Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Проектирование супергетеродинного приемника с двойным преобразованием
частоты
1 Основные требования, предъявляемые к РПУ, представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные требования, предъявляемые к РПУ
Параметр Значение
Диапазоны частот 168-170 МГц
Промежуточная частота 455 кГц
Виды модуляции ЧТ(FSK), GMSK
Частота девиации 1 кГц
Скорость цифрового потока 4 кбод
Чувствительность Не более минус 115 дБм
Избирательность по побочным каналам Не менее 50 дБ
1.1 Тракт приема с двойным преобразованием частоты. На рисунке 1 по-
казана классическая архитектура супергетеродинного приемника с двойным
преобразованием частоты.
ФПЧ
2УПЧ2
Гетеро-
дин
См2ФВЧ УВЧ ФПЧ
1
УПЧ1
Гетеро-
дин
См1
Детек-
тор
Рисунок 1 – Архитектура тракта приема с двойным преобразованием
частоты
Полосовой ВЧ фильтр, предшествующий малошумящему усилителю
УВЧ уменьшает внеполосные сигналы, а также уровень помех по зеркальному
каналу совместно с фильтром ФПЧ1. Затем весь спектр преобразуется вниз по
частоте на фиксированную промежуточную частоту с использованием пере-
страиваемого гетеродина. Зеркальный сигнал и другие нежелательные продукты
преобразования уменьшаются далее до приемлемого уровня. Выбор рабочего
канала обычно осуществляется, фильтром ФПЧ2 после окончательного преобра-
зования вниз. Это ослабляет требования к динамическому диапазону следующих
блоков. От правильного выбора значения промежуточных частот зависят полу-
чаемые величины селективности и чувствительности приемника. Второе преоб-
разование вниз по частоте в современных трактах приема обычно происходит в
квадратурных схемах, чтобы облегчить цифровую обработку синфазных и квад-
ратурного сигналов I и Q.
В приемнике с двойным преобразованием частоты существенно снижа-
ются требования к элементам фильтрации. Супергетеродинная архитектура при-
емного тракта считается наиболее надежной, так как в ней высокие значения се-
лективности и чувствительности могут быть достигнуты надлежащим выбором
значений ПЧ и параметров фильтров. Эффекты смещения постоянной состав-
ляющей и утечки не влияют на характеристики приемника из-за использования
нескольких шагов преобразования.
Однако достижение высоких значений параметров и характеристик при-
емника приводит к увеличению стоимости устройства и его размеров. Это про-
исходит за счет применения внешних высокодобротных полосовых фильтров,
необходимых для подавления зеркального канала и выбора рабочего канала. Так
как выбор рабочего канала происходит в первом каскаде ПЧ, перестраиваемый
гетеродин требует качественного выполнения и использования внешнего коле-
бательного контура для достижения хорошей характеристики по шумам. Ука-
занные факторы затрудняют полную интеграцию приемопередатчика в единст-
венной микросхеме.
2 Разработка структурной схемы
Исходя из технического задания, выбран супергетеродинный приемник с
двойным преобразованием частоты. Выбор обусловлен маленьким канальным
разнесением и низким уровнем фазовых шумов.
Достоинства этого типа приемника [5]:
– Постоянство ( ) по диапазону. Благодаря этому все кон-
туры, входящие в состав УПЧ, имеют фиксированную настройку и просты по
конструкции, что позволяет применить в УПЧ большое число каскадов с резо-
нансными контурами. Это облегчает получение большого усиления большой из-
бирательности, и электрические показатели приемника в целом становятся более
постоянными в пределах всего диапазона принимаемых частот.
– Возможность получения промежуточной частоты более низкой, чем
частота принимаемого сигнала. Так как полоса пропускания каждого резонанс-
ного контура пропорциональна его резонансной частоте ( ), то пониже-
ние этой частоты позволяет сузить полосу пропускания приемника, что особенно
важно при приеме весьма высоких частот. Понижение резонансной частоты в
ряде случаев облегчает также возможность получения большого и устойчивого
усиления.
– Возможность осуществления усиления до детектора не только на часто-
те сигнала , но и на существенно отличной от нее частоте . Это обстоятель-
ство облегчает получение весьма большого устойчивого усиления (порядка
1000000 и более), т.к. наиболее опасными являются паразитные связи, охваты-
вающие каскады с примерно одинаковой резонансной частотой.
Таким образом, благодаря особенностям структурной схемы, в суперге-
теродинном приемнике значительно проще, чем в приемнике прямого усиления,
достигаются большое усиление, большая избирательность и постоянство элек-
трических параметров. Структурная схема приведена на рисунке 2.
ФПЧ1
(455 кГц)
ФПЧ2
(455 кГц)
ФПЧ
(45 МГц)См1БВЧ2БВЧ1
Гетеродин
1
Тракт ПЧ1
Гетеродин
2
УНЧСм2
Тракт ПЧ2
Преселектор
Рисунок 2 – Структурная схема приемника
Преселектор или, так называемый, тракт высокой частоты, обеспечивает
предварительное усиление слабых сигналов и избирательность по побочным ка-
налам приема в широком диапазоне частот. Преселектор предназначен для обес-
печения требуемого отношения сигнал-шум или чувствительности. Также за
счет полосовых фильтров обеспечивается избирательность по побочным кана-
лам (зеркальному и прямому). МШУ обеспечивает предварительное усиление
слабого сигнала над уровнем шума.
Тракт первого преобразования частоты (тракт ПЧ1) предназначен для пе-
реноса спектра сигнала на более низкую частоту. Также тракт ПЧ1 обеспечивает
избирательность по второму зеркальному каналу и от части по соседнему кана-
лу.
Тракт второй промежуточной частоты представлен на схеме трактом
ПЧ2. Тракт основной промежуточной частоты обеспечивает избирательность по
соседнему каналу. Также в тракте ПЧ2 происходит усиление сигнала до уровня,
удовлетворяющего нормальную работу детектора или демодулятора.
3 Выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы
3.1 Преселектор
Преселектор представляет собой каскад от антенны до первого смесите-
ля. Структурная схема представлена на рисунке 3.
ФПЧ
(169 МГц)
ФПЧ
(169 МГц)БУЧ2БУЧ1
к тракту ПЧ1
БВЧ1 БВЧ2
Рисунок 3 – Структура преселектора
БУЧ1 представляет собой малошумящий усилитель. Вместе с ФПЧ1
данный усилитель образует предусилительный каскад РПУ (БВЧ1). БУЧ2 также
представляет собой МШУ. Вместе с ФПЧ2 данный усилитель образует второй
блок высокой частоты РПУ.
3.1.1 МШУ
В качестве МШУ была выбрана микросхема RF2884 (рисунок 8) фирмы
RFMD [6]. Данная микросхема используется для супергетеродинных приемни-
ков с одним или несколькими трактами ПЧ. В режиме высокого сигнала данный
усилитель обеспечивает усиление до 15 дБ. RF2884 работает в диапазоне частот
от 45 МГц до 2,5 ГГц. Вносимый коэффициент шума не превышает 1,8 дБ. Ос-
новные характеристики микросхемы указаны в таблице 2.
