Цифровой обработки сигналов

Время перестройки частоты  выходного сигнала ГУН в основном определяется переходными процессами в ФНЧ и приблизительно равно 

 

Выходной сигнал цифрового  синтезатора частоты имеет некоторую  паразитную частотную модуляцию, обусловленную  наличием в спектре реального  фазового детектора спектральных , и т.д. Наиболее опасной является спектральная составляющая , так как для нее коэффициент передачи ФНЧ больше, чем для составляющих , и т.д. С выхода ФНЧ спектральная составляющая поступает на управляющий вход ГУН, что приводит к частотной модуляции выходного сигнала ГУН синусоидальным напряжением с частотой .

Наличие частотной модуляции  приводит к появлению в спектре  выходного сигнала ГУН спектральных составляющих , что недопустимо, так как частоты отведены для работы других радиопередающих средств. В соответствии с требованиями стандартов, уровень побочных излучений не должен превышать , т.е. составлять от мощности ГУН частоты . Для обеспечения такого малого уровня побочных излучений в спектре выходного сигнала ГУН необходимо использовать фазовые детекторы с малым уровнем спектральных составляющих и значительное ослабление, вносимое ФНЧ на частоте .

При этом к полосе пропускания  ФНЧ предъявляются противоречивые требования: увеличение полосы пропускания  приводит к уменьшению времен перестройки  частоты выходного сигнала, но при  этом увеличивается значение коэффициента передачи ФНЧ на частоте сравнения, что приводит к увеличению уровня побочных составляющих в спектре  выходного сигнала.

Уменьшение коэффициента передачи на частоте может быть обеспечено применением фильтров более высокого порядка. Однако, ФНЧ более высокого порядка, обеспечивая меньшее значение коэффициента передачи на частоте , вносит больший фазовый сдвиг. Максимальный фазовый сдвиг ФНЧ второго порядка составляет 180°, ФНЧ третьего порядка – 270° и т.д. Это приводит к тому, что обратная отрицательная связь, реализуемая в схеме ФАПЧ в области нижних частот, может превратиться в положительную обратную связь и при выполнении условия баланса амплитуд в петле ФАПЧ возникают колебания самовозбуждения. Поэтому применение в цепи обратной связи ФАПЧ ФНЧ второго порядка и более высоких порядков требует анализа устойчивости схемы ФАПЧ.

 

      4.2. Расчет коэффициентов деления для обеспечения перестройки частот в заданном диапазоне и заданным шагом 5 МГц.

 

В настоящее время ведущие  фирмы выпускают серийные ДПКД, работающие в диапазоне частот до 7 ГГц, а  ГУН в диапазоне частот до 17 - 18 ГГц. Так как требуется частота на выходе 35 ГГц,  то воспользуемся схемой расширение диапазона рабочих частот синтезаторов (рисунок.4.2) Для совместной работы ГУН и ДПКД используют делители частоты на 2, которые работают на частотах 0.1 – 26 ГГц. На рисунке 4.2. показана структурная схема синтезатора частот на 35 ГГц. ГУН работает на частоте 8.75 ГГц. Синтезатор частот выполнен на микросхеме HMC699LP5, работающей в диапазоне частот до 7 ГГц. С выхода ГУН сигнал с частотой

8.75 ГГц поступает на ДПКД. Для формирования выходной частоты синтезатора 35 ГГц частота выходного сигнала ГУН умножается на 4 умножителями частоты. Мощность выходного сигнала умножителей составляет около 1 мВт, поэтому выходной сигнал умножителя частоты усиливается усилителем мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.2. — Схема цифрового  синтезатора частоты

 

Если частота ОКГ fокг =10 МГц, то для F_СР , которая по заданию равна 5 МГц , коэффициент деления делителя частоты равен

Kдч=fокг/Fср=10⁷/5*10⁶=2

 Значение коэффициента  деления делителя с переменным  коэффициентом деления равно:

Kдпкд=(fгун)/Fср=4.375*10⁹/5*10⁶=875

 

 

 

 

 

 

 

      5 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ СВЧ-Т.

 

В настоящее  время существует много фирм, выпускающих  микросхемы, работающие в СВЧ диапазоне. Остановимся на микросхемах, выпускаемых  фирмой «Hittite»

В соответствии с исходными  данными система связи должна обеспечить передачу цифрового сигнала 180 Мбит/с на расстоянии до 60000 м.

В качестве МШУ выбран усилитель HMC -ALH369 (24-40 GHz). Выбор усилителя представлен в пункте 3.1 Характеристики МШУ и его функциональная схема отражены в приложении А.

