Разработка макетного образца переносного локатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Обзор аналогичных систем

В настоящее время для передачи шумоподобных сигналов в СВЧ диапазоне используется огромное количество различных по строению передатчиков которые используются в различных системах передачи информации например таких как GSM, GPS, Wi-Fi, и т.д.

Радиомодем

Рост быстродействия вычислительной техники тесно связан с объемами передаваемой информации. Так в локальных сетях, состоящих из нескольких десятков ЭВМ, скорость 10 Мбит/с стала необходимым минимумом. Такие скорости легко обеспечиваются только на небольших отрезках (порядка 100 м) проводных линий связи. При необходимости увеличения дальности передачи данных приходится использовать дорогие кабели типа «экранированная витая пара», либо использовать устройства регенерации сигналов. В таких случаях целесообразно прибегнуть к использованию радиоканала. Однако при скорости 10 Мбит/с полоса лишь одного канала связи должна быть не уже 10 МГц, что неприемлемо в условиях перенаселённости частотных диапазонов от KB до ДМВ. Проблема частично решается переносом радиоканала в относительно свободный пока СВЧ диапазон. В этих условиях разумным выходом является не только совершенствование аппаратуры, но и поиск, и использование видов сигналов, например широкополосных фазоманипулированных сигналов.

Передатчик обеспечивает связь двух ЭВМ через интерфейс RS-232 на частоте 900 МГц. Преобразователь уровней приводит в соответствие сигналы, примененные на физическом уровне RS-232 к уровню входных сигналов используемых передатчиком. Преобразованный сигнал тактируется импульсами тактовой частоты кодовой последовательности, а уже после этого суммируется по модулю 2 с кодовой последовательностью. Сигнал поступает в модулятор, где осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой, после чего сигнал, усиленный в усилителе мощности поступает в антенну и излучается в пространство [2].

На рисунке 1.1 представлен передатчик радиомодема с использованием широкополосных фазоманипулированных сигналов.

Рисунок 1.1 - Структурная схема передатчика шумоподобных сигналов радиомодема

WiMAX передатчик

Сети WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств) являются реализацией технологии широкополосного беспроводного доступа Broadband Wireless Access (BWA) стандарта IEEE 802.16. Основное предназначение данных сетей - это оказание услуг абонентам по высокоскоростной и высококачественной беспроводной передаче данных, голоса и видео на расстояния в несколько десятков километров.

В системах WiMAX применяется широкополосный Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) сигнал, образованный из множества разнесенных по частотному спектру узкополосных сигналов. Применение OFDM сигнала обеспечивает системе WiMAX наивысшую в классе BWA спектральную эффективность (скорость передачи данных в одном герце полосы частотного спектра), возможность работы вне прямой видимости, наивысшие энергетические параметры связи обеспечивающие высокую дальность связи, возможность эффективного обслуживания мобильных абонентов.

OFDM сигнал формируется и передается следующим образом. Некоторая высокоскоростная последовательность импульсов первоначально делится на множество параллельных цифровых потоков с импульсами большей длительности рисунок 2.1.

Рисунок 2.1 - Формирование и передача OFDM сигнала

Каждая вновь образованная последовательность импульсов модулируется по амплитуде и по фазе QAM полезным сигналом (constellation mapping), несущим информацию о передаваемых данных. Полученное множество модулированных последовательностей импульсов с помощью частотного мультиплексора объединяется в совокупность разделенных по частоте ортогональных каналов (поднесущих), образуя единый широкополосный сигнал. Далее сигнал с множеством поднесущих преобразуется с помощью Digital Analog Converter (DAC) в высокочастотный аналоговый радио сигнал и передается по беспроводному каналу связи [3].

2. Разработка и описание структурной схемы

Системы связи с ШПС в зависимости от назначения, тактико-технических характеристик, базы ШПС, элементной базы могут быть построены по различным структурным схемам, перечисление которых нецелесообразно из-за многочисленности вариантов. Современная элементная база позволяет реализовать передатчик однократно преобразования частот. На рисунке 2.1, 2.2, приведены структурные схемы некоторых систем связи.

