Радиостанция индивидуального пользования с квазидуплексным режимом работы

(28)

где P_S - мощность, излучаемая передатчиком, Вт;

R - расстояние между антеннами, км;

h_S и h_E - высоты передающей и приемной антенн соответственно, м;

_AS и _AE - КПД передающей и приемной антенны соответственно;

E_MIN - чувствительность приемника, мкВ;

Учитывая, что в проектируемой радиостанции используется укороченная спиральная антенна, а это означает что она будет иметь очень низкое значение КПД, так как при укорочении антенны от четверти длины волны КПД антенн резко падает. Второй негативный фактор - это проявление резонансных свойств спиральных антенн. Антенна легко выводится из состояния резонанса наличием в ближней зоне проводящих поверхностей, а также сильно сказывается на настройке антенны влияние тела оператора радиостанции. С учетом всех негативных факторов примем КПД приемной и передающей антенны не больше 25%. Подставив в формулу (27) значение мощности P_S=3 Вт, чувствительности E_MIN=1 мкВ, получим

(29)

где R - расстояние между антеннами в километрах. Учитывая мобильность радиостанций, или одно из приложений радиостанции как радиоудлинитель к домашнему телефону принимаем высоту приемной антенны h_E =1,5 м, то есть оператор стоит на земле и держит радиостанцию в руке, а расстояние до передающей антенны равно 13,65 км. В этом случае высота передающей антенны составит h_S=164 м. Высота 164 м - высота 50-ти этажного дома, каких в России и не бывает. Можно сделать вывод, что максимальная дальность 13,65 км вполне достаточна для различных применений радиостанции.

4.4 Анализ спектра излучаемого сигнала и выбор индекса модуляции

4.4.1 Анализ спектра излучаемого сигнала

Отметим, что излучаемый сигнал можно представить как произведение ЧМ сигнала на периодический сигнал, период которого изображен на рисунке 12. Для анализа ширины спектра примем в качестве ЧМ сигнала - ЧМ сигнал с модулирующей частотой равной верхней частоте спектра звукового сигнала, то есть 2,5 кГц, а периодический сигнал с минимальной длительностью импульса, то есть в предельном случае когда _З==1/4Т=45,5 мкс. Известно, что при отсутствии модуляции спектр сигнала будет предоставлять из себя спектр прямоугольных импульсов, смещенных по оси частот на несущую частоту щ₀. Активная ширина спектра определяется как ширина спектра, содержащая 90% энергии сигнала. Для прямоугольных импульсов активная ширина спектра определяется как обратная величина времени самого короткого импульса прямоугольной формы. Таким образом, активная ширина спектра равна соответственно f_АКТ=1/_З=1/45,45мкс=22 кГц. Учитывая смещение по оси частот на несущую щ₀ и симметрию спектра относительно этой частоты, то активная ширина спектра в два раза больше, то есть f_АКТ=44 кГц, что не противоречит техническому заданию.

Рассмотрим, что представляет спектр при наличии модуляции. Для этого разложим последовательность прямоугольных импульсов, изображенных на рисунке 12 в ряд Фурье. Для последовательности прямоугольных импульсов, изображенных на рисунке 12 ряд Фурье имеет вид (амплитуда условно принята за единицу):

(30)

где f₁=5,5 кГц,

/Т=1/4.

Радиочастотное колебание без модуляции изображено на рисунке 13, а его спектр на рисунке 14.

Рисунок 13 - Немодулированное радиочастотное колебание



Рисунок 14 - Спектр немодулированного колебания радиочастоты

Рассмотрим спектр ЧМ сигнала, с модулирующем сигналом - синусоидой с частотой, равной верхней частоте спектра звукового сигнала. Спектр построен с применением ЭВМ при различных значениях индекса частотной модуляции и изображен на рисунке 15.

Рисунок 15 - Спектр ЧМ колебания при различных значениях индекса частотной модуляции

Анализируя рисунок 15 можно сделать вывод, что при значениях индексов от 0,5 до 1 приобретает некоторое значение вторая пара боковых частот, ввиду чего ширина спектра должна быть приравнена 4. Далее, при изменении m от одного до двух приходится учитывать третью и четвертую пары боковых частот. В проектируемой радиостанции индекс частотной модуляции следует выбрать больше m=0,5…0,75, иначе частотная модуляция начинает терять свои преимущества над амплитудной модуляцией, так как ширины спектров сравниваются и увеличении помехоустойчивости не наблюдается.

Понимая, что сигнал, излучаемой радиостанцией есть произведение ЧМ сигнала на периодическую последовательность импульсов, аналитическое выражение которых есть формула (28), то это означает, что ЧМ сигнал, например s_ЧМ(t), умноженный на периодическую последовательность аналитически можно записать:

(31)

где S_ИЗЛ(t) - излучаемый в пространство сигнал.

Как видно из формулы (30) излучаемый сигнал представляет из себя бесконечную сумму, состоящую из произведения ЧМ сигнала на косинусойду с известной амплитудой и частотой. По свойству преобразования Фурье это означает, что спектр ЧМ сигнала надо сдвинуть влево и вправо на величину частоты 2f₁n и уменьшить амплитуду гармоник на два. Итак, спектр излучаемого сигнала - бесконечное число гармоник периодического сигнала, группирующиеся вокруг центральной частоты ₀, а вокруг каждой гармоники периодического сигнала группируется спектр ЧМ сигнала, который, в принципе, может и накладываться друг на друга. Спектр излучаемого колебания изображен на рисунке 16.



Рисунок 16 - Спектр модулированного колебания радиочастоты

Как видно из рисунка 16 спектр колебаний чрезвычайно широк. В электронной технике ширина спектра оценивается по уровню 30 децибел от величины мощности излучаемого сигнала или, другими словами это означает, что мощность остальных гармоники должна быть в тысячу раз меньше мощности излучаемого сигнала. Для уменьшения ширины спектра умножим каждый импульс передачи на полупериод синусоиды с частотой 1/2 как показано на рисунке 17

Рисунок 17 - Способ уменьшения ширины спектра

Вычислим мощность Р, которая излучается за период колебаний. Для этого вычислим интеграл (31)

(32)

Вычисления показывают, что интеграл (31) равен 62500 мкВт при единичной амплитуде. Спектр колебания построен на ЭВМ с применением программы PSPICE и изображен на рисунке 18. Следуя рассуждениям приведенным выше мощность гармоники должна быть ниже 62,5 мкВт. Этой мощности соответствует амплитуда гармоники равная

мВ (33)

На рисунке 18 уровень e_MIN проведен пунктиром. Таким образом, последняя значимая гармоника - пятая гармоника от гармоники несущей на частоте ₀. Следовательно ширина спектра - =2*5*5,5 кГц=55 кГц.

