Материал: 469_Travin. _Radiopriemnye _Ustrojstva _UP _

лежит в пределах -5,5…-8,5 дБ (потери мощности сигнала -5,5…-8,5 дБ).

4.Динамический диапазон. Его нижний предел определяется коэффициентом шума, а верхний – уровнями интермодуляционных составляющих и др.

5.Требуемые уровни напряжений гетеродина и сигнала, входное и

выходное сопротивления смесителя.

Все параметры, характеристики и схема выбранной ИМС смесителя должны быть приведены в курсовой работе. Для курсовой работы этого, в основном, достаточно. Кстати, для сравнения можно добавить, что в дипломных и курсовых проектах кроме этого выбирается и обосновывается синтезатор частот.

5.4. Выбор избирательных цепей и элементной базы тракта промежуточной частоты тюнера и определение требуемого усиления УПЧ тюнера

ВРПРУ СВЧ тракты промежуточной частоты могут строиться либо с сосредоточенной избирательностью, либо с распределенной избирательностью

[1].

Тракт промежуточной частоты с сосредоточенной избирательностью содержит фильтр основной селекции (ФОС) или, иначе говоря, фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ) или фильтр сосредоточенной селективности (ФСС) в начале тракта (сразу после ПЧ) и апериодический или слабо избирательный многокаскадный УПЧ, т. е. функции избирательности и усиления в этом случае разделены.

Втракте промежуточной частоты с распределенной избирательностью в каждом каскаде УПЧ имеется своя избирательная цепь, т. е. осуществляется постепенное покаскадное накопление избирательности и усиления.

Обычно, предпочтение отдается варианту с сосредоточенной избирательностью как более технологичному, обладающему более высокой стабильностью характеристик и меньшей вероятностью появления нелинейных явлений типа интермодуляционных и перекрестных искажений в УПЧ (т. к. ФОС на входе УПЧ ослабляет действие помех и предотвращает связанные с ними нелинейные явления этого типа). Поэтому именно данный вариант реализован в предполагаемой структурной схеме тюнера на рисунке 5.5. Кстати, этот вариант реализован в структурной схеме дуплексной цифровой приемо-передающей радиостанции, приведенной на рис. 3.2 в разделе 3. ФОС могут быть реализованы в виде LC фильтров на сосредоточенных элементах, в виде кварцевых фильтров и в виде фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [1].

Втрактах промежуточной частоты РПРУ систем сотовой подвижной связи, как и в преселекторах этих РПРУ, в качестве ФОС широко используются фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Они бывают двух типов:

1)фильтры на ПАВ с так называемыми встречно-штыревыми

31

преобразователями; 2) фильтры на ПАВ продольной структуры с переотражениями.

Первые содержат два двухфазных встречно-штыревых преобразователя

– один входной ВШП1, другой выходной ВШП2, каждый в виде гребенки из штыревых электродов, нанесенных на одной стороне пьезоподложки методом фотолитографии так, что каждая гребенка входит в другую. При подаче электрического сигнала на вход ВШП1 он создает на поверхности пьезоподложки электрическое поле, вызывающее из-за пьезоэффекта упругие деформации, распространяющиеся от ВШП1 в виде поверхностно-акустических волн к ВШП2, где происходит обратное преобразование акустических волн в выходной электрический сигнал (полезный эффект), и в противоположном от ВШП2 направлении, где гасится поглотителем.

Чтобы характеристики ФОС не искажались, требуется его согласование

быть реализованы в диапазоне 5…1500 МГц с относительными полосами пропускания от (1…50) 10 4 (очень узкие) до 30…80 % (очень широкие) при сравнительно малых потерях в полосе частот (не более примерно 10 дБ).

Вторые реализуются до более высоких частот – порядка 2,5 ГГц, причем с гораздо меньшим затуханием в рабочей полосе частот (порядка 2…2,5 дБ).

Проектировщику нужно в Интернете (или по справочникам) выбрать подходящий ФОС на ПАВ для выбранной в разделе 5.1 промежуточной частоты, который обеспечивал бы заданные в таблицах 2.2…2.4 раздела 2 полосы пропускания частот на уровне Se=1,41 (+3дБ) характеристики избирательности ПSe=1,41 (или, иначе, на уровне γ=0,707 (-3дБ) АЧХ Пγ=0,707) тракта промежуточной частоты (которая будет определяться ФОС) и избирательность по соседнему каналу SeCК (или иначе γСК) при расстройке 0,2

МГц для стандартов GSM-900, GSM-1800, GSM-1900.

В курсовой работе нужно привести схему выбранного ФОС и его АЧХ (или характеристику избирательности), затухание или, иначе говоря, потери сигнала в полосе пропускания частот, входное и выходное сопротивления, конструктивное исполнение с указанием размеров и др.

После выбора ФОС в Интернете (или по справочнику) выбирается подходящий апериодический УПЧ на биполярных (БТ) или полевых (ПТ) транзисторах в интегральном исполнении с учетом выбранной ранее промежуточной частоты. Следует иметь в виду, что УПЧ формируется довольно часто в одной ИМС вместе с квадратурным демодулятором, а иногда в одной ИМС вместе со смесителем. Основным показателем апериодического УПЧ является его усиление по мощности (и напряжению). Для обеспечения согласования надо также знать его входное и выходное сопротивления.