На рисунке 2.1 представлена структурная схема передатчика системы связи с фазоманипулированным (ФМ) сигналом, предназначенные для передачи дискретных сообщений.

Рисунок 2.1 - Структурная схема передатчика системы связи с фазоманипулированным ШПС

В данном передающем устройстве от источника информации ИИ последовательность поступает на вход фазового модулятора ФМ. На второй вход ФМ поступает фазоманипулированный сигнал от генератора ФМ сигнала ГФМ. Работой ГФМ управляет синхронизатор С, который формирует необходимые сигналы управления и частоты. Последовательность ШПС в виде ФМ сигналов, поступает в модулятор Мод, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой ФМ сигналом. Колебание с несущей частотой создается генератором низкой частоты ГНЧ. Усилитель мощности УМ усиливает фазоманипулированный сигнал, а затем через антенну сигнал излучается в пространство.

Рисунок 2.2 - Структурная схема передатчика системы связи с ФМ ШПС

На рисунке 2.2 приведена схема передатчика системы связи с ФМ ШПС, в которой сообщение от источника информации ИИ поступает на вход широтно-импульсного модулятора ШИМ, с выхода которого ШИМ сигнал подается на вход фазового модулятора ФМ. На второй вход ФМ подается ФМ ШПС, формируемый ГФМ. Фазоманипулированный сигнал с выхода фазового модулятора, содержащий информацию, поступает на вход модулятора М, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой от ГНЧ. Затем усиленный по мощности в усилителе мощности УМ ФМ сигнал через антенну улучается в пространство. Работой широтно-импульсного модулятора и генератора ФМ сигнала управляет синхронизатор С, который вырабатывает необходимые частоты и управляющие сигналы.

Разрабатываемое устройство является частью НИР ГБ4526 «Разработка макетного образца переносного локатора подповерхностного зондирования для обнаружения скрытых объектов», проводимых кафедрой радиоэлектроники УО «ПГУ». Соответственно требования, предъявляемым к передающей системе, согласованы с общим техническим заданием на проведение НИР, согласно которому заданию в качестве прототипа проектируемого переносного локатора выбран локатор, запатентованный согласно US Patent №6765527, МПК G01S 13/04; G01S 7/41, опубл. 9 августа 2004 г. Задачей разрабатываемой модели является повышение надежности обнаружения объектов и увеличение дальности действия радиолокатора. Разрабатываемый переносной локатор в сравнении с прототипом имеет следующие модификации:

1. Использование двух источников сигналов - узкополосного возбуждающего и широкополосного зондирующего. Узкополосное возбуждение формирует смещение в элементе, выводящее на участок ВАХ с нелинейностью из закрытого состояния.

2. Использование шумоподобных (сверхширокополосных) сигналов, которые дают значительный выигрыш при их обработке в отношении сигнал/шум по сравнению с узкополосными сигналами.

Поставленная задача решается за счет того, что нелинейный радиолокатор, использует одновременное излучение двух сигналов - широкополосного (шумоподобного) зондирующего сигнала и вспомогательного узкополосного возбуждающего сигнала. При этом мощность излучения узкополосного возбуждающего сигнала задают большей по сравнению с мощностью широкополосного зондирующего сигнала.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.3 - Структура спектра сигнала

Мощность узкополосного возбуждающего сигнала должна быть такой, чтобы сместить рабочую точку нелинейных электрических контактов цели из закрытого состояния (рисунок 2.4, точка А) на участок вольтамперной характеристики с нелинейностью (рисунок 2.4, точка В) для того, чтобы возбудить в нелинейных электрических контактах эффект нелинейного преобразования широкополосного зондирующего сигнала меньшей мощности [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.4 - Характерные участки вольт-амперной характеристики

Повышение надежности обнаружения объектов по отраженному сигналу достигается за счет возбуждения нелинейных явлений в элементах цели узкополосным сигналом и дальнейшего переизлучения гармоник зондирующего шумоподобного сигнала, а также потенциально большей чувствительности приемника в целом, принимающего и обрабатывающего шумоподобный сигнал. При облучении нелинейного объекта широкополосным зондирующим сигналом нелинейный объект переизлучает широкополосный сигнал, содержащий информацию об эффективной поверхности рассеяния объекта на различных частотах в пределах спектра зондирующего шумоподобного сигнала.