Таблица 2 – Основные характеристики RF2884
Обозначение Характеристика Значение
NF Коэффициент шума, дБ 1,5
ÀG Коэффициент усиления, дБ 16
dBÐ1 Точка компрессии по уровню 1 дБ, дБм -10
3IÐ Точка интермодуляции третьего порядка, дБм +4
Z Сопротивление выходов, Ом 50
3.1.3 ФПЧ (169 МГц)
В качестве полосового фильтра в преселекторе выбран монолитный блок
ТА0437А фирмы Golledge [7]. Центральная частота фильтра равна 169 МГц, ши-
рина полосы пропускания составляет 6 МГц. Вносимое затухание сигнала не
превышает 2,8 дБ. Основные характеристики фильтра представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Основные характеристики ТА0437А
Обозначе-
ние
Характеристика Значение
ñF Центральная частота, МГц 169
minIL Вносимые затухания, дБ 2,8
BW Ширина полосы пропусканя, МГц 6
BWpass Неравномерность полосы пропускания, дБ 6
Apass Затухание в полосе заграждения, дБ 42
Z Сопротивление выходов, Ом 50
3.2 Тракт ПЧ1
Тракт первой промежуточной частоты представлен смесителем 1, ФПЧ
(45 МГц), синтезатором частоты и генератором устойчивого напряжения (ГУН).
3.2.1 Смеситель
В качестве смесителя была выбрана микросхема ADL5350 фирмы Analog
Devices (рисунок 4) [8]. Смеситель работает на частотах от 136 MГц до 176 МГц.
Рисунок 4 – Функциональная схема ADL5350
Таблица 4 – Основные характеристики ADL5350
Обозначение Характеристика Значение
NF Коэффициент шума, дБ 6,5
ÀG Коэффициент усиления, дБ 4
dBÐ1 Точка компрессии по уровню 1 дБ, дБм 19
3IÐ Точка интермодуляции третьего порядка, дБм 25
1Z Сопротивление на входе, Ом 50
2Z Сопротивление на выходе, Ом 50
3Z Сопротивление на входе гетеродина, Ом 50
Аналогами являются микросхемы: AN 1993 фирмы Philips, ADEX-10L
фирмы Mini-Circuits, MC 6333 фирмы Motorola.
3.2.2 Синтезатор частоты
В качестве синтезатора частоты была выбрана микросхема ADF 4351
фирмы Analog Devices (рисунок 5) [9]. Данный синтезатор использует техноло-
гию сигма-дельта модуляции для преобразования частоты. Для реализации ис-
пользуется малая частота девиации (до 100 Гц) и быстрая установка частоты.
Данный синтезатор может использоваться в качестве компенсации частоты
опорного генератора.
В качестве аналога могут быть использована микросхема ADF 4154 фир-
мы Analog Devices.
Рисунок 5 – Функциональная схема ADF 4351
3.2.3 ФПЧ (45 МГц)
В качестве ФПЧ используется фильтр 45R7B1 фирмы Golledge [10]. Цен-
тральная частота фильтра равна 45 МГц. Полоса пропускания составляет 3,75
кГц. Вносимые потери сигнала не превышают 4 дБ. Основные характеристики
фильтра представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Основные характеристики 45R7B1
Обозначение Характеристика Значение
ñF Центральная частота, МГц 45
minIL Вносимые затухания, дБ 4
BW Ширина полосы пропусканя, кГц 7,5
BWpass Неравномерность полосы пропускания, дБ 3,75
Apass Затухание в полосе заграждения, дБ 30
Z Сопротивление выходов, Ом/пФ 550/2,5
3.3 Тракт ПЧ2
Тракт второй промежуточной частоты представлен смесителем 2, ФПЧ1
(455 кГц) и ФПЧ2 (455 кГц), усилителем (УНЧ).
3.3.1 Микросхема SA647-3
В качестве тракта ПЧ2 выбрана микросхема SA647-3 фирмы Philips Sem-
iconductors (рисунок 6) [11]. Микросхема включает в себя смеситель, генератор с
буферным выходом, два промежуточных усилителя частоты, быстродействую-
щий логарифмический индикатор уровня сигнала (RSSI), ограничитель напря-
жения. SA647 предназначен для портативной цифровой связи. Данная микро-
схема позволяет подключать полосовые фильтры после промежуточных усили-
телей. Основные характеристики микросхемы представлены в таблице 6.
Рисунок 6 – Функциональная схема SA647-3
Таблица 6 – Основные характеристики SA647-3
Обозначе-
ние
Характеристика Значение
Смеситель
NF Коэффициент шума, дБ 4,5
ÀG Коэффициент усиления, дБ 20
3IÐ Точка интермодуляции третьего порядка, дБм -29,5
1Z Сопротивление на входе, Ом/пФ 670/3,0
2Z Сопротивление на выходе, Ом 1500
Усилитель
ÀG Коэффициент усиления, дБ 36
1Z Сопротивление на входе, Ом 1500
2Z Сопротивление на выходе, Ом 1500
3.3.2 ФПЧ (455 кГц)
В качестве ФПЧ (455 кГц) выбран монолитный блок CFUKG455KH1X-
R0 фирмы Golledge [12]. Представляет собой кварцевый фильтр с малой полосой
пропускания. Центральная частота фильтра равна 455 кГц. Полоса пропускания
составляет 3 кГц. Вносимые потери сигнала не превышают 7 дБ. Входное и вы-
ходное сопротивление составляет 1,5 кОм. Основные характеристики фильтра
представлены в таблице 7.
Таблица 7 – Основные характеристики CFUKG455KH1X-R0
Обозначение Характеристика Значение
ñF Центральная частота, кГц 455
minIL Вносимые затухания, дБ 7
BW Ширина полосы пропускания, кГц 3
BWpass Неравномерность полосы пропускания, дБ 2
Apass Затухание в полосе заграждения, дБ 55
Z Сопротивление выходов, Ом 1500
4 Моделирование основных характеристик РПУ в САПР ADS
4.1 Основные характеристики РПУ
Основными характеристиками радиоприемного устройства являются:
– диапазон рабочих частот;
– чувствительность;
– динамический диапазон;
– избирательность по побочным каналам;
– помехоустойчивость;
– восприимчивость приемника к внешним воздействиям;
– мощность.
4.1.1 Диапазон рабочих частот
Диапазоном рабочих частот называется полоса, в пределах которой мо-
жет перестраиваться приемник. При плавной перестройке диапазон задается
граничными частотами max0min0 ... ff . Относительная ширина диапазона оценивается
коэффициентом перекрытия [13]:
min0
max0
f
fКд .
Для обеспечения большого коэффициента перекрытия при простоте на-
стройки и сохранение качественных показателей приема диапазон разбивают на
поддиапазоны с коэффициентами перекрытия [13]:
min
max
ПД
ПД
f
fКпд .
4.1.2 Чувствительность
Чувствительность приемника характеризует его способность принимать
слабые сигналы.
Количественно чувствительность оценивается двумя способами [14]:
– Минимальной ЭДС модулированного сигнала 0АU в эквиваленте при-
емной антенны или минимальной напряженностью поля 0АE . Такой случай ха-
рактерен для приемников НЧ - ОВЧ, работающих с открытой антенной. 0АE ис-
пользуется для оценки чувствительности при применении магнитных и штыре-
вых антенн;
– Минимальной мощностью сигнала 0АP на входе приемника. Такой слу-
чай характерен преимущественно для приемников УВЧ и СВЧ.
Различают чувствительность: ограниченную усилением, реальную и по-
роговую чувствительность приемника.
Чувствительность, ограниченная усилением, характерна для приемников
со сравнительно малым усилением, принимающих сильные сигналы, т.е. в усло-
виях, когда помехи мало влияют на прием. Она определяется при данной мощ-
ности на выходе приемника.
Реальная чувствительность приемника учитывает влияние его собствен-
ных шумов и определяется минимальным уровнем сигнала на входе при задан-
ных на выходе уровне сигнала и его превышении над шумом.
