Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000) (1095865), страница 130
Текст из файла (страница 130)
К смесителю подводят и мощность гетеродина Р„, Полосовои фильтр на выходе смесителя выделяет сигнал одной боковой полосы (обычно верхней), который после усиления в усилителе СВЧ (УСВЧ) направляют к разделительным фильтрам антенно-волноводного тракта. Для устранения искажений, вносимых отраженными волнами, в СВЧ тракте включают раэвяэывающие ферритовые циркуляторы.
В цифровых РРС схема с модуляцией на ПЧ также находит преимущественное применение; только при низких скоростях передачи некоторые фирмы используют схемы фаэовой манипуляции 2-ОФМ и 4-ОФМ непосредственно на выходной частоте. В передатчиках с модуляциеи на ПЧ при смене ПЧ модулятора можно передавать как аналоговые, так и цифровые сигналы, а также организовывать аналого-цифровые стволы для совместной передачи аналоговой и цифровой информации. Кроме традиционных частот ПЧ в диапазоне 70 и 140 МГц, при разработке станции диапазонов свыше 11 ГГц промежуточную частоту повышают до 1 ГГц (например, используют 850 МГц). Модуляция на ПЧ позволяет объединять два высокоскоростных сигнала и передавать их одним передатчиком.
Так, при скорости передачи В = 155 Мбит/с и использовании б4-КАМ радиосигнал занимает полосу в соответствии с (9 2) менее 35 МГц. Зто дает возможность объединить на ПЧ два цифровых сигнала со скоростью В = 155 Мбит/с, сформированные на /Лч = 122,5 и 157,5 МГц соответственно, и передать их одним передатчиком в радиоканале шириной 80 МГц Наконец, модуляция на промежуточной частоте позволяет использовать унифицированные схемы модуляторов и усилителей ПЧ в различных РРС, а также снижать требования к стабильности ПЧ благодаря последующему переносу сигнала на частоту как минимум на порядок выше, чем ПЧ. Разработку структурной схемы РРС следует начинать с выходного УСВЧ.
По заданной мощности и диапазону частот выбирают тип усилительного прибора. В последние годы в качестве усилительных приборов в усилителяк СВЧ стали широко использовать транзисторы и лавинно-пролетные диоды (ЛПД). Разрабатывают также диоды Ганна (ДГ) повышенной мощности. ЛБВ, как правило, в новых разработках не используют, хотя в действующей аппаратуре при уровнях выходной мощности 5...10 Вт в СВЧ диапазоне они еще встречаются.
По сравнению с ЛБВ полупроводниковые приборы имеют большую надежность, почти на 3 поряд- ка более низкие питающие напряжения, меньшие габариты, а транзисторы — лучшие шумовые характеристики. Усилители на СВЧ полевых транзисторов с барьером Шоттки (ПТШ) работают в диапазоне до 40 ГГц (1 23). При относительно небольшой полосе усиления (1... 2 ГГц) (1.23] один каскад обеспечивает коэффициент усиления мощности 7Гр до 5 дБ Таким образом, в трех-, четырехкаскадном УСВЧ на ПТШ можно получить Бр > 15 дБ. Лавинно-пролетные диоды работают в более широком диапазоне, чем ПТШ; они генерируют колебания до 80 ГГц, при этом упрощается структура передатчика. В сравнении с ПТШ ЛПД более надежны и имеют большии коэффициент усиления. Однако ЛПД из-эа относительно низких шумовых характеристик не позволяет усиливать сигналы со скоростями выше 34 Мбит/с, а также сигналы с меняющеися амплитудой (16-КАМ и 64-КАМ) В передатчике мощность, развиваемая смесителем (Р,), связана с выходной мощностью передатчика соотношением (9.3) 7 еых/7 с — 7~усйч вгнв еи' где Куг.йч — суммарный коэффициент усиления УСВЧ, дБ; бп,р— затухание, вносимое полосовым фильтром, составляющее 0,5...1,0 дБ; бтг — суммарное затухание, вносимое циркуляторами (порядка 0,15 дБ на один циркулятор).
Если в тракте усиления мощности использован генератор на ЛПД или ДГ, то величина Ехпйч известна из расчета генератора Обычно Купйч на этих приборах составляет 10...15 дБ Далее из (9.3) определяют мощность на выходе смесителя, выбирают схему и режим диодов. При использовании в тракте усилителей мощности на транзисторах возможны два подхода к выбору смесителя, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.
Повышение выходной мощности смесителя сокращает число каскадов усиления СВЧ радиосигнала. В этих случаях целесообразно строить смеситель на мощных варакторах по проходной схеме и выбирать режимы работы варакторов с открывающимся переходом. 'В таких смесителях на частотах до 10 ГГц может быть получена мощность СВЧ до 0,5 Вт, что соответствует уровню мощности передатчиков РРС малой и средней емкости.
