Проектирование приемника дискретных сигналов с частотной манипуляцией

 

                                                    x = t/b (2.9)

 

x = 0,05/4 = 0.0125,                

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

W = 0,9149 * 4 = 3,66 мм

 

Таким образом  ширина полоски составляет W = 3,66 мм

 

Далее приступим  к непосредственному расчету  ППФ

 

Расчет  будем вести для фильтра Батер-Ворта, его характеристика представлена на рисунке 2.3

Риснунок 2.3 – Характеристика фильтра  Батер-Ворта

 

f₁ и f₂ – нижняя и верхняя границы диапазона работы приемника   

f₁ = 960 МГц, f₂ = 1164 МГц; 

f₀ – средняя частота диапазона

 

                                 _(2.10)

 

f₃ и f₄ – верхняя граница нижней полосы ЗК и нижняя граница верхней полосы ЗК соответственно:

 

                                _(2.11)

                                 _(2.12)

 

Определим относительные полосы для данных частот по формуле

 

                                                       (2.13)

 

 

 

 

 

1. Определим количесвто резонаторов в фильтре, для максимально плоской характеристики

 

                                      _(2.14)

 

 

 

Для обеспечения  данных затуханий возьмем n = 4.

 

2. Параметры фильтров с максимально  плоской АЧХ

 

                                                 _(2.15)

                                               _(2.16)

 

 

 

3. Находем реактивные проводимости, сопративления зазоров и относительные длины резонаторов

 

Рекативные  проводимости зазоров:

                                                   (2.17)

 

Реактивные  сопративления зазоров:

                                                (2.18)

 

                                                   (2.19)

 

Относительные электрические длины между средними точками зазоров:

                                      (2.20)

 

 

 

 

 

4. Найдем длину волны центральной  частоты в фильтре

 

  м

 

5. Найдем геометрические размеры  резонаторов и зазоров

 

Расстояние  между центрами зазоров:

                                                     (2.21)

 

 

 

 

Рисунок 2.4 – Зависимость Х/f₀ от частоты для различных

 

 

Ширину  зазоров найдем из рисунка , восстанавливая пенпедикуляр из оси обцисс на частоте 1,062 ГГц и, отмечая на этой прямой значения Х/f₀ , апроксимируем с в соответствие с уже имеющимися линиями.

 

 

 

Из графика  найдем приближенные значения ширины зазоров без учета заполнения плоска диэлектриком:

 

 

 

Т.к. в  нашем случае используется симметричный полосок с диэлектриком, то для  сохранения проводимостей зазоров  неизменными, необходимо увеличить  зазоры в  раза.

 

 

 

Теперь  найдем длину резонаторов использую  расстояние между центрами зазоров

 

                                              (2.22)

 

 

 

 

 

Окончательные размеры фильтра на симметричной микрополосковой линий с емкостными зазорами представлены на рисунке 2.5 и рисунке 2.6.

 

 

 

Рисунок 2.5 – Полосовой фильтр на симметричной полосковой линии с  емкостными зазорами

 

 

Рисунок 2.6 – Симметричная полосковая линия

 

 

 

 

3 Расчет цепи согласования

Для согласования  антенны с фильтром используем широкополосный тройник с согласующим трансформатором.

 

 

Рисунок 3.1 – Согласующий трансформатор с одной согласующей ступенькой во входном плече

 

Центральная частота рабочего диапазона:

 

                                            

 

Коэффициент перекрытия рабочей полосы частот:

 

                                                           (3.1)

 

            

 

Длина волны:

                                                     (3.2)

 

                     

 

 

Применяя во внимание значение длины  волны вычислим высоту антенны h:

                                                      (3.3)

 

Wa изменяется  вдоль вибратора, значительно  увеличиваясь к концу, волновое  сопротивление чаще всего считают  постоянным, равным среднему значению:

                                   (3.4)

 

 

 

где r – радиус вибратора (0.02м), h –  высота антенны (0.058м)

 

Вычислим  реактивную составляющую входного сопротивления  на границах рабочего диапазона:

 

                                          (3.5)

 

 

 

 

 

                                              (3.6)

 

 

 

 

Смысл частотной  компенсации состоит во взаимной компенсации частотных изменений  сопротивления нагрузки и согласующих  элементов.

Подбирается и необходимый закон частотного изменения сопротивления согласующих  элементов и реализуется подбором длины и W шлейфов, и трансформаторов   -В_Н+В_ШЛ.

Наклон  кривой В_ШЛ подобран примерно равным наклону кривой В_Н с обратным законом в пределах большей части полосы частот, поэтому суммарная проводимость (реактивная) уменьшается и меньше меняется с частотой.

,    

 

– среднее значение тангенса угла наклона кривой Вшл, – резонансная частота.

 

 

 

Подбирая W и n можно регулировать ширину полосы рабочих частот.

Чем больше n, тем выше Q контура и  полоса рабочих частот уже, чем больше W, тем полоса рабочих частот шире.

 

                                      (3.7)

                    

                                               (3.8)

   

При n=2

 

 

                                         (3.9)

 

 

 

Волновые  сопротивления участков двухступенчатого трансформатора рассчитывается по формулам

 

                                       (3.10)

 

                                        (3.11)

 

где - сопротивление на выходе антенны, Ом, - сопротивление на входе ВЦ, Ом.

 

Ом     

 

  Ом   

                            (3.12)

 

Для нашей  схемы:

  (3.13)

 

 

 

 

(3.14)

 

W = 1,78 м

 

Материалом  подложки выберем керамику толщиной 0,5 мм и

(3.15)

 

                                         (3.16)

 

           

_n=2

                                       (3.17)

 

 

 

Рисунок 3.2 – Согласующее устройство

 

 

 

 

 

4 Измеритель мощности СВЧ

 

Измеритель мощности СВЧ относится  к радиоизмерительной технике и  может быть использован в высокочувствительных измерителях мощности СВЧ. Сущность изобретения заключается в том, что для увеличения чувствительности и точности измерения в измеритель мощности СВЧ введены последовательно  соединенные первый логический элемент  ИЛИ, пятый электронный ключ, выход  которого соединен с входом первого  полосового фильтра, а сигнальный вход с выходом первого усилителя  низких частот, последовательно соединенные  второй логический элемент ИЛИ и  шестой электронный ключ, выход которого соединен с входом второго полосового фильтра, а сигнальный вход с выходом  второго усилителя низких частот, причем первый и второй входы первого  логического элемента ИЛИ соединены  с первым и третьим выходами сдвигового регистра соответственно, а первый и второй входы второго логического  элемента ИЛИ соединены со вторым и четвертым выходами сдвигового регистра соответственно. 1 ил

 

 

 

 

Наиболее близким аналогом является устройство, описанное в патенте  №2235336 G01R 21/04.

Для увеличения чувствительности и  точности измерения предложен измеритель мощности СВЧ, содержащий последовательно  соединенные термопреобразователь, вход которого является входом устройства, первый электронный ключ и первый усилитель низких частот, а также первый полосовой фильтр, первый синхронный детектор, сумматор и усилитель постоянного тока, выход которого является выходом устройства, генератор импульсов, второй, третий и четвертый электронные ключи, соединенные по сигнальному входу параллельно с первым электронным ключом, второй усилитель низких частот, прямой вход которого соединен с выходом второго электронного ключа, а инверсный вход - с выходом четвертого электронного ключа, а также последовательно соединенные второй полосовой фильтр и второй синхронный детектор, выход которого соединен с вторым входом сумматора, причем прямой вход первого усилителя низких частот соединен с выходом первого электронного ключа, а инверсный вход - с выходом третьего электронного ключа, а также последовательно соединенные первый делитель частоты на два, второй делитель частоты на два, логический элемент И и сдвиговый регистр, четыре выхода которого подключены к управляющим входами первого, второго, третьего и четвертого электронных ключей, а выход генератора импульсов соединен с тактовым входом сдвигового регистра и входом первого делителя частоты на два, второй вход логического элемента И соединен с выходом первого делителя частоты на два, третий и четвертый полосовые фильтры, входы которых соединены с первым и вторым выходами сдвигового регистра, а выходы - с вторыми входами первого и второго синхронных детекторов соответственно, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные первый логический элемент ИЛИ, пятый электронный ключ, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра, а сигнальный вход с выходом первого усилителя низких частот, последовательно соединенные второй логический элемент ИЛИ и шестой электронный ключ, выход которого соединен с входом второго полосового фильтра, а сигнальный вход с выходом второго усилителя низких частот, причем первый и второй входы первого логического элемента ИЛИ соединены с первым и третьим выходами сдвигового регистра соответственно, а первый и второй входы второго логического элемента ИЛИ соединены с вторым и четвертым выходами сдвигового регистра соответственно.