При заданной реальной чувствительности (см. таблицы 2.2…2.4 в разделе 2) и найденных ранее коэффициентов передачи полосового фильтра

32

приема дуплексора и входного полосового фильтра (ПФ), усилителя радиочастоты (УРЧ), смесителя (СМ) и ФОС требуемый коэффициент усиления УПЧ будет определяться необходимым уровнем сигнала на входе демодулятора (точнее говоря, на входе смесителей I(t) и Q(t) квадратурного демодулятора), который зависит от используемых видов модуляции и условий работы смесителей I(t) и Q(t).

В технических заданиях, приведенных в таблицах 2.2…2.4 раздела 2 указана модуляция GSMK. При этом виде модуляции полезная информация в сигнале заложена в изменении частоты и фазы и не связана с уровнем сигнала. С учетом этого и специфики работы смесителей I(t) и Q(t) квадратурного демодулятора уровень сигнала на входе демодулятора можно взять равным 0 дБм, т.е. 1 мВт (что при входном сопротивлении демодулятора 50 Ом будет соответствовать напряжению около 0,2 В).

С учетом вышеизложенного расчет требуемого коэффициента усиления УПЧ КУПЧ не вызывает затруднений. Пример по расчету КУПЧ будет приведен в следующем подразделе. В заключение же данного подраздела обратим внимание на одно важное схемотехническое решение. В связи с тем, что полезная информация в цифровом сигнале заложена в изменении частоты и фазы и не связана с его уровнем, можно УПЧ поставить в режим усиления с ограничением по уровню, при котором он после достижения необходимого уровня на выходе 0 дБм будет работать в режиме ограничения по уровню, обеспечивая тем самым неизменный уровень сигнала на выходе УПЧ и, следовательно, на входе демодулятора. Это позволит обойтись в РПРУ без блока автоматической регулировки усиления (АРУ), что существенно упростит тюнер и РПРУ в целом. Кстати, именно поэтому в схеме цифровой АС, приведенной на рис. 3.2 в разделе 3 в качестве прототипа, блока АРУ нет.

На этом выбор, обоснование и расчет структурной схемы тюнера можно считать законченным.

Остается только привести полную структурную схему тюнера и дать ее описание.

5.5. Полная структурная схема проектируемого тюнера

Согласно вышеизложенному, на рисунке 5.6 приведена возможная структурная схема проектируемого тюнера. Она совпадает со структурной схемой главного тракта приема (ГТП) РПРУ в приведенной на рисунке 3.2 в разделе 3 в качестве прототипа схемой абонентской приемо-передающей цифровой станции (АС). Это один из возможных вариантов. О других возможных вариантах говорилось в подразделе 5.2, посвященном выбору структурной схемы преселектора. Это вариант с дополнительным ПФ во входной цепи (после ПФ приема дуплексора) и вариант с дополнительным ПФ после УРЧ.

33

частоту данного абонента и обеспечивает требуемую избирательность по соседнему каналу. Далее сигнал усиливается в УПЧ и подается на вход демодулятора для последующей обработки (см. схему прототипа на рисунке 3.2

вразделе 3).

Всоответствии с изложенным в подразделе 5.4 рассмотрим пример расчета требуемого коэффициента усиления УПЧ, оперируя уровнями сигнала и коэффициентами усиления и передачи в децибелах. Расчет в децибелах сам по себе удобнее, чем в разах. Кроме того, надо помнить, что при согласованиях на входе и выходе численные значения коэффициентов усиления по мощности и напряжению в децибелах совпадают.

Пусть, например, известно, что заданная реальная чувствительность равна РА дБм= -100 дБм, коэффициент передачи входного полосового фильтра

(ПФ) КПФ= -2 дБ, коэффициент усиления УРЧ КУРЧ= +14 дБ, коэффициент передачи смесителя КСМ= +9 дБ, коэффициент передачи ФОС КФОС= -5 дБ, а необходимый уровень сигнала на входе демодулятора должен быть РВХ. дем. дБм= 0 дБм.

Тогда, составляя очевидное уравнение уровней сигнала, коэффициентов передачи и коэффициентов усиления узлов тюнера

РА дБм + КПФ дБ + КУРЧ дБ + КСМ дБ + КФОС дБ + КУПЧ дБ = 0 дБм,

- 100 дБм – 2 дБ + 14 дБ + 9 дБ – 5 дБ + КУПЧ дБ = 0 дБм,

получим КУПЧ дБ = 84 дБ.

Для реализации такого усиления потребуется примерно два-три апериодических каскада УПЧ.

Этот расчет наглядно иллюстрируется на рисунке 5.6 диаграммой распределения уровней, коэффициентов передачи и коэффициентов усиления по функциональным блокам тюнера.

Следует напомнить, что выбор и обоснование структурной схемы тюнера является наиболее важной (главной) и поучительной частью курсовой работы.

35