Увеличение дальности действия радиолокатора возможно за счет одновременного излучения узкополосного возбуждающего сигнала и широкополосного зондирующего сигнала, и последующей обработки переотраженных целью гармоник широкополосного зондирующего сигнала. Обработка широкополосных сигналов при приеме дает больший выигрыш в отношении сигнал/шум по сравнению с узкополосными сигналами. Таким образом, становится возможным использование широкополосного зондирующего сигнала с мощностью, сравнимой с мощностью узкополосного зондирующего сигнала, применяемого в традиционных радиолокационных системах, для достижения большей дальности обнаружения цели. С другой стороны, при одинаковой дальности обнаружения цели в предлагаемом нелинейном радиолокаторе можно использовать сигналы с меньшей суммарной мощностью по сравнению с прототипом, что положительно скажется на скрытности работы прибора и безопасности оператора [5].

На основании вышеизложенного выбрана следующая структурная схема передатчика, изображенная на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Структурная схема передатчика широкополосных сигналов

Данная схема работает следующим образом. Блок управления формирует управляющие сигналы, которые поступают в блоки формирования сигналов:

- узкополосного возбуждающего (БФНЧ);

- широкополосного зондирующего (БФЗС).

Где (БФНЧ) блок формирования низкой частоты, а (БФЗС) блок формирования зондирующего сигнала. Далее сигналы попадают в модулятор - сумматор, где осуществляется фазовая манипуляция колебания, и суммирование узкополосного возбуждающего сигнала с широкополосным зондирующим сигналом. Сигнал с выхода модулятора поступает на вход усилителя мощности. Затем усиленный сигнал с выхода усилителя мощности поступает в передающую антенну и излучается в пространство.

Согласно заданию на дипломный проект разработке подлежат: блок формирования низкой частоты, блок формирования зондирующего сигнала, модулятор, усилитель мощности, фильтр и источник питания.

3. Разработка и описание функциональной схемы

На основе структурной схемы построим функциональную схему и приведем ее на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема функциональная

Опорный кварцевый генератор (ОГ) служит для генерирования стабильной опорной частоты, которая используется для синтеза узкополосого возбуждающего и широкополосного зондирующего сигнала в синтезаторах. С выходов синтезаторов сигналы поступают в модулятор, в котором осуществляется суммирование сигналов узкополосный возбуждающий сигнал суммируется с широкополосным зондирующим сигналом. Сигнал с выхода модулятора поступает на вход блока регулировки усиления (БРУ), что позволяет излучать зондирующий сигнал достаточной мощности, для зондирования поверхности. Далее сигнал усиливается в усилителе мощности (УМ), который состоит из двух каскадов: предварительного и оконечного каскада усиления мощности. После чего сигнал фильтруется полосовым фильтром, имеющим центральную частоту f₀. Фильтрация необходима для получения сигнала в заданной полосе частот. Отфильтрованный сигнал с выхода полосового фильтра поступает в передающую антенну и излучается в пространство.

4. Разработка и описание принципиальной схемы

Согласно требованиям на проектирование:

- Частота передачи 1100 МГц;

- Использование двух сигналов;

- Вид модуляции сигнала фазовая манипуляция;

- Передатчик шумоподобных сигналов спроектирован на основе современной элементной базы. Большая часть важнейших элементов - предназначены для поверхностного монтажа, что в значительной степени упрощает его производство и сборку.

- Учитывая жесткие требования к температурным параметрам данная элементная база надлежащим образом обеспечивает качественную и бесперебойную работу устройства в диапазоне от -40?С, до +80?С.

Основным критерием выбора элементной базы является экономическая стоимость полного комплекта деталей, а так же соответствие параметрам, представленным в технических требованиях.

4.1 Разработка блоков синтеза частоты

Из выше приведенной структурной схемы видно, что для реализации передатчика шумоподобных сигналов нужно использовать два синтезатора частоты высокочастотный и низкочастотный.

Высокочастотный синтезатор частоты выберем ADF4360-7 фирмы Analog Device. Синтезатор включает в себя встроенный генератор управляемый напряжением, цифровой детектор, выполненный на основе фазового компаратора и зарядовой помпы, входной делитель с целочисленным коэффициентом деления и петлевой делитель также с целочисленным коэффициентом деления и работает в диапазоне частот 350-1800 МГц. Что удовлетворяет схеме передатчика. Основные характеристики микросхемы ADF4360-7 приведены в таблице 4.1.1.

Таблица 4.1.1 - Основные характеристики синтезатора частоты ADF4360-7

Параметр	Единицы измерения	Величина
Опорная частота	МГц	10…250
Программируемый ток потребления	мА	25…45
Выходная мощность	дБм	-13… - 4
Ток потребления в «спящем» режиме	мкА	7
Напряжение питания	В	3…3.6
Температурный диапазон	?С	-40…+85

На рисунке 4.1.1 приведен внешний вид интегральной микросхемы.

Рисунок 4.1.1 - Внешний вид синтезатора частот ADF4360-7

Благодаря интеграции на одном кристалле синтезатора с ФАПЧ и ГУН значительно упростилась разработка, снизилась стоимость и уменьшились размеры изделия. Интегральная микросхема синтезатора частоты ADF4360-7 размещена в миниатюрном корпусе LFCSP24.

Описание основных выводов ИМС синтезатора частот ADF4360-7 приведено в таблице 4.1.2.

Таблица 4.1.2 - Описание основных выводов ADF4360-7

Номер	Обозначение	Назначение
1,3,8,11,15,22	CPGND, AGND, DGND	Земля
9,10	L1, L2	Подключение внешних индуктивностей
4,5	RFoutA, RFoutB	Выход
16	REFin	Вход для тактового генератора
6	Vvco	Питание ГУНа, 3В
14	CN	Внутренняя компенсация
2	AVdd	Питание аналоговое, 3В
23	CE	Вход разрешения работы
21	DVdd	Питание цифровое, 3В
7	Vtune	Контролирует вход ГУНа
17	CLK	Синхронизация
18	DATA	Ввод последовательности данных
19	LE	Ввод CMOS.

Схема электрическая подключения синтезатора частоты ADF4360-7 выглядит в соответствии с рисунком 4.1.2.

Рисунок 4.1.2 - Схема электрическая подключения синтезатора частоты ADF4360-7

Для синтеза низкой частоты будем использовать микросхему прямого цифрового синтеза - AD9834 так, как она позволяет в любой момент времени получить сигнал с точно известными (запрограммированными) параметрами амплитуды, частоты и фазы. Реализовать модуляцию с высокой скоростью. В ее составе имеются регистры, куда заранее записывается величина фазы сигнала, а затем выбирать одно из двух значений фазы, в результате чего мы получим требуемый фазоманипулированный сигнал. Также синтезатор частоты AD9834 основные характеристики которого приведены в таблице 4.1.3., а внешний вид представлен на рисунке 4.1.3 характеризуются:

- низким потреблением мощности;

- высоким разрешением по частоте и фазе;

- быстрым переходом на другую частоту (или фазу);

- перестройкой по частоте без разрыва фазы и без выбросов напряжения;

- независимостью от температуры и старения элементов.

Таблица 4.1.3 - Основные характеристики микросхемы AD9834

Параметр	Единицы измерения	Величина
Максимальная тактовая частота	МГц	50
Выходной ток	мА	0…3
Потребляемая мощность	мВт	20
Ток потребления в «спящем» режиме	мА	0,5
Ток потребления	мА	5.8
Напряжение питания	В	2.3…5.5
Температурный диапазон	?С	-40…+105

Синтезаторы частоты не имеют встроенных опорных генераторов, поэтому для работы синтезатора на его вход надо подать сигнал опорной стабильной частоты. Главным требованием является точность установки частоты и ее стабильность, поэтому решено использовать кварцевый автогенератор, построенный на комплементарных МОП структурах [6].



Рисунок 4.1.3 - Внешний вид синтезатора частоты AD9834 с обозначением выводов

Таблица 4.1.4 - Описание выводов синтезатора частоты AD9834

№	Обозначение	Назначение
1	FS ADJUST	Управление ЦАП по току
2	REFOUT	Вывод информации о напряжении
3	COMP	Вход напряжения смещения ЦАП
17	VIN	ВХОД компаратора
19,20	IOUT, IOUTB	Выходной ток
4	AVDD	Положительное питание аналоговой части
5	DVDD	Положительное питание цифровой части
6	CAP/2.5V	Вход встроенного стабилизатора напряжения
7	DGND	Цифровая земля
18	AGND	Аналоговая земля
8	MCLK	Вход цифрового тактового генератора
9	FSELECT	Вход выбора частоты
10	PSELECT	Вход выбора фазы
11	RESET	Активный положительный цифровой вход соответствующий «сбросить»
12	SLEEP	Активный положительный цифровой вход соответствующий «бездействие»
13	SDATA	Последовательный вход информационных данных
14	SCLK	Последовательный вход тактового генератора
15	FSYNC	Вход сигнала синхронизации для входных данных
16	SIGN BIT OUT	Логический выход



Рисунок 4.1.4 - Схема включения синтезатора частоты AD9834

Кварцевый автогенератор построен на микросхеме 74ac02 и двух кварцевых резонаторах RVR702 50.8 МГц, и KFI 7.2 МГЦ. ИМС содержит четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ в SOIC корпусе с 14 выводами. Основные характеристики ИМС приведены в таблице 4.1.5.

Таблица 4.1.5 - Основные характеристики микросхемы 74ac02

Параметр	Единицы измерения	Величина
Питание	В	2…6
Входное напряжение	В	0…6
Продолжение таблицы 4.1.5
Параметр	Единицы измерения	Величина
Выходное напряжение	В	0…6
Рабочая температура	?C	-40…+85

На рисунке 4.1.5 приведена схема 74ac02 с указанием выводов, в таблице 4.1.6 указано описание выводов.



Рисунок 4.1.5 - Микросхема 74ac02

Таблица 4.1.6 - Описание выводов 74ac02

№	Обозначение	Назначение выводов
2,5,8,11	1A, 2A, 3A, 4A	Входы данных
3,6,9,12	1B, 2B, 3B, 4B
1,4,10,12	1Y, 2Y, 3Y, 4Y	Выходы данных
7	GND	Земля
14	VCC	Питание

Схема включения опорных генераторов с использованием микросхемы 74ac02 показана на рисунке 4.1.6.

Рисунок 4.1.6 - Схема включения микросхемы 74ac02

Для согласования волнового сопротивления между выходом (IOUTB) синтезатора AD9834 и входами (_,IF,) модулятором HPMX - 2007 нужно поставить трансформатор. Выберем трансформатор ETC1-1-13 (рисунок 4.1.7) который работает в частотном диапазоне 4.5 - 3000 МГц и имеет коэффициент трансформации 1:1. Основные параметры трансформатора ETC1-1-13 приведены в таблице 4.1.7.

Таблица 4.1.7 - Параметры трансформатора ETC1-1-13

Параметр	Единицы измерения	Величина
Мощность	мВт	250
Ток	мА	30
Рабочая температура	?С	-40…+85

Рисунок 4.1.7 - Внешний вид трансформатора ETC1-1-13 с указанием выводов

Таблица 4.1.8 - Назначение выводов трансформатора ETC1-1-13.