Пороговая чувствительность определяется при отношении сигнал/шум на
выходе = 1.
4.1.3 Динамический диапазон радиоприемника
Динамическим диапазоном РПУ принято называть отношение (обычно в
децибелах) максимального входного сигнала к минимальному [13]:
min
maxlg20А
А
U
UD .
Уровень максимального сигнала ограничен допустимыми нелинейными
искажениями, возникающими из-за перегрузки в последнем каскаде УПЧ при
сильных сигналах.
Минимальный уровень входного сигнала определяется чувствительно-
стью приемника
0
maxlg20А
А
U
UD .
В современных вещательных приемниках D=40 … 60 дБ (100…1000); для
магистральных D=60…80 дБ (1000…10000).
Чтобы расширить динамический диапазон используют электронные при-
боры с большим линейным участком вольтамперной характеристики и автома-
тическую регулировку усиления. Увеличение чувствительности РПУ также ве-
дет к расширению динамического диапазона.
4.1.4 Избирательность
Избирательностью называют способность радиоприемного устройства
выделять полезный сигнал и ослаблять действие мешающих сигналов (помех) с
помощью различных способов избирательности: частотной, временной, про-
странственной, поляризационной и др [14].
В отличие от чувствительности избирательность (селективность) нельзя
оценить одним числом, т.к. из-за наличия электронных приборов с нелинейными
характеристиками эффекты, вызванные одновременным прохождением сигналов
и помех, могут отличаться от тех, какие имели бы место при раздельном их
приеме. Поэтому для оценки избирательности пользуются различными способа-
ми оценки избирательности. К ним относятся оценка односигнальной избира-
тельности и оценка эффективной (многосигнальной) избирательности.
– Односигнальная избирательность. При простейшем односигнальном
методе оценки селективность описывается частотной характеристикой приемни-
ка при подаче на его вход одного гармонического сигнала малого уровня, не вы-
зывающего нелинейных эффектов. Коэффициент усиления тракта радиочастоты
K зависит от частоты f и при 0ff достигает максимального значения 0K . Ве-
личина K
K0 характеризует ослабление помехи. Зависимость )( f представ-
ляет собой характеристику селективности.
На графике (рисунок 7) по оси абсцисс откладывают частоту f или рас-
стройку 0fff , а по оси ординат в относительных единицах или в де-
цибелах [13]:
K
KдБ
0lg20 .
Рисунок 7 – Характеристика селективности
Избирательность количественно оценивают ослаблением при некото-
рой расстройке 0f в обе стороны относительно 0f .
Для супергетеродинного приемника селективность по зеркальному кана-
лу оценивается ослаблением ЗК при ïðff 2 . Иногда избирательность оцени-
вают степенью близости реальной характеристики )( f к идеальной. Идеальной
с точки зрения селективности является прямоугольная характеристика )( f (ри-
сунок 8), для которой 0дБ в пределах полосы пропускания и дБ за ее
пределами.
Рисунок 8 – Селективность по ЗК
Степень близости реальной характеристики к идеальной характеризуют
коэффициентом прямоугольности характеристики
ПП 7,0 , где 7,0П – полоса
пропускания на уровне 3 дБ ( 7,00
K
K ); П – полоса пропускания на уровне дБ.
– Эффективная (многосигнальная) избирательность учитывает нелиней-
ные эффекты при одновременном действии сигнала и интенсивных помех.
Различают несколько типов многосигнальной селективности; основные
из них двух- и трехсигнальная селективность.
Нелинейные эффекты в усилительных и преобразовательных каскадах,
обусловленные в основном нелинейной вольтамперной характеристикой актив-
ных приборов при больших уровнях сигнала или помех могут вызвать следую-
щие явления.
4.1.5 Помехоустойчивость
Помехоустойчивость - способность приемника обеспечивать прием пе-
реданной или извлеченной информации с заданной достоверностью. Повышение
помехоустойчивости обеспечивается всеми видами избирательности, а также
созданием оптимальных (квазиоптимальных) структур приемников и специаль-
ными мерами борьбы с помехами при обработке принимаемых сигналов.
4.1.6 Восприимчивость приемника к внешним воздействиям
Восприимчивость приемника к внешним воздействиям - его реакция на
помехи, действующие через антенну и другие входы. Внешние помехи могут
изменять условия приема, но не влияют на способность приемника принимать
слабые сигналы в их отсутствие. Восприимчивость характеризуется мощностью,
плотностью потока мощности, напряженностью электрического или магнитного
поля помех. При оценке восприимчивости к помехам, действующим по цепям
питания, управления и коммутации, учитывают напряжение, так и частоту по-
мех.
Элементы приемника могут и сами стать источниками помех. Резисторы
восприимчивы к помехам, вызывающим изменение их сопротивления из-за ВЧ
нагрева и наводящим паразитную ЭДС (особенно пленочные и проволочные ре-
зисторы) одновременно резисторы создают тепловые шумы, которые могут ска-
зываться в малошумящих усилителях. Катушки создают паразитные электро-
магнитные поля и одновременно восприимчивы к помехам. Конденсаторы вос-
приимчивы к радиоактивному, световому, рентгеновскому облучениям, вызы-
вающим ионизацию диэлектрика.
4.1.7 Мощность
Мощность и другие характеристики питания приемника. Если источники
питания имеют ограниченную мощность, то задается максимально допустимая
мощность питания приемника.
4.1.8 Расчет цепи согласования
Для расчета цепи согласования необходимо определить сопротивления
на входе и выходе (рисунок 9) [14].
ЦСZ1 Z2
Рисунок 9 – Расчет цепи согласования
Пусть 1Z и
2Z – активные и 21 ZZ , тогда воспользуемся цепочкой, пред-
ставленной на рисунке 10.
Z1 Z2
L
C
Рисунок 10 – Цепь согласования
Методика определения индуктивности и емкости:
а) Определить n :
2
1
Z
Zn .
б) Определить Q :
)1( nQ .
в) Определим емкостное сопротивление ÑX и индуктивное LX :
Q
ZX Ñ
1 ;
QZX L 2 .
г) Определим значения емкости и индуктивности:
СXС
1;
LX
L .
4.2 Моделирование основных характеристик преселектора
Частота входного сигнала: 169 МГц.
Мощность входного сигнала: -100 дБм.
Частота ЗК: 79 МГц.
Общий вид модели преселектора представлен на рисунке 11.
Все микросхемы преселектора имеют входное и выходное сопротивление
50 Ом, что позволяет не производить расчет цепей согласования.
Ри
сун
ок 1
1 –
Об
щи
й в
ид
мод
ели
прес
елек
тора
4.2.1 Диапазон рабочих частот
Для определения диапазона рабочих частот используется анализ S-
параметров.
Анализ S-параметров - позволяет определить линеаризованные S- и шу-
мовые параметры, передаточные проводимости и импедансы. Кроме того, он
может быть использован и для достижения многих других целей малосигнально-
го частотного анализа [16].
Результаты моделирования представлены на рисунке 12.
m1freq=dB(S(2,1))=40.468
166.0MHz
m2freq=dB(S(2,1))=34.564
169.0MHz
m3freq=dB(S(2,1))=40.427
172.0MHz
155 160 165 170 175 180 185 190 195150 200
-200
-150
-100
-50
0
-250
50
freq, MHz
dB
(S(2
,1))
Readout
m1
Readout
m2
Readout
m3m1freq=dB(S(2,1))=40.468
166.0MHz
m2freq=dB(S(2,1))=34.564
169.0MHz
m3freq=dB(S(2,1))=40.427
172.0MHz
Рисунок 12 – Диапазон рабочих частот
Очевидно, что полоса 168-170 МГц находится в диапазоне рабочих час-
тот преселектора.
