Характеристика радиопеленгатора диапазона волн 5-7 ГГц

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

2. ВЫБОР ТИПА АНТЕННЫ

3. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕННЫ

4. ВЫБОР И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКОВ

5. АНАЛИЗ РАБОТЫ ПРИБОРА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Радиопеленгация - определение направления на источник радиоизлучения. Радиопеленгацию осуществляют при помощи радиопеленгаторов.

Радиопеленгатор является радиоприемным устройством, предназначенным для определения направления на передающую радиостанцию. Путем разнесения двух и более удаленных друг от друга точек приема сигнала можно определить местоположение источника излучения путем триангуляции.



1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Методы радиопеленгации

Для определения угловых координат целей используются угломерные, или пеленгационные радиолокационные устройства.

Угломерное устройство включает антенну (антенную систему), приёмник для обработки принятых радиолокационных сигналов и измерительное устройство. Одной из основных характеристик угломерного устройства является его пеленгационная характеристика, представляющая собой зависимость выходного напряжения приёмника от направления прихода радиоволны Uвых(ц). В зависимости от того, какой параметр сигнала - амплитуда, частота или фаза - оказывает основное влияние на формирование пеленгационной характеристики, методы измерения угловых координат можно подразделять на амплитудные, частотные или фазовые. Практически находят применение амплитудные и фазовые методы.

Амплитудные методы

В настоящее время известны и широко используются несколько амплитудных методов: максимума; минимума; сравнения; равносигнальный.

Рассмотрим их существо и принципы технической реализации.

При пеленгации по методу максимума плавно изменяется угловое положение антенны, и она в течение некоторого времени принимает сигналы цели; отсчёт угловой координаты цели производится в тот момент, когда амплитуда сигнала на выходе приёмника достигает наибольшего значения. Функциональная схема соответствующего угломерного устройства показана на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 - Функциональная схема угломерного устройства с отсчётом по максимуму

Механизм поворота вращает антенну; одновременно приводится в действие указатель поворота, по шкале которого отсчитывается направление оси антенны. Когда цель окажется в пределах диаграммы направленности антенны F(ц), в приёмник начнут поступать сигналы. Амплитуда сигналов зависит от углового положения антенны по отношению к цели. При вращении антенны выходное напряжение приёмника Uвых повторяет форму диаграммы направленности антенны (рисунке 1.2).

Рисунок 1.2 - Пеленгационная характеристика при пеленгации по максимуму

Это и будет пеленгационная характеристика угломерного устройства

Uвых(ц) = k F(ц),

где k - коэффициент пропорциональности.

Когда ось антенны совпадает с направлением на цель, выходное напряжение приёмника достигнет максимума; в этот момент указатель поворота антенны покажет пеленг цели цц.

Достоинствами метода являются простота его технической реализации и получение наибольшей (при прочих равных условиях) амплитуды принимаемого сигнала в момент пеленгации. Основной недостаток метода состоит в относительно низкой точности измерений угловой координаты.

Точность измерения угла характеризуется пеленгационной чувствительностью, представляющей собой крутизну пеленгационной характеристики вблизи направления на цель:

Чем больше пеленгационная чувствительность, тем выше точность измерения угловой координаты.

При пеленгации по максимуму для диаграмм направленности любого типа пеленгационная чувствительность очень мала (при точном пеленге ), поэтому и точность измерения координат относительно низка.

Метод пеленгации по минимуму отличается тем, что отсчёт угловой координаты производится в момент уменьшения до минимума выходного напряжения приёмника.

Рисунок 1.3 - Диаграмма направленности антенного устройства (а) и пеленгационная характеристика при пеленгации по минимуму (б).



Диаграмма направленности антенны пеленгатора должна иметь в средней части провал до нуля. Этого можно добиться, например, если использовать две антенны, повёрнутые в пространстве одна относительно другой на угол, равный ширине диаграммы направленности по нулевому уровню (рисунок 1.3,а).

Функциональная схема пеленгационного устройства такая же, как и при пеленгации по максимуму (смотри рисунок 1.1). Изменения амплитуды сигнала на выходе приёмника при повороте антенны характеризуются графиком рисунке 1.3,б; аналогичный вид имеет и пеленгационная характеристика Uвых(ц) = k F(ц), где функция F(ц) - результирующая диаграмма направленности.

При пеленгации по минимуму может быть получена высокая точность измерения угловой координаты, так как пеленгационная чувствительность велика. Но амплитуда сигнала вблизи направления пеленга мала; при точном пеленге она становится равной нулю.

Практически по методу минимума можно пеленговать только источники мощного собственного излучения. Поэтому метод пеленгации по минимуму, получивший широкое применение в радионавигации, в радиолокации не используется.

Метод сравнения характеризуется тем, что пеленг цели определяется по соотношению амплитуд сигналов, принятых одновременно двумя антеннами.

Основным достоинством метода сравнения является возможность мгновенного определения направления на цель в пределах относительно широкого сектора при неподвижной антенной системе. Наиболее существенным недостатком является относительно низкая точность измерения, существенно меняющаяся в зависимости от вида и взаимного расположения диаграмм направленности антенн, а также от прихода волны.



Рисунок 1.4 - Функциональная схема пеленгатора, в котором используется метод сравнения.

Частным случаем метода сравнения является равносигнальный метод пеленгации. Он также основан на сравнении амплитуд сигналов, принимаемых двумя антеннами, но для отсчёта углового положения добиваются равенства сигналов. При пеленгации цели по равносигнальному методу антенное устройство поворачивают до тех пор, пока выходное напряжение не окажется равным нулю. В этот момент угловая координата цели определяется по положению антенны.

Равносигнальный метод характеризуется высокой точностью, так как при измерении используется небольшой участок диаграмм направленности (вблизи равносигнального направления) с относительно большой крутизной. Этот метод часто используют для автоматического слежения за целью по угловым координатам.

Равносигнальный метод может быть реализован при использовании одной антенны, диаграмма направленности которой периодически изменяет своё положение в пространстве. В этом случае сравнению подлежат сигналы, принятые в различные моменты времени при разных положениях диаграммы направленности.

Фазовые методы

Фазовые методы основаны на измерении разности фаз электромагнитных колебаний, принимаемых различными антеннами. Метод характеризуется относительно высокой точностью измерения; он может быть использован для автоматического слежения за целями по угловым координатам. Существенными недостатками фазового метода являются неоднозначность отсчёта и отсутствие разрешения целей.

Методы измерения радиальной скорости

Измерение радиальной скорости основано на определении доплеровского сдвига частоты отражённого сигнала. Схема простейшей станции, обеспечивающей измерение доплеровской частоты сигналов, приведена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Функциональная схема измерителя доплеровской частоты

Генератор высокой частоты (f0) создаёт незатухающие колебания, излучаемые в пространство. Частота сигнала, отражённого от движущейся цели, будет отличаться от f0 на доплеровский сдвиг Fд; отражённый сигнал можно записать таким образом .

Принятые колебания смешиваются с колебаниями генератора . На выходе смесителя образуются колебания с частотой Доплера. Огибающая высокочастотных колебаний (частота биений) выделяется с помощью амплитудного детектора. Далее колебания на частоте Fд усиливаются и подводятся к измерителю частоты. Шкала измерителя градуируется прямо в единицах радиальной скорости цели



.

Рассмотренному радиолокационному устройству присущи все достоинства и недостатки станций с непрерывным излучением.

К специфическим достоинствам самого метода измерения следует отнести: простоту устройства станции; нечувствительность к медленным уходам частоты генератора.

Наиболее существенные недостатки метода: высокие требования к кратковременной стабильности частоты генератора (за время распространения радиоволн до цели и обратно); влияние любой паразитной модуляции колебаний генератора на работоспособность устройства; возникновение помех работе станции при наличии нескольких целей (на выходе детектора будут образовываться комбинации доплеровских частот и их гармоник ).

2. ВЫБОР ТИПА АНТЕННЫ

Проведём сравнительную характеристику антенн и выберем антенну, подходящую под заданные параметры.

Таблица 2.1 - Сравнительная характеристика антенн

Тип антенны	Характеристика
Вибраторные 1. Одновибраторные 2. Петлевые (Вибратор Пистолькорса) 3. Рамочные (магнитные вибраторы) 4. Турникетные	Наиболее просты в изготовлении, вследствие чего наиболее распространены, особенно на частотах метрового и дециметрового диапазонов. Вследствие низкого КНД используются в основном как приемные. Легко может быть реализована как линейная, так и круговая поляризация (турникетные антенны). При использовании специальной конструкции могут быть достаточно широкополосные (диполь Надененко) - полоса до 50%.
Рупорные 1. Пирамидальные - H-, E- секторальные - Остроконечные - Клиновидные 2. Конические	Являются модификацией простейшего излучателя в виде открытого конца волновода, видоизмененного для получения большего КНД. Это наиболее простые антенны, являющиеся частью питающего волновода. Имеют высокий КПД, являются широкополосными устройствами, однако для достижения высокого КНД необходимо увеличивать сильно размеры раскрыва рупора. Для обеспечения круговой поляризации необходимо вводить дополнительные элементы в раскрыв рупора, либо применять пару рупоров с взаимным смещением фаз 900. Формируют ДН от 100 (в пирамидальных) до 1400 (при раскрыве специальной формы). Применяются в качестве облучателей зеркальных и линзовых антенн.