При этом не нужно ставить каскады усиления СВЧ. Однако мощные смесители требуют высокого уровня мощности гетеродина, что усложняет построение тракта гетеродина. Кроме того, мощные смесители характеризуются повышенным уровнем искажений сигнала Если выбирать параметрический режим работы варакторов, то качественные характеристики смесителя будут значительно лучше, но выходная мощность падает на порядок, до десятков милливатт. В этом случае в качестве маломощных смесителеи можно испольэовать выпускаемые различными фирмами ИС узкодиапазонных СВЧ смесителеи, построенных по балансной схеме. В таких ИС получают выходной высококачественный сигнал на уровне единиц милливатт.
В передатчиках 586 587 радиорелейных станций систем "Радуга-2" и "Радиус" смеситель построен на малошумящем диоде Шоттки по оригинальной схеме, защищенной патентом России [9.2, 9.3). Схема обеспечивает высокое качество сигнала, ослабление на выходе колебаний гетеродина, но уровень выходной мощности составляет доли милливатта. При выборе одного из вариантов маломощного смесителя следует вначале определить его мощность и затем по формуле (9 3) рассчитать требуемый коэффициент усиления усилителя мощности Кусвч. Выбор смесителя позволяет приступить к разработке тракта гетеро- дина.
Мощность гетеродина, подводимая к смесителю, Р„, = Р~и(0сч. Наиболее эффективна проходная схема на варакторах, где КПД достигает 30... 50 %. КПД отражающеи схемы, более широкополосной и простой в настройке, составляет 10...20 %. КПД балансных смесителей на коммутируемых СВЧ диодах менее 10 %. Исходными величинами к построению тракта гетеродина являются: заданная мощность, требуемая стабильность частоты, допустимый уровень паразитной частотной модуляции, определяемый собственными и фоновыми шумами. Для стабилизации частоты гетеродина используют различные методы: кварцевую стабилизацию при построении гетеродина по схеме усилительно-умножительной цепочки, кварцевую стабилизацию с использованием частотной или фазовой автоподстройки частоты и параметрическую стабилизацию частоты.
Структуру гетеродина в виде усилительно-умножительной цепочки, весьма распространенную в прошлом (2.1, рис. 9.2], а новых разработках не применяют. Отметим два наиболее серьезных недостатка этого решения. При рабочей частоте станции в диапазоне 8 ГГц и частоте кварцевого автогенератора не более 125 МГц сквозной коэффициент умножения частоты составляет 32. При выходной мощности гетеродина на уровне 0,1...1 Вт получается громоздкая, многокаскадная, малоэффективная схема. Вторая, еще более серьезная проблема, — подавление в тракте гетеродина высокочастотных шумов, уровень которых превышает нормы при передаче в стволе сигнала телевидения или более 1000 телефонных каналов.
Схема частотной автоподстройки частоты гетеродина, использованная в станциях систем "Радуга-2" и "Радиус", приведена на рис. 9.2 (9.2, 9.3). Колебания гетеродина получают в СВЧ автогенераторе, управляемом напряжением (ГУН). ГУН построен на маломощном транзисторе, его частота стабилизирована диэлектрическим резонатором (см. 2 9.6), для автоподстройки частоты в контур ГУН включен варикап.
Мощность гетеродина через ферритовый вентиль подают на СВЧ смеситель передатчика. Небольшую часть мощности через направленный ответвитель (НО) подают на вход схемы автоподстройки частоты (АПЧ). К этой же схеме в качестве опорного напряжения подводят колебания, получающиеся после умножения в 72 разз частоты колебаний опорного кварцевого автогенератора (ОКГ) Так как мощность опорного колебания мала (не превышает нескольких милливатт), то в схеме используют усилительноумножительную цепочку с двумя каскадами умножения частоты. Умно- гун ггй4 ГеИ2 Рис.
9.3 Рис. 9.2 житель на 36 выполнен на СВЧ диоде с накоплением заряда. Блок АПЧ реализован по схеме квадратурного понижающего смесителя напряжении ГУН и опорного колебания и следующего за ним детектора нулевых биений. Величина и знак напряжения на выходе детектора нулевых биений определяются уходом частоты ГУН. Активный ФНЧ подавляет высокочастотные шумы и устанавливает требуемые пределы изменения управляющего напряжения на варикапе. Смену рабочей частоты передатчика осуществляют заменой кварцевого резонатора.
Широко применяют в передатчиках структуру гетеродина в виде ГУН, охваченного кольцом импульсно-фазовои автоподстройки частоты (ИФАПЧ) (рис. 9.3). Основная сложность в реализации этой схемы состоит в том, что на частотах выше 2 ГГц сложно построить делители частоты на ИС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
