Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Глава 1,2,3_правл_2.doc
Скачиваний:
26
Добавлен:
18.11.2019
Размер:
6.43 Mб
Скачать

Глава 3. Проектирование устройств формирования сигналов.

3.1. Функциональная схема.

Проектирование устройства формирования сигналов сводится к определению составляющих его автономных блоков и узлов, необходимых для формирования выходного сигнала.

Функциональная схема является наиболее общей моделью разрабатываемого устройства и определяет последовательность и направление функциональных преобразований при формировании выходного сигнала. Разработка функциональной схемы начинается с анализа требований к временным, спектральным и эксплуатационным характеристикам выходного сигнала и устройства его формирования, к которым относятся, как указано на рис. 1.1: выходная мощность Pвых, рабочая частота f0 или диапазон частот Δf0, вид модуляции М, коэффициент подавления неосновного излучения L, допустимый уровень частотного шума Nчш, напряжение источника питания E0, а также допустимые габариты и масса, наличие и вид устройств управления, индикации, сигнализации и т.п.

Анализ проводится на основании требований технического задания на проектирование и ознакомления с принципами действия и функциональными схемами РЭС заданного назначения, приведенными в главе 2 и специальной литературе [9÷25].

На основании установленных требований определяется алгоритм процесса формирования выходного сигнала, как показано в 1.2 на примере РПУ (1.5) и выделяются его отдельные этапы и соответствующие этим этапам элементы функциональной схемы устройства, которые соответствии с содержанием выполняемого преобразования называются и обозначаются (усилители, умножители частоты, смесители, шифраторы и т.д.).

Основными элементами функциональной схемы РПУ, как показано в 1.3, являются возбудитель и устройство формирования информационного сигнала – УФС. Проектирование функциональной схемы РПУ начинается с возбудителя [1, 2]. Возбудитель осуществляет генерацию гармонического колебания несущей частоты f0 и модуляцию этого колебания по закону передаваемого сообщения UМ(t), [1, 2].

Прежде всего, осуществляется выбор метода синтеза колебаний несущей частоты [1]. При высоких требованиях к «чистоте» спектра (спектральным характеристикам) выходного сигнала более предпочтительным оказывается метод косвенного некогерентного синтеза (КНС), при невысоких требованиях – метод прямого когерентного синтеза (ПКС). Уровень требований к спектральным характеристикам сигнала излучения определяется общефедеральным ГОСТ и рекомендациями международного консультационного комитета по радиоэлектронике (МККР) [26, 27]. Для РПУ специального назначения, не рассматриваемых в этих документах, эти требования определяются в каждом конкретном случае на основании аналитических выражений, связывающих эти параметры с «системными» параметрами РЭС. Поскольку такие выражения приводятся лишь в труднодоступной специальной литературе, в большинстве случаев можно воспользоваться данными таблицы 3-1, составленной на основании обобщения экспериментальных и расчетных параметров действующих отечественных и зарубежных образцов РПУ различного назначения или представленных на рис. 3.1.

Таблица 3-1.

Требования к спектральным характеристикам излучения передатчиков малой мощности P ≤ 100 Вт

Назначение передатчика

Требования к параметрам

δf

L, дБ

Nчш, дБ/Гц (F, кГц)

Доплеровские миниРЛС (измерители скорости, устройства автотормоза, причаливания, взрыватели и т.п.)

10-3 ÷ 10-4

Радиорелейные линии – РРЛ:

– с ИМ и временным разделением каналов

– с ЧМ и частотным разделением каналов

(1÷3)·10-3

(1÷5)·10-5

-33*) ÷ -66

-66

min

Многоканальные радиолинии различных РЭС (телеметрических, управления и т.п.)

– с ЧМ и временным разделением каналов

– с ЧМ и частотным разделением каналов

3·(10-3 ÷ 10-4)

10-5 ÷ 10-6

-33*) ÷ -66

-66

min

Примечание: Прочерк в графе одного из параметров означает отсутствие регламентации данного параметра; данные для L приведены для РДП, работающих в диапазоне частот (0,47–10,5) ГГц, знаком отмечены данные для РПД, работающих в диапазоне частот f0 30 МГц [9]; символ «min» означает минимально возможный уровень шума.

