Передающее устройство 3 1 Принципы построения, состав, структурная схема



Скачать 51.31 Mb.
страница1/5
Дата24.01.2019
Размер51.31 Mb.
  1   2   3   4   5

      1. Передающее устройство

3.3.1.1 Принципы построения, состав, структурная схема


В состав передающего устройства входят блок формирования сигналов и передающий модуль на основе твердотельного усилителя мощности. Предлагаемая структурная схема устройства представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема передающего устройства.

В виду узкополосности зондирующего импульса, есть возможность прямого цифрового синтеза сигнала на нулевой частоте с последующим переносом на заданную несущую с помощью квадратурного смесителя. «Образ» зондирующего импульса заранее передаётся из РЛС в передатчик и хранится в памяти (в памяти можно хранить наборы «образов» зондирующих импульсов). По внешнему сигналу запуска ПЛИС начинает циклическую выдачу отсчетов «образа» в ЦАПы. Тактовая частота ЦАП для полосы зондирующего сигнала в 5 МГц может быть ~125 МГц. После переноса частоты и усиления с помощью направленного ответвителя осуществляется отбор мощности для раздачи на две приемные АФАР.

Для снижения помех в области рабочих частот от 0 до 1 МГц необходимо чтобы все ЦАПы и ПЛИС тактировались от внешнего источника синхронизации. Так же, для нормальной работы системы необходим запуск/остановка выдачи данных от внешнего устройства. Если в передатчике используются DС/DC преобразователи, то они должны иметь общую частоту преобразования, которая также должна заводиться в передатчик от внешнего источника синхронизации.



3.3.1.1.1 Формирователь сигналов

Важным элементом системы является Синтезатор Частоты (СЧ), который формирует от одного кварцевого резонатора следующие сигналы:



  • тактовый сигнал ПЛИС (50 - 100 МГц);

  • тактовый сигнал АЦП ПРМ (10 - 20 МГц);

  • тактовый сигнал ЦАП ПРД (~125 МГц);

  • СВЧ гетеродин ПРД (9310 - 9520 МГц);

  • старт/стоп АЦП;

  • старт/стоп ЦАП;

  • синхронизация DC/DC преобразователей (1 - 2 МГц);

Состав и структура блока формирования частоты более детально будет рассмотрена на этапе разработки конструкторской документации. Ниже представлены основные принципы функционирования формирователя опорных сигналов.

Тестовый сигнал, сигналы самокалибровки и гетеродина генерируются отдельным блоком формирователя частот. Входящие в него синтезаторы перестраивают все сигналы в своих диапазонах с шагом 1,25 МГц. Так как синтезаторы работают от одного опорного генератора с частотой 10 МГц, то рядом с сигналом присутствуют гармоники, отстоящие на 10 МГц в обе стороны. В блоке синтезаторов частот эти паразитные гармоники подавляются не менее чем на 50 дБ. Такое подавление практически не ухудшит отношение сигнал/шум на выходе приемного модуля.

Расчет спектральной плотности шума автогенератора, охваченного петлей ФАПЧ. В соответствии с техническим заданием, необходимо спроектировать формирователь частот с частотами, приведенными выше.

Фазовый шум источников сигналов должен соответствовать параметрам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1.

Параметры

Значения

Фазовый шум выходных сигналов, дб/Гц, не более, при отстройке:

-10Гц


-100Гц

-1000Гц


-10000Гц

-100000Гц


-60


-70

-80


-100

-110

Выполнение поставленной задачи, предполагается за счет использования одного стабильного кварцевого генератора в качестве опорного генератора и высокочастотного генератора, охваченного петлей фазовой подстройки частоты.

Частоту синхросигнала предполагается реализовать за счет умножения частоты опорного генератора.

Реализация синтезаторов частот предполагается на современной элементной базе, в виде микросхем, позволяющим реализовать низкий уровень фазовых шумов.

В качестве стабильного кварцевого генератора выбран генератор фирмы MORION ГК 54 ТС или ГК 75 ТС, с частотой 10 мГц. Фазовые шумы генератора приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Параметры

Значения

Фазовый шум выходных сигналов, дб/Гц, не более, при отстройке:

-10Гц


-100Гц

-1000Гц


-10000Гц

-130


-145

-155


-160

В качестве высокочастотного генератора выбрана микросхема генератора управляемого напряжением фирмы UMC.

Имея данные таблицы 2 можно провести расчет шумов высокочастотного генератора охваченного петлей ФАПЧ. Для этого воспользуемся специализируемой машинной программой GENESYS . Структурная схема модели используемой программой приведена на рисунке 2. Структурная схема содержит на входе опорный кварцевый генератор и на выходе высокочастотный ГУН, а также элементы петли ФАПЧ: делитель, фазовый дискриминатор (PFD), сигнал с которого поступает на фильтр низких частот.