На центральной частоте мощность выходного сигнала составляет 34,6 дБ.
На границах частотного диапазона мощность выходного сигнала составляет 40,5
и 40,4 дБ.
4.2.2 Коэффициент шума
Определение коэффициента шума проводится с помощью анализа S-
параметров.
Результаты моделирования представлены на рисунке 13.
m4freq=nf(2)=4.717
169.0MHz
155 160 165 170 175 180 185 190 195150 200
50
100
150
200
0
250
freq, MHz
nf(
2)
Readout
m4
m4freq=nf(2)=4.717
169.0MHz
Рисунок 13 – Коэффициент шума
Коэффициент шума составляет 4,717 дБ. В основном шум обусловлен по-
терями в фильтре.
4.2.3 Спектр выходного сигнала
Определение спектра выходного сигнала осуществляется с помощью ме-
тода гармонического баланса.
Анализ методом гармонического баланса используется для расчета уста-
новившихся режимов в нелинейных устройствах в частотной области. Этот вид
анализа весьма полезен при проектировании радиочастотных усилителей, смеси-
телей и генераторов. Реализованный в данной системе метод подпространств
Крылова позволяет существенно уменьшить требуемую память ЭВМ и увели-
чить скорость расчета по сравнению со стандартными подходами. Эта операция
полезна при проектировании интегральных ВЧ схем большой размерности, ко-
гда проектируемое устройство включает в себя большое количество активных
приборов и необходимо учесть много гармонических и интермодуляционных
продуктов [16].
Результаты моделирования представлены на рисунке 14.
m5freq=dBm(out)=-65.436
169.0MHz
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20.0 1.4
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-450
-50
freq, GHz
dB
m(o
ut)
Readout
m5m5freq=dBm(out)=-65.436
169.0MHz
Рисунок 14 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -65,436 дБм.
По рисунку видно, что необходимая частота 169 МГц получила усиление
на 26,2 дБ, а остальные спектральные составляющие значительно ослаблены.
4.2.4 Динамический диапазон и точка компрессии
Определение динамического диапазона происходит методом гармониче-
ского баланса при изменении входной мощности. Результаты моделирования
представлены на рисунке 15.
m4pin=dBm(out[::,1])=-10.644
-44.000
-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10-100 0
-60
-50
-40
-30
-20
-10
-70
0
pin
dB
m(o
ut[:
:,1])
Readout
m4m4pin=dBm(out[::,1])=-10.644
-44.000
Рисунок 15 – Динамический диапазон
Мощность компрессии – верхняя граница динамического диапазона ра-
боты устройства. Определение точки компрессии производится с помощью кон-
троллера Gain Compression [16].
Результаты моделирования приведены в таблице на рисунке 16.
freq
0.0000 Hz169.0 MHz
inpwr
-44.88 dBm-44.88 dBm
Рисунок 16 – Мощность компрессии
Точка компрессии по входу Р1дБвх = -44,88 дБм.
4.2.5 Точка интермодуляции третьего порядка
Моделирование проводилось с применением стандартного двухсигналь-
ного метода, когда на вход приемника подается 2 гармонических сигнала равной
мощности с симметричной расстройкой [16] 5 кГц относительно центральной
частоты 169 МГц.
Результаты моделирования представлены на рисунке 16.
m1freq=dBm(out)=-65.437
169.0MHz
m2freq=dBm(out)=-193.841
169.0MHz
168.986 168.991 168.997 169.002 169.008 169.013168.980 169.019
-400
-300
-200
-100
-500
0
freq, MHz
dB
m(o
ut)
Readout
m1
Readout
m2
m1freq=dBm(out)=-65.437
169.0MHz
m2freq=dBm(out)=-193.841
169.0MHz
Рисунок 16 – Спектр выходного сигнала
Для определения точки интермодуляции третьего порядка необходимо
воспользоваться формулой, представленной на рисунке 17.
Eqn TOI=1.5*m1-0.5*m2
freq
<invalid>Hz
TOI
-1.235
Рисунок 17 – Точка интермодуляции по выходу
Таким образом, точка интермодуляции третьего порядка по выходу
преселектора составила -1,235 дБм. Точка интермодуляции по входу равна
разности между точка интермодуляции по выходу и коэффициентом усиления
устройства. Значит, 3IÐ =-1,235-26,155=-27,39 дБм.
4.2.5 Определение односигнальной избирательности
Чтобы оценить избирательность по ЗК, подаем на вход тракта частоту 79
МГц. Результаты моделирования представлены на рисунке 18.
m3freq=dBm(out)=-131.045
79.00MHz
22.857 45.714 68.571 91.429 114.286 137.1430.000 160.000
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-500
-100
freq, MHz
dB
m(o
ut)
Readout
m3 m3freq=dBm(out)=-131.045
79.00MHz
Рисунок 18 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -131,045 дБм. Избирательность
по прямому каналу равна -65,436-(-131,045)=65,609 дБ.
4.3 Моделирование основных характеристик тракта ПЧ1
Частота входного сигнала: 169 МГц.
Промежуточная частота: 45 МГц.
Частота гетеродина: 124 МГц.
Частота ПК: 45 МГц.
Частота ЗК: 168,09 МГц.
Частота СК1: 168,99375 МГц.
Частота СК2: 169,00625 МГц.
Мощность входного сигнала: -40 дБм.
Выходное сопротивление смесителя равно 50+j0 Ом. Входное сопротив-
ление ФПЧ (45 МГц) равно 550+j0 Ом. Для корректной работы устройства необ-
ходимо выполнить согласование сопротивлений.
1Z = 50 Ом; 2Z = 550 Ом; 6104522 f .
20С пФ; 560L нГн.
Полученная цепь согласования представлена на рисунке 19.
Z1 Z2L=560 нГн
C=20 пФ
Рисунок 19 – Согласование выхода смесителя с ФПЧ
Ри
сун
ок 2
0 –
Об
щи
й в
ид
мод
ели
трак
та П
Ч1
4.3.1 АЧХ
Для определения АЧХ используется анализ методом гармонического ба-
ланса при одновременной перестройке частоты на входе тракта ПЧ1 и частоты
гетеродина. Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления кас-
када 550 Ом представлены на рисунке 21.
m4rffreq=dBm(out[::,1],550)=-40.021
1.690E8
1.6
89
63
E8
1.6
89
75
E8
1.6
89
88
E8
1.6
90
00
E8
1.6
90
12
E8
1.6
90
25
E8
1.6
90
38
E8
1.6
89
50
E8
1.6
90
50
E8
-90
-80
-70
-60
-50
-100
-40
rffreq
dB
m(o
ut[::,1
],550)
Readout
m4
m4rffreq=dBm(out[::,1],550)=-40.021
1.690E8
Рисунок 21 – АЧХ
На частоте 169 МГц мощность выходного сигнала составляет -40,021
дБм. Значит, в тракте ПЧ1 происходит ослабление сигнала на 0,021 дБ.
4.3.2 Коэффициент шума
Определение коэффициента шума проводится с помощью метода гармо-
нического баланса. Результаты представлены на рис. 22.
m2noisefreq=NFdsb=7.232rffreq=1.710000E8
45.00MHz
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5 6
2
4
6
0
8
noisefreq, GHz
NF
dsb
45000000.0007.232
m2 m2noisefreq=NFdsb=7.232rffreq=1.710000E8
45.00MHz
Рисунок 22 – Коэффициент шума
На центральной частоте 45 МГц коэффициент шума составляет 7,232 дБ.
