Укв 2 2 е: » 2-2-» -OIRT -CCIR (

Перестройка блока УКВ 2-2-Е с УКВ (советский диапазон) на FM | Радиолюбитель

Опубликовано 03.07.202203.07.2022 автором Moldik

88 просмотров

В свете последних событий, а именно подаренной мне недавно магнитолы ”Вега-326”, встал вопрос о ремонте приемника и естественно перестройки УКВ диапазона на FM, т.е. советского УКВ на ранее считавшийся импортным, а сегодня принятый и у нас как стандарт (88-108МГц). В приемной части “Веги” стоит блок УКВ, а именно УКВ-2-1СП.
Существует 2 наиболее распространенных блока УКВ: УКВ-1 и УКВ-2, которые стояли в различных радиоприемниках, магнитолах и радиолах. Они схожи по схемному решению и по перестройке.

Схема блока УКВ-2-01С

Работать с этим блоком одно удовольствие. Это однозначно самый легко перестраиваемый на FM блок укв.
Секрет кроется низкой селективности полосатых фильтров, приёмник принимает фм станции даже если перестроить только гетеродин, можно обойтись без частотомера.

Отматывать требуется только одну катушку. Но главное я такой уже перестраивал.
Здесь, слава богу, стоит обычный КПЕ, параметры которого точно известны, значит можно делать нормальный расчёт с абсолютными значениями, а не относительный пересчёт имеющихся номиналов, дающий крайне приблизительные значения. Пока свежо предание надо записать.

реклама

Последовательный растягивающий конденсатор остаётся штатным, при этом диапазон будет шире чем нужно. Уменьшение его ёмкости нецелесообразно, ведь он растягивает только самую нижнюю часть диапазона, промежуток шкалы занимаемый каждой станцией (кроме самых нижних) при этом заметно не увеличится, а настройка усложнится.
С 56 пф КПЕ перестраивается в пределах 2.11-12.44 пф. Перестройка 10.33 пф. Катушка гетеродина имеет индуктивность 0.095 мкгн, замечательно, не нужно отматывать.

На частоте 118.7 мгц нужен конденсатор 18.9 пф. Проверяем нижнюю границу 18,9+10,33=29,23 пф, с такой ёмкостью она будет 95.5 мгц.

Добавочная ёмкость требуется 18. 9-2.11= 16.79 пф.
В добавочную ёмкость входят все ёмкости подключаемые параллельно катушкам, в том числе межвитковые и переходов. Поэтому фактические номиналы конденсаторов просто подбираются из стандартного ряда.

реклама

Растягивающий конденсатор контура полосового фильтра будет 56 пф как и в гетеродине для получения аналогичной кривой перестройки. Увеличение ёмкости для большей перестройки положительного эффекта не даёт. Контур строится только на половине диапазона из-за разной нелинейности.

Синхронности настройки добиваются выбором индуктивности фильтра исходя из перекрытия по ёмкости.

Для расчёта индуктивности полосового фильтра уменьшаем с некоторым шагом общую ёмкость контура и подставляем её в калькулятор.
Например возьмём 17.5 пф, на 108 мгц нужна индуктивность 0.1241 мкгн
17.5+10.33=27.7пф, нижняя граница 85.8 мгц, то что нужно.

Требуемое отношение индуктивностей составляет составляет около 1.3, и на практике для пересчёта аналогичных блоков достаточно просто умножить на этот коэффициент индуктивность гетеродинной катушки.

После смотки витка катушка имеет 4.5 витка 0.12 мкгн при выведенном сердечнике, достаточно неплохо, но меньше чем надо, фильтр будет чуть отставать. Так даже лучше, а то слишком легко выходит, начинают одолевать нехорошие предчувствия. Достичь требуемого номинала часто не удаётся из-за конструктивных ограничений.

С входным контуром всё просто. Индуктивность 0.3 мкгн. Нужна ёмкость 8.5 пф. Последовательное соединение удобно считать подобными калькуляторами. Выбираем 10 и 30 пф, остальное настроится сердечником.

Между катушкой связи и антенным контуром включается С 1пф для увеличения чувствительности.

Для настройки к входу блока УКВ 2-2-Е подключается длинная антенна. После чего подстройкой L4 добиваются чтобы в диапазон влезли все станции.

Поскольку подстроечных конденсаторов всё равно нет, контура полосовых фильтров L2 L3 достаточно настроить сердечниками по максимуму отклонения стрелки индикатора

Показателем правильности настройки служит равномерная чувствительность по всему диапазону и отсутствие побочного приёма мощных радиостанций далеко от их фактического расположения на шкале, если это происходит, L3 настроен совсем не туда.

Блок УКВ-2 на удивление хорошо работает на ФМ, не смотря на такой простой блок укв с посредственными параметрами. АПЧ без преувеличения отличная, гетеродин фактически переключается между станциями без шумов и промежутков.

Поделится

Радиоприем

радиолприем

Перестройка блока УКВ 2-2-Е с УКВ (советский диапазон) на FM

Перестройка блока УКВ 2-2-Е с УКВ (советский диапазон) на FM

В свете последних событий, а именно подаренной мне недавно магнитолы »Вега-326», встал вопрос о ремонте приемника и естественно перестройки УКВ диапазона на FM, т.е. советского УКВ на ранее считавшийся импортным, а сегодня принятый и у нас как стандарт (88-108МГц). В приемной части «Веги» стоит блок УКВ, а именно УКВ-2-1СП. Существует 2 наиболее распространенных блока УКВ: УКВ-1 и УКВ-2, которые стояли в различных радиоприемниках, магнитолах и радиолах. Они схожи по схемному решению и по перестройке. Схема блока УКВ-2-01С

Реклама

DC 12 В 24 В цифровой контроллер зарядного устройства Отзывы: ***Хорошее устройство.

***

Реклама

1 шт./лот PIC16F684, Микроконтроллер 8-Бит, PIC, 20МГц, 3.5КБ (2Кx14) Flash, 12 I/O

Работать с этим блоком одно удовольствие. Это однозначно самый легко перестраиваемый на FM блок укв. Секрет кроется низкой селективности полосатых фильтров, приёмник принимает фм станции даже если перестроить только гетеродин, можно обойтись без частотомера. Отматывать требуется только одну катушку. Но главное я такой уже перестраивал. Здесь, слава богу, стоит обычный КПЕ, параметры которого точно известны, значит можно делать нормальный расчёт с абсолютными значениями, а не относительный пересчёт имеющихся номиналов, дающий крайне приблизительные значения. Пока свежо предание надо записать.

Последовательный растягивающий конденсатор остаётся штатным, при этом диапазон будет шире чем нужно. Уменьшение его ёмкости нецелесообразно, ведь он растягивает только самую нижнюю часть диапазона, промежуток шкалы занимаемый каждой станцией (кроме самых нижних) при этом заметно не увеличится, а настройка усложнится. С 56 пф КПЕ перестраивается в пределах 2.11-12.44 пф. Перестройка 10.33 пф. Катушка гетеродина имеет индуктивность 0.095 мкгн, замечательно, не нужно отматывать.

На частоте 118.7 мгц нужен конденсатор 18.9 пф. Проверяем нижнюю границу 18,9+10,33=29,23 пф, с такой ёмкостью она будет 95.5 мгц.

Добавочная ёмкость требуется 18.9-2.11= 16.79 пф. В добавочную ёмкость входят все ёмкости подключаемые параллельно катушкам, в том числе межвитковые и переходов. Поэтому фактические номиналы конденсаторов просто подбираются из стандартного ряда.

Растягивающий конденсатор контура полосового фильтра будет 56 пф как и в гетеродине для получения аналогичной кривой перестройки. Увеличение ёмкости для большей перестройки положительного эффекта не даёт. Контур строится только на половине диапазона из-за разной нелинейности.

