требуемую ширину полосы пропускания РПрУ.

Исходя из ТЗ видно, что обеспечение заданного ДД системы возможно при построении РПрУ по супергетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты в каждом канале. Далее, правильность такого решения будет подтверждена, на основании двух других условий. Структурная схема одного из каналов РПрУ, представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1-Структурная схема одного из каналов РПрУ.

Назначение элементов схемы, представленной на рисунке 3.1.

1) ВУ РПрУ служит для согласования приемника с используемой в эксплуатации АнС и предварительной частотной селекции принимаемых сигналов ИРИ;

2) УРЧ предназначен для усиления принятых слабых сигналов до уровня, необходимого для нормальной работы преобразователя частоты и обеспечения дополнительной частотной избирательности РПрУ;

3) Преобразователь частоты (, и синтезатор СВЧ) обеспечивает преобразование входного сигнала радиочастоты в другую, более низкую, ПЧ, при этом закон модуляции сигнала не изменяется;

4) УПЧ совместно с фильтром ПЧ, усиливает сигнал ПЧ до уровня, необходимого для работы оконечного устройства (ЦАС) и осуществляет частотную избирательность РПрУ, ограничивая полосу шумов, приходящих на оконечное устройство.

К разрабатываемому двухканальному РПрУ предъявляются довольно серьезные требования по амплитудной и фазовой идентичности каналов. Для их выполнения следует обратить особое внимание на выбор элементной базы - технологическому разбросу параметров используемых элементов. Однако, этих мер может оказаться недостаточно, поэтому, при разработке линейной части РПрУ предлагается использовать выравнивание амплитудных и фазовых характеристик элементов, соответствующими методами.

3.3 Выбор и обоснование ПЧ РпрУ

Выбор значения ПЧ₂, как показывает практика, не представляет больших затруднений.

К фильтру ПЧ₂ предъявляются следующие основные требования:

- обеспечение заданной полосы пропускания с заданной неравномерностью;

- обеспечение заданной избирательности (ДД сигнала).

Таким образом, полоса пропускания фильтра ПЧ₂ определяется заданной в ТЗ полосой одновременного анализа, согласно которой, фильтр должен иметь полосу пропускания по уровню минус 3 дБ, не менее 30 МГц.

Значение самой ПЧ₂ можно выбрать исходя из следующих соображений.

ПЧ₂ должна иметь стандартное значение, установленное ГОСТ, что необходимо при согласовании РПрУ АСМИРИ с внешними устройствами, работающими с сигналом ПЧ РПрУ (см. рисунке 2.1) и выборе фильтра ПЧ с необходимыми характеристиками из стандартных и серийно выпускаемых.

Исходя из этого, с учетом рекомендаций и др., подходящим, в данном случае, значением ПЧ₂, будет частота 70 МГц, являющейся стандартной и наиболее широко применяемой в РПрУ.

В качестве фильтра ПЧ₂ могут быть использованы кварцевые и керамические фильтры, обеспечивающие требуемые характеристики по избирательности, а так же фильтры на LC-элементах с аппроксимацией Кауэра (эллиптические), обеспечивающие самые высокие коэффициенты прямоугольности, а следовательно и высокую избирательность, при малых экономических затратах, по сравнению с фильтрами Баттерворта и Чебышева.

Наибольшие затруднения, как показывает практика, вызывает выбор значений ПЧ₁, в связи с высокими, предъявляемыми к ней требованиями и противоречиями: для обеспечения высокой избирательности по зеркальному каналу, ПЧ должна быть, как можно выше, относительно, входного сигнала, а для обеспечения избирательности по соседнему каналу - как можно ниже. При этом, с увеличением значения ПЧ, добротность избирательных систем падает, что приводит к ухудшению избирательности фильтров из-за расширения их полосы пропускания. Частотный план перестройки частоты входного сигнала РПУ представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2- Частотный план РПУ

В частотном плане показано, что полоса пропускания фильтров первой ПЧ, сигналы гетеродинов и зеркальные каналы приема находятся за границей ДРЧ РПУ и для их подавления достаточно фильтров нижних частот (ФНЧ) в тракте преселектора. Два фильтра первой ПЧ реализуют альтернативные частотные планы. При панорамном сканировании рабочего ДЧ образуется смешанный частотный план. Выбор фильтра первой ПЧ при смешанном частотном плане осуществляется по критерию максимального динамического диапазона конкретной настройки РПУ.