Рисунок 18 - Спектр излучаемого сигнала без модуляции

4.4.2 Выбор величины индекса частотной модуляции и значения девиации частоты

Из пункта 4.4.1 можно сделать вывод, что последняя значимая гармоника - пятая от гармоники несущей. Эта гармоника отмечена звездочкой на рисунке 18. Как уже было сказано выше, при наличии ЧМ модуляции вокруг каждой гармоники будет группироваться спектр ЧМ сигнала в том числе и вокруг гармоники, отмеченной звездочкой на рисунке 19. Управлять шириной спектра ЧМ сигнала можно, регулируя параметр m - индекс частотной модуляции.

Известно, что шаг сетки частот в СВ - диапазоне составляет 25 кГц. Спектр излучаемого сигнала будет занимать три рядом стоящие каналы. Расположение соседних каналов и схематическое изображение спектра излучаемого сигнала изображено на рисунке 19.

Рисунок 19 - Схематическое изображение спектра излучаемого сигнала

Таким образом, спектр излучаемого сигнала не более 75 кГц. Из пункта 4.4.1 имеем, что ширина спектра без модуляции составляет 55 кГц. Это означает, что по краям имеется ''свободное место'' в 10 кГц справой и слевой стороны от несущей частоты. Эти 10 кГц должны быть использованы для ЧМ модуляции, то есть вокруг гармоники, отмеченной на рисунке 18 звездочкой, будет спектр ЧМ сигнала. Он должен быть не шире 20 кГц, при максимальной модулирующей частоте. Из рисунка 15 находим, что ширина спектра ЧМ сигнала при m=2 составляет не более 20 кГц. Девиация частоты будет равной

=5 кГц (34)

Величина девиации должна оставаться постоянной. При модулирующей минимальной частоте, равной 300 Гц величина индекса частотной модуляции будет составлять m=5000 Гц /300 Гц=16,66. Оценить величину ширины спектра можно по формуле

. (35)

Согласно формуле (34) ширина спектра составит =12,45 кГц, что допустимо, так как это значение меньше 20 кГц. На рисунке 20 приведен спектр излучаемого сигнала при максимальной дальности и максимальной модулирующей частоте в 2,5 кГц. Напомним, что все расчеты ширины спектра производились при минимальной длительности излучаемого импульса, то есть на максимальной дальности, равной 13,65 км и максимальной модулирующей частотой, равной 2,5 кГц.

Рисунок 20 - Спектр излучаемого сигнала при максимальной дальности

При меньших задержках распространения радиосигнала увеличивается длительность излучаемого импульса, что ведет к уменьшению ширины спектра. Этот факт отражен на рисунке 21.

Рисунок 21 - спектр излучаемого сигнала при дальности 4,55 км

5. Разработка структурной схемы радиоканала

Структурная схема радиоканала предоставлена на рисунке 22.

Рисунок 22 - Структурная схема радиоканала

Структурная схема радиоканала представляет собой две однотипные радиостанции. В дежурном режиме антенны радиостанций подключены к приемным трактам соответствующих радиоприемных устройств. При желании абонента, владеющего первой радиостанцией, передать сообщение абонент нажимает кнопку “ВЫЗОВ”. С этого момента первая радиостанция становится ведущей, а вторая ведомой. Устройство персонального вызова (УПВ) подает сигнал на устройство временной синхронизации (УВС), которое переводит антенный переключатель в положение, при котором антенна переключается к передатчику и происходит передача короткого сигнала с тональной модуляцией. Передается вызывной сигнал. Вызывной сигнал - сигнал с частотой 1000 Гц длится столько, сколько владелец ведущей радиостанции удерживает кнопку ''ВЫЗОВ''. Радиоприемное устройство второй радиостанции принимает вызывной сигнал и звук раздается в динамике оппонента.

Владелец второй, ведомой радиостанции должен нажать кнопку ''ОТВЕТ'', что активизирует УВС ведомой радиостанции и радиостанция перейдет в режим ожидания сигнала запуска синхронизации от ведущей радиостанции.

УВС первой радиостанции переводит антенный переключатель в верхнее по схеме положение на время излучения первого синхронизирующего импульса, несущего к тому же и звуковую информацию. Ведомая радиостанция, приняв сигнал, немедленно отвечает ведущей. Запускается механизм эстафетной синхронизации радиостанций во времени. Процесс циклически повторяется.

В процессе работы возможна ситуация - срыв синхронизации, например, первая радиостанция не получила ответ от второй. В таком случае радиостанция, с которой был произведен вызов, формирует и излучает через определенный промежуток времени короткий сигнал, пытаясь таким образом восстановить синхронизацию. Если после нескольких попыток синхронизацию восстановить не удается, то ведущая радиостанция формирует сигнал “СРЫВ СВЯЗИ”, что требует от владельца нажать кнопку “ОТБОЙ” и окончить сеанс связи. Срыв синхронизации и индицирует ведомая радиостанция горением одноименного светодиода, что заставляет владельца ведомой радиостанции нажать кнопку ''ОТБОЙ''. После завершения разговора, абоненты нажимает кнопку “ОТБОЙ”. Нажатие этой кнопки приводит к переводу радиостанций в дежурный режим.

6. Разработка функциональной схемы радиостанции

6.1 Разработка структурной схемы радиостанции

Структурная схема радиостанции представлена на рисунке 23.

Рисунок 23 - Структурная схема радиостанции

Радиостанция в своем составе имеет передатчик (ПРД), приемник (ПРМ), устройство временной синхронизации (УВС), устройство персонального вызова (УПВ) в состав которого входят кнопки «ВЫЗОВ» и «ОТБОЙ». Для проектирования функциональной схемы радиостанции спроектируем функциональную схему каждого узла в отдельности, предъявив к функционально законченному узлу требования по входным электрическим сигналам и выходным электрическим сигналам.

6.2 Проектирование функциональной схемы устройства временной синхронизации

6.2.1 Требования, предъявляемые к устройству временной синхронизации

Сформулируем ряд требований к устройству временной синхронизации. Входными сигналами для УВС являются:

сигналы от УПВ

входной радиочастотный сигнал

Выходными сигналами УВС являются:

сигнал управления антенным переключателем

формирование сигнала для амплитудной модуляции в передатчике

запуск и запирание автогенератора передатчика в определенные моменты времени.

Кроме того, УВС должно обеспечивать:

постоянство частоты, подаваемой на антенный переключатель 5,4945 кГц для уменьшения ширины спектра на малых задержках радиосигнала и автоматическое слежение за расстоянием между антеннами;

попытки восстановления синхронизации при отсутствии ответа от радиостанции оппонента;

индикацию светодиодом «Срыв связи» в случае не восстановления синхронизации с 255 попыток;

6.2.2 Разработка принципа автоматического слежения за расстоянием

Для обеспечения первого требования необходимо спроектировать систему, следящую за расстоянием между антеннами, что позволяет выполнить радиостанции переносными, как и требует того техническое задание. Принцип автоматического слежения показан на рисунке 24.

Рисунок 24 - Принцип автоматического слежения за расстоянием

Алгоритм работы заключается в следующем. После нажатия на кнопку «ВЫЗОВ» радиостанция становится ведущей, а радиостанция оппонента становится ведомой. Информация о том, что радиостанция стала ведущей приходит от УПВ. Ведущая радиостанция посылает в эфир импульс длительностью 45,5 мкс, что соответствует максимальной допустимой дальности и переходит в режим приема. Допустим, что задержка сигнала распространения от одной антенны до другой составляет 20 мкс. Радиостанция оппонента принимает сигнал от ведомой радиостанции, и после окончания его действия отвечает таким же по длительности сигналом 45,5 мкс и переходит в состояние приема. Ведущая радиостанция принимает ответный сигнал и измеряет промежуток времени от начала излучения импульса до прихода переднего фронта ответного сигнала, который послала ведомая радиостанция, обозначенный на рисунке 24 как Т'_ИЗМ. Прибавляет время длительности излученного в последний раз импульса и получает величину 2+2_З, равную в нашем примере 131 мкс, и сравнивает ее с обратной величиной частоты дискретизации, равной 1/f_ДИСКР=1/5,4945 кГц=182 мкс. Если величина 2+2_З меньше 182 мкс, то длительность импульса излучения увеличивается дискретно с шагом дискретизации =0,5 мкс. В конце концов, длительность активной передачи сигнала станет такой, что сумма 2+2_З станет равной

182мкс. После этого инкремент длительности не происходит. Система действует аналогично если абоненты сближаются. Сумма 2+2_З уменьшается и УВС автоматически увеличивает длительность активной передачи и сумма 2+2_З снова станет равной 182 мкс. В случае удаления абонентов друг от друга увеличивается число 2+2_З. Если оно станет больше 182 мкс, то величина уменьшится на шаг дискретизации =0,5 мкс. Таким образом сумма 2+2_З всегда поддерживается равной 182 мкс.

Выбор шага дискретизации =0,5 мкс связан с тем, что при нулевых задержках сигнала длительность импульса активной передачи должна быть =182/2=91 мкс, а при максимальной задержке сигнала длительность активной передачи равна =182/4=45,5 мкс. Это означает, что промежуток всевозможных значений =[45,5…91] мкс должен быть разбит на равные промежутки времени. Возможный минимальный шаг деления этого промежутка на 91 часть это шаг =0,5 мкс. Уменьшение шага не даст ощутимых результатов, так как ошибка определения расстояния повлечет за собой увеличение или уменьшение времени активного излучения сигнала, а за это время передается множество точек входного сигнала с микрофона, хотя достаточно передать только один отсчет, то есть значение напряжения в любой выбранный момент времени в течении которого длится передача. Уменьшение или увеличение периода на величины, соизмеримые с шагом дискретизации =0,5 мкс влияет на конечную верхнюю частоту в спектре звукового сигнала. Анализируя рисунок 9 можно заметить, что незначительные отклонения от верхней частоты 2,5 кГц не приводят к резкому снижению разборчивости речи.

Ведомая радиостанция работает по такому же принципу как и ведущая. Она измеряет промежуток времени между передними фронтами последнего посланного импульса и принятым ответным импульсом от ведущей радиостанции, обозначенный на рисунке 24 как Т''_ИЗМ и действует по вышеописанному алгоритму.

6.2.3 Разработка методов восстановления синхронизации

Отсутствие ответа от ведомой радиостанции может быть в двух случаях:

ведомая радиостанция приняла сигнал ведущей радиостанции, ответила, а ведущая радиостанция не сумела принять сигнал ведомой радиостанции из-за наличия замираний и шумов;

ведомая радиостанция не приняла сигнал от ведущей радиостанции из-за присутствия шумов и замираний и не стала отвечать, чтобы не нарушать эстафетный принцип синхронизации.

В первом случае такое событие будет фиксироваться отсутствием переднего фронта принимаемого импульса при достижении величины Т'_ИЗМ больше 182-', где ' - активная текущая длительность излучаемого импульса ведущей радиостанции. Ведущая радиостанция зажигает светодиод «Срыв синхронизации» и делает паузу 119 мкс для того, чтобы величина Т''_ИЗМ гарантированно стала больше 182-'', где '' - активная текущая длительность излучаемого импульса ведомой радиостанции. Ведомая радиостанция «понимает», что произошел срыв синхронизации и обнуляет счетчик регистра времени Т''_ИЗМ. На радиостанция загорается светодиод «Срыв синхронизации» и она переходит в режим ожидания с сохранением параметра ''. Ведущая радиостанция инкрементирует регистр ошибки и посылает сигнал с активной длительностью ' как и в предыдущем случае и ждет ответа. В случае не прихода ответа снова инкрементируется регистр ошибки и процесс повторяется. При достижении в регистре ошибки значения равного 255 попытки связаться с ведомой радиостанцией прекращаются и загорается светодиод «Срыв связи». После этого владелец радиостанции должен нажать кнопку «ОТБОЙ» и завершить сеанс связи. Владелец ведомой радиостанции в случае устойчивого горения светодиода ''Срыв синхронизации'' должен нажать кнопку ''ОТБОЙ'' так как максимальное время на восстановление синхронизации составляет:

мкс=0,065 с (36)

где _MIN = 45,5 мкс минимально возможная активная длительность излучаемого импульса. После этого нажатия кнопки «ОТБОЙ», радиостанция возвращается в дежурный режим.

Во втором случае, когда ведомая радиостанция не приняла сигнал ведущей, то есть не пришел передний фронт при достижении величины Т''_ИЗМ больше 182-'', радиостанция обнуляет значение Т''_ИЗМ и переходит в режим ожидания, зажигая при этом светодиод «Срыв синхронизации». Это приведет к тому, что ведущая радиостанция не получит ответа на свой излученный импульс и будет действовать по выше описанному алгоритму, то есть пытаться восстановить синхронизацию.

6.2.4 Разработка принципа инициализации УВС при поступлении команды «ВЫЗОВ»

При нахождении радиостанции в дежурном режиме следует обесточить УВС для увеличения срока службы аккумуляторной батареи. Питание подается только на радиоприемное устройство. При нажатии на кнопку ''ВЫЗОВ'' от УПВ подается принудительный сигнал на антенный переключатель через развязывающий диод, переключая его из режима ''Прием'' в режим ''Передача''. Немедленно УПВ подает питание на УВС, что сбрасывает микропроцессорную систему и она готовится к работе, то есть опрашивает биты состояния радиостанции и записывает в регистр длительности активной передачи импульса число 91, что соответствует _MIN = 45,5 мкс и пытается установить синхронизацию. В случае, если вызываемый абонент не подошел к радиостанции и не нажал кнопку ''ОТВЕТ'', то ведущая радиостанция не установит синхронизацию по причинам, изложенным в пункте 6.2.3 и загорится светодиод ''Срыв связи''. Вызывающий оппонент должен нажать кнопку ''ОТБОЙ'' и повторить попытку, то есть снова нажать кнопку ''ВЫЗОВ''. Вызываемый оппонент должен нажать на панели своей радиостанции кнопку ''ОТВЕТ'', что приведет к тому, УПВ подаст сигнал о том, что радиостанция стала ведомой, одновременно подавая питание на УВС. После этого вызываемая радиостанция ждет синхронизирующих сигналов от ведущей радиостанции, которые начинают подаваться немедленно после отпускания кнопки ''ВЫЗОВ''.

6.2.5 Описание функциональной схемы УВС

УВС - сердце радиостанции, представляет собой аналогово-цифровой блок с микропроцессорным управлением. Микропроцессор осуществляет вычисления длительности импульсов активной передачи, установление временной синхронизации и вычисление частного для системы выдачи полупериода синусоиды, которая подается в оконечный каскад передатчика для образования АМ модуляции с целью уменьшения ширины спектра.

Функциональная схема устройства временной синхронизации (УВС) приведена на рисунке 25. Система временной синхронизации работает следующим образом. При нажатии кнопки ''ВЫЗОВ'' с УПВ подается сигнал высокого уровня, который через диод VD1 на рисунке 25 подается на антенный переключатель. Одновременно с этим подается питание на УВС в целом. Система начального сброса (СНС на рисунке 25) сбрасывает RS-триггеры ТР1 и ТР2. Микропроцессор инициализирует систему, считывает бит информации от УПВ о том, какой режим работы - ведомый или ведущей, а так же записывая в регистр активной длительности RG число 91, что соответствует длительности _MIN = 45,5 мкс и в регистр частного число 45. Микропроцессор постоянно считывает информацию о наличии сигнала ''ВЫЗОВ'' от УПВ. В случае исчезновения сигнала ''ВЫЗОВ'' микропроцессор посылает сигнал на ждущий мультивибратор (ЖМВ), который подает сигнал на вход ''S'' триггера ТР1, через логический элемент DD1, опрокидывая его. Начинается процесс установления синхронизации. В это время микропроцессор выполняет холостые операции. Если радиостанция оказалось ведомой, то при нажатии кнопки ''ОТВЕТ'' как и в предыдущем случае подается питание на УВС в целом. Микропроцессор опрашивает бит ''ведомая/ведущая'', записывает в регистр RG число 91, как и в предыдущем случае, а в регистр частного - число 45. После инициализации начинает выполнять холостые операции. В случае, если кнопка ''ОТВЕТ'' нажималась при наличии вызывного сигнала, то от селективного электронного реле (СЭР), настроенного на вызывную частоту, равную 1 кГц, подается сигнал блокировки, чтобы не запустилась синхронизация радиостанций по заднему фронту вызывного сигнала.

Опрокинув триггер ТР1 в ведущей радиостанции сигнал с него через диод VD2 подается в передатчик и на антенный переключатель, указывая на то, что происходит передача. Одновременно с этим, происходит перезапись из регистра активной передачи RG в регистр предварительной записи реверсивного двоичного счетчика число 91 в двоичном виде. Триггер ТР1 открывает электронный ключ DD3 и на счетный вход двоичного счетчика поступают тактирующие импульсы с периодом 0,5 мкс, получаемые с делителя частоты на 4. Значения счетчика уменьшаются до нуля после прохождения на его счетный вход 91 импульсов, что соответствует времени =45,5 мкс. Обнуление счетчика снимается с его выхода ''=0'' и этим сигналом сбрасывается RS-триггер ТР1. Процесс передачи окончен. Радиостанция переходит в режим приема.

Сигал переднего фронта с триггера ТР1 переключает триггер ТР2, что в свою очередь через электронный ключ DD5 разрешает прохождение тактирующих импульсов на счетный вход двоичного счетчика прямого счета, измеряющей величину Т_ИЗМ, описываемую в пункте 6.2.2. При приходе ответного сигнала от ведомой радиостанции с приемного тракта ведущей радиостанции ответвляется сигнал на промежуточной частоте (ПЧ), который подается на перемножитель, затем на ФНЧ в результате чего выделяется огибающая - полупериод синусоиды. В усилителе сигнал приводится к прямоугольному виду. По сути дела, это усилитель с бесконечным большим коэффициентом усиления и ограничителем сигнала сверху и снизу. Передаточная характеристика такого усилителя имеет вид, представленный на рисунке 26. После прохождения импульса полупериода синусоиды через такой усилитель он превращается в почти прямоугольный с довольно крутыми фронтами.

Рисунок 26 - Передаточная характеристика усилителя

В дифференциаторе выделяются передние и задние фронты прямоугольных импульсов как показано на рисунке 27.



Рисунок 27 - Процесс выделения фронтов сигнала

Диоды VD+ и VD- на рисунке 25 пропускают соответственно положительные и отрицательные импульсы, соответствующие переднему и заднему фронту прямоугольного импульса. Эти импульсы запускают мультивибраторы переднего (ЖМВ пер. фронт) и заднего (ЖМВ зад. фронт) фронта соответственно. Ждущий мультивибратор переднего фронта через логический элемент DD5 сбрасывает триггер ТР2, запрещая прохождение тактирующих импульсов и в счетчике будет храниться информация о величине Т_ИЗМ. Одновременно с запиранием триггера ТР2 на микропроцессор через инвертор DD7 подается сигнал на вызов немаскируемого прерывания (MNI). Процессор из буферного регистра считывает информацию о значении величины Т_ИЗМ и сбрасывает счетчик измерения величины Т_ИЗМ через регистр сброса (RG сброса). После считывания Т_ИЗМ микропроцессор вычисляет величину периода Т=Т_ИЗМ+, где - текущая величина активной длительности передачи, сравнивает ее со значением 2х182 мкс =364. Если величина периода Т меньше 364-х, то микропроцессор инкрементирует значение длительности на одну единицу, что соответствует 0,5 мкс. Если величина периода Т больше 364-х, то микропроцессор декрементирует значение на одну единицу. Если период Т равен 364, то величина не изменяется. Новое значение записывается микропроцессором в соответствующем регистре - RG1. После окончания действия приемного сигнала ЖМВ заднего фронта формирует короткий импульс, запускающий триггер ТР1 и процесс повторяется. Все вышеописанное касается ведущей радиостанции. Ведомая радиостанция работает по точно такому же алгоритму, за исключением того, что изначально механизм синхронизации запускается от заднего фронта импульса, посланного ведущей радиостанцией.

Кратко следует сказать об образовании полупериода синусоиды для уменьшения ширины спектра излучаемого сигнала. В момент времени, когда микропроцессор окончит вычисления длительности активной передачи, он вычисляет абсолютное значение частного 2¹²/=4096/ и записывает его в регистр частного RG2. При ведении передачи на регистр-связку RG4 будет послано столько импульсов, сколько составляет в текущий момент длительность передаваемого импульса. На выходе регистра-связки RG4 за счет системы обратной связи с сумматором SM будет формироваться линейно-изменяющийся двенадцатиразрядный адрес таким образом, что в конце действия передающего сигнала на выходе регистра будет адрес, близкий к максимальному, то есть 4096₁₀ или 0FFFh. Этот адрес подается на ПЗУ типа РФ573РФ6 (8К х 8), старший адрес которого не используется. В ПЗУ ''зашиты'' значения синусоиды от 0 до с шагом аргумента /4096. Восьмиразрядная шина данных соединена с ЦАП на выходе которого формируется ступенчатый полупериод синусоиды. Пройдя ФНЧ с частотой среза 250 кГц на выходе получаем сигнал, подаваемый в передатчик для осуществления модуляции.

В заключении следует сказать о действиях УВС в случаях срыва синхронизации. При отсутствии ответа от радиостанции оппонента это воспринимается как отсутствие переднего фронта. Триггер ТР2 останется во включенном состоянии и будет пропускать счетные импульсы через ключ DD5 на счетчик. При достижении счетчиком значения 274, что соответствует

137 мкс, то есть максимально возможное значение Т_ИЗМ >Тмах-_МIN=136,5 мкс сбрасывается счетчик, если радиостанция является ведомой и зажигается светодиод ''Срыв синхронизации''. Радиостанция переходит в ждущий режим, ожидая импульса от ведущей радиостанции. Если радиостанция является ведущей, то при достижении величины 512, что соответствует значению

256 мкс формируется сигнал сброса триггера ТР2, счетчика и сигнал маскируемого прерывания INT, подаваемый на микропроцессор. Микропроцессор по системной магистрали посылает сигнал на ждущий мультивибратор, принудительно запуская передатчик, одновременно инкрементируя внутренний регистр ошибки. В случае безрезультатной попытки восстановить синхронизацию, о чем свидетельствует приход очередного сигнала INT, попытка восстановить синхронизацию повторяется. В случае использования 255 попыток микропроцессор переключает триггер Тр ''Срыв связи''. Это триггер зажигает одноименный светодиод. О том, что синхронизация восстановилась - свидетельствует приход импульса NMI - немаскируемое прерывание от ждущего мультивибратора - детектора переднего фронта.

6.2.6 Разработка алгоритма программы для микропроцессора

Блок схема программы приведена на рисунке 28. На рисунке приняты следующие обозначения RG - регистр активной длительности сигнала (RG1); RGчаст. - регистр частного (RG2); NOP - нет операции (холостая операция); ER - регистр попыток. В случае появления низкого уровня на выводе NMI программа начинает работу по колонке заданий, расположенных слева, (рисунок 28) над которыми стоит надпись NMI. В случае появления низкого уровня на выводе INT программа начинает работу по колонке заданий, расположенных справа, (рисунок 28) над которыми стоит надпись INT.



Рисунок 28 - Алгоритм работы микропроцессора

6.3 Проектирование функциональной схемы устройства персонального вызова

6.3.1 Требования, предъявляемые к устройству персонального вызова

Сформулируем ряд требований к устройству персонального вызова (УПВ). Входными сигналами для УПВ являются:

сигнал с кнопки ''ВЫЗОВ'';

сигнал с кнопки ''ОТБОЙ'';

сигнал с кнопки ''ОТВЕТ''.

Выходными сигналами для УПВ являются:

бит информации, поступающий в УВС о состоянии радиостанции - ''ведомая / ведущая'';

бит информации, поступающий в УВС о состоянии о состоянии кнопки ''ВЫЗОВ'' - ''ВЫЗОВ'';

подача стабилизированного питания +5 В на УВС и напряжения аккумуляторных батарей на передатчик радиостанции.

Кроме того, УПВ должно обеспечивать:

устранение ''дребезга контактов'' у всех управляющих кнопок;

наличие высокого уровня бита ''ВЫЗОВ'' при удерживании одноименной кнопки;

наличие высокого уровня на бите ''ведомая / ведущая'' при использовании радиостанции в ведомом режиме и низкого уровня при работе радиостанции в ведущем режиме, причем информация на этом бите появляется немедленно после нажатия кнопок ''ВЫЗОВ'' или ''ОТВЕТ'';

подача стабилизированного питания +5 В с током отдачи не более 300 мА для питания УВС при нажатии кнопки ''ВЫЗОВ'' или ''ОТВЕТ'' и удержания его до нажатия кнопки ''ОТБОЙ'';

подача напряжения на передатчик радиостанции, равное напряжению, снимаемому с аккумуляторной батареи при тех же условиях, что и в предыдущем пункте.

6.3.2 Описание работы функциональной схемы УПВ

Функциональная схема УПВ приведена на рисунке 29. Триггеры ТР1, ТР2, ТР3, ТР4 уничтожают дребезг контактов кнопок ''ВЫЗОВ'', ''ОТВЕТ'' и ''ОТБОЙ'' соответственно. При нажатии любой кнопки на выходе появляется высокий уровень, а при отпускании кнопки - низкий. В исходном состоянии триггер ТР5 имеет нулевое состояние, триггер ТР4 - единичное, что обеспечивается наличием в функциональной схеме системы начального сброса (СНС), которая при подачи питания устанавливает триггеры. При таком состоянии ключ КЛ выключен и питание на УВС и передатчик не подается.