Рисунок 2. Структурная схема модели

Элементы структурной схемы синтезатора: фазовый детектор, делитель частоты и накопитель заряда (charg pump) входят в состав микросхемы синтезатора. Для моделирования синтезатора выбрана микросхема многоканального синтезатора с переменным шагом изменения частоты фирмы Analog Device, ADF4213. На рисунке 3 приведен график расчета спектральной плотности шума, для выбранных генераторов, охваченных петлей ФАПЧ, в состав которой входит синтезатор с шагом изменения частоты 1.25мГц.



Рисунок 3. Спектральная плотность шума генератора Х диапазона частот, управляемого синтезатором частоты.

Структурная схема многоканального источника гармонических сигналов Х диапазона частот.

На рисунке 4 приведена структурная схема источника гармонических сигналов Х диапазона частот.





Рисунок 4. Структурная схема источника гармонических сигналов Х диапазона частот.


В качестве ГУН используется микросхема UMX-525-D16, выходная мощность микросхемы составляет 5дБм, поэтому в структурной схеме предусмотрены аттенюатор и микросхема усилителя мощности. Размер микросхемы ГУН 0,5х0,5 дюйма, размеры микросхем синтезатора и усилителя существенно меньше, что позволяет проектировать блок на единой печатной плате размером 1х1 дюйм.

Предлагаемая структурная схема может быть использована, так же для генерации частоты калибровки и в качестве гетеродина смесителя, эти блоки отличаются разным программным обеспечением контроллера и выходной мощностью. Выходная мощность в данной структурной схеме может регулироваться аттенюатором и усилителем мощности в пределах необходимых для выполнения технического задания на все три вида источников Х-диапазона.



Структурная схема источника синхросигнала

На рисунке 5 приведена структурная схема источника синхросигнала. Источник должен обеспечивать стабильное колебание, управляемое опорным генератором с частотой 60мГц и мощностью (200-500) мВ на нагрузке 50 Ом или по мощности (1-5) мВт.


Микросхема усилителя мощности



Умножитель частоты на 6

Полосовой фильтр



Рисунок 5 Структурная схема источника синхросигнала .


Предполагается коэффициент преобразования умножителя по мощности 36 раз, поэтому выходная мощность усилителя должна составить 100мВт.

Общая структурная схема источников стабильных гармонических колебаний.

Все перечисленные источники колебаний должны управляться одним источником стабильных колебаний, в качестве которого предлагается изделие фирмы MORION –ГК 54 ТС или ГК 54 ТС. Частота источника 10МГЦ, мощность источника 5мВт. Общая структурная схема представлена на рисунке 6.

Сигнал калибровки




Тестовый сигнал


Опорный генератор



Усилитель мощности

Делитель мощности




синхросигнал гетеродина гетеродинагетеродина


Сигнал гетеродина




Рисунок 6. Общая структурная схема источников стабильных колебаний.
3.3.1.1.2 Передающий модуль (ПРДМ)

Твердотельный усилитель мощности передающего тракта (блок ПРДМ) предназначен для работы в составе антенны ближней зоны обнаружения. Основным требованием, предъявляемым к данному устройству, является его надежная работа при обеспечении заданного уровня выходной мощности в непрерывном режиме. Надежностные параметры устройства, как будет показано далее, обеспечиваются своеобразным резервированием каналов усилителя мощности с последующим их сложением. Данное исполнение позволяет распределить рассеиваемую тепловую мощность по внешнему радиатору. Современная элементная база позволяет изготавливать устройства с выходной мощностью более 100 Вт. КПД единичного устройства в заданном диапазоне частот составляет 30 – 35 %. При сложении четырех 40 Вт-х каскадов суммарный КПД усилителя составит не более 22%, при сложении восьми 20 Вт-х каскадов суммарный КПД усилителя составит не более 20%. Исходя из данного распределения рассеиваемая мощность при Рвых 100 Вт составит не менее 350 – 400 Вт. Это ведет за собой повышенные требования к системе охлаждения. Использование усилителя мощности, разработанного на одном транзисторе с выходной мощностью не менее 100 Вт, например транзисторы на основе GaN TGI8596-100 фирмы Toshiba и TGF2023-20 фирмы TriQuint, в непрерывном режиме нами представляется не целесообразно, к тому же они имеют очень высокую цену (в 5 раз дороже элементов на основе GaAs). Ниже представлен один из возможных вариантов построения усилителя на сложении мощностей восьми каналов.

В его состав входят:


  • предварительный усилитель мощности ячейка ПВ-М1;

  • выходные двухканальные усилители мощности ячейки ПВ-М2 (4 шт.);

  • входной делитель мощности на 8;

  • выходной сумматор мощности со схемой контроля (СКМ);

  • источники вторичного питания ВИП-1М (2 шт.);

  • плата формирователей импульсов;

  • СВЧ переходы и НЧ разъемы.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница