Радиостанция сверхвысокочастотного диапазона

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Воронежский государственный технический университет (ВГТУ), Воронеж, РФ

Радиостанция сверхвысокочастотного диапазона

А.В. Володько, М.А. Сиваш, О.В. Бойко, В.А. Мальцев

Аннотация

В данной работе описана радиостанция сверхвысокочастотного диапазона. Приведены структурная схема установки и принцип работы. Установка относится к технике связи в СВЧ диапазоне и может быть использована в носимых радиорелейных переговорных станциях, а именно, в бытовых и служебных условиях для скрытной передачи информации, в аппаратуре охраны, сигнализации и дистанционного управления. Опыт эксплуатации установки студентами во время проведения лабораторных занятий показал высокую учебную эффективность экспериментов.

Ключевые слова: учебное оборудование, связь, СВЧ, приемопередатчик.

Abstract

Radio uhf band

A. V. Volodko, M. A. Sivash, O. V. Boyko, V. A. Maltsev

Voronezh State Technical University (VSTU), Voronezh, Russia Federation

The radio station in the microwave range is described in report. The block diagram of the installation in the mode and the principle of operation are given. The installation refers to the communication technology in the microwave range and can be used in wearable radio relay communication stations, namely, in domestic and service conditions for covert transmission of information, in the equipment of protection, alarm and remote control. The experience of operation of the installation by students during laboratory sessions showed its high educational efficiency of experiments.

Keywords: training equipment, communications, microwave, transceiver.

Введение

Актуальной проблемой современного высшего образования является отсутствие современного лабораторного оборудования. Приобретение нового экспериментального радиолокационного оборудования затруднительна в первую очередь из-за его высокой стоимости. Таким образом, разработка нового лабораторного оборудования, обладающего высокой учебной ценностью и низкой себестоимостью, является важной и актуальной задачей.

Теоретические и практические аспекты радиорелейной связи и распространение СВЧ волн изучаются дисциплиной «Радиолокационные системы и комплексы». Оборудование, а именно специальные лабораторные стенды, на данный момент устарели, при этом подобные учебные стенды в России не выпускают. Поиск в сети интернет показал, что требуемая лабораторная установка имеет прототипы, но прямых аналогов не имеет. В связи с этим фактом было принято решение провести разработку стенда для исследования работы приемной и передающей аппаратуры в СВЧ диапазоне.

сверхвысокочастотный радиорелейный связь

1. Описание лабораторной установки

Установка разработана студентами специальности «Радиоэлектронные системы и комплексы» в рамках дипломного проектирования

Приемная и передающая СВЧ часть приемопередатчика выполнена на базе конвертера спутникового телевидения GI - 211. В приемном тракте конвертер используется в типовой схеме включения, а в передающем тракте конвертер был подвергнут глубокой модернизации, что позволило реализовать на его основе передатчик с частотой около 10,7 ГГц и мощностью не более 1 мВт. Передаваемый СВЧ сигнал модулируется по амплитуде сигналом поднесущей частоты с центральной частотой около 100 кГц. Для передачи речевых сообщений применен метод частотной модуляции поднесущей частоты. Приемопередатчик выполнен по трансиверной схеме: каналы приема и передачи имеют общий блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), включающий в себя генератор, управляемый напряжением (ГУН), фазовый дискриминатор (ФД) и фильтр низкой частоты (ФНЧ). Структурная схема лабораторной установки показана на рис. 1.

Рис. 1 Структурная схема лабораторной установки

С целью импортозамещения, система ФАПЧ реализована на отечественной аналого-цифровой микросхеме К561ГГ1.

Функционирование лабораторной установки в режиме приема обеспечивается следующими блоками: конвертера СВЧ GI - 211, фильтр поднесущей частоты; усилитель поднесушей частоты; система ФАПЧ, фильтр низких частот, усилитель низких частот, громкоговоритель.

В режиме «приема» сигнал частотой 10.7 ГГц поступает на приемную рупорную антенну конусного типа, за которой установлен усилитель СВЧ, далее сигнал в смесителе перемножается с частотой гетеродина и поступает в фильтр ПЧ, в результате на выходе конвертера формируется сигнал промежуточной частоты около 1 ГГц. Далее происходит ее усиление и детектирование, после чего сигнал поступает на радиочастотный фильтр поднесущей частоты (100 кГц), к выходу которого подключен усилитель поднесущей частоты. В режиме приема электронные ключи (3) и (4) находятся в замкнутом состоянии, а ключи (1) и (2) - в разомкнутом. С выхода усилителя поднесущей частоты, через электронный ключ (4) сигнал подается на вход системы ФАПЧ, выполняющей роль синхронного детектора частотной модуляции, далее демодулированный сигнал звуковой частоты, через фильтр ФНЧ и электронный ключ (3) поступает на вход усилителя низкой частоты, нагрузкой которого служит громкоговоритель.