При нажатии кнопки ''ВЫЗОВ'' и удержания ее на выходе триггера ТР1 сформируется высокий уровень и будет удерживаться до тех пор, пока не отпустят кнопку. Это обстоятельство используется для подачи бита ''ВЫЗОВ'' на УВС. Сигнал с триггера ТР1 сбросит триггер ТР4, устанавливая на его выходе низкий уровень, что будет говорить о том, что радиостанция стала ведущей. Кроме того, этот же сигнал через элемент DD2 взведет триггер управления питанием - ТР5. Это приведет к тому ключ КЛ замкнется, подав питание на передатчик и УВС, через стабилизатор тапа КРЕН5А, который способен стабилизировать +5 В при токе нагрузки до 1 А. Необходимое падение напряжение на ИМС КРЕН5А для ее нормальной работы должно составлять не менее 1,5 В. Следовательно напряжение питания должно быть не менее 6,5 В. В радиостанции для питания используются дисковые аккумуляторы с номинальным напряжением 1,25 В. Применение шести последовательно включенных аккумуляторов даст напряжение 7,5 В. Это значение и будет напряжением питания радиостанции.

Рисунок 29 - Функциональная схема устройства персонального вызова

При нажатии кнопки ''ОТВЕТ'' в случае звучания вызывного тона в динамике радиостанции произойдет взвод триггера ТР5 через элемент DD2. В свою очередь, это приведет к тому, что будет подано питание на узлы радиостанции. Отличие в том, что триггер ТР4 установится в высокий уровень, сигнализируя УВС о том, что выбран ведомый режим.

Нажатие кнопки ''ОТБОЙ'' сбрасывает триггер управления питанием ТР5, что выключает питание передатчика и УВС.

6.4 Проектирование функциональной схемы передатчика

6.4.1 Требования, предъявляемые к передатчику радиостанции

Сформулируем ряд требований к передатчику радиостанции (ПРД). Входными сигналами для передатчика являются:

сигнал с УВС, переключающий антенный переключатель с приема на передачу;

аналоговый сигнал с УВС - полупериод синусоиды;

сигнал ''ВЫЗОВ'' от УПВ

питание всех каскадов передатчика, поступающее от УПВ.

Выходным сигналом для передатчика радиостанции является:

выходной радиочастотный сигнал, подаваемый в антенну.

Кроме того, передатчик радиостанции должен обеспечивать:

усиление микрофонного сигнала и выдача нормированного сигнала на ЧМ модулятор;

ограничение полосы звукового сигнала до 2500 Гц;

блокировку кварцевого автогенератора при нахождении радиостанции в режиме приема;

усиление мощности радиочастотного колебания до 3 Вт в импульсе при максимальной амплитуде полупериода синусоиды;

формирование вызывного сигнала 1000 Гц при поступлении сигнала ''ВЫЗОВ'' с УПВ.

6.4.2 Описание функциональной схемы передатчика радиостанции

Функциональная схема передатчика предоставлена на рисунке 30. Сигнал с микрофона ВМ поступает на усилитель-компрессор, что обеспечивает выдачу нормированного сигнала на ЧМ модулятор. ФНЧ ограничивает спектральные составляющие звукового сигнала выше 2500 Гц с целю уменьшения ширины спектра высокочастотного ЧМ сигнала. ЧМ модулятор выполнен на варикапе VD с включенной последовательно индуктивностью L для компенсации начальной емкости варикапа, из-за особенности его работы.

Рисунок 30 - Функциональная схема передатчика радиостанции

Для получения девиации частоты в 5 кГц необходимо использовать каскад умножения частоты на два, так как получить девиацию частоты на автогенераторе (АГ) с кварцевым резонатором больше 2,5 кГц проблематично, что известно из /3/. Из вышесказанного можно сделать вывод, что частота кварцевого резонатора равна половине частоте несущей.

Ключ КЛ замыкается и блокирует автогенератор на время приема радиосигнала от радиостанции оппонента и размыкается на время передачи. Это побуждает спроектировать автогенератор с мягким режимом самовозбуждения. После прохождения удвоителя частоты, сигнал с частотой, равной несущей частоте поступает в усилитель мощности (УМ), в котором осуществляется АМ модуляция для уменьшения ширины спектра радиочастотного сигнала. Для формирования АМ модуляции усилитель мощности питается от эмиттерного повторителя VT на базу которого подается полупериоды синусоиды, поступающие в передатчик от УВС, усиленные предварительно по мощности в УМ.

При нажатии кнопки ''ВЫЗОВ'' замыкается кольцо положительной обратной связи, и усилитель начинает генерировать вызывные колебания с частотой 1 кГц. Одновременно с этим сигнал ''Вызов'' через УМ открывает транзистор VT, что заставляет выходной УМ подавать в антенну номинальную мощность.

6.5 Проектирование функциональной схемы приемника

6.5.1 Требования, предъявляемые к приемнику радиостанции

Сформулируем ряд требований к приемнику радиостанции (ПРМ). Входным сигналом для приемника являются:

входной радиочастотный сигнал с антенного переключателя

Выходными сигналами для приемника радиостанции является:

выходной аудио-сигнал, подаваемый в динамическую головку;

сигнал блокировки, подаваемый в УВС при приеме вызывного сигнала.

Кроме того, приемник радиостанции должен обеспечивать:

требования технического задания;

при отсутствии полезного сигнала блокировать прохождение шумов на динамическую головку, то есть иметь систему бесшумной настройки (БШН);

низкий ток потребления в дежурном режиме;

выходной фильтр низких частот для подавления пульсирующих звуковых колебаний.

6.5.2 Выбор интегральной микросхемы приемного тракта

Интегральные приемные микросхемы позволяют существенно уменьшить габариты, энергопотребление и стоимость разрабатываемой аппаратуры связи. Такие схемы включают в себя однокристальные супергетеродинные приемники с однократным или двойным преобразованием частоты и частотным или фазовым детектором на выходе, малошумящие усилители со смесителями и транзистором для местного гетеродина. Частотный диапазон этих ИМС простирается от десятков до сотен мегагерц, имеются также образцы, рассчитанные на работу в диапазонах 0,8...1,2 и 1,8...2,4 ГГц. Сокращению габаритов способствует и выполнение ИМС в миниатюрных и сверхминиатюрных корпусах для поверхностного монтажа. Таким образом, функциональная схема приемника целиком и полностью зависит от применяемой интегральной микросхемы. Остановим выбор на приемных интегральных микросхемах прогрессивной фирмы ''Моторола'', профессионально занимающейся радиосвязным оборудованием.