Частотный план накладывает ограничения только на выбор первого и второго смесителя по диапазону частот гетеродина, выбор которых невелик. Фильтры первой ПЧ необходимо выполнить на отдельных печатных платах. Материал подложки керамика с толщиной 0,48 мм и относительной диэлектрической проницаемостью равной 15. Фильтры построены на связанных кольцевых резонаторах. Топология фильтров выполнена методом вакуумного напыления с последующей фотолитографией.

В результате расчета было выяснено, что наиболее оптимальным вариантом перестройки РПрУ по частоте в заданном ТЗ диапазоне рабочих частот, является перестройка частоты первого гетеродина (Г1) по выходам Г_2.1 и Г_1.2 с шагом 1 МГц, что обеспечит последовательный просмотр всего заданного в ТЗ диапазона рабочих частот.

3.4 Анализ ДД РПрУ

ДД любого РЭС и любой РТС называется мера способности нормально функционировать по определенному критерию при воздействии на его вход сигналов с большим разбросом уровней.

При односигнальном воздействии ДД определяется отношением максимального значения напряжения сигнала, при котором нелинейные искажения не превышают допустимых, к номинальной чувствительности.

При многосигнальном воздействии под ДД понимают отношение амплитуды помехи, вызывающей допустимый нелинейный эффект, к амплитуде сигнала, соответствующей чувствительности устройства.

Во всех случаях необходимо обеспечить максимальный ДД, чтобы обеспечить неискаженный прием сигналов с различными уровнями.

Как известно, преобразование частоты можно рассматривать как результат перемножения двух ВЧ напряжений - сигнала и гетеродина, в результате чего образуется целый ряд составляющих суммарной и разностной частоты, причем, если напряжение сигнала модулировано по амплитуде, частоте или фазе, то, амплитуда, частота или фаза преобразованных напряжений будут иметь тот же закон изменения.

Из теории электрических и радиотехнических цепей известно, что если на некоторый нелинейный элемент с вольтамперной характеристикой будет действовать сумма двух напряжений (и ), то выходной ток этого элемента будет содержать множество комбинационных составляющих с частотами

,

где n и m - целые положительные числа.

Амплитуды и фазы комбинационных составляющих будут зависеть соответственно от амплитуд и фаз приложенных напряжений U_c и U_г.

Таким образом, наряду с суммой и разностью первых гармоник напряжений U_c и U_г, в процессе преобразования частоты появляются различные комбинации их высших гармонических составляющих. Проникновение на выход преобразователя частоты некоторых комбинационных составляющих снижают избирательность РПрУ и ухудшают его помехоустойчивость.

Кроме того, в процессе преобразования частоты принимаемого сигнала образуется ряд комбинационных частот, возникающих при взаимодействии полезного сигнала и попавшего вместе с ним в полосу пропускания РПрУ мешающего сигнала, число которых особенно возрастает при достаточной мощности последнего. При определенных соотношениях между этими частотами на выходе нелинейного элемента могут оказаться интермодуляционные составляющие, что резко ухудшает избирательность РПрУ и приводит к появлению ложных меток в измерительном устройстве.

Относительно широкий ДД достигается в простых супергетеродинных РПрУ - каждое дополнительное преобразование частоты сигнала приводит к сужению ДД.

Основными способами уменьшения нелинейных искажений являются применение электронных приборов с минимальным параметром нелинейности и уменьшение усиления тракта до преобразователя частоты с тем, чтобы уменьшить амплитуды сигналов (в том числе паразитных), а следовательно, амплитуды ложных отметок. Если амплитуды ложных отметок не будут превышать уровень шума, то их нельзя будет и различить на фоне шума.

Другим, довольно широко используемым способом уменьшения нелинейных искажений в РПрУ, является использование узкополосных перестраиваемых ППФ в ВУ и гетеродинах РПрУ, с полосой пропускания близкой к полосе полезного сигнала, и синхронно перестраиваемые с гетеродином по диапазону частот, позволяющими значительно ослабить побочные каналы приема, находящиеся в непосредственной близости от полезного сигнала. Однако не всегда удается реализовать такие фильтры, из-за физических ограничений, поэтому, как вариант, можно использовать полосно-заграждающие (режекторные) фильтры с фиксированной настройкой, включаемые последовательно со входом РПрУ и настроенные на те участки диапазона входных частот, где полезных сигналов нет, а присутствуют побочные, заведомо известные сигналы большой мощности, прием которых может привести к возникновению различных искажений в системе (например, частотные каналы теле- и радиовещания и др.).