ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ

Проектирование и расчет блока высокой частоты

Расчет антенного переключателя.

АП осуществляет подключение антенны к тракту передатчика и запирание приемника на время излучения мощного импульсного сигнала, а после окончания действия импульса – подключение с минимальной задержкой выхода антенны к выходу приемника и отключение тракта передатчика.        

1)Выбираем разрядник – ограничитель 2А543А-5[3]

Его параметры:

 пФ– емкость диода;

 Ом – прямое сопротивление потерь;

 ГГц – критическая частота;

= 3 мКл – накопительный заряд;

=100 В – пробивное напряжение;

 = 0,9В – прямое напряжение;

L=0,7нГн – индуктивность диода;

 = 50В – постоянное обратное напряжение;

=80В – мгновенное обратное напряжение;

= 30 мА – постоянный прямой ток;

= 0,5 Вт – непрерывная рассеиваемая мощность;

t=25 лет – срок хранения;

=25000 час - максимальная наработка.

 

2)По формуле оценим полосу запирания ограничителя: [1]

3)Потери пропускания:

4) Рассчитаем максимально допустимые уровни импульсной и средней СВЧ мощности:  , отсюда находим [1]

, где q = ∙ = 1000

 – частота посылок импульсов.

 

 

Расчет микрополоскового ферритового ППФ на ЖИГ резонаторах с петлевой c вязью.

1) Рассчитываем требуемую напряжённость внешнего магнитного поля:

[1,с.200]

2) Для ферритовой сферы выбираем монокристалл ЖИГ с  и

.

 – ширина линии ферромагнитного резонатора сферы.

 – намагниченность насыщения ферритовой сферы.

Определим нагруженную добротность ЖИГ резонатора:

[1]

3) Рассчитаем необходимое число резонаторов фильтра:

    [1]

Округляем до ближайшего целого числа и принимаем

4) Требуемая внешняя добротность ЖИГ резонатора, обусловленная каждой петлёй связи:

       [1]

5) Требуемый радиус сферы мм, тогда требуемый радиус петли связи равен

6) Уточняем полосу пропускания двухрезонаторного ППФ:

  [1]

7) Рассчитаем потери рассеяния на границах полосы пропускания:

    [1]

 Полагаем потери рассеяния на границах полосы пропускания равными

    [1]

Тогда суммарное затухание фильтра на границах полосы пропускания:

      [1]

Проектирование и расчет микрополоскового балансного смесителя

  В РПУ СВЧ в большинстве случаев используют балансные смесители (БС), на полупроводниковых диодах. ПЧ служат для переноса спектра сигнала из одной области частот в другую без нарушения связи между спектральными составляющими. ПЧ переносит сигнал с одной несущей на другую без изменения комплексной огибающей этого сигнала (с временной точки зрения).

  В смесителе принимаемый СВЧ сигнал преобразуется в сигнал промежуточной частоты, при этом диод используется в качестве нелинейного активного сопротивления. Смесительная секция представляет собой СВЧ устройство, содержащее смесительный диод, в которое вводятся мощности сигнала и гетеродина, а на его выходных зажимах выделяется напряжение промежуточной частоты преобразованного сигнала. К этим зажимам подключают вход УПЧ. Смесительная секция является частью смесителя, который включает в себя также устройство связи смесительной секции с гетеродином. В БС функции такого устройства выполняет СВЧ мост.

  В современных радиоприемных устройствах СВЧ в большинстве случаев применяют двухдиодные балансные смесители (БС). Основным их достоинством является способность подавлять шум амплитудной модуляции колебаний гетеродина, что весьма важно для получения низкого коэффициента шума. Наряду с этим БС обладает и другими преимуществами перед однодиодным небалансным смесителем. В частности, БС работает при меньшей мощности гетеродина, имеет повышенную помехоустойчивость к сигналам помех определенных частот и позволяет уменьшить мощность гетеродина, просачивающуюся в антенну.

1) В качестве смесителя применяем – смеситель типа 2А120А [5]

Его параметры:

=0,3 ГГц – минимальная рабочая частота;

=18ГГц – максимальная рабочая частота;

=50мВт – максимальная мощность;

=2,5 мА - выпрямленный ток;

=0,4 В – прямое напряжение на диоде;

=200 Ом – минимальное выходное сопротивление;

=500 Ом – максимальное выходное сопротивление;

6 дБ – максимальные потери преобразования;

=7,5 дБ – максимальный нормируемый коэффициент шума;

=2 – коэффициент стоячей волны по напряжению;

−60…+125˚С – рабочий диапазон температур.

2) В качестве СВЧ моста воспользуемся волноводным мостом.

