CC BY
48<<шушетим~^©и©ма1>#ж1)),2(0]9 / technical science
УДК: 621.376.52
Павлов И.И.
к.т.н., доцент Романцева Е.Е., Павлова М.С., Гусельников И.А.
Сибирский государственный университет телекоммуникации и информатики
DOI: 10.24411/2520-6990-2019-10678 ОБЗОР РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ
Pavlov I.I., Pavlova M.S., Romantseva E.E., Gusel'nikov I.A.
Siberian state University of telecommunications and Informatics OVERVIEW OF RADIO TRANSMITTERS ON INTEGRATED CIRCUITS
Аннотация
В настоящее время человека окружает много техники, техническое развитие которой не стоит на месте. Технический прогресс не прошел и стороной радиопередающие устройства на интегральных схемах. На цифровых интегральных схемах можно реализовать практически любой алгоритм обработки сигнала осуществляемый в приемно-усилительных устройствах. В статье рассматривается обзор структурных схем передатчика с прямой частотной модуляцией и с использованием косвенного метода частотной модуляции. Так как связные передатчики с частотной модуляцией могут работать на одной фиксированной частоте или в диапазоне частот. Для генерации частотной модуляции колебаний могут быть использованы как прямой метод управления частотой, так и косвенный. В данной статье спроектирована схема связного передатчика с частотной модуляцией работающего в некотором диапазоне частот (150 -160 МГц). При этом данный передатчик должен обеспечить выполнение всех характеристик, так же он должен быть как можно простым, малогабаритным и дешевым.
Abstract
Currently, man is surrounded by a lot of technology, the technical development of which does not stand still. Technical progress has not passed and other radio transmitting devices on integrated circuits. On digital integrated circuits can implement almost any signal processing algorithm carried out in the receiver-amplifier devices. In the article the review of structural schemes of the transmitter with direct frequency modulation and with use of indirect method of frequency modulation is considered. Since frequency-modulated coupled transmitters can operate on a single fixed frequency or in a frequency range. For generating frequency modulation of the oscillations can be used as a direct method of frequency control, and indirect. In this article the scheme of the connected transmitter with frequency modulation working in a certain frequency range (150 -160 MHz) is designed. At the same time, this transmitter should provide all the characteristics, as well as it should be as simple, small and cheap as possible.
Ключевые слова: радиопередающие устройства, передатчик, частотная модуляция, синтезатор частоты, генератор управляемый напряжением, фильтр низких частот.
Keywords: radio transmitter, transmitter, frequency modulation, frequency synthesizer, voltage controlled generator, low pass filter.
Введение
За последнее время существенно повысился технический уровень электронной техники. Быстрое развитие требует создания все более точного и сложного автоматизированного технологического оборудования для изобретения более сложных и совершенных устройств с лучшими характеристиками и параметрами, меньшими габаритами.
Большое значение имеют средства передачи и приема информации. Сегодня существуют различные информационные системы связи: радиорелейная, оптическая, мобильная, спутниковая и другие. Особое место в электронной технике занимают радиопередающие устройства.
Общее описание связного радиопередающего устройства
В основе проектирования радиопередающих устройств (РПУ) на ИС лежат общие принципы проектирования микроэлектронной аппаратуры, которые приобретают некоторые особенности, связанные со спецификой передающей аппаратуры.
Отличительными чертами РПУ являются:
- аналоговый характер сигнала, его большой динамический диапазон (доли микровольт - единицы вольт);
- широкий частотный диапазон (от постоянного тока - на выходе детектора до сотен МГц или десятков ГГц - на выходе);
- большое число нерегулярных соединений;
TECHNICAL SCIENCE / «Ш^ШМУМ-ШУГМак»,®»!))^
- функциональное разнообразие блоков при их относительно небольшом общем числе.
К функциональным каскадам предъявляются разнообразные требования, часто зависящие от типа сигналов. В некоторых узлах должна быть обеспечена прецизионность изготовления. Часто оказывается необходимым изменять параметры элементов в процессе регулировки аппаратуры, что нежелательно при микроэлектронном исполнении.
На цифровых интегральных схемах можно реализовать практически любой алгоритм обработки
сигнала, осуществляемый в приемно-усилительных устройствах. Включая элементы оптимального радиоприема.
Связные радиопередатчики с частотной модуляцией проектируются для работы на одной фиксированной частоте или в диапазоне частот. Для генерации ЧМ колебаний могут быть использованы как прямой метод управления частотой, так и косвенный.
Рисунок 1 Структурная схема передатчика с прямой ЧМ
Модулирующее напряжение подается на варикап с помощью которого модулируется по частоте кварцевый генератор (КГ). Кварцевый генератор работает на частотах 10 15 МГц, а затем его частота умножается в п раз до рабочего значения. Потом сигнал подается на усилитель мощности (УМ) и через цепь связи в антенну.