Исходя из начального условия, диапазон рабочих частот нашего устройства находится в пределах от 5 до 7ГГц. Значит измеритель напряжённости будет работать в сверх длинноволновом диапазоне (5-7ГГц). Длинна волны на максимальной частоте будет находиться в сантиметровом диапазоне и составит:

,

Из приведенных выше типов антенн выбираем рупорную антенну.

Рисунок 2.1 - Рупорная антенна



Рисунок 2.2 - Внешний вид рупора

3. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕННЫ

Для расчёта напряжённости поля на приёмной антенне будем использовать упрощённую интерференционную формулу Введенского[1]:

Найдём из формулы (3.1) коэффициент усиления G:

,

Определим длину волны:

,

Из формулы 3.1 и с учётом формулы 3.3 получаем:

,

G = 20log(G) = 9.8

Определим КНД рупора[3]:

Определим КПД антенны с учётом влияния земли[1]:

,

С учётом (3.6) и (3.7) получаем:

Так же КНД рупора определяется длинной волны и площадью раскрыва рупора[2]:

,

Для оптимального рупора должно выполняться соотношение

,

где размеры рупора в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Подставив (3.10) в (3.9) получим:

,

Найдём размеры оптимального рупора из выражения (3.11):

,

,

Для расчёта размеров волновода учтём, что в нём должны распространяться только волны основного типа [3]:

,

Исходя из формулы (3.14) получим ширину волновода:

,

Высота волновода b должна удовлетворять условию и может быть равна a/2:

,

При разработке конструкций желательно использовать типовые размеры волноводов[4]. Выберем волновод размером 0.09х0.045м, с толщиной стенок 0.02 м.

Определим длину раскрыва рупора[2]:

,

,

,

,

,

Из формулы (3.22) получаем, что длинна раскрыва рупора равна:

,

Для построения диаграмм направленности[2] найдём коэффициент отражения:

,

,

,

Рассчитаем диаграмму направленности рупора в плоскости Е:

,

Построим получившуюся ДН рупора:



Рисунок 3.2 - ДН рупора в плоскости Е в декартовых координатах

Рисунок 3.3 - ДН рупора в плоскости Е в полярных координатах

Рассчитаем диаграмму направленности рупора в плоскости H:

,

Построим получившуюся ДН рупора:

Возбуждать волну будем с помощью штыря. Расстояние - расстояние от штыря до задней стенки волновода, расстояние - расстояние от возбуждающего штыря до начала раскрыва.

Расстояние вычисляется по формуле [3]:



,

Длина волновода должна удовлетворять условию фильтрации высших типов волн:

,

,

Присоединение радиочастотного кабеля к облучателю производен с помощью соединителя АРС-3,5 мм, который обладает следующими параметрами: волновое сопротивление 50 Ом; диапазон частот 0-32 ГГц; вносимые потери не более 0,18 дБ; количество присоединений/ рассоединений 5000[6].

Питание облучателя осуществляется с помощью коаксиального кабеля[5] РК-50-11-1: кабель со сплошной полиэтиленовой изоляцией, волновым сопротивление 50 ОМ, и затуханием 0,55дБ/м на частоте 5 ГГц.

Так как вместе с антенной будет использоваться усилитель, то следует рассчитать приведённую действующую высоту h'.

h'=h•Q ,

где Q - усиление входного контура.

Пусть усиление будет равное 10, тогда

,

Зная эту величину, мы в дальнейшем сможем определить взаимосвязь между величиной напряжённости и напряжением, возникающим на обмотке катушки антенны.

4. ВЫБОР И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКОВ

Для обработки сигнала, снятых с антенн, будем использовать приёмную часть как показано на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Функциональная схема приемной части радиопеленгатора

Расчет усилителя

Рассчитаем усилитель с коэффициентом усиления 10. Поэтому на каждом каскаде будет усиление

Рисунок 4.2 - Схема усилителя



Выберем операционные усилители КР544УД4Б

Рассчитаем резисторы R1 и R2 для первого усиления:

.

Зададимся R1 равным 10 кОм:

,

Рассчитаем резисторы R4 и R5 для второго усиления:

,

,

Зададимся R4 равным 10 кОм:

,

Рассчитаем дифференцирующую C9R3-цепочку, которая является фильтром высоких частот. Должно выполняться условие

Примем C9 равным 100 нФ, а R3 примем равным 10 кОм.

,

Схема подключения микроконтроллера

Для работы микроконтроллеров семейства MCS-51 необходимо присоединить времязадающую цепь для работы внутреннего тактового генератора, обеспечить сброс при включении электропитания, подключить память программ (внутреннюю или внешнюю).

На рисунке 4.3 приведена типовая схема подключения микроконтроллера IN80C51AN . Его технические характеристики:

* 4 кБайта встроенной программируемой памяти (до 1000 циклов записи\ перезаписи)

* рабочий диапахон частот от 0 до 24 МГц

* 256 x 8-bit внутренних ячеек памяти

* 32 программируемых входа/выхода

* три 16-ти битных таймера/счетчика

* 9 источников прерываний

* низкое энергопотребление

Для обеспечения генерации тактовой частоты к выводам XTAL1 и XTAL2 подключен кварцевый резонатор ZQ1. Частота резонатора выбирается из условия = и в нашем случае равна 16 МГц.

Конденсаторы С11,С12 служат для облегчения запуска внутреннего генератора. Цепочка С13,R27 обеспечивает сброс МК при подаче электропитания. По [2] выбираем конденсаторы:

C11: КМ-5 -П33 - 20 пФ 10%;

C12: КМ-5 -П33 - 20 пФ 10%;

C13: К50-6 -25 В - 10мкФ 20%;

C14: К73-16 -63 В - 0,1 мкФ 10%;

С помощью кнопки SB3, расположенной на пульте управления, сброс МК может выполнить оператор в любой момент времени. На вывод EA подан высокий уровень, что разрешает работу внутренней памяти программ. Конденсатор С14 служит для фильтрации высокочастотных помех, возникающих на выводах источника питания при работе микросхемы.

К выводам порта Р0 присоединены “подтягивающие” резисторы R28-R35, которые обеспечивают ток для входов микросхем ТТЛ, подключенных к этому порту, при высоком логическом уровне, когда все линии Р0 находятся в z-состоянии. Порты Р1,Р2,Р3 имеют внутренние “подтягивающие” резисторы.

,

Цепочка R27C13- организовывает сброс МК. Время сброса 0.1-1с. Рассчитаем резистор R13 при заданном конденсаторе.

,

По справочнику [2] выберем резисторы:

R28-35: МЛТ - 0.125 - 4,7 кОм 10%;

R27: МЛТ - 0.125 - 10 кОм 10%;

По [6] выберем кварцевый резонатор ZQ2:

РК169МА-6БС- 16Мгц

Рисунок 4.3 - Схема подключения микроконтроллера с внутренней памятью программ



Схема ввода цифровых и аналоговых сигналов

Для обработки и снятия сигнала с 4 антенных устройств , возьмем восьми канальный коммутатор , управляемый микропроцессором с портов DD4/6, DD4/7, DD4/8 .

Восемь аналоговых сигнала поступают от датчиков. Для того чтобы контроллер смог их обработать эти сигналы нужно оцифровать. Выбираем восьмиканальный - КР590КН1. Микросхемы представляют собой восьмиканальные МОП-коммутаторы с дешифратором. Условное графическое обозначение микросхем приведено на рисунке 4.4, на рисунке 4.5 приведена их функциональная схема.

Рисунок 4.4 - Условное графическое обозначение микросхем К590КН1, КР590КН1

Рисунок 4.5 - Функциональная схема коммутаторов К590КН1, КР590КН1



В таблице 4.1 приведены состояния аналоговых каналов коммутаторов в зависимости от логических уровней на входах дешифратора 22, 21, 20 и входе разрешения Е.

Таблица 4.1 - Состояния каналов коммутаторов К590КН1, КР590КН1

Логические входы	Открыт канал
22	21	20	Е
0 0 0 0 1 1 1 1 х	0 0 1 1 0 0 1 1 х	0 1 0 1 0 1 0 1 х	1 1 1 1 1 1 1 1 0	1 2 3 4 5 6 7 8 Все закрыты
х - безразличное состояние

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания:

-15 В

+5 В

Ток потребления, не более 3,5 mA

Сопротивление в открытом состоянии, не более 200 Ом

Время включения, не более 1 мкс

Входное напряжение на логических входах:

низкого уровня 0…0,8 В

высокого уровня 3,6…5,5 В

Коммутируемое напряжение 5 В

Коммутируемый ток 10 mA

Выбранный аналоговый сигнал поступает на АЦП. К1108ПВ1 - это 10-битный быстродействующий функционально законченный АЦП последовательного приближения. Поскольку для заданной точности достаточно 8-ми битного режима включения при напряжении от 0..10 В, то тогда задействуем первые 8 выходов.

Рисунок 4.6 - АЦП К1108ПВ1

Назначение выводов:

D0 - цифровые выходы кода АЦП;

- выход сигнала готовности данных;

(12й вывод) - напряжение источника питания (цифровая часть);

SE 10/8 - укороченный цикл;

GD - цифровая общая шина (цифровая земля);

(15й вывод) - напряжение источника питания (аналоговая часть);

FC1 - коррекция операционного усилителя;

AI - аналоговый вход;

- внешнее опорное напряжение;

FC2 - коррекция операционного усилителя источника опорного напряжения;

GA - аналоговая общая шина (аналоговая земля);

- напряжение источника питания;

- вход запуска АЦП;

CLK - вход тактовых импульсов;

- разрешение считывания кода АЦП.

Основные параметры микросхемы К1108ПВ1:

Напряжение питания цифровой части +5В/-5,2В.

Ток потребления не более 50мА для U+ и 130мА для U-.

Входной ток не более 6мА.

Время преобразования в 10-битном режиме не более 0,9мкс.

Время преобразования в 8-битном режиме не более 0,75мкс.

Частота внутреннего генератора 1,6МГц.

Выходы АЦП с z-состоянием. Управление происходит с помощью входа . Подключим этот вход АЦП к 5му выводу порта Р1 (Р1.5). При =Р1.5=0 появляется возможность считать код с выхода АЦП. При =Р1.5=1 выходы АЦП переходят в z-состояние.

Конденсатор С17 между выводами CLK и GD необходимый для работы внутреннего тактового генератора поставим ёмкостью 24пФ (К10-19 - М75 - 30В - 24пФ ±10%).

R37-МЛТ-0.125-10Ком+10%

Конденсаторы С16и С18 с выводов FC1 и FC2 служат для частотной коррекции операционных усилителей в АЦП. Возьмём два конденсатора по 0,47мкФ (неэлектролитических) - К73-17 - 63В - 0,47мкФ ±10%.

Т.к. АЦП быстродействующий, то для его надёжного запуска необходимо подавать короткий импульс на вход . Эту функцию реализует одновибратор КР1533АГ3.

Рисунок 4.7 - Одновибратор КР1533АГ3

Микросхема КР1533АГ3 - два одновибратора с перезапуском. Каждый одновибратор имеет прямой и инверсный выходы, вход сброса (активный уровень - низкий), два входа запуска: В - прямой с активным высоким уровнем и А - инверсный с активным низким уровнем. Длительность выходного импульса определяется внешними элементами R и C (tи=0,7RC). При R=10кОм и C=20пФ длительность выходного импульса равна 140нс, чего вполне достаточно для надёжного запуска АЦП.

R36 - МЛТ 0,125 - 10кОм ±10%

С 15- К10-19 - М75 - 30В - 20пФ ±10%.

Т.к. активный уровень входа ST - низкий, то к нему подключаем инверсный выход одновибратора. АЦП К1108ПВ1 имеет внутренний ИОН напряжением +2,5В. Но входной сигнал может достигать +10В. Поэтому необходим внешний ИОН. Возьмём микросхему фирмы ANALOG DEVICE AD581U. угломерный радиолокационный антенна микроконтроллер

Рисунок 4.8 - ИОН AD581U

AD581U - интегральный источник опорного напряжения. Его параметры:

Напряжение питания +15В.

Выходное напряжение +10В.

Максимальный выходной ток 20мА.

Минимальная нагрузка 500Ом.

Выход ИОН подключаем ко входу АЦП , при этом соединив вывод FC2 с землёй через резистор в 100 Ом.

Для согласования аналогового коммутатора с АЦП применим повторитель напряжения на ОУ. Возьмём ОУ К140УД7 с параметрами:

Uпит = +/-15В

Uсм = 6мВ

Ku = 68дБ

Rвх=1МОм

Рпот = 120мВт

Рисунок 4.9 - ОУ К140УД7

Схема ввода аналоговой информации представлена на следующем рисунке.