Работа СВЧ радиостанции в режиме «передача» обеспечивается следующими блоками: микрофон улавливает звуковые колебания абонента, желающего передать свою речь, и преобразует их в электрический сигнал, который далее усиливается микрофонным усилителем. В режиме «передача» электронные ключи (1) и (2) находятся в замкнутом состоянии, а ключи (3) и (4) в разомкнутом. С выхода микрофонного усилителя сигнал поступает на генератор, управляемый напряжением (ГУН) системы ФАПЧ, где генерируется сигнал поднесущей и осуществляется ее частотная модуляция по закону звукового сигнала, с выхода ГУН сигнал, близкий по форме к меандру, через электронный ключ (2) поступает на вход усилителя-формирователя поднесущей частоты, и далее на управляющий вход мощного ключевого каскада, нагрузкой которого служит переделанный в передатчик СВЧ спутниковый конвертер. Излучение формируется передающей рупорной антенной конусного типа в сигнал частотой порядка 10,7 ГГц с горизонтальной поляризацией.

2. Лабораторные исследования

Внешний вид лабораторной установки представлен на рисунке 2.

Рис. 2 Внешний вид лабораторной установки

Рис. 3 Размещение элементов внутри лабораторной установки

Лабораторная установка потребляет постоянное напряжение 12 В и ток не более 150 мА, габаритные размеры 250 Ч 200 Ч 100 мм, масса изделия не более 1 кг.

При передаче меандра с одной станции на другую, на передающей части с помощью цифрового осциллографа был зафиксирован сигнал, а приемной части был принят сигнал с сильным дифференцированием, что удовлетворяет требованиям, так как информация заключается в изменении частоты. Полученные данные представлены на рисунке 4.

Рис. 4 Меандр на передающей части (а) и сигнал на приемной части (б)

По окончании настройки были проведены натурные испытания для оценки возможности связи между двумя корреспондентами на различных расстояниях и условиях видимости (рис. 5).

Рис. 5 Связь по отраженному от стены сигналу и связь сквозь кустарник

Проведенные исследования в пределах лаборатории показали, что сигнал очень чувствительный к перемещению людей и предметов по лаборатории и проявляется ярко выраженная интерференция сигнала. Однако динамический диапазон разработанной системы связи оказался вполне достаточным для обеспечения надежной связи.

Была установлена возможность связи по рассеиванию стены на расстояние до 8 метров, субъективно качество связи «хорошее».

Проведена связь через кирпичную стену толщиной 45 см на расстоянии 3 м, субъективно качество связи «хорошее», но при этом наблюдались небольшие шумы.

На улице была проведена связь сквозь растительность (кусты) на расстоянии до 50 метров, субъективно качество установленной связи было отличным.

Далее были проведены испытания на расстоянии прямой видимости. Так, на дистанциях от 50 до 200 метров субъективно качество связи «отличное», на расстояниях 250-450 метров качество связи хорошее, а максимальное расстояние при котором качество связи было удовлетворительно составило 800 метров.

Заключение

Разработанная лабораторная установка внедрена в учебный процесс специальности «Радиоэлектронные системы и комплексы» и показала свою высокую эффективность при изучении студентами особенностей распространения радиоволн диапазона СВЧ.

Литература

1. Горбатый В. И. Любительские УКВ радиокомплексы / В. И. Горбатый. - М.: Радио и связь, 1985. - 72 с.

2. Марков Г. Т. Антенны: учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов / Г. Т. Марков, Д. М. Сазонов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1975. - 528 с.

3. Генераторы и усилители СВЧ / М. В. Агапов, В. М. Аникин, Ю. В. Анисимов и др. ; под ред. И.В. Лебедева. - М.: Радиотехника, 2005. - 352 с.

4. Поляков В. Т. Радиовещательные ЧМ приемники с фазовой автоподстройкой / В. Т. Поляков. - М.: Радио и связь, 1983. - 96 с.

References

1. Humpback V. I. Amateur radio VHF / VI Humpback. - Moscow: Radio and communication, 1985. - 72 p.

2. Markov G. T. Antenna: a textbook for students of radio engineering specialties of universities / G. T. Markov and D. M. Sazonov. - 2nd ed., pererab. I DOP. - M.: Energia, 1975. - 528 p.

3. Generators and amplifiers, microwave / M. V. Agapov, V. M. Anikin, Y. V. Anisimov and others ; under edition of I. V. Lebedev. - Moscow: Radio Engineering, 2005. - 352 p.

4. Polyakov V. T. broadcasting FM receivers with phase-locked / V. T. Polyakov. - Moscow: Radio and communication, 1983. - 96 p.

Размещено на Allbest.ru