№	Назначение выводов
1	Начало вторичной обмотки
2	Не используется
3	Вторичная обмотка
4	Первичная обмотка
5	Начало первичной обмотки

Схема включения трансформатора приведена на рисунке 4.1.8.



Рисунок 4.1.8 - Схема включения трансформатора ETC1-1-13

4.2 Разработка модулятора

Блок модулятора передатчика реализован на базе микросхемы HPMX 2007, включающий в себя квадратурный модулятор и балансный смеситель с возможностью раздельного включения. Характеристики HPMX 2007 приведены в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1 - Характеристики микросхемы HPMX 2007

Параметр	Единицы измерения	Величина
Vcc питание ИМС	В	2.7…5.5
Рассеиваемая мощность	мВт	400
Выходная мощность	дБм	15
Рабочая температура	?С	-60…150
Рабочий диапазон	Гц	5·106…4·109

Внешний вид ИМС HPMX 2007 представлен на рисунке 4.2.1, а назначение его выводов указано в таблице 4.2.2.

Рисунок 4.2.1 - Внешний вид модулятора HPMX 2007

Таблица 4.2.2 - Описание основных выводов HPMX 2007

№	Обозначение	Назначение
1	2	3
1	i	Вход балансного модулятора
2	i
3	LOmod	НЧ вход
4	RF	ВЧ выход с открытым коллектором для балансного смесителя
5	RF
6	IF	Вход балансного смесителя
7	IF
8	ENABLE	Вход включения микросхемы
9	LOmix/mixoff	НЧ вход балансного смесителя
10	LO1
11	VEE	земля
12	VCC	питание
13	MOD	ВЧ выход с открытым коллектором для мод
14	MOD

Основой интегральной микросхемы HPMX 2007 является векторный (или квадратурный) модулятор, сопровождаемый смесительными элементами Гильберта. Модулятор и смеситель могут использоваться вместе используя 25 мА из 3 В питания. Смеситель может быть заблокирован подключением выводов LOmix к питанию, а в режиме модулятора потребление снизится до 10 мА.

Рисунок 4.2.2 - Функциональная блок диаграмма модулятора HPMX - 2007 (а - смесителя - модулятора, б - модулятора)

Микросхема HPMX 2007 в нашем случае включена по схеме балансного смесителя рисунок 4.2.3, так как непосредственная манипуляция, как по частоте, так и по фазе осуществляется микросхемой прямого синтеза сигнала (элемент AD9834), сигналами формируемыми блоком управления.

Рисунок 4.11 - Стандартная схема подключения модулятора HPMX - 2007

4.3 Разработка БРУ

Для регулировки выходного сигнала применяем широкополосный усилитель ADL5330 с регулируемым коэффициентом усиления, работает в частотном диапазоне 1 МГц…3 ГГц и имеет низкие уровни шумов и нелинейных искажений. Усилитель изготовлен по XFCB технологии (eXtra Fast Complementary Bipolar process) и состоит из трех полностью дифференциальных (по входу и по выходу) последовательных каскадов. Первый каскад с 50 Ом дифференциальным входом обеспечивает линейное преобразование входного напряжения в дифференциальный токовый сигнал. Второй каскад представляет собой широкополосный прецизионный аттенюатор, а третий каскад с 50 Ом выходом преобразует дифференциальный токовый сигнал в дифференциальный сигнал по напряжению. Использование описанных схемотехнических решений уменьшает нелинейные искажения.

Контроль коэффициента усиления обеспечивается с достаточно хорошей точностью. Электрические параметры микросхемы приведены в таблице 4.3.1. Внешний вид микросхемы представлен на рисунке 4.3.1

Таблица 4.3.1 - Электрические параметры ADL5330 при Vd=5,0B, Tc=25C, f=1 ГГц

Параметр	Единицы измерения	Величина
Максимально допустимое усиление	дБ	47
Максимальное усиление регулировки	дБ	19
Минимальное усиление регулировки	дБ	-27
Максимальный потребляемый ток	мА	215
Потребление ток в «спящем» режиме	мкА	250

Рисунок 4.3.1 - Внешний вид ИМС ADL5330

Описание выводов микросхемы ADL5330 в представлено в таблице 4.3.2.