Основной составляющей шума является коэффициент шума смесителя (NF=6,5
дБ).
4.3.3 Динамический диапазон и точка компрессии
Определение динамического диапазона осуществляется методом гармо-
нического баланса при изменении входной мощности. Результаты моделирова-
ния с учетом выходного сопротивления каскада 550 Ом представлены на рисун-
ке 23.
Мощность компрессии – верхняя граница динамического диапазона ра-
боты устройства. Определение точки компрессии производится с помощью кон-
троллера Gain Compression. Результаты моделирования приведены в таблице на
рисунке 24.Точка компрессии по входу Р1дБвх = 15,38 дБм.
m3pin=dBm(out[::,1],550)=-3.035
-3.000
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40-50 50
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
-60
20
pin
dB
m(o
ut[::,1
],550)
20.00029.120
m3
m3pin=dBm(out[::,1],550)=-3.035
-3.000
Рисунок 23 – Динамический диапазон
freq
0.0000 Hz45.00 MHz
inpwr
15.38 dBm15.38 dBm
Рисунок 24 – Мощность компрессии
4.3.4 Точка интермодуляции третьего порядка
Моделирование проводилось с применением стандартного двухсигналь-
ного метода, когда на вход приемника подается 2 гармонических сигнала равной
мощности с симметричной расстройкой 2 кГц относительно центральной часто-
ты 169 МГц.
Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
550 Ом представлены на рисунке 25.
Для определения точки интермодуляции третьего порядка необходимо
воспользоваться формулой, представленной на рисунке 26.
Таким образом, точка интермодуляции третьего порядка по выходу
преселектора составила 41,556 дБм. Точка интермодуляции по входу равна
разности между точка интермодуляции по выходу и коэффициентом усиления
устройства. Значит, 3IÐ =-0,021-41,556=-41,577 дБм.
m4freq=dB(out,550)=-29.300640
45.00200MHz
m5freq=dB(out,550)=-171.013341
45.00600MHz
44.984 44.989 44.993 44.998 45.002 45.007 45.011 45.01644.980 45.020
-500
-400
-300
-200
-100
-600
0
freq, MHz
dB
(out,550)
Readout
m4
Readout
m5
m4freq=dB(out,550)=-29.300640
45.00200MHz
m5freq=dB(out,550)=-171.013341
45.00600MHz
Рисунок 25 – Спектр выходного сигнала
EqnTOI=1.5*m4-0.5*m5
freq
<invalid>Hz
TOI
41.556
Рисунок 26 – Точка интермодуляции по выходу
4.3.5 Спектр выходного сигнала
Определение осуществляется с помощью метода гармонического балан-
са.
Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
550 Ом представлены на рисунке 27.
m4freq=dB(out,550)=-29.193
45.00MHz
28.571 57.143 85.714 114.286 142.857 171.4290.000 200.000
-400
-300
-200
-100
-500
0
freq, MHz
dB
(ou
t,5
50
)
Readout
m4m4freq=dB(out,550)=-29.193
45.00MHz
Рисунок 27 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -29,193 дБ.
4.3.6 Определение односигнальной избирательности
Односигнальная избирательность по соседнему, зеркальному и прямому
каналам определяется на основании использования источника гармонического
сигнала на входе, метода гармонического баланса (HB) и оценки мощности на
выходе тракта ПЧ1.
Чтобы оценить избирательность по прямому каналу, подаем на вход
тракта частоту 45 МГц. Результаты моделирования с учетом выходного сопро-
тивления каскада 550 Ом представлены на рисунке 28.
m6freq=dB(out,550)=-30.332
45.00MHz
28.571 57.143 85.714 114.286 142.857 171.4290.000 200.000
-400
-300
-200
-100
-500
0
freq, MHz
dB
(ou
t,5
50
)
45.00M-39.61
m6m6freq=dB(out,550)=-30.332
45.00MHz
Рисунок 28 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -30,332 дБ. Избирательность по
прямому каналу равна -29,193-(-30,332)=1,139 дБ.
Чтобы оценить избирательность по зеркальному каналу, подаем на вход
тракта частоту 168,09 МГц. Результаты моделирования с учетом выходного со-
противления каскада 550 Ом представлены на рисунке 29.
m6freq=dB(out,550)=-79.470
44.09MHz
28.571 57.143 85.714 114.286 142.857 171.4290.000 200.000
-400
-300
-200
-100
-500
0
freq, MHz
dB
(ou
t,5
50
)
45.00M-39.61
m6m6freq=dB(out,550)=-79.470
44.09MHz
Рисунок 29 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -79,470 дБ. Избирательность по
зеркальному каналу равна -29,193-(-79,470)= 50,277 дБ.
Чтобы оценить избирательность по соседним каналам, подаем на вход
тракта частоту 168,99375 МГц и 169,00625 МГц. Результаты моделирования с
учетом выходного сопротивления каскада 550 Ом представлены на рис. 30 и 31.
m6freq=dB(out,550)=-41.625382
44.99375MHz
28.571 57.143 85.714 114.286 142.857 171.4290.000 200.000
-400
-300
-200
-100
-500
0
freq, MHz
dB
(out,550)
45.00M-39.61
m6 m6freq=dB(out,550)=-41.625382
44.99375MHz
Рисунок 30 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -41,625 дБ. Избирательность по
соседнему каналу равна -29,193-(-41,625)= 12,432 дБ.
m6freq=dB(out,550)=-41.979434
45.00625MHz
28.571 57.143 85.714 114.286 142.857 171.4290.000 200.000
-400
-300
-200
-100
-500
0
freq, MHz
dB
(out,550)
45.00M-39.61
m6 m6freq=dB(out,550)=-41.979434
45.00625MHz
Рисунок 31 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -41,979 дБ. Избирательность по
соседнему каналу равна -29,193-(-41,979)= 12,786 дБ.
4.4 Моделирование основных характеристик тракта ПЧ2
Частота входного сигнала: 45 МГц.
Промежуточная частота: 455 кГц.
Частота гетеродина: 44,545 МГц.
Частота ПК: 455 кГц.
Частота СК1: 44,99375 МГц.
Частота СК2: 45,00625 МГц.
Мощность входного сигнала: -40 дБм.
Обобщенный вид модели тракта ПЧ2 представлен на рисунке 32.
Входное сопротивление смесителя равно 670 Ом. Выходное сопротивле-
ние ФПЧ(45 МГц) тракта ПЧ1 равно 550 Ом. Для корректной работы устройства
необходимо выполнить согласование сопротивлений.
1Z = 550 Ом;
2Z = 670 Ом; 6104522 f .
5.2С пФ; 908L нГн.
Полученная цепь согласования представлена на рисунке 33.
Z1 Z2
L=908 нГн
C=2,5 пФ
Рисунок 33 – Согласование ФПЧ(45 МГц) со входом смесителя
Ри
сун
ок 3
2 -
Об
щи
й в
ид
мо
дел
и т
рак
та П
Ч2
4.4.1 АЧХ
Для определения АЧХ используется анализ методом гармонического ба-
ланса при перестройке частоты на входе тракта ПЧ2.
Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
1,5 кОм представлены на рисунке 34.
На частоте 45 МГц мощность выходного сигнала составляет 29 дБм. Зна-
чит, в тракте ПЧ2 происходит усиление сигнала на 69 дБ.
m1rf1freq=dBm(out[::,1],1500)=29.000
4.500E7
4.4
96E
7
4.4
97E
7
4.4
98E
7
4.4
99E
7
4.5
00E
7
4.5
01E
7
4.5
02E
7
4.5
03E
7
4.5
04E
7
4.4
95E
7
4.5
05E
7
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
-120
40
rf1freq
dB
m(o
ut[::,1
],1500)
Readout
m1m1rf1freq=dBm(out[::,1],1500)=29.000
4.500E7
Рисунок 34 – АЧХ
4.4.2 Коэффициент шума
Определение коэффициента шума проводится с помощью метода гармо-
нического баланса.
Результаты моделирования представлены на рисунке 35.
m2noisefreq=NFdsb=4.687rf1freq=4.505000E7
455.0kHz
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5 6
10
20
30
40
50
60
0
70
noisefreq, GHz
NF
dsb
Readout
m2
m2noisefreq=NFdsb=4.687rf1freq=4.505000E7
455.0kHz
Рисунок 35 – Коэффициент шума
На центральной частоте 455 кГц коэффициент шума составляет 4,687 дБ.
Основной составляющей шума является коэффициент шума смесителя (NF=4,5
дБ).
4.4.3 Динамический диапазон и точка компрессии
Определение динамического диапазона осуществляется методом гармо-
нического баланса при изменении входной мощности.
Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
1,5 кОм представлены на рисунке 36.
Мощность компрессии – верхняя граница динамического диапазона ра-
боты устройства. Определение точки компрессии производится с помощью кон-
троллера Gain Compression.
Результаты моделирования приведены в таблице на рисунке 37.
Точка компрессии по входу Р1дБвх = 19,87 дБм.
m1pin=dBm(out[::,1],1500)=87.189
19.000
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60-30 70
40
50
60
70
80
90
30
100
pin
dB
m(o
ut[::,1
],1500)
21.00088.677
m1m1pin=dBm(out[::,1],1500)=87.189
19.000
Рисунок 36 – Динамический диапазон
freq
0.0000 Hz455.0 kHz
inpwr
19.87 dBm19.87 dBm
Рисунок 37 – Мощность компрессии
4.4.4 Точка интермодуляции третьего порядка
Моделирование проводилось с применением стандартного двухсигналь-
ного метода, когда на вход приемника подается 2 гармонических сигнала равной
мощности с симметричной расстройкой 100 Гц относительно центральной час-
тоты 45 МГц.
Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
1,5 кОм представлены на рисунке 38.
Для определения точки интермодуляции третьего порядка необходимо
воспользоваться формулой, представленной на рисунке 39.
m3freq=dBm(out,1500)=28.999
455.1kHz
m4freq=dBm(out,1500)=-110.006
455.3kHz
454.6 454.7 454.8 454.9 455.0 455.1 455.2 455.3 455.4454.5 455.5
-300
-200
-100
0
-400
100
freq, KHz
dB
m(o
ut,1500)
455.1k29.00
m3
Readout
m4
m3freq=dBm(out,1500)=28.999
455.1kHz
m4freq=dBm(out,1500)=-110.006
455.3kHz
Рисунок 38 – Спектр выходного сигнала
EqnTOI=1.5*m3-0.5*m4
freq
<invalid>Hz
TOI
98.502
Рисунок 39 – Точка интермодуляции по выходу
Таким образом, точка интермодуляции третьего порядка по выходу
тракта ПЧ2 составила 98,502 дБм. Точка интермодуляции по входу равна
разности между точка интермодуляции по выходу и коэффициентом усиления
устройства. Значит, 3IÐ =69-98,502=-29,502 дБм.
4.4.5 Спектр выходного сигнала
Определение спектра выходного сигнала осуществляется с помощью ме-
тода гармонического баланса.
Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
1,5 кОм представлены на рисунке 40.
Мощность выходного сигнала составляет 48,542 дБ.
451
.667
453
.333
455
.000
456
.667
458
.333
460
.000
461
.667
463
.333
450
.000
465
.000
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
-350
50
freq, KHz
dB
(ou
t,1
50
0)
Readout
m1
m1freq=dB(out,1500)=48.542
455.0kHz
Рисунок 40 – Спектр выходного сигнала
4.4.6 Определение односигнальной избирательности
Односигнальная избирательность по соседнему, зеркальному и прямому
каналам определяется на основании использования источника гармонического
сигнала на входе, метода гармонического баланса (HB) и оценки мощности на
выходе тракта ПЧ2.
Чтобы оценить избирательность по прямому каналу, подаем на вход
тракта частоту 455 кГц. Результаты моделирования с учетом выходного сопро-
тивления каскада 1,5 кОм представлены на рисунке 41.
m1freq=dB(out,1500)=6.500
455.0kHz
451
.667
453
.333
455
.000
456
.667
458
.333
460
.000
461
.667
463
.333
450
.000
465
.000
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
-350
50
freq, KHz
dB
(ou
t,1
50
0)
Readout
m1 m1freq=dB(out,1500)=6.500
455.0kHz
Рисунок 41 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -6,5 дБ. Избирательность по
прямому каналу равна 48,542-6,5=42,042 дБ.
Чтобы оценить избирательность по соседним каналам, подаем на вход
тракта частоту 44,99375 МГц и 45,00625 МГц. Результаты моделирования с уче-
том выходного сопротивления каскада 1,5 кОм представлены на рисунках 42, 43.
m2freq=dB(out,1500)=-43.493053
448.7500kHz
448.5
36
448.5
94
448.6
52
448.7
10
448.7
68
448.8
26
448.8
84
448.9
42
448.4
78
449.0
00
-300
-200
-100
0
-400
100
freq, KHz
dB
(out,1500)
448.8k-43.49
m2
m2freq=dB(out,1500)=-43.493053
448.7500kHz
Рисунок 42 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -43,493 дБ. Избирательность по
соседнему каналу равна 48,542 -(-43,493)=92,035 дБ.
m1freq=dB(out,1500)=-41.973010
461.2500kHz
451
.667
453
.333
455
.000
456
.667
458
.333
460
.000
461
.667
463
.333
450
.000
465
.000
-300
-200
-100
0
-400
100
freq, KHz
dB
(out,1500)
Readout
m1
m1freq=dB(out,1500)=-41.973010
461.2500kHz
Рисунок 43 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -41,973 дБ. Избирательность по
соседнему каналу равна 48,542-(-41,973)=90,515 дБ.
4.5 Моделирование основных характеристик РПУ
Частота входного сигнала: 169 МГц.
Промежуточная частота RF1: 45 МГц.
Промежуточная частота RF2: 455 кГц.
Частота гетеродина LOF1: 124 МГц.
Частота гетеродина LOF2: 44,545 МГц.
Частота ПК1: 45 МГц.
Частота ПК2: 455 кГц.
Частота ЗК1: 79 МГц.
Частота ЗК2: 168,09 МГц.
Частота СК1: 168,99375 МГц.
Частота СК2: 169,00625 МГц.
Мощность входного сигнала: -100 дБм.
Частота девиации: 1 кГц.
Общий вид модели РПУ представлен на рисунке 44.
4.5.1 Коэффициент шума
Определение коэффициента шума проводится с помощью метода гармо-
нического баланса.
– Коэффициент шума на выходе преселектора:
На центральной частоте 169 МГц КШ составляет 4,717 дБ.
– Коэффициент шума на выходе тракта ПЧ1:
На центральной частоте 45 МГц КШ составляет 7,232 дБ.
– Коэффициент шума на выходе РПУ:
На центральной частоте 455 кГц коэффициент шума составляет 4,687 дБ.
Основной составляющей является шум преселектора (NF=4,717 дБ).
