Дипломная работа: Пеленгатор системы радиомониторинга

При приеме полезных сигналов достаточного уровня, на фоне мешающих, как альтернатива режекторным фильтрам, может быть применено включение по входу РПрУ пассивного аттенюатора, позволяющего снизить суммарную мощность группового спектра.

Необходимо также отметить, что на ДД РПрУ значительное влияние оказывает уровень фазовых шумов гетеродина (ФШ), образующихся в процессе синтеза частот, что является дополнительным ограничением, которое необходимо учесть при разработке синтезатора СВЧ.

Таким образом, для обеспечения заданного в ТЗ ДД, в данном РПрУ необходимо: 1) максимально ограничить усиление по ВЧ; 2) по возможности использовать пассивный смеситель частоты (т. е. смеситель с коэффициентом передачи меньше единицы), для разгрузки последующих каскадов; 3) применить малошумящий помехоустойчивый предусилитель ПЧ с согласующим диплексером на входе, отфильтровывающим одну из двух ПЧ-компонент преобразования; 4) устанавливать фильтр основной селекции за этим предусилителем. Каждая лишняя "добавка" к усилению тракта неизбежно сказывается на помехоустойчивости РПрУ, а следовательно ДД системы в целом.

3.5 Анализ технических требований, предъявляемых к элементной базе РПрУ

Как было отмечено ранее, при прохождении сигналов через нелинейные элементы схемы, образуются интермодуляционные составляющие различных порядков, при этом одним из способов уменьшения нелинейных искажений в РПрУ является применение электронных приборов с минимальным параметром нелинейности. На практике, такими, наиболее распространенными параметрами, характеризующими степень нелинейности электронных элементов, являются так называемые интермодуляционные точки , и точка компрессии КР.

Точка соответствует точке на амплитудной характеристике абсолютно линейного усилителя, при подачи на вход (индекс i - на вход, о - снимаем с выхода) которого сигналов с частотами и образуются продукты интермодуляции 3-го порядка, равные по амплитуде рабочему сигналу. При этом, под интермодуляцией 3-го порядка понимают следующую комбинацию частот, или .

Точка соответствует точке пересечения на амплитудной характеристике, для интермодуляционных составляющих второго порядка, при этом лежит примерно на 10 дБ выше .

Точка КР - абсолютная граница практически линейной динамической характеристики устройства, при каждом значении частоты находящаяся на 10 дБ выше соответствующей точки кривой средней мощности в широкой полосе частот. При этом находится примерно на 10…20 дБ выше КР.

Интервал, отделяющий точку от уровня мощности собственных шумов РПрУ должен быть как можно большим, так как он прямо или косвенно определяет диапазон линейности динамической характеристики и "безинтермодуляционной" обработки энергетически-симметричного двухтонового сигнала.

Чувствительность РПрУ по мощности, при заданном С/Ш, определяется как

где КУ антенной системы согласно ТЗ, на характерных частотах, составляет

Таким образом, требуемая чувствительность РПрУ в характерных точках диапазона, при С/Ш равным 10 дБ, составит

При выборе АнС, основные характеристики последней рассчитывались при чувствительности имеющегося РПрУ, равной минус 143 дБ/Вт.

В результате проведенного выше расчета выяснилось, что при заданных характеристиках АнС, чувствительность рассматриваемого РПрУ должна составлять не более минус 140 дБ/Вт, при непосредственном присоединении входа РПрУ с выходом АнС.

Согласно ТЗ рассматриваемая АСМИРИ является стационарной, при этом АнС расположена на достаточном удалении от РПрУ поэтому, согласно, необходимо учесть дополнительный вклад уровня шумов на входе РПрУ за счет затухания в антенно-фидерном тракте и тепловых шумов Земли, при температуре 290 К. Таким образом, принимаем чувствительность РПрУ равной минус 143 дБ/Вт, что соответствует принятой ранее, в подразделе 2.1.

Согласно, ДД РПрУ по интермодуляционным составляющим 3-го порядка, определяется как

где - требуемый (заданный в ТЗ) уровень интермодуляционных составляющих 3-го порядка; - парметр нелинейности первого (входного) каскада РПрУ, дБм; - чувствительность РПрУ, дБм, определяемая как

Таким образом, требуемый параметр входного нелинейного элемента ВУ РПрУ, при котором обеспечивается заданный в ТЗ уровень интермодуляционных составляющих 3-го порядка, должен составлять не менее

При этом заданный в ТЗ уровень по интермодуляционным составляющим 2-го порядка будет обеспечен, если параметр нелинейного элемента входного каскада РПрУ будет на 10 дБ выше рассчитанного уровня , т. е. не менее плюс 8 дБм. Точка КР нелинейного элемента на 10 дБ ниже уровня , т. е. не менее минус 18 дБм.

Из следует, что значение для каждого последующего каскада РПрУ должно примерно на 3 дБ превышать значение для предыдущего каскада, поскольку только таким образом можно исключить взаимное влияние каскадов и возникающие, в следствии этого, всевозможные искажения сигналов, при этом каждого каскада рассчитывается исходя из входного плюс коэффициент передачи каскада. Соответственно, чем выше значения и КР у электронного прибора, тем более линейна его характеристика и тем меньше по уровню будут рождаемые в нем комбинационные составляющие.