3) Определим разброс параметров диодов в паре. Для проектируемого БС полагаем диоды подобранными в пары с разбросом по формуле:

И разбросом при котором

 

4) Находим выходное сопротивление балансного смесителя:

И принимаем , а также

5) Рассчитаем величину, характеризующую разбаланс амплитуд балансного смесителя:

И определяем коэффициент подавления шума гетеродина

6) Находим необходимую мощность гетеродина на входе БС, полагая оптимальную мощность гетеродина равную паспортной ( )

7) Определяем удельное шумовое отношение гетеродина по формуле:

8) Шумовое отношение гетеродина определим по формуле:

9) Рассчитаем нормированный коэффициент шума:

10) Коэффициент шума СВЧ-части приёмника:

11) Реальная чувствительность приёмника:

 

Расчет каскадов УПЧ

1) Определим напряжение на входе УПЧ:

Зададимся напряжением на выходе УПЧ  и подберём такие ПУПЧ и ГУПЧ, чтобы получить это напряжение на выходе всего блока УПЧ.

УПЧ обычно строится по схеме:

 

 

УПЧ состоит из следующих блоков:

- малошумящий высокочастотный усилитель

- фильтр на поверхностных акустических волнах

- логарифмический усилитель

 

Соответственно можно рассчитать требуемый коэффициент усиления всего УПЧ:

Далее нам нужно будет учесть потери в фильтре на ПАВ, который будет присутствовать в блоке УВЧ.

 

2) Расчет ПУПЧ.

ПУПЧ – предварительный усилитель, первый каскад УПЧ, реализующий все линейные функции с коэффициентом усиления обычно порядка 20-25 дБ.

Расчет УПЧ начнем с выбора предварительного усилителя. В качестве ПУПЧ выберем готовый блок дифференциального усилителя AD8307 [6]из каталога электронных устройств AnalogDevices.          

Его функциональная схема включения:

Рисунок 4.1 – Функциональная схема включения усилителя

Рисунок 4.2 – Принципиальная схема включения усилителя

1 – инвертирующий вход (входной каскад – дифференциальный)
2 – “корпус”
3 – внешняя подстройка, подсоединение внешнего конденсатора
4 – выход, выходное сопротивление
5 – смещение (регулировкой напряжения на этом входе “сдвигают” характеристику в пределах +/-6дБ)
6 – совместимый с КМОП вход включения м/с, активный уровень – высокий
7 – питание, +2.7…5.5В
8 – неинвертирующий вход, входное сопротивление (между выводами 1 и 8).

 

Основные характеристики усилителя:

                                                                                Таблица 4.1

 = 14,3 дБ

 

3) Расчет фильтра на ПАВ.

Области применения фильтров ПАВ:

• - Радиотелефоны и базовые станции систем связи стандартов GSM, AMPS, CD, IS-59, PHS, PCS, CDMA, W-CDMA, радиоудлинители стандартов DECT,WLAN и других (в каждом из 95% радиотелефонов используются 4-5 фильтров и резонаторов на ПАВ);
• - мобильные системы связи (персональные и автомобильные радиостанции полиции, диспетчеров, военных);
• - пейджеры;
• - приемо-передатчики систем навигации GPS и GLONASS;
• - устройства формирования и обработки сложных сигналов в РЛС дальнего и ближнего обнаружения; систем наведения на цель и сопровождения цели; управления воздушным движением;
• - разведывательные приемники;
• - бортовая и наземная аппаратура спутниковых систем связи;
• - радиорелейные системы связи;
• - системы телевидения, включая спутниковое и кабельное (канальные фильтры, фильтры для телевизоров, тюнеров, передатчиков, модуляторов);
• - устройства дистанционного радиоуправления (замки, взрыватели и т.д.);
• - устройства охраны, включая автомобильную сигнализацию;
• - датчики давления, влаги, температуры, ускорения, парциального давления газов.

Основные требования предъявляемые к фильтру:

- центральная частота, близкая к выбранной промежуточной частоте

;

- полоса пропускания фильтра по уровню ослабления мощности сигнала на 3 дБ должна быть равна полосе, занимаемой сигналом:

, чтобы передать сигнал без искажений и потерь информации.

- вносимые фильтром потери должны быть минимальными, так как потери необходимо компенсировать за счет повышения коэффициента усиления УПЧ.

Выбираем фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ)

типаTFS125S [7]

Основные параметры этого фильтра:

                                                                                                  Таблица 4.2

Фильтр	Центральная частота, МГц	Полоса пропускания, МГц	Вносимые потери, дБ
TFS125S	125	16	14

 

Рисунок 4.3 - Электрическая схема фильтра TFS125S

 

 

Подробные параметры описаны в табл 4.3

Таблица 4.3

Вносимые потери фильтром . Их требуется учесть при выборе ГУПЧ таким образом, чтобы коэффициент усиления всего УПЧ оставался равным 84 дБ.