Ри
сун
ок 4
4 –
Об
щи
й в
ид
мод
ели
РП
У
Определение коэффициента шума на каждой ступени РПУ доказывает
тот факт, что самое большое влияние на коэффициент шума устройства имеет
коэффициент шума входного каскада.
4.5.2 Динамический диапазон и точка компрессии
Определение динамического диапазона осуществляется методом гармо-
нического баланса при изменении входной мощности.
Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
1,5 кОм представлены на рисунке 45.
m2pin=dBm(out[::,1],1500)=58.318
-44.000
-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10-100 0
10
20
30
40
50
60
0
70
pin
dB
m(o
ut[::,1
],1500)
Readout
m2m2pin=dBm(out[::,1],1500)=58.318
-44.000
Рисунок 45 – Динамический диапазон
Мощность компрессии – верхняя граница динамического диапазона ра-
боты устройства. Определение точки компрессии производится с помощью кон-
троллера Gain Compression.
Результаты моделирования приведены в таблице на рисунке 46.
freq
0.0000 Hz455.0 kHz
inpwr
-44.89 dBm-44.89 dBm
Рисунок 46 – Мощность компрессии
Точка компрессии по входу Р1дБвх = -44,89 дБм.
4.5.3 Точка интермодуляции третьего порядка
Моделирование проводилось с применением стандартного двухсигналь-
ного метода, когда на вход приемника подается 2 гармонических сигнала равной
мощности с симметричной расстройкой 100 Гц относительно центральной час-
тоты 169 МГц.
Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
1,5 кОм представлены на рисунке 47.
m3freq=dBm(out,1500)=3.527
455.1kHz
m4freq=dBm(out,1500)=-124.839
455.3kHz
454.563 454.725 454.887 455.050 455.213 455.375 455.538454.400 455.700
-300
-200
-100
0
-400
100
freq, KHz
dB
m(o
ut,1
50
0)
Readout
m3
Readout
m4
m3freq=dBm(out,1500)=3.527
455.1kHz
m4freq=dBm(out,1500)=-124.839
455.3kHz
Рисунок 47 – Спектр выходного сигнала
Для определения точки интермодуляции третьего порядка необходимо
воспользоваться формулой, представленной на рисунке 48.
Eqn TOI=1.5*m3-0.5*m4
freq
<invalid>Hz
TOI
67.710
Рисунок 48 – Точка интермодуляции преселектора
Таким образом, точка интермодуляции третьего порядка по выходу РПУ
составила 67,710 дБм. Точка интермодуляции по входу равна разности между
точка интермодуляции по выходу и коэффициентом усиления устройства.
Значит, 3IÐ =67,710-96,473=-28,763 дБм.
4.5.4 Спектр выходного сигнала
Определение спектра выходного сигнала осуществляется с помощью ме-
тода гармонического баланса.
Результаты на выходе преселектора показаны на рисунке 49.
m5freq=dBm(out3)=-65.396
169.0MHz
16
7.3
64
16
7.7
27
16
8.0
91
16
8.4
55
16
8.8
18
16
9.1
82
16
9.5
45
16
9.9
09
17
0.2
73
17
0.6
36
16
7.0
00
17
1.0
00
-400
-300
-200
-100
-500
0
freq, MHz
dB
m(o
ut3
)
Readout
m5 m5freq=dBm(out3)=-65.396
169.0MHz
Рисунок 49 – Спектр выходного сигнала на выходе преселектора
Мощность выходного сигнала составляет -65,396 дБм. Сигнал усиливает-
ся на 34,604 дБ.
Результаты моделирования на выходе тракта ПЧ1 с учетом выходного
сопротивления 550 Ом представлены на рисунке 50.
Мощность выходного сигнала составляет -65,493 дБм. Сигнал ослабился
на 0,097 дБ.
Результаты моделирования на выходе РПУ с учетом выходного сопро-
тивления 1,5 кОм представлены на рисунке 51.
m6freq=dBm(HB.out2,550)=-65.493
45.00MHz
44.9
18
44.9
36
44.9
55
44.9
73
44.9
91
45.0
09
45.0
27
45.0
45
45.0
64
45.0
82
44.9
00
45.1
00
-800
-600
-400
-200
-1000
0
freq, MHz
dB
m(H
B.o
ut2
,550)
Readout
m6m6freq=dBm(HB.out2,550)=-65.493
45.00MHz
Рисунок 50 – Спектр выходного сигнала на выходе тракта ПЧ1
m7freq=dBm(out,1500)=3.528
455.0kHz
36
9.8
35
38
8.8
51
40
7.8
68
42
6.8
84
44
5.9
01
46
4.9
17
48
3.9
34
50
2.9
50
52
1.9
67
54
0.9
83
35
0.8
18
56
0.0
00
-300
-200
-100
0
-400
100
freq, KHz
dB
m(o
ut,1
50
0)
Readout
m7
m7freq=dBm(out,1500)=3.528
455.0kHz
Рисунок 51 – Спектр выходного сигнала на выходе РПУ
Мощность выходного сигнала составляет 3,528 дБм. В тракте ПЧ2 сигнал
усилился на 69,021 дБ.
Усиление сигнала в РПУ составляет 103,528 дБ.
4.5.5 Определение односигнальной избирательности
Односигнальная избирательность по соседнему, зеркальному и прямому
каналам определяется на основании использования источника гармонического
сигнала на входе, метода гармонического баланса (HB) и оценки мощности на
выходе РПУ.
Чтобы оценить избирательность по ПК1, подаем на вход тракта частоту
45 МГц. Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
550 Ом представлены на рисунке 60.
Мощность выходного сигнала составляет -65,493 дБм. Сигнал ослабился
на 0,097 дБ.
Результаты моделирования на выходе РПУ с учетом выходного сопро-
тивления 1,5 кОм представлены на рисунке 52.
m8freq=dBm(out,1500)=-293.261
455.0kHz
449.714 451.929 454.143 456.357 458.571 460.786447.500 463.000
-320
-240
-160
-80
-400
0
freq, KHz
dB
m(o
ut,1500)
455.0k-293.3
m8
m8freq=dBm(out,1500)=-293.261
455.0kHz
Рисунок 52 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -293,261 дБм. Избирательность
по прямому каналу равна 3,528-(-293,261)=296,789 дБ.
Чтобы оценить избирательность по ПК2, подаем на вход тракта частоту
455 кГц. Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
1,5 кОм представлены на рисунке 53.
m8freq=dBm(out,1500)=-304.311
455.0kHz
449.714 451.929 454.143 456.357 458.571 460.786447.500 463.000
-320
-240
-160
-80
-400
0
freq, KHz
dB
m(o
ut,1500)
455.0k-293.3
m8
m8freq=dBm(out,1500)=-304.311
455.0kHz
Рисунок 53 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -304,311 дБм. Избирательность
по прямому каналу равна 3,528-(-304,311)= 307,839 дБ.
Чтобы оценить избирательность по ЗК1, подаем на вход тракта частоту
79 МГц. Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления каскада
1,5 кОм представлены на рисунке 54.
m8freq=dBm(out,1500)=-63.149
455.0kHz
449.714 451.929 454.143 456.357 458.571 460.786447.500 463.000
-320
-240
-160
-80
-400
0
freq, KHz
dB
m(o
ut,1500)
455.0k-293.3
m8m8freq=dBm(out,1500)=-63.149
455.0kHz
Рисунок 54 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -63,149 дБм. Избирательность
по зеркальному каналу равна 3,528-(-63,149)= 66,677 дБ.