В разделе 3.2 было рассчитано, что усилитель должен  иметь значение выходной мощности в линейном режиме работы не менее P1дБ = 10 Дбм.    В качестве усилителя мощности можно применить микросхему HMC-1029, работающую в полосе частот равную 29-37 ГГц, и P1дБ=22.8дБм. Характеристики данного устройства и его функциональная схема приведены в приложении Ж.

     В качестве  синтезатора частот выбран  синтезатор  частот HMC 699LP5. Характеристики данного устройства и его функциональная схема, как было указано выше, приведены в приложении Б.

     В качестве генератора, управляемого напряжение выбран ГУН HMC509LP5 (7.8-8.8Ггц).  Характеристики данного устройства и его функциональная схема представлены в приложении В.

     В качестве делителя  частоты выбран прескалер   HMC492LP3. Характеристики и функциональная схема данного устройства приведены в приложении Г. 

      В качестве первого умножителя частоты выберем УЧ HMC561(4-         10.5 Ггц). Характеристики и функциональная схема умножителя частоты приведены в приложении Д.

      В качестве второго умножителя частоты выберем УЧ HMC579(16-23Ггц). Характеристики и функциональная схема умножителя частоты приведены в приложении Е.

      В качестве смесителя частоты выберем HMC-С035(23-37Ггц). Характеристики и функциональная схема умножителя частоты приведены в приложении З.

      В качестве полосового фильтра выберем HMC899 (19-38Ггц). Характеристики и функциональная схема умножителя частоты приведены в приложении И.

6. СОСТАВЛЕНИЕ ПОЛНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЦСП.

 

 

Полная функциональная схема будет  иметь вид, представленный на рисунке  6.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.1 - Функциональная схема приемопередатчика СВЧ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           

 

                                     

 

 

 

                                            ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

     В ходе выполнения данной работы была построена цифровая система передач для метода модулятора КАМ-32. При построении системы были рассчитаны отношение сигнал-шум 25.5 дБ, при котором будет соблюдаться заданная вероятность ошибки. На основе рассчитанного ОСШ были вычислены основные энергетические характеристики системы, которые позволили подобрать необходимый выходной усилитель мощности передатчика, для обеспечения передачи сигнала на расстояние 60 км. Для построения системы передачи была выбраны микросхемы фирмы Hittite из-за широкой номенклатуры.

Была разработана электрическая функциональная схема приемо- передатчика и рассмотрены спектральные характеристики на выходе различных узлов, приведены основные трудности, возникающие при переносе сигнала в СВЧ область: наличие побочных излучений у передатчика, и возможность приема зеркального канала у приемника. Было рассчитано, что для ослабления зеркального канала необходим фильтр не менее 3 порядка.

Для обеспечения несущей  частоты в 35 ГГц была разработана функциональная схема синтезатора и подобраны основные микросхемы для его реализации.

 

                                                  Приложение А

        Характеристики малошумящего усилителя HMC -ALH369. Функциональная схема.

 

     Функциональная схема МШУ HMC -ALH369 представлена на рисунке А1.

:

Рисунок А.1- Функциональная схема МШУ

Основные характеристики МШУ  HMC -ALH369 представлены на рисунке А2

 

 

Рисунок А.2- Параметры выбранного МШУ

 

ПРИЛОЖЕНИЕ  Б

     Характеристики синтезатора частот HMC 699LP5.Функциональная схема.

 

     Функциональная схема синтезатора частот представлена на рисунке Б1:

Рисунок Б1 — функциональная схема микросхемы синтезатора частот HMC 699LP5

Основные характеристики синтезатора частот HMC 699LP представлены на рисунке Б2

Рисунок Б2 — Параметры  СЧ ADF4154

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

 

           Характеристики ГУН HMC509LP5. Функциональная схема.

      Функциональная схема микросхемы ГУН HMC509LP5 представлена на рисунке В1.

 

Рисунок В1 — функциональная схема микросхемы ГУН HMC509LP5

  Основные характеристики  ГУН  представлены на рисунке  В2. Он работает на частоте в  два раза меньшей, т.к. на выходе синтезатора частот стоят два умножителя на 2, который преобразует частоту 8,75 ГГц в нужную нам частоту 35 ГГц

Рисунок В2 -  Основные характеристики ГУН

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

     Характеристики делителя частоты  HMC492LP3. Функциональная  схема.

 

    Функциональная схема микросхемы делителя частоты HMC492LP3 представлена на рисунке Г1:

Рисунок Г1 –  Функциональная схема микросхемы делителя частоты HMC492LP3

 

 

     Основные характеристики делителя частоты HMC492LP3 представлены на рисунке Г2.

 

Рисунок Г2 —  Основные характеристики делителя частоты HMC492LP3

 

 

Приложение  Д

Характеристики умножителя частот HMC561. Функциональная схема.