На чертеже приведена схема  устройства.

На ней изображены:

1 - термопреобразователь,

2, 3, 4, 5 - первый, второй, третий и  четвертый электронные ключи  соответственно,

6, 7 - первый и второй усилители  низких частот соответственно,

8, 9, 10, 11 - первый, второй, третий и  четвертый полосовые фильтры  соответственно,

12, 13 - первый и второй синхронные  детекторы соответственно,

14 - сумматор,

15 - УПТ,

16 - генератор импульсов,

17, 18 - первый и второй делители  частоты на два соответственно,

19 - логический элемент И,

20 - сдвиговый регистр,

21, 22 - первый и второй логические  элементы ИЛИ соответственно,

23, 24 - пятый и шестой электронные  ключи соответственно.

Измеритель мощности СВЧ работает следующим образом. Постоянное напряжение малого уровня с выхода термопреобразователя 1 поступает на сигнальные входы  первого, второго, третьего и четвертого электронных ключей 2, 3, 4 и 5, на управляющие  входы которых поступают импульсы с выходов сдвигового регистра 20 сдвинутые между собой на четвертую  часть периода. На информационный вход сдвигового регистра 20 поступают импульсы с делителя частоты на четыре, образованного  соединенными последовательно соединенными первым 18 и вторым 17 делителями частоты  на два и логическим элементом  И 19, а на тактовый вход - сигнал с  выхода генератора импульсов 16. С выходов  первого 2 и третьего 4 электронных  ключей сигналы поступают на прямой и инверсный входы первого  УНЧ 6, а с выходов второго 3 и  четвертого 5 электронных ключей сигналы  поступают на прямой и инверсный  входы второго УНЧ 7 соответственно. При этом на выходах обоих УНЧ  образуются усиленные двуполярные  сигналы.

В моменты отсутствия импульсов  на выходах первого УНЧ 6 и второго  УНЧ 7 имеет место помеха, представляющая собой собственные шумы первого  УНЧ 6 и второго УНЧ 7, что понижает чувствительность и точность измерителя СВЧ мощности. Для того, чтобы  закрыть каналы усиления в момент отсутствия импульсов измеряемого  сигнала, из импульсов сдвигового регистра 20, поступающих с выходов 1 и 3 (для  канала первого УНЧ 6) и с выходов 3 и 4 (для канала второго УНЧ 7), с  помощью первого 21 и второго 22 логических элементов ИЛИ формируются стробимпульсы, поступающие на управляющие входы  пятого 23 и шестого 24 электронных  ключей соответственно.

Затем сигналы поступают на входы  первого 8 и второго 9 полосовых фильтров, предназначенных для преобразования импульсного сигнала в синусоидальный и очистки от помех, лежащих вне  полосы полезного сигнала.

После этого сигналы синусоидальной формы преобразуются в постоянный ток в первом 12 и втором 13 синхронных детекторах и суммируются на сумматоре 14. УПТ 15 производит окончательное усиление сигнала постоянного тока до уровня, необходимого для работы индикаторного  устройства.