Чтобы оценить избирательность по ЗК2, подаем на вход тракта частоту
169,09 МГц. Результаты моделирования с учетом выходного сопротивления кас-
када 1,5 кОм представлены на рисунке 55.
m8freq=dBm(out,1500)=-46.955
455.0kHz
449.714 451.929 454.143 456.357 458.571 460.786447.500 463.000
-320
-240
-160
-80
-400
0
freq, KHz
dB
m(o
ut,1500)
455.0k-293.3
m8 m8freq=dBm(out,1500)=-46.955
455.0kHz
Рисунок 55 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -46,955 дБм. Избирательность
по зеркальному каналу равна 3,528-(-46,955)= 50,483 дБ.
Чтобы оценить избирательность по соседним каналам, подаем на вход
тракта частоту 168,99375 МГц и 169,00625 МГц. Результаты моделирования с
учетом выходного сопротивления каскада 1,5 кОм представлены на рисунках 56
и 57.
m8freq=dBm(out,1500)=-100.965
448.8kHz
449.714 451.929 454.143 456.357 458.571 460.786447.500 463.000
-320
-240
-160
-80
-400
0
freq, KHz
dB
m(o
ut,1500)
448.75k-105.77
m8
m8freq=dBm(out,1500)=-100.965
448.8kHz
Рисунок 56 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -100,965 дБм. Избирательность
по соседнему каналу равна 3,528-(-100,965)= 104,493 дБ.
m8freq=dBm(out,1500)=-99.769
461.2kHz
449.714 451.929 454.143 456.357 458.571 460.786447.500 463.000
-320
-240
-160
-80
-400
0
freq, KHz
dB
m(o
ut,1500)
448.75k-105.77
m8
m8freq=dBm(out,1500)=-99.769
461.2kHz
Рисунок 57 – Спектр выходного сигнала
Мощность выходного сигнала составляет -99,769 дБ. Избирательность по
соседнему каналу равна 3,528-(-99,769)= 103,297 дБ.
4.5.5 Определение чувствительности
Для определения чувствительности устройства используется метод ана-
лиза Circuit Envelop. При этом одновременно используются подсистемы цифро-
вого и аналогового моделирования. В аналоговом тракте происходит частотная
модуляция битовой последовательности. На основе анализа битовой ошибки
можно вычислить чувствительность приемника [16]. Схема моделирования при-
ведена на рисунке 58. Схема аналогового тракта приведена на рисунке 59.
При моделировании с учетом шумов и мощности входного сигнала -116
дБм BER равен нулю (рисунок 60), при уменьшении мощности до -117 дБм BER
сильно увеличивается (рисунок 61). Таким образом, приближенное значение
чувствительности РПУ равно минус 116 дБм.
0.02 0.04 0.06 0.080.00 0.10
-5.0E-301
0.0
5.0E-301
-1.0E-300
1.0E-300
currentTime
BE
R
Рисунок 60 – Коэффициент BER при мощности сигнала на входе -116 дБм
m1currentTime=BER=0.023
1.000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90.0 1.0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.00
0.05
currentTimeB
ER
1.0000.023
m1
m1currentTime=BER=0.023
1.000
Рисунок 61 – Коэффициент BER при мощности сигнала на входе -117 дБм
Ри
сун
ок 5
8 –
Сх
ема
мо
дел
ир
ован
ия
Ри
сун
ок 5
9 –
Сх
ема
мо
дел
ир
ован
ия а
нал
ого
во
го т
рак
та
4.6 Результаты моделирования
Результаты моделирования отдельных трактов и всей аналоговой части
приведены в таблице 8.
Таблица 8 – Результаты моделирования
Характеристика Преселектор Тракт ПЧ1 Тракт ПЧ2 РПУ
Коэффициент усиления, дБ 26,2 0,021 69 103,528
Коэффициент шума, дБ 4,717 7,232 4,687 4,687
Точка компрессии, дБм -44,88 15,38 19,87 -44,89
Точка интермодуляции, дБм -27,39 -41,577 -29,502 -28,763
Избирательность по ПК1, дБ - 1,139 - 296,789
Избирательность по ПК2, дБ - - 42,042 307,839
Избирательность по ЗК1, дБ 65,609 - - 66,677
Избирательность по ЗК2, дБ - 50,277 - 50,483
Избирательность по СК1, дБ - 12,432 92,035 104,493
Избирательность по СК2, дБ - 12,786 90,515 103,297
Чувствительность, дБм - - - -116
Сигнал на выходе устройства усиливается на 103,528 дБ. Такое усиление
сигнала соответствует выходному напряжению 300-400 мВ, которое требуется
на входе демодулятора. Коэффициент шума составляет 4,69 дБ, основное влия-
ние имеет шум преселектора, что подтверждает теоретические данные. Точка
компрессии составляет минус 44,89 дБм. Точка интермодуляции третьего поряд-
ка составляет минус 28,763 дБм. Избирательность по прямым и побочным кана-
лам завышена, нежели в техническом задании. Это объясняется тем, что сигнал
проходит несколько фильтров, в которых резко понижается мощность частот, не
попадающих в полосу пропускания. Чувствительность устройства составляет
минус 116 дБм, что соответствует техническому заданию.
Список использованных источников
1. Сердюков П.Н., Бельчиков А.В., Дронов А.Е., Григорьев А.С., Волков С.С.
Защищенные радиосистемы передачи цифровой информации. – М.: ООО «Изда-
тельство АС – Москва», 2005. – 525с.
2. Современные радиомодемы передачи данных. Краткий обзор/ Сердюков
П.Н., Зорин В.И., Бельчиков А.В., Лаврентьев А.И.// «Специальная техника». –
2007. – №5. – с.40-48.
3. Справочник по радиоэлектронике //dic.academic.ru:: Персональный сайт. –
Дата обновления: 27.01.2010. URL: http://dic.academic.ru/ (Дата обращения:
17.04.2010)
4. Kenington, Peter B. RF and Baseband Techniques for Software Defined Radio.
Artech House Inc. – 2005.
5. Немировский А.С., Данилович О.С. и др. Радиорелейные и спутниковые сис-
темы передачи. – М.: Радио и связь, 1986. – 390 с.
6. Data sheet, RF Micro Devices, RF2884: Broadband low noise amplifier, NC
27409-9421, 2006.
7. Data sheet, Golledge Electronics Ltd, TA0437: SAW Filter 169.0MHz, 2010.
8. Data sheet, Analog Devices, ADL5350: High linearity Y-mixer, MA 02062-9106,
2008.
9. Data sheet, Analog Devices, ADF4351: Wideband synthesizer with integrated
VCO, MA 02062-9106, 2012.
10. Data sheet, Golledge Electronics Ltd, 45R7B1: SM Monolithic Filter, September
07, 2010.
11. Data sheet, Philips Semiconductors, SA647: Low-voltage digital IF receiver, 1998.
12. Data sheet, Golledge Electronics Ltd, CFUKG455KH1X-R0: Ceramic Filter, Oc-
tober 12, 2005.
13. Головин О.В. Радиоприемные устройства – М.: Высшая школа, 1987. – 440 с.
14. Колосовский Е. А. Устройства приема и обработки сигналов – М.: Горячая
линия – Телеком, 2007. – 456 с.
15. Меркутов А.С. Методология автоматизированного проектирования радио-
приемных устройств систем цифровой связи – Вл.: ВлГУ, 2002. – 33 с.
16. Меркутов А.С. Программа и методика испытаний макета блока радиочасто-
ты с использованием технологической платы управления – Вл.: ВлГУ, 2006. –
13 с.