 

4) Расчет ГУПЧ:

ГУПЧ – главный усилитель промежуточной частоты. Это универсальный широкополосный каскад с коэффициентом усиления обычно порядка 80-120 дБ. Он обеспечивает формирование требуемой АЧХ приёмника, обеспечивает высокую фазовую стабильность в широком динамическом диапазоне амплитуд.

В качестве ГУПЧ выберем готовый блок дифференциального усилителя AD 8129 [8] из каталога электронных устройств AnalogDevices.

Особенности и преимущества данного устройства:

· Высокое быстродействие
AD8130: 270 МГц, 1090 В/мкс при G = +1
AD8129: 200 МГц, 1060 В/мкс при G = +10

· Высокий КОСС
94 дБ, мин., от нуля до 100 кГц
80 дБ, мин. на 2 МГц
70 дБ, мин. на 10 МГц

· Высокий входной импеданс: 1 МОм (дифференциальный)

· Низкий шум
AD8130: 12.5 нВ/√Гц
AD8129: 4.5 нВ/√Гц

· Диапазон входных синфазных напряжений ±10.5 В

· Низкие искажения (размах сигнала 1 В, частота 5 МГц):
AD8130, наихудшая гармоника -79 дБн на 5 МГц
AD8129, наихудшая гармоника -74 дБн на 5 МГц

· Регулируемый пользователем коэффициент усиления
Не требует внешних компонентов для реализации G = +1

· Диапазон напряжений питания от +4.5 В до ±12.6 В

· Режим пониженного энергопотребления

 

 

                                                                                                

 

 

Таблица 4.4

 

Зная  и вносимые потери фильтром на ПАВ

рассчитываем коэффициент усиления ГУПЧ:

.

Выбранный усилитель для ГУПЧ может обеспечить усиление максимум на 83,7 дБ при некоторых частотах входного сигнала. Функциональная схема на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 –Схема включения главного усилителя промежуточной частоты.

 

5)Расчет амплитудного детектора.

Выберем детектор ADL5511 - детектор огибающей и среднеквадратического значения, диапазон частот от нуля до 6ГГц [9]. По заданию выходное напряжение 3 В, то и на выходе детектора должно быть 3 В.

Его параметры:

· ВЧ детектор со слежением за огибающей, выходной сигнал пропорционален входному напряжению

· Отдельный выход среднеквадратического значения TruPwr

· Не требует применения или внешней настройки

· Превосходная температурная стабильность

· Динамический диапазон входного сигнала 47 дБ

· Диапазон частот входного сигнала: от нуля до 6 ГГц

· Ширина полосы огибающей 130 МГц

· Задержка огибающей: 2 нс

· Работа от одного напряжения питания: 4.75 В - 5.25 В

· Потребляемый ток: 21.5 мА

· Потребляемая мощность в режиме пониженного энергопотребления: 130 мкВт

· Работает в диапазоне температур от −40°C до +85°C и выпускается в 16-выводном корпусе LFCSP, имеющем габариты 3 мм × 3 мм.

 

Функциональная схема антенного переключателя AD8313

 

Рисунок 4.5 – Функциональная схема амплитудного детектора

 

График 4.1

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     В ходе выполнения данной курсовой работы было спроектировано приемное устройство самолетной обзорной РЛС 2 см диапазона.

Чувствительности радиоприемника характеризует его способность принимать слабые сигналы на фоне шумов. Количественной мерой оценки этого параметра является тот минимальный уровень принимаемого сигнала, при котором обеспечивается удовлетворительное качество воспроизведения информации.

Расчетная чувствительность:

где  – постоянная Больцмана ( ,  – абсолютная температура (

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Под общей редакцией А. П. Сиверса Проектирование радиоприемных устройств. Москва «советское радио» 1976 г.

2.Под редакцией М. А. Соколова Проектирование радиолокационных приемных устройств. Москва «Высшая школа» 1984 г.

3.С. М. Клич Проектирование СВЧ устройств радиолокационных приемников. Москва «советское радио» 1973 г.

4.СВЧ – ограничительный диод 2А543А-5:

http://www.eandc.ru/catalog/detail.php?ID=7524

5.Балансный смеситель 2А120А:http://www.eandc.ru/catalog/detail.php?ID=875

6.ПУПЧAD8307

1.http://www.analog.com/ru/products/rf-microwave/rf-power-detectors/non-rms-responding-detector/ad8307.html#product-overview

2.http://lib.chipdip.ru/143/DOC000143840.pdf

7. Фильтр на ПАВ TFS125S:http://www.vectron.com/products/saw/pdf_saw/TFS125 S.pdf

8. ГУПЧ AD8129: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8129_8130.pdf

9.Амплитудный детекторADL5511:http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADL5511.pdf

 

---

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 344; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!