Обобщенная функциональная схема возбудителя ПКС показана на рис. 3.2.Здесь формирование колебаний несущей частоты осуществляется путем серии линейных преобразований когерентных гармонических колебаний с частотами, кратными частоте высокостабильного опорного генератора fОГ, таким образом, что частота выходного колебания f0 определяется соотношением [1]:

3.1

где mi, ni – целые числа коэффициенты деления и умножения соответственно.

Рис. 3.1. Зависимость нестабильности частоты РЭС от несущей частоты.

Рис. 3.2. Обобщенная функциональная схема возбудителя прямого когерентного синтеза.

Пример функциональной схемы возбудителя ПКС, работающего в диапазоне частот (30-40) МГц на десять фиксированных частот показан на в [1] на рис. 2.1.

В простейшем случае при невысоких требованиях к стабильности частоты схемы возбудителя ПКС может быть реализована на одном или двух функциональных элементах. При М=1 возбудитель может быть выполнен на одном элементе – опорном генераторе, который называется в этом случае задающим генератором – ЗГ. При M > 1 возбудитель состоит из двух элементов: опорного генератора (ОГ) и умножителя частоты (УЧ) при целом М, или опорного генератора и смесителя (См) при любом значении М, как показано на рис. 3.3 а, б соответственно. Смеситель осуществляет сдвиг частоты опорного генератора .

Рис. 3.3. Упрощенные функциональные схемы возбудителя ПКС,

а) – с умножителем частоты, б) – со смесителем.

При больших значениях М>>1 и отсутствии соответствующей элементной базы умножитель и смеситель могут быть реализованы в виде последовательной цепочки умножителей и смесителей малой кратности, как показано в [1] на рис. 2.22, 2.36.

Функциональная схема возбудителя косвенного когерентного синтеза показана на рис.3.4. Здесь формирование колебаний несущей частоты осуществляется путем синхронизации колебаний перестраиваемого автогенератора (ГУН) колебаниями высокостабильного опорного генератора

Рис. 3.4. Функциональная схема возбудителя косвенного когерентного синтеза.

(ОГ) при помощи системы фазовой автоподстройки частоты на фазовом детекторе (ФД). Выходное напряжение ФД (Uу) после фильтрации в ФНЧ подается на ГУН, изменяя его частоту до тех пор, пока разность частот на входах ФД не станет равной нулю [1]:

,

где n, m – коэффициенты деления делителей опорной и несущей частоты ДОЧ и ДНЧ соответственно.

При этом выходное напряжение фазового детектора Uу=0, и в автогенераторе устанавливается стационарный режим автоколебаний с частотой [1]:

.

Стабильность частоты и уровень шума выходных колебаний в этой схеме определяются соответствующими параметрами опорного генератора. Заметим, что в схеме возбудителя ПКС на том же опорном генераторе нестабильность частоты и уровень шума увеличиваются в М раз.

Частотная модуляция несущих колебаний в возбудителе осуществляется согласно известным традиционным методам [2]. Прямая частотная модуляция осуществляется путем подачи модулирующего напряжения UM на опорный генератор или управляемый напряжением модулируемый генератор (МГ), как показано пунктиром на рис. 3.1, 3.2, 3.4 и на рис. 2.13, 2.14, 2.15, 2.8, 2.9, 2.11.

Косвенная частотная модуляция осуществляется на основе управляемых делителей частоты с переменным коэффициентом деления (УДПКД) [1], как показано на рис. 3.5, или специальных схем модуляторов на ПЛИС, модемов, микроконтроллеров и т.п. [1].

Рис. 3.5 Косвенная частотная модуляция в возбудителе.

Наиболее широкое практическое применение находят простейшие возбудители ПКС с прямой частотной модуляцией, как показано в главе 2.

Амплитудная модуляция осуществляется вне возбудителя – в усилителе мощности [2].

Устройство формирования сигнала (УФС) осуществляет преобразование первичного информационного сигнала от датчика информации к заданному виду низкочастотного информационного сигнала: (1.5). В зависимости от вида сигнала [1] его формирование осуществляется либо усилителем низкой частоты (УНЧ) в случае аналогового сигнала, либо аналого-цифровым преобразователем, кодером, ПЗУ, шифратором в случае дискретного импульсного сигнала, как показано на функциональных схемах в главе 2.