Рисунок 4.10 - Схема ввода аналоговой информации

Четыре аналоговых сигналов U1,U2, U3,U4 с датчиков подаются на входы Х1,Х2, Х3,Х4 аналогового коммутатора. Тот или иной канал выбирается в зависимости от состояния вывода порта Р1.1, Р1.2, Р1.3. Выбранный сигнал через повторитель напряжения на ОУ поступает на аналоговый вход АЦП DA12. Далее подаётся импульс с порта Р1.5 на вход В одновибратора, который генерирует короткий импульс (140нс) необходимый для запуска АЦП. После запуска АЦП происходит преобразование аналогового входного сигнала в двоичный код на выходе. Т.к. по заданию достаточно использовать 8 бит, то к порту Р0 микроконтроллера подключены 8 старших разрядов выхода АЦП. После поступления на вход ERD напряжения низкого уровня на выходах АЦП появляется оцифрованный сигнал, готовый для считывания. При подаче на вход ERD «1» АЦП закрывается, т.е. выходы переходят в Z-состояние.

Схема сопряжения с интерфейсом ИРПС

МКС должна быть связана с центральным компьютером. МК по запросу центрального компьютера (ЦК) должен отправлять данные о сигналах с датчиков и управляющих сигналах. Для этой цели служит интерфейс ИРПС.

Рисунок 4.11 - Схема сопряжения МК с интерфейсом ИРПС

Схема сопряжения МК с интерфейсом ИРПС - стандартная. Сигнал от ЦК - ток - протекает через светодиод оптрона V1 (АОТ110А). Поток света от этого светодиода попадает на фотоприёмник в виде транзистора оптрона и тем самым вызывает генерацию тока. Ток с транзистора оптрона протекает через резистор R25,R26 в 1кОм (МЛТ 0,125 1кОм ±10%), формируя на нём напряжение. Это напряжение инвертируется и идёт на приёмник МК - вход RxD (Р3.0). В качестве DD3 лучше взять триггер Шмидта. Это повысит помехозащищённость и увеличит крутизну фронтов. Диод VD6 КД510А защищает светодиод оптрона от обратного напряжения.

Аналогично с передатчиком. Сигнал от МК с выхода TxD (Р3.1) инвертируется микросхемой DD2. Низкий уровень на выходе DD2 (К155ЛН3) обуславливает протекание тока через оптрон V2 (АОТ110А).

При 2.5В максимальный ток составляет 25mA, рассчитаем токоограничивающий резистор R23 и R24.

,

R23, R24: МЛТ-0.125-100 Om + 10%

Резистор R25,R26=1КОм (МЛТ 0,125 10КОм ±10%) ограничивает ток передатчика.

ИРПС требует отдельного источника питания на 12В.

DD3 микросхема К155ТЛ2 - это 6 триггеров Шмидта инверторов. Входы имеют гистерезис 400мВ.

Проектирование блока питания

Блок питания имеет 4 канала для питания усилителя мощности(+E,-E) и операционных усилителей(+U,-U). В качестве стабилизатора применяется интегральный стабилизатор напряжения. Для повышения тока питания усилителя мощности применяется схема с повышенным входным током.

Напряжение питания операционных усилителей +15 и -15 , используем интегральный стабилизатор КР1180ЕН15 [DA13] для +15 В и КР1179ЕН15 для -15 В[DA14].



Рисунок 4.12 - Схема включения интегрального стабилизатора КР1180ЕН15

Параметры выбранного интегрального стабилизатора:

Uвых=15±0,3 В,

Uмин=2,5 В,

Iп?8мА,

Uвх?35 В,

Iвых=1,5 А.

Напряжение питания усилителя мощности +12В и -12В, используем интегральный стабилизатор КР1180ЕН12 [DA16] для +12 В и КР1179ЕН12 [DA17] для -12 В. Для питания +5В используем интегральный стабилизатор КР1180ЕН5 [DA15].

Параметры выбранного интегрального стабилизатора:

Uвых=12±0.24 В, Uмин=2,5 В, Iп?8мА, Uвх?35 В, Iвых=1,5 А.

Входное (выпрямленное) напряжение стабилизатора выбирают из условия:

Uв1 = Uвх1 = (Uвых1+Uмин1+Uбэ) (1+ Кн+Кп) =(15+2,5+1)•(1+0.1+0.1)=22.2В

Выбираем конденсаторы С3 - С8 [1]:

С21,С29: К53-14-30 В - 0,33 мкФ 20%;

C23,С26,С28: К53-14-30 В - 1 мкФ 20%.

C24,С27,С32: К53-14-30 В - 30 мкФ 20%.

C22, С33: К10-17А М47 -10 нФ 10%

С25,С31: К53-14-30 В - 10 мкФ 20%.