Номенклатура интегральных схем, предназначенных для построения приемных тактов беспроводных устройств связи, выпускаемых фирмой ''Моторола'', чрезвычайно широка и разнопланова. Основным критерием выбора компонентов является наиболее полное соответствие их параметров техническим требованиям, предъявляемым к приемному тракту. К таким требованиям относятся следующие:

диапазон входных частот;

количество преобразований частоты;

максимальные значения промежуточных частот;

полоса частот детектора и выходной цепи;

чувствительность при заданном отношении (сигнал+шум)/шум;

напряжение источника питания и ток потребления;

тип корпуса.

Фирмой MOTOROLA выпускается широкий спектр узкополосных ЧМ приемников как с однократным, так и с двукратным преобразованием частоты, причем такой широкой номенклатуры приемных интегральных схем (ИС) с двумя преобразованиями частоты не выпускает больше ни одна компания в мире. Интегральные схемы этой группы используются, в основном, для построения беспроводных устройств приема аналоговых речевых сигналов, передаваемых по радиоканалу при помощи узкополосной частотной модуляции. Основные технические характеристики ИМС взяты из /5/ для узкополосных приемников и приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры узкополосных ЧМ приемников

Наименование параметра	Наименование микросхемы
	МС33571	МС33592	МС3361	МС3371 МС3372	МС13150	МС3362	МС3363	МС13135 МС13136	МС13109 MC13110 MC13111
Максимальная частота входного сигнала, МГц	10,7	10,7	60	100	200	200	2003	2003	80
Количество преобразований частоты	1	1	1	1	1	2	2	2	2
Максимальная первая промежуточная частота, МГц	0,5	5	0,5	0,5	0,5	10,7	10,7	21	21
Максимальная вторая промежуточная частота, кГц	Нет	нет	Нет	Нет	нет	500	500	3000	500
Чувствительность, мкВ по -3дБ от уровня ограничения.	5	2	2,6	-	-	0,7	0,74	-	­
Чувствительность, мкВ при (с+ш)/ш, дБ	-	8/20	-	55/12 1/12	2,2/12	0,6/12	14/20 0,3/12	1/12	0,7/12
Полоса частот демодулятора, кГц	3...5	3...5	3...5	3...15	3...5	10	3...5	50	20
Уровень выходного НЧ сигнала, мВ эфф.	350	700	160	200	122	350	200	220	100
Коэффициент нелинейных искажений НЧ сигнала, %	-	-	0,86	3,4	-	-	2	3	0,7
ДД измерения уровня несущей, дБ	-	-	-	86	100	>65	-	70	65
Наличие измерителя уровня несущей	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Да	Да	Да	Да
Наличие БШН	Да	Да	Да	Да	Нет	Да	Да	Да	Да
Наличие выходного компаратора	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Да	Да
Наличие индикации приема сигнала	Да	Да	Да	Нет	Нет	Да	Да	Нет	Нет
Напряжение питания, В	4...8	6...9	2...8	2,4...9	2,5...6	2...6	2...6	2...6	2...5,5
Потребляемый ток, мА	5	7	6,4	4,8	3	5	84;10,5	4	7,1
Диапазон рабочих температур, оС	-30...70	-30...70	-30...70	-30...75	-40...85	-40...85	-40...85	-40...85	-40...85
Тип корпуса для поверхностного монтажа	SO-16	SO-20L	SO-16	SO-16	TQFP-24 TQFP 32	SO-24L	SO-28L	SO-24L	QFP-52 TQFP-48

Примечание А к таблице 2. Полоса частота демодулятора равна 2f_ДЕВ

Примечание Б к таблице 2

1. В новых разработках рекомендуется замена на МС3372

2. Для низкого напряжения питания рекомендуется МС3371

3. Без использования транзистора УВЧ.

4. С внешним гетеродином 400МГц.

5. Несогласованный вход.

Анализируя таблицу 2 можно сказать, что по требованиям чувствительности, ширины полосы демодулятора, токе потребления, наличия БШН, удовлетворяет большое количество микросхем. Однако применение микросхем с однократным преобразованием частоты невозможно, так как не существует пьезокерамических фильтров с полосой пропускания 2х37,5 кГц и частотой настройки 465 кГц или 455 кГц. Такие фильтры не предоставляется возможным изготовить, так как такие фильтры не являются узкополосными, а такие же только с частотой настройки 10,7 МГц или 6,5 МГц изготовить можно, так как для частоты настройки 6,5 МГц или 10,7 МГц эти фильтры будут узкополосные. Из-за этого обстоятельства необходимо выбирать ИС с двойным преобразованием частоты. Остановим выбор на микросхеме типа МС3362, несмотря на то что микросхема МС13135 имеет меньший ток потребления. МС3362 имеет встроенную систему бесшумной настройки с минимальном числом внешних навесных элементов и лучшую чувствительность. А при использовании микросхемы МС13135 БШН организовывать тяжелее.

В составе ИМС МС3362 имеются два смесителя с гетеродинами, усилитель-ограничитель второй промежуточной частоты, квадратурный частотный детектор, измеритель уровня несущей и компаратор. Первый гетеродин может работать и как LC генератор, и как кварцевый генератор. Граничная частота гетеродина составляет 190 МГц. Для управления частотой генератора в ИМС имеется варикап, управляющий сигнал на который может подаваться от системы ФАПЧ. Второй гетеродин выполнен по схеме Колпитца с заземленным коллектором, и, как правило, работает с кварцевым резонатором. Колебания как первого, так и второго гетеродинов через буферные каскады выводятся из ИМС. Как первый, так и второй смесители выполнены по двойной балансной схеме и имеют усиление 18 и 22 дБ соответственно. Расположение выводов и импедансы смесителей оптимизированы для применения дешевых пьезокерамических фильтров. Рекомендуется после первого смесителя применять пьезокерамический фильтр с центральной частотой 10,7 МГц, а после второго смесителя пьезокерамический фильтр на 455 кГц. УПЧ-ограничитель имеет 6 каскадов и полосу пропускания 1 МГц. Его выход внутри ИМС соединен с квадратурным детектором. Имеется вход для подключения квадратурного LC контура.

6.5.2 Описание функциональной схемы приемника радиостанции

Функциональная схема приемника радиостанции приведена на рисунке 31.

Рисунок 31 - Функциональная схема приемника радиостанции

Входной радиочастотный сигнал с антенного переключателя попадает во входную цепь (ВЦ), в которой осуществляется согласование с пятидесяти омным фидером и входным сопротивлением микросхемы МС3362, равным

450 Ом и подавление зеркального канала на 70 дБ. ИМС МС3362 выполняет двойное преобразование частоты, причем первая промежуточная частота равна 10,7 МГц, а вторая 455 кГц. Первый пьезокерамический фильтр выполняет подавление соседнего канала на 40 дБ. Сигнал со второго смесителя поступает на LC контур, настроенный на частоту 455 кГц с полосой пропускания 75 кГц. С LC контура сигнал промежуточной частоты подается на буферный каскад (БК), выполненный на операционном усилителе с низким током потребления. Сигнал с выхода БК используется в УВС для выделения фронтов. Так же сигнал с вторичной обмотки катушки попадает в усилитель-ограничитель, а затем в ЧМ демодулятор (Д) с подключенном к нему квадратурным контуром. Демодулированное аудио колебание подается в предварительный усилитель НЧ, который имеет вход бланкирования.