      Функциональная схема микросхемы умножителя частоты HMC561 представлена на рисунке Д1.

Рисунок Д1 — Функциональная схема микросхемы умножителя частоты HMC561

Основные характеристики УЧ на микросхеме HMC561 представлены на рисунке Д2

 

Рисунок Д2 - Основные характеристики умножителя частот HMC HMC561.

 

Приложение Е

       Характеристики умножителя частот HMC579. Функциональная схема.

 

     Функциональная схема микросхемы умножителя частоты HMC579 представлена на рисунке Е1.

Рисунок Е1 — Функциональная схема микросхемы умножителя частоты HMC579

 

Основные характеристики УЧ на микросхеме HMC579 представлены на рисунке Е2

Рисунок Е2 - Основные характеристики умножителя частот HMC579

 

Приложение Ж

     Характеристики усилителя мощности HMC1029. Функциональная схема.

     Функциональная схема усилителя мощности HMC- HMC1029 на 2 Вт представлена на рисунке Ж1.

Рисунок Ж1 — Функциональная схема усилителя

     Основные характеристики УЧ на микросхеме HMC1029 представлены на рисунке Ж2

 

Рисунок Ж2 - Основные характеристики усилителя

 

 

 

 

Приложение З

Характеристики  смесителя частот HMC-C035. Функциональная схема.

     Внешний вид смесителя частот HMC-C035 представлена на рисунке З1.

Рисунок З1 — Внешний вид смесителя частот HMC-C035.

     Основные характеристики смесителя частот на микросхеме HMC1029 представлены на рисунке З2

 

Рисунок З2 - Основные характеристики смесителя частот HMC-C035.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение И

  Характеристики полосового фильтра HMC899. Функциональная схема.

     Функциональная схема полосового фильтра HMC899 представлена на рисунке И1.

Рисунок И1 — Функциональная схема полосового фильтра HMC899.

     Основные характеристики полосового фильтра HMC899 представлены на рисунке И2

 

Рисунок И2 - Основные характеристики смесителя частот HMC-C035.

 

 

                СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

1. Кореневский, С.А. Методы и устройства формирования и обработки телекоммуникационных сигналов: методическое пособие для студентов специальностей «Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения», «Многоканальные системы телекоммуникаций» /всех форм обучения/ С.А. Кореневский – Минск: БГУИР, 2005 – 53 с.
2. Кореневский С.А. Методы и устройства формирования и обработки телекоммуникационных сигналов. Часть 3. Методическое пособие по курсовому проектированию для студудентов специальностей “Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения”,  “Многоканальные системы телекоммуникаций” /всех форм обуч. – Мн.: БГУИР, 2006. – 63 с.
3. Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации. Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь. 2001.
4. Голуб В.C.  Модуляция GMSK в современных системах радиосвязи – Chip News, 2001, №8, с. 18, №9, с.63.
5. Голуб В.C. Квадратурные модуляторы и демодуляторы в системах радиосвязи.- ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2003, №3, с 28.
6. Электронные компоненты и системы (журнал). – Киев: VD MAIS, №4/99 (AD9850/1), №5/99 (AD9853/6), №7/01 (AD9773/5/7).
7. Амплитудная манипуляция (АМ) [Электронный ресурс]. – Электронные данные. – Режим доступа: http://celnet.ru/am.php
8. Частотная манипуляция (ЧМ) [Электронный ресурс]. – Электронные данные. – Режим доступа: http://celnet.ru/chm.php
9. Фазовая манипуляция (ФМ) [Электронный ресурс]. – Электронные данные. – Режим доступа: http://celnet.ru/fm.php
10. Тоискин В.С, Красильников В.В., Петренко В.И.. Основы радиосвязи и телевидения. Учебное пособие. – Ставрополь, СВИСРВ, 2005. –с 86.
11. Крук Б.И., Нопатонопуло В.Н., Шувалов В.Н.. телекоммуникационные системы и сети. Современные технологии. Том1. - М.:Горячая линия –Телеком, 2003.
12. Крухмалёв В.В, Гордиеко В.Н. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. Учебное издание. – Вологда.: Полиграфист, 1999. – 511 с.,ил.
13. Клюев Л.Л. Теория электрической связи. – Минск, Дизайн ПРО, 1998. -347 с.
14. Садомовский, А.С. Приёмо-передающие радиоустройства и системы связи/ А.С. Садомовский. – Ульяновск, 2007. – 244 с.
15. Микросхемы фирмы HITTITE [Электронный ресурс]. – Электронные дан-ные.-:www.radiant.su/rus/catalog/?action=showptype&id=48&to=production