Расчёт и выбор выпрямителя и схемы фильтра для питания ОУ

Рассчитаем действующее значение напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора предназначенного для питания каналов E+ и E- :

Выбираем диоды VD7-VD10 [3]: КД202А .

Параметры выбранных диодов:

Iпр.=5 А,

Uобр.max=50 В,

Iобр=1000 мкА,

Fd max= 5КГц.

Рассчитаем емкость конденсаторов С19 и С20. Т.к. конденсаторы симметричны, то их емкости одинаковы.

,

где tр - время разряда конденсаторов (tр=7мс).

Iпр.ср.=0.6575 А

мФ.

Выбираем С19 и С20 [1]: K50-35А-25 В-1000мкФ±10%

Выбираем трансформатор ТПП 305 ПЛМ27х40-36, N = 135 ВА, I = 1,4/0,79

Параметры выбранного трансформатора:

- номинальная мощность: 135 В•А,

- ток первичной обмотки: 1,4/0,79 А,

- ток вторичной обмотки:1,53 А,

- напряжения вторичных обмоток:

U11-12=19,8В;

U17-18=19,8В;

U13-14=19,8В;

U19-20=19,8В;

U15-16=4В;

Поворотное устройство

В качестве поворотного устройства возьмём шаговый двигатель ДШИ-200-1 , управляемый микроконтроллером PIC16F84A по униполярной схеме включения (рис. 4.14). Это позволит управлять шаговым двигателем в ручном режиме, либо запрограммировать его на определённый тип работы с помощью программатора, подключаемого через разъем XS1.

Рисунок 4.14 - Униполярная схема включения шагового двигателя

Таким образом, схема работы поворотного устройства показана на рисунке 4.14. Так же представлена программа работы шагового двигателя в ручном режиме.

Пояснения к схеме:

Разъем SX1	Разъем для внутрисхемного программирования микроконтроллера, LPT программатора.
Светодиод VD1	Предназначен для контроля работы схемы. При подаче питания - серия из 3х вспышек. При работе - вспышка на сигналы STEP_LEFT или STEP_RIGHT
RA0-RA3	Выходы на управление обмотками шагового двигателя. Сюда подключается усилители на биполярных транзисторах, к которой подключаются обмотки двигателя. На этих выводах появляется "бегущая 1" направление которой зависит от сигналов STEP.
RB4-RB5	Соответственно input STEP_LEFT и STEP_RIGHT.

Транзисторы VT1-VT4 и диоды VD2-VD5 выбираются по номинальному току обмоток шагового двигателя, с запасам в 30% так как пиковый ток превышает номинальный на 20% , для исключения влияния переходных процессов и кратковременных перегрузок , и по напряжению Uкэ=12в. Параметры шаговых двигателей приведены ниже.

Параметры	ДШИ-200-1	ДШИ-200-2	ДШИ-200-3	ДШИ-200-0,5
Макс. статистический cинхронизирующий момент, нм	0,25	0,46	0,84	0,32
Единичный шаг, град. и погрешность отработки шага	1,8 (±3%)	1,8 (±3%)	1,8 (±3%)	1,8 (±5%)
Макс. частота приемистости, Гц	1200	1000	1000	920
Номинальный ток питания в фазе электродвигателя, А	1,5	1,5	1,5й	1,5
Сопротивление фазных обмоток, Ом	1,56±0,15	2,1±0,2	3,35±0,3	3,35±0,3
Индуктивность фазных обмоток, мГ (не более)	1,6	3,0	6,2	14
Биение вала, мкм (не более)	12	12	12	12

Выбираем транзисторы VT1-VT4 - КТ805AM

КТ805АМ Структура n-p-n

Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В 60

Макс. напр. к-э при заданном токе к и заданном сопр. в цепи б-э.(Uкэr макс),В 60

Максимально допустимый ток к ( Iк макс,А) 5

Статический коэффициент передачи тока h21э мин 15

Граничная частота коэффициента передачи тока fгр,МГц 20.00

Максимальная рассеиваемая мощность к (Рк,Вт) 30

Корпус KT-28-2

Диоды VD2-VD5 -КД213Г

КД213Г

Макс. допустимое обратное напряжение, В: 100

Максимальный постоянный прямой ток, мА: 10А

Максимальная рабочая частота, кГц: 100

Врямя восстановления, мкс: 0,3

Кварцевый резонатор ZQ1 - 4МГц, оптимальная частота работы данного микроконтроллера, так как ток потребления покоя мал.

