Измеритель коэффициента шума (стр. 7 из 15)
Основные технические параметры выбранных пассивных элементов представлены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 - Основные технические параметры пассивных элементов блока РПТ-04
| Наименование | Название | Основные технические параметры |
| Входной аттенюатор | Agilent | § от 0 дБ до 60 с шагом 20 дБ;§ вносимое затухание 1 дБ. |
| Упр. аттенюатор | HMC288M | § от 0 дБ до 14 дБ с шагом 2 дБ;§ вносимое затухание 1 дБ. |
| Перекл. 1.1,1.2 | SW-485 | § вносимое затухание 0.3 дБ |
| ППФ 9470 МГц | ППФ КР | § центральная частота 9470 МГц;§ полоса пропускания по уровню -3 дБ – 70 МГц;§ вносимое затухание в полосе пропускания не более 5 дБ;§ коэффициент прямоугольности АЧХ по уровню -3/-50дБ не более 4. |
| ППФ 1070 МГц | ППФ КР | § центральная частота 1070 МГц;§ полоса пропускания по уровню -3 дБ – 40 МГц;§ вносимое затухание в полосе пропускания не более 4 дБ;§ коэффициент прямоугольности АЧХ по уровню -3/-50дБ не более 4. |
| ППФ 70 МГцПП = 0.3 МГц | SAWTEK 854678 | § вносимое затухание 20 дБ |
| ППФ 70 МГц ПП = 3 МГц | SAWTEK 855741 | § вносимое затухание 20 дБ |
| ФНЧ 5 ГГц | LFCN-5000 | § частота среза Fв= 5000 МГц;§ неравномерность АЧХ в полосе § пропускания £ 0.5 дБ;§ затухание на частотах выше 7 ГГц ³ 50 дБ; |
| ФНЧ 100 МГц | LC | § вносимое затухание 1 дБ |
| ФВЧ 50 МГц | LC | § вносимое затухание 1 дБ |
В качестве ФНЧ 5 ГГц используется фильтр, произведенный фирмой “Микран”. Этот фильтр специально разработан для работы в составе блока РПТ-04. В качестве ППФ 9470 МГц и ППФ 1070 МГц используются керамические фильтры, настроенные соответственно на частоты 9470 МГц и 1070 МГц, также произведенные фирмой “Микран”. ФВЧ 50 МГц и ФНЧ 100 МГц представляют собой LC фильтры. Схемы ФВЧ и ФНЧ представлены на рисунках 5.7 и 5.8 соответственно.
Рисунок 5.7 - Схема ФВЧ
Рисунок 5.8 - Схема ФНЧ
АЧХ и зависимость коэффициента стоячей волны (КСВ) от частоты для ФВЧ и ФНЧ представлены на рисунке 5.9. Расчет этих фильтров производился в программе СВЧ - моделирования Microwave Office 2004.
Рисунок 5.9 - АЧХ и зависимость КСВ от частоты для ФВЧ и ФНЧ
По техническому заданию требуется обеспечить следующие значения полосы пропускания фильтров ПЧ по уровню -3 дБ: 3 МГц (дополнительно 0.3 МГц). Для обеспечения двух полос измерения требуются два ППФ настроенных на одну частоту, но имеющих различные полосы пропускания. В качестве таких фильтров были выбраны ППФ на поверхностных акустических волнах (ПАВ) фирмы SAWTEK, они обладают компактными размерами и выпускаются большим количеством производителей с различными характеристиками. Многие производители выпускают серии ПАВ фильтров на 70 МГц и 140 МГц. Фильтры этих серий отличаются только полосами пропускания, поэтому значение третьей промежуточной частоты принято равным 70 МГц.
Для обеспечения технических требований, заложенных в ТЗ, при выбранной элементной базе, укрупненная функциональная схема блока РПТ-04 будет выглядеть так, как показано на рисунке 1.7.
Рисунок 5.7 - Укрупненная функциональная схема блока РПТ-04
Управляемый аттенюатор (HMC288M от 1 дБ до 14 с шагом 2 дБ) и усилители с регулируемым коэффициентом усиления (LT5514f от 0.5 дБ до 22.5 с шагом 2 дБ) позволяют регулировать коэффициент усиления тракта с более мелким шагом, чем шаг регулировки входного аттенюатора. Так как ППФ на 70 МГц вносит достаточно большие потери (20 дБ), следует включить на его выходе еще один усилитель.
Основные технические особенности выбранных синтезатора частот и гетеродинов представлены в таблице 5.4.
Таблица 5.4 - Основные технические параметры синтезатора частот и гетеродинов
| № п/п | Наименование узла, модуля, блока | Основные технические параметры | |
| 1 | Измеритель коэффициента шума | ||
| 2 | Синтезатор частот 2370-3367,5 МГц | · шаг по частоте 0,25 Гц;· фазовые шумы 1/10/100 кГц не более -95/-100/110 дБ;· Рвых = 3…5 дБм;· КСВН вых <1,5. | |
| 3 | Умножитель 4-8 ГГц | · коэффициент преобразования ³8 дБ;· Рвых ³ 11 дБм);· КСВН вх/вых <1,5. | |
| 3 | Умножитель 8-16 ГГц | · коэффициент преобразования ³8 дБ;· Рвых ³ 11 дБм);· КСВН вх/вых <1,5. | |
| 4 | Гетеродин 8400 МГц | · фазовые шумы 1/10/100 кГц не более -100/-105/-115 дБ;· Рвых ³ 3 дБм;· КСВН вых <1,5. | |
| 5 | Гетеродин 1000 МГц | · фазовые шумы 1/10/100 кГц не более -105/-115/-120 дБ;· Рвых ³ 3 дБм;· КСВН вых <1,5. | |
Результаты расчетов собственного коэффициента шума и коэффициента усиления всего радиоприемного тракта в программе СВЧ - моделирования Microwave Office 2004 представлены на рисунке 5.8.