Таблица 4.3.2 - Описание выводов широкополосного усилителя ADL5330

Номер	Обозначение	Описание выводов
1,6	VPS1	Питание 5 В.
2,5	COM1	Общий вывод для входного усилителя.
3,4	INHI, INLO	Дифференциальный вход.
7	VREF	Выход.
8	IPBS	Входное смещение.
9	OPBS	Выходное смещение.
10,11,12,14, 17	COM2	Общий вывод для выходного усилителя.
13,18,19,20, 21,22	VPS2	Выводы питания для выходного усилителя
15	OPLO	НЧ дифференциальный выход
16	OPHI	ВЧ дифференциальный выход
23	ENBL	Вход логики высокого уровня
24	GAIN	вход управления усилением от 0 до 1.4В

Электрическая схема включения ADL5330 представлена на рисунке 4.3.2.

Рисунок 4.3.2 - Схема включения микросхемы ADL5330

4.4 Реализация каскада УМ

Для реализации предварительного каскада в микроэлектронном исполнении по электрическим параметрам и стоимости была выбрана микросхема MGA-83 563. Данный тип микросхемы представляет собой арсенид-галлиевую радиочастотную интегральную микросхему, которая имеет внутреннее согласование с цепями сопротивлением 50 Ом. Электрические параметры микросхемы приведены в таблице 4.12

Таблица 4.12 - Электрические параметры MGA-83563 при Vd=3,0B, Tc=25C, f=1 ГГц

Параметр	Единицы измерения	Величина
Мощность выхода при насыщении (Psat)	дБм	22,4
КПД в режиме А	%	37
Типовой ток потребления покоя	мA	152
Усиление в режиме малого сигнала	дБм	20,9
Коэффициент шума	дБ	2
Предельные эксплуатационные параметры
Напряжение питания	V	3
Входная мощность по входу	дБм	+13
Рабочая температура	0C	165

Электрическая схема включения MGA-83 563 представлена на рисунке 4.13.

При расчете элементов предварительного каскада усиления для частоты несущей 1ГГц использовались типовые данные для MGA 85563. Определены и привязаны к стандартным величинам номиналы всех элементов схемы. С учетом характеристик материала платы (фольгированный текстолит толщиной 0,75 мм, проницаемость - 5,85). Номиналы индуктивностей и конденсаторов для частоты 1ГГц предварительного каскада усилителя мощности представлены в таблице 4.13.



Рисунок 4.13 - Электрическая схема включения MGA-83563.

Таблица 4.13 - Номиналы элементов предварительного каскада усилителя мощности

Емкости, pF	Индуктивности, nH
C2	3	L1	5,6
C1, C3, C4	150	L2	12
C5	1000	L3	82

Для реализации оконечного каскада усилителя мощности в микроэлектронном исполнении выбран СВЧ транзистор средней мощности SGA-9289 производства Sirenza microdevices. Транзистор удовлетворяет всем предъявляемым критериям с позиций цена-качество и находит широкое применение для построения высококачественных усилителей различного назначения в диапазоне от 0,05 до 3 ГГц. Электрические параметры транзистора представлены в таблице 4.14.

Комплексное сопротивление вход / выход оценивается величинами 2,93 - j3,92 и 15,81+j1,57 соответственно. Эта величина определяется рабочей частотой и уровнями напряжений рабочей точки транзистора. Согласование по входу / выходу достигается путем компенсаций реактивности микрополосковыми элементами с учетом характеристик материала подложки. Технология расчетов основывалась на использованной при расчете предварительного каскада методике, приведенной в [7].

В качестве схемы усилителя использована схема, приведенная на рисунке 4.14. В этом случае транзистор включается по схеме с общим эмиттером для максимально возможной реализации усилительных свойств по мощности. В таблице 4.14 представлены основные электрические параметры транзистора SGA-9289.

