CC BY
54Системы управления, космическая навигация и связь
УДК 621.39
П. В. Шаршавин, К. Ю. Костырев, А. С. Курносов, И. В. Нигруца Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
РАЗРАБОТКА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ БОРТОВОГО УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ РАДИОСИГНАЛА ДИАПАЗОНА 2,4 ГГц ДЛЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Рассмотрены проблемы проектирования усилителя мощности приемопередающей аппаратуры беспилотного летательного аппарата, перечислены требования к нему. Разработана структурная схема, описаны ее особенности, представлена реализация усилителя в программе Altium Designer.
Системы связи с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) являются отдельным направлением в цифровой связи, ввиду особенностей и ограничений, накладываемых на бортовую аппаратуру [1]. Одно из таких ограничений - требование постоянного телеметрического контроля всех систем летательного аппарата, а также возможности управления с помощью команд. Другое важное ограничение накладывается на массогабаритные показатели устройств ввиду ограниченности габаритов и массы самого БПЛА. Из данного ограничения вытекает проблема отвода тепла от силовых и мощных устройств бортовой аппаратуры. Наконец, выдвигаются жесткие требования к надежности.
Особенно важно соблюдать данные требования при проектировании усилителя мощности, где на первый план выходят надежность и отвод тепла при минимальных габаритах устройства. В результате проектирования с соблюдением данных требований была разработана структурная схема, представленная на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема усилителя мощности радиосигнала бортового передатчика диапазона 2,4 ГГц
Модуль состоит из усилителя мощности А1 с выходным П-контуром 22, схемы питания, состоящей из импульсного преобразователя и1 и фильтра питания 21, схемы контроля и управления: микроконтроллер Б1, датчик тока из, датчик температуры и2, расположенный в непосредственной близости к УМ, драйвер интерфейса Я8-485 Б2.
Усилитель мощности А1 состоит из двух каскадов на полевых транзисторах и реализован в интегральном исполнении. Режим работы и выходная мощность усилителя мощности задаются напряжением смещения каскадов, цепи смещения на структурной схеме не показаны. В данном устройстве усилитель работает в линейном режиме, что позволяет усиливать сигналы
с видами модуляции, чувствительными к нелинейности усилителя, такими как QAM. П-контур собран на сосредоточенных элементах, что позволяет уменьшить габариты фильтра [2]. Основное назначение П-контура заключается в согласовании выхода усилителя с нагрузкой, фильтрация высших гармоник является второстепенной функцией ввиду линейности усилителя. Максимальная выходная мощность усилителя составляет 6... 8 Вт в линейном режиме, до 10 Вт в нелинейном.
Фильтр питания устанавливается непосредственно к выводам питания усилителя мощности, и служит для подавления высокочастотных кондуктивных помех, источником которых в данном случае является сам усилитель мощности.
Схема контроля и управления осуществляет мониторинг, управление и связь с головным управляющим вычислительным устройством. Микроконтроллер отслеживает напряжения на входе и выходе импульсного преобразователя, напряжение питания и потребляемый ток усилителя мощности, его температуру, управляет импульсным преобразователем. Питание микроконтроллера осуществляется от дополнительного независимого импульсного преобразователя. За счет полного контроля режима работы всех элементов обеспечивается требуемая надежность модуля в целом. По потребляемому току и температуре можно косвенно оценить состояние усилителя мощности, а также задействовать алгоритмы защиты от токовой и тепловой перегрузки за счет дополнительной возможности отключения основного вторичного источника питания. Состояние импульсного преобразователя контролируется по его выходному напряжению.
Рис. 2. Внешний вид усилителя мощности в программе Altium Designer
Решетневскце чтения
Конструкция печатной платы модуля показана на рис. 2. Усилитель мощности, П-контур и датчик температуры расположены под экраном, выполняющим также роль корпуса и теплоотвода, который крепится к фланцу микросхемы усилителя мощности. За счет данных конструктивных решений обеспечивается требуемый тепловой режим при минимальных габаритах.
Результатом разработки является универсальный надежный усилитель мощности, который может применяться в БПЛА различного класса и назначения.
В настоящее время усилитель находится в производстве.
Библиографические ссылки
1. Боев Н. М. Анализ командно-телеметрической радиолинии связи с беспилотными летательными аппаратами // Вестник СибГАУ. № 42. С. 86-91.
2. Шахгильдян В. В., Шумилин М. С., Козырев В. Б. Проектирование радиопередатчиков : учеб. пособие для вузов / под ред. В. В. Шахгильдяна. 4-е изд., пере-раб. и доп. М. : Радио и связь, 2000.
P. V. Sharshavin, K. Yu. Kostyrev, A. S. Kurnosov, I. V. Nigruca Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk
UAV's 2.4 GHz POWER AMPLIFIER DESIGN AND DEVELOPMENT
Problems of unmanned aerial vehicle transceiver's power amplifier design are considered, demands are itemized. Block diagram is developed, features are described, amplifier realization in Altium Designer software is presented.
© EapmaBHH n. B., KocrapeB K. ID., KypHocoB A. C., Hnrpyqa H. B., 2012
УДК 621.376
С. В. Шафран, Д. А. Ворох
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Россия, Самара
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ LINUX ДЛЯ SOFT-ПРОЦЕССОРНЫХ ядер на базе плис
Системы на кристалле часто включают в себя микропроцессорные ядра и типовые периферийные устройства. Для создания пользовательских приложений на базе таких систем в качестве платформы целесообразно использовать операционную систему (ОС) с открытым кодом, такую как Linux. Рассматриваются вопросы конфигурирования софт-процессора Microblaze и установка ОС Linux.
Проводятся исследования особенностей установки и функционирования операционной системы Linux на софт-процессоре Microblaze. Софт-процессор реализован на плате Digilent Altys с ПЛИС Xilinx Spartan6.
MicroBlaze - soft-процессорное ядро, разработанное компанией Xilinx для использования в FPGA. Это ядро реализуется с помощью стандартной логики и блоков памяти ПЛИС.
MicroBlaze имеет универсальные средства связи с периферией, обеспечивая возможность применять его в разнообразных приложениях. Большинство IP-блоков от Xilinx, и от сторонних производителей подключаются напрямую к шинам процессора.
Для конфигурирования MicroBlaze доступны различные параметры: размер кэша может быть отдельно настроен; длина конвейера (3 или 5-уровневый); параметры встроенной периферии, блок управления памятью и параметры шинных интерфейсов.
Ядро MicroBlaze позволяет включить в свой состав блок управления памятью. В этом случае на софт-процессоре возможен запуск операционных систем,
требующих аппаратной поддержки страничной организации памяти и защиты, таких как Linux.
Без применения блока управления памятью на базе MicroBlaze могут работать операционные системы с упрощенной защитой и виртуальной памятью, например мСИшх и FreeRTOS.
Для систем на кристалле операционная система Linux является наиболее гибкой платформой, которая обеспечивает поддержку множества периферийных устройств, интерфейсов и протоколов. В распоряжении разработчика имеется разнообразие ПО с открытым исходным кодом, которое может быть кросс-компилировано под многие платформы.
Минимальная тестовая конфигурация для отладочной загрузки ядра Linux должна включать в себя микропроцессорное ядро, контроллер прерываний, внешнюю память, UART, JTAG. Такая конфигурация позволяет выполнить необходимый минимум операций для установки и отладки ОС - через JTAG загрузить ядро, создать в памяти виртуальный диск и подключиться к системе через терминал (UART).