Т. к. наибольший вклад в ухудшение ДДРПрУ вносят смесители, к ним предъявляться наиболее жесткие требования по величине IP, причем, зачастую, этот параметр выбирается заведомо превышающим расчетное, с целью обеспечения максимального запаса по ДД.

Частотный план накладывает ограничения на выбор первого и второго смесителя по диапазону частот гетеродина, выбор которых невелик. В таблице 3.3 представлены технические характеристики двух подходящих смесителя на заданный частотный диапазон фирмы Hittite.

Таблица 3.3- Балансные кольцевые смесители

Необходимо отметить, что обеспечение смесителями заданного ДД сигналов возможно лишь в том случае, когда мощность гетеродинного сигнала соответствует обозначенной на этот тип смесителя.

От применяемых в тракте РПрУ усилителей зависит не только ДД, но и чувствительность тракта. В таблице 3.4 приведены доступные интегральные усилители, которые могут быть использованы при построении тракта РПрУ, причем большинство из них уже имеют в своем составе цепи согласования, что значительно упрощает электрическую схему РПрУ и облегчает настройку и ремонт последнего.

Таблица 3.4- Интегральные усилители

Вывод. В результате проведенного анализа РПрУ были выяснены следующие требования.

1) Для обеспечения требуемого ДД РПрУ рассматриваемой АСМИРИ необходимо строить по супергетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты и с использованием двух значений ПЧ в первом преобразователе ( = 7430 МГц и = 7570 МГц) и стандартной для РПрУ во втором преобразователе, равной 70 МГц;

2) Настройку РПрУ по диапазону частот необходимо осуществлять путем перестройки частоты в диапазоне от 7,465 до 13,435 ГГц с шагом 1 МГц, при фиксированной частоте второго гетеродина 7,5 ГГц для и соответственно.

3) Обеспечение заданного в ТЗ ДД по интермодуляционным составляющим 2-го и 3-го порядков, при чувствительности РПрУ минус 143 дБ/Вт (при заданном С/Ш), возможно, при применении во входном тракте РПрУ нелинейных элементов с параметром не менее минус 8 дБм, не менее плюс 8 дБм и КР не менее минус 18 дБм, при этом необходимо максимально ограничить усиление по ВЧ, использовать пассивный смеситель, применить малошумящий помехоустойчивый предусилитель ПЧ с согласующим диплексером на входе и установить фильтр основной селекции за этим предусилителем.

4. Экспериментальная проверка

4.1 Моделирование работы функциональных узлов на ПЭВМ

В последнее время, инженерами-разработчиками все чаще привлекается современная вычислительная техника, облегчающая и значительно упрощающая творческий процесс разработки и изготовления радиоэлектронной аппаратуры, причем наиболее широко используются различные программные продукты на ПЭВМ, позволяющие не только рассчитывать функциональные узлы радиоэлектронных устройств, но и моделировать работу последних, в составе всего изделия в целом. Расчет фильтров будет проводится в САПР CSTSTUDIOSUITE, AWR DesignEnvironment, HFSS, Agilent ADS. Расчет каскадов будет проводиться в программе SpectrumMicrowave CASCADE.

Все эти пакеты заслуживают пристального внимания, но, как показала практика, наиболее выдающимся в профессиональном плане, является специализированный программный пакет CSTSTUDIOSUITE позволяющий производить расчет, анализ и моделирование не только отдельных узлов радиоэлектронных устройств, но и радиотехнических систем в целом. В данном случае, основным достоинством программы является возможность получить модели характеристик фильтров с максимальным приближением к реальным.

Таким образом, моделирование характеристик рассчитанных фильтров проводилось на ПЭВМ с использованием программы CSTSTUDIOSUITE в соответствии с полученными электрическими схемами и выбранными стандартными элементами фильтров. Согласно частотного плана смоделируем фильтры на элементной базе представленной компанией Mini-Circuits.

В результате проведенного моделирования характеристик преселектора были получены АЧХ приведенные на рисунках 4.1-4.7.

Следующим шагом стало проектирование фильтров первой ПЧ, результаты представлены на рисунках 4.8-4.9.

Фильтр второй ПЧ был получен экспериментально на распределенных элементах и представлен на рисунке 4.10

Рисунок 4.1- Фильтр преселектора 20 МГц - 300 МГц.

Рисунок 4.2 -Фильтр преселектора 300 МГц - 790 МГц.

Рисунок 4.3- Фильтр преселектора 790 МГц - 1560 МГц.

Рисунок 4.4- Фильтр преселектора 1560 МГц - 2540 МГц.

Рисунок 4.5- Фильтр преселектора 2540 МГц - 3450 МГц.

Рисунок 4.6 -Фильтр преселектора 3450 МГц - 4640 МГц

Рисунок 4.7 -Фильтр преселектора 4640 МГц - 6040 МГц.

Рисунок 4.8-Фильтр ПЧ1

После проведения моделирования, результаты которого приведены в таблице 4.1, было выяснено что, разрабатываемый приемник удовлетворяет всем требование ТЗ, и может быть включен в данный комплекс.

Рисунок 4.9- Фильтр ПЧ

Рисунок 4.10- Фильтр ПЧ2

Таблица 4.1 - Расчетные ТТХ аналоговой части РПУ в ДЧ 0,02… 6,02 ГГц