ZQ1- 6ДС:

Резонансная частота,МГц 4.00

Номер гармоники 1

Точность настройки dF/Fх10-6 15

Температурный коэффициент, Ктх10-6 30

Нагрузочная емкость,пФ 16

Рабочая температура,С 60...85

Корпус HC-49U

Длина корпуса L.,мм 13.5

Диаметр(ширина)корпуса,D(W),мм 11.5

Переключатели SB1-SB2 рассчитаны на небольшой ток переключения, выберем МП-9:

Рабочее напряжение,В 250

Рабочий ток,А 2

Плунжер кнопка

Светодиод VD1- АЛ307В, зеленый.

Прямой ток 20мА;

Прямое напряжение 2.8В

Согласно параметрам VD1, рассчитаем ограничительный резистор.

Выберем R21- МЛТ-0.125-360 Ом +5%

Конденсаторы C9-C10 задают стабильность работы кварцевого резонатора и отфильтровывают переменную составляющую.

С9-С10:КМ5-22пФ-МПО+2%

Резистор R22-задает сброс микроконтроллера при включении.

R22- МЛТ-0.125-10К Ом +5%

Все разъемы в данном курсовом проекте возьмем 2РМД24Б10Г5В1, розетка.

Серия 2РМД

Функциональное назначение розетка

Способ монтажа пайка на кабель

Форма контактов прямые

Количество контактов 10

Материал корпуса металл

Материал изолятора карболит

Сопротивление изолятора не менее,МОм 1000

Покрытие контактов серебро

Сопротивление контактов не более,Ом 0.005

Рабочий ток,А

Максимальный ток, не более,А

Рабочее напряжение ,В 560

Максимальное напряжение не более,В 700

Рабочая температура,оС-60...100

Рисунок 4.15 - схема включения обмоток шагового двигателя

5. АНАЛИЗ РАБОТЫ ПРИБОРА

Сигнал принимается на частоте от 3ГГц до 30ГГц, частота настройке регулируется переменным конденсатором, на антенное устройство. Затем этот сигнал требуется усилить, для дальнейшей работы с ним, усилитель реализован на двух ОУ, с общим коэффициентом усиления 500раз.

Рисунок 5.1 - Осциллограмма сигнала на входе

Затем сигнал поступает на коммутатор, который управляется микроконтроллером, т.е. мы равномерно переключаем каналы, в результате чего блок обрабатывает последовательно все 4 сигнала. После выбора канала коммутатора, сигнал поступает на повторитель, собранный на ОУ, он служит для согласования входов с АЦП. Затем после повторителя сигнал подается на АЦП и оцифровывается.

Рисунок 5.2- Оцифровывание сигнала

Затем оцифрованный сигнал предается в регистр, который в свою очередь так же управляется микроконтроллером, все это создает синхронизацию между работай АЦП и микроконтроллером. После того как оцифрованный сигнал поступил в микроконтроллер, происходит его запоминание и дальнейшей обработка со следующим сигналом. После обработки двух сигналов, все данные передаются через интерфейс ИРПС, на персональный компьютер. В дальнейшем собрав данные с порта ИРПС мы можем построить графики обработанных сигналов, и в дальнейшем вывести их на печатающем устройстве, либо провести дальнейшую обработку.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового проекта на тему: «Радиопеленгатор диапазона волн 5-7 ГГц», были выполнены следующие работы:

1. Рассмотрена актуальность поставленной задачи

2. Проведен аналитический обзор существующих вариантов построения радиопеленгаторов.

3. Проведен анализ сверх длинноволновых и длинноволновых антенн пригодных для использования в диапазоне 5-7 ГГц. По результатам выполнения этой части работы, в качестве одиночного излучателя была выбрана магнитная ферритовая антенна.

4. Произведен расчет параметров ферритовой антенны и произведен расчет диаграмм направленности антенной системы из комплекса четырех антенн.

5. Разработан блок питания, выдающий постоянное напряжение +-12вольт, +-15вольт,+5вольт при подключении к сети с напряжением 220 вольт промышленной частоты 50 Гц. Рассчитаны параметры соответствующих элементов.

6. Комплектующие и материалы разрабатываемого устройства выбирались исходя из заданного рабочего температурного диапазона (минус 30 до плюс 40 град С).



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Денисов В.П. , Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы. 2002.

2. Карпов В.М. и др. Широкополосные устройства СВЧ. 1984.

3. Соколов О.Л. и др. Радиоавтоматика. 2003.

4. Чердынцев В.А. Радиотехнические системы. - Минск.: «Вышэйшая школа». 1988.

Размещено на Allbest.ru

...