Приемник имеет систему БШН, которая работает следующем образом. Микросхема МС3362 имеет в своем корпусе систему наличия несущей. Сигнал с усилителя-ограничителя ответвляется и подается на специальный усилитель с детектором. При отсутствии несущей триггер Шмитта замыкает на ''корпус'' вход усилителя мощности. Уровень срабатывания триггера задается потенциометром.

Аудио-сигнал с выхода микросхемы подается в усилитель мощности (УМ) после чего в ФНЧ с крутым правым фронтам для восстановления сигнала из его системы отсчетов. Выход ФНЧ нагружен на динамическую головку.

6.6 Проектирование функциональной схемы антенного переключателя

Антенные переключатели - специализированные микросхемы с применением арсенида галлия. Фирма ''Моторола'' выпускает антенные переключатели, приведенные в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристики антенных переключателей

Наименование	Состав	Диапазон выходных частот, МГц	Напряжение питания, В	Потребляемый ток в режиме приема, мкА /передачи, мА	Точка 1-дБ компрессии, дБм	Развязка между каналами, дБ
MRFIC0903	Двунаправленный антенный ключ	10..2000	0..5,0	60	35,5	21
MRFIC1801	Антенный ключ	1500..2500	2,7..5,5	300	29	20
MRFIC1803	Антенный ключ, МШУ, УМ	1700..2500	2,7..3,3	100/28	-2	-
MRFIC1807	Антенный ключ, УМ	1500..2200	3,0..5,0	60/325	25	-
MRFIC1813	Антенный ключ, ШУ, УМ	1700..2500	2,7..4,5	25/24	2	-
MRFIC2003	Антенный ключ	100..1000	2,8..6,0	10	21	20

Выберем антенный переключатель MRFIC0903, так как это единственный переключатель способный работать на частоте СВ диапазона. Микросхема содержит в себе управляемый униполярным напряжением электронный коммутатор для радиочастотного сигнала, причем управление производится по двум входам. При подачи логической единицы на первый вход и логического нуля на второй вход ИМС подключает антенну к передатчику, а при подачи логического нуля на первый вход и логической единицы на второй вход ИМС подключает антенну к приемнику.

7. Расчет принципиальной схемы приемника радиостанции

7.1 Расчет входной цепи

7.1.1 Требования, предъявляемые к входной цепи приемника

Входная цепь должна обеспечивать согласование сопротивлений - входного сопротивления микросхемы, которое согласно /5/ равно 450 Ом с волновым сопротивлением коаксиального кабеля, равного 50 Ом.

Обеспечивать избирательность по зеркальному каналу, которое составляет 70 дБ, согласно техническому заданию на дипломный проект.

Входная цепь должна иметь органы настройки.

7.1.2 Выбор несущей частоты и определение зеркального канала

Радиостанция может работать на любой несущей частоте принадлежащей одному из значений сетки частот СВ - диапазона. Для удобства расчетов выберем значение несущей частоты радиостанции f₀=27 МГц. Следовательно, зеркальные каналы могут быть на частотах:

(37)

где f_ПР=10,7 МГц. Вычисляя значения по формуле (37) получаем, что при использовании верхней настройки частота зеркального канала равна

f_ЗК=48,4 МГц, а частота первого гетеродина f_Г1=37,7 МГц. При использовании нижней настройки, частота зеркального канала - f_ЗК=5,6 МГц, а частота первого гетеродина f_Г1=16,3 МГц. Необходимо использовать нижнюю настройку, так как кварца с частотой 37,7 МГц возбуждаемого на первой механической гармонике не существует, а кварц с частотой 16,3 МГц с возбуждением на первой гармонике существует. Возбуждение кварца на третьей механической гармонике и получение частоты первого гетеродина f_Г1=37,7 МГц требует дополнительных пяти деталей, а при возбуждении кварца на первой механической гармонике его достаточно подключить непосредственно к выводам микросхемы. Остановим выбор на частоте первого гетеродина

f_Г1=16,3 МГц, тогда зеркальный канал будет равен f_ЗК=5,6 МГц.

7.1.3 Проектирование трансформатора сопротивлений с 450 Ом на 50 Ом

В качестве трансформатора сопротивлений может быть предложена схема, изображенная на рисунке 32

Рисунок 32 - Трансформатор сопротивлений из 450 Ом в 50 Ом

Эта схема представляет из себя фильтр высоких частот (ФВЧ), который обладает избирательными свойствами. Расчет трансформатора сопротивлений можно вести по формулам (38)

(38)

где Rн - сопротивление нагрузки;

Rвх - входное сопротивление;

R₀ - произвольное сопротивление, значение которого должно быть меньше меньшего, например в два раза.

Подставляя значения Rвх=50 Ом, Rн=450 Ом R₀=25 Ом, получаем

Х_L1=50 Ом, откуда L₁=0,2947 мкГн;

Х_L2=109,141 Ом, откуда L₂=0,6434 мкГн;

Х_С=128,07 Ом, откуда С=46 пФ.

Таким образом, трансформатор сопротивлений имеет принципиальную схему, изображенную на рисунке 33.

Рисунок 33 - Принципиальная схема трансформатора сопротивлений с 450 Ом на 50 Ом

Схема обладает избирательными свойствами. Для вычисления значения избирательности по зеркальному каналу необходимо построить нормированный модуль комплексного коэффициента передачи по напряжению к значению коэффициента передачи на частоте несущей, то есть построить график функции или нормированную АЧХ

(39)

где - нормированный коэффициент передачи по напряжению;

- АЧХ трансформатора сопротивлений;

- значение АЧХ на несущей частоте.

Для вычисления значения затухания на частоте зеркального канала необходимо вычислить значение

_ЗК=lg (40)

где _ЗК - избирательность по зеркальному каналу, дБ;

f=5,6 МГц - частота зеркального канала

Данная задача решена с помощью ЭВМ с применением программы PSPICE. Распечатка программы приведена в приложении А. На рисунке 34 приведен график зависимости от частоты. Из графика узнаем значение на частоте зеркального канала, то есть при f=5,6 МГц. Это значение равно =0,01266 или в логарифмической шкале _ЗК=37,952 дБ.

...