Рисунок 4.14 - Схема оконечного каскада усилителя мощности

Таблица 4.14 - Основные электрические параметры транзистора SGA-9289 при Vce=5V, Icq=280мА, T=250C, f=1000 MГц, при полностью согласованном входе / выходе

Параметр	Единицы измерения	Величина
1	2	3
Максимально-доступное усиление	дБ	20,5
Усиление по мощности	дБ	17,7
Усиление при относительно 1 мВт	дБм	28,0
Типовой ток потребления покоя	мА	280
Уровень гармоник третьего порядка, при выходной мощности +13 дБм, не хуже	дБм	42,0
Предельные эксплуатационные параметры
Напряжение коллектор-эмиттер	V	7
Напряжение коллектор-база	V	20
Напряжение эмиттер-база	V	4,8
Максимальная температура перехода	0C	150

Для стабилизации рабочей точки транзистора используется пассивная цепь на основе делителей напряжения R2, R3 и тока ограничивающего резистора R1. Эффект стабилизации достигается за счет тока, протекающего через делитель, который по номиналу значительно превышает ток базы транзистора. Для развязки по переменному току в цепь базы включается индуктивность L1 и используются блокирующие по переменному току конденсаторы С4, С5, С6, С7. Балластные резисторы R4, R5 обеспечивают максимально возможное напряжение коллектор-эмиттер равное 5В для обеспечения линейности усиления. Уравнивающие микрополосковые линии (Z1-Z7) с волновым сопротивлением 50 Ом обеспечивают требуемый фазовый сдвиг для компенсации реактивностей.

4.5 Источник питания

В качестве блока питания прибора используется внешний источник питания напряжением 8В. Потребляемый ток комплектующих микросхем составляет 758.5 мА, что видно из таблицы 4.5.1.

Таблица 4.5.1 - Напряжение питания и сила тока, потребляемая элементами схемы.

Элемент схемы	Напряжение питания В	Сила тока мА (максимальная)
Микросхема MGA-86563	3	152
Микросхема AD9834	3	20
Микросхема HPMX 2007	3	25
Микросхема ADL5330	5	215
Микросхема 74ac02	5	30
Микросхема ADF4360-7	3	36.5
Транзистор SGA-9289	8	280

Список источников

1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.; Радио и вязь, 1985 - 384 с., ил.

2. Михайлов В.Ф., Нарытник Т.Н., Брагин И.В., Мошкин В.Н. Микроволновые технологии в телекоммуникационных системах: Учеб. пособие/СПбГУАП. СПб., 2003 - 337 с.: ил.

3. Jeffrey G. Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed Fundamentals of WiMAX: Wireless Technology Ebook, Prentice Hall PTR; 1 edition., 2007 - 478p.

4. Астанин Л.Ю., Просыпкин С.Е., Степанов А.В. Аппаратура и средства для широкополосных измерений радиолокационных характеристик // ЗРЭ. -1991. -402 с.

5. Мусабеков П.М., Панычев С.Н. Нелинейная радиолокация: методы, техника и области применения // Зарубежн. радиоэлектроника. Успехи совр. радиоэлектроники. - 2000. - 306 с.

6. Р. Мелен Г. Горланд Интегральные микросхемы с КМОП структурами. Пер. с анг - М. Энергия. 1979 - 160 с., ил

7. Микроэлектронные устройства СВЧ: Учеб. пособие для радиотехнических специальностей вузов/ Г.И. Веселов, Е.Н. Егоров и др.; Под ред. Г.И. Веселова - М.:Высш., 1988 - 280 с.

8. Матей Д.Л. Янг Л. Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ. Согласующие цепи и цепи связи Том1., М.:Высш., 1972 - 280с

9. Конструирование и расчет полосковых устройств под ред. Ковалева И.С. Академии наук БССР проф. Ковалева. М., «Сов радио» 1974 -300 с.

10. Microstrip Filters for RF/Microwave Applications. Jia-Sheng Hong, M.J. Lancaster Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Inc. - 461 р.

локатор зондирование сигнал модулятор

Размещено на Allbest.ru

...