Рисунок 5.8 - Рассчитанные амплитудные характеристики блока РПТ-04
Как видно из графика на рисунке 5.8 требование по собственному коэффициенту шума измерителя - не более 8 дБ, заложенное в ТЗ, выполняется.
6. Детектирование сигнала в ИКШ
В ИКШ сигнал ПЧ обычно конвертируется в видеосигнал (сигнал, чья частота простирается от нулевой частоты до некоторой верхней частоты, определяемой параметрами цепи) с помощью детектора огибающей. В своей простейшей форме детектор огибающей есть диод с последующей параллельной RC - цепочкой (рисунок 6.1). Выход цепи ПЧ, обычно синусоида, подается на детектор. Постоянная времени детектора такая, что напряжение на емкости равно огибающей сигнала ПЧ, то есть детектор успевает следовать за самыми быстрыми изменениями огибающей сигнала ПЧ.
Рисунок 6.1 - Детектор огибающей сигнала ПЧ
За детектором огибающей следует видеофильтр, который определяет полосу видеосигнала. Видеофильтр является фильтром низкой частоты первого порядка и используется для очистки видеосигнала от шумов. Функциональная схема, поясняющая процесс диодного детектирования, представлена на рисунке 6.2
Рисунок 6.2 - Диодное детектирование сигнала ПЧ
Многие из ИКШ имеют минимально пиковый (отбирает из выборок единственную выборку с минимальным значением), максимально пиковый (показывает максимальное значение сигнала), автоматический пиковый детекторы (обеспечивает одновременную индикацию максимального и минимального значений) и детектор выборки. Эти детекторы могут быть реализованы при использовании аналоговых схем, как показано на рисунке 6.2. На этом рисунке сигнал оцифровывается на выходе детектора.
При цифровом детектировании сигнал промежуточной частоты, пройдя через цепи нормализации, сразу подвергается аналого-цифровому преобразованию. Достоинством цифрового детектирования является высокая линейность в большом динамическом диапазоне. Функциональная схема, поясняющая процесс цифрового детектирования, представлена на рисунке 6.3
Рисунок 6.3 - Цифровое детектирование сигнала ПЧ
7. Реализация блока цифровой обработки сигнала
7.1 Структурная схема с выбором элементной базы
По техническому заданию требуется оцифровать сигнал третьей промежуточной частоты блока РПТ– 04
МГц со следующими характеристиками: динамический диапазон – 70 дБ, полоса пропускания тракта ПЧ – 3 МГц.Структурная схема типичной системы ЦОС представлена на рисунке 7.1. Обычно, прежде чем подвергнуться реальному аналого-цифровому преобразованию, аналоговый сигнал проходит через цепи нормализации, которые выполняют такие функции, как усиление, аттенюация (ослабление) и фильтрация. Для подавления нежелательных сигналов вне полосы пропускания и предотвращения наложения спектров необходим ФНЧ или ПФ.
Рисунок 7.1 - Структурная схема блока ЦОС ПЧ
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - это устройство, которое осуществляет преобразование аналогового сигнала в цифровую форму. При преобразовании (или так называемом процессе дискретизации) происходит замер амплитуды сигнала, и его величина записывается в числовой двоичной форме. Величина аналогового сигнала может быть измерена с определенной точностью, которая определяется числом разрядов АЦП.
АЦП производит выборку с постоянной частотой (частотой дискретизации), которая задается внешним опорным генератором. Использование отдельного опорного генератора для АЦП является предпочтительным, поскольку сигнал внутреннего генератора может иметь высокий уровень шумов и привести к возникновению эффекта дрожания апертуры в АЦП, увеличивающего уровень шумов преобразования.
В связи с быстрым развитием технологии смешанной аналогово-цифровой обработки сигналов, АЦП и ЦАП оснащаются цепями нормализации, а также буферами памяти, специально предназначенными для связи с ПЛИС, и тем самым минимизируют или устраняют необходимость внешней поддержки интерфейса или применения интерфейсной логики.
Современная тенденция развития АЦП и ЦАП состоит в увеличении скоростей разрешающих способностей обработки сигналов при уменьшении уровня потребляемой мощности и напряжения питания. Более низкие напряжения питания подразумевают меньшие диапазоны входных напряжений и, следовательно, большую чувствительность к разного вида помехам: шумам от источников питания, некачественным опорным и цифровым сигналам, электромагнитным воздействиям и радиопомехам (EMI/RFI) и, возможно наиболее важный момент - к некачественным методам развязки, заземления и размещения компонентов на печатной плате.