Косвенный метод ЧМ основан на преобразовании фазовой модуляции (ФМ) в частотную модуляцию при помощи введения в схемы интегрирующего звена - фильтр низких частот (ФНЧ).
Рисунок 2 Структурная схема передатчика с использованием косвенного метода ЧМ
В качестве возбудителя диапазонного передатчика с ЧМ используется синтезатор сетки дискретных частот, ведомый генератор которого управляется двумя варикапами (рис.3).
Рисунок 3 Структурная схема ЧМ передатчика с синтезатором частоты
На варикап УБ1 подается модулирующее напряжение Па, на варикап УБ2 - управляющее напряжение системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Разделение функций управления объясняется тем, что девиация частоты под влиянием модулирующего сигнала относительно неве-
лика 3 -5 кГц, в сравнении с диапазоном перестройки ведомого генератора (ГУН) управляющим сигналом с выхода системы ФАПЧ. Поэтому варикап УБ1 связан с колебательным контуром ГУНа значительно слабее, чем УБ2. Шаг сетки частот на выходе передатчика в зависимости от рабочего диапазона может быть 5, 10, 12.5, 25 кГц.
<<шушетим~^©и©ма1>>#ж1)),2(0]9 / technical science
Для повышения устойчивости необходимо чтобы мощный оконечный усилитель как можно меньше влиял на работу ГУНа. Поэтому производят их развязку по частоте введением в структуру передатчика умножителя частоты. В таком случае шаг четки синтезатора уменьшается в N раз, где N - коэффициент умножения частоты умножителя.
Выбор структурной схемы передатчика
В данной статье спроектируем схему связного передатчика с ЧМ работающего в некотором диапазоне частот (150 -160 МГц). При этом данный передатчик должен обеспечивать выполнение всех характеристик, так же он должен быть как можно простым, малогабаритным и дешевым.
В качестве общей структурной схемы выберем схему с прямым получением ЧМ и с синтезатором частоты.
Рисунок 4 Структурная схема ЧМ передатчика
Характеристики передатчика:
Рмакс = 500 Вт ^ = 150 - 160 МГц Wф = 50 Ом
Шаг сетки частот 12.5 кГц Питание сетевое - 220 В, 50 Гц Модулирующий сигнал от микрофона усиливается в УНЧ. Далее осуществляется ограничение амплитуды, которое предотвращает увеличение девиации частоты за заданные пределы при ЧМ. ФНЧ выполненный на интегрирующей КС - цепочке ограничивает спектр сигнала до 3.5 кГц. Модулирующий сигнал, усиленный и прошедший цепи коррекции, поступает на варикап ГУНа, где производится частотная модуляция несущего колебания.
ГУН выполним по схеме Клаппа. Его центральная частота управляется с помощью второго варикапа (Уи2) на который управляющий сигнал подается с цифрового синтезатора частоты.
Работа ГУНа происходит по сигналу опорной частоты - = 5 МГц задаваемой кварцевым генератором. Для шага сетки частот 6.25 кГц (до умножителя частоты) коэффициент деления опорной ча-
(/в-/н)кГц
стоты составляет N =
= 800 при этом
26.25 кГц
пределы коэффициента деления тракта программируемого делителя частоты составляют от =
/н/2 кГЦ д, - /в/2 кГЦ
= 12000 до
^тах
= 128000.
26.25 кГц 26.25 кГц
Эти коэффициенты задаются посредством контроллера.
Промодулированный сигнал после ГУНа поступает на умножитель частоты (умножение в два раза) который переводит его рабочий диапазон и кроме этого, производит усиление. Далее сигнал
усиливается в предварительных и предоконечном усилителях до уровня необходимого для работы оконечного каскада. Оконечный каскад реализован в виде четырех идентичных модулей, выполненных по двухтактной схеме, причем схемы деления и сложения мощности от отдельных блоков, а также трансформации сопротивления выполнены на отрезках длинных линий.
На выходе передатчика стоит ФНЧ который подавляет уровень внеполосного излучения до заданного. Согласно ГОСТ этот уровень составляет 60 дБ для данной рабочей полосы и излучаемой мощности. Сигнал с ФНЧ поступает на фидерную 50-омную линию и далее в антенну.
Список литературы
1. Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства: учебник для вузов - М.: Радио и связь, 2003, 560 с., ил.
2. Белов Л.А. Синтезатор частот и сигналов: учебное пособие. - М.: Сайнс-пресс, 2002. - 80 с.
3. Белов Л.А. Формирование стабильных частот и сигналов: учебное пособие для вузов, - М.: Академия, 2005. - 224 с.
4. Ворона В.А. Радиопередающие устройства. Основы теории и расчета: учебное пособие, -М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 384 с.
5. Петров Б.Е., Романюк В.А., Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. -М.: Высшая школа, 1989. - 232 с.