Синхронности настройки добиваются выбором индуктивности фильтра исходя из перекрытия по ёмкости.

Для расчёта индуктивности полосового фильтра уменьшаем с некоторым шагом общую ёмкость контура и подставляем её в калькулятор. Например возьмём 17.5 пф, на 108 мгц нужна индуктивность 0.1241 мкгн 17.5+10.33=27.7пф, нижняя граница 85.8 мгц, то что нужно.

Реклама

набор многофункциональных отверток 30 в 1 Отзывы: *** А как инструмент — просто отличный набор удлиненных бит. Теперь и в глубокое маленькое отверстие до винта хитрой головкой доберешься.. ***

Реклама

1 м, 2 м, 3 м, 5 м, 10 м, 20 м, 50 м, 100 м, 4PIN, шлейф

Требуемое отношение индуктивностей составляет составляет около 1.3, и на практике для пересчёта аналогичных блоков достаточно просто умножить на этот коэффициент индуктивность гетеродинной катушки.

После смотки витка катушка имеет 4.5 витка 0.12 мкгн при выведенном сердечнике, достаточно неплохо, но меньше чем надо, фильтр будет чуть отставать. Так даже лучше, а то слишком легко выходит, начинают одолевать нехорошие предчувствия. Достичь требуемого номинала часто не удаётся из-за конструктивных ограничений.

С входным контуром всё просто. Индуктивность 0. 3 мкгн. Нужна ёмкость 8.5 пф. Последовательное соединение удобно считать подобными калькуляторами. Выбираем 10 и 30 пф, остальное настроится сердечником.

Между катушкой связи и антенным контуром включается С 1пф для увеличения чувствительности.

Для настройки к входу блока УКВ 2-2-Е подключается длинная антенна. После чего подстройкой L4 добиваются чтобы в диапазон влезли все станции.

Поскольку подстроечных конденсаторов всё равно нет, контура полосовых фильтров L2 L3 достаточно настроить сердечниками по максимуму отклонения стрелки индикатора

Показателем правильности настройки служит равномерная чувствительность по всему диапазону и отсутствие побочного приёма мощных радиостанций далеко от их фактического расположения на шкале, если это происходит, L3 настроен совсем не туда.

Блок УКВ-2 на удивление хорошо работает на ФМ, не смотря на такой простой блок укв с посредственными параметрами. АПЧ без преувеличения отличная, гетеродин фактически переключается между станциями без шумов и промежутков.

Теория радиоволн: ликбез

Думаю все крутили ручку радиоприемника, переключая между «УКВ», «ДВ», «СВ» и слышали шипение из динамиков. Но кроме расшифровки сокращений, не все понимают, что скрывается за этими буквами. Давайте ближе познакомимся с теорией радиоволн.

Радиоволна

Длина волны(λ) — это расстояние между соседними гребнями волны. Амплитуда(а) — максимальное отклонения от среднего значения при колебательном движении. Период(T) — время одного полного колебательного движения Частота(v) — количество полных периодов в секунду

Существует формула, позволяющая определять длину волны по частоте: Где: длина волны(м) равна отношению скорости света(км/ч) к частоте (кГц)

«УКВ», «ДВ», «СВ»

Сверхдлинные волны
— v = 3—30 кГц (λ = 10—100 км). Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня. Эти волны могут распространяться вплоть до огибания земли, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.

Длинные волны

(ДВ) v = 150—450 кГц (λ = 2000—670 м).

Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.

Средние волны

(СВ) v = 500—1600 кГц (λ = 600—190 м).

Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли.Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.

Короткие волны

(КВ) v= 3—30 МГц (λ = 100—10 м). Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния(несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.

Ультракороткие Волны

(УКВ) v = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м).

Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями. Существует формула, которая позволяет рассчитать дальность связи в УКВ диапазоне: Так к примеру при радиотрансляции с останкинской телебашни высотой 500 м на приемную антенну высотой 10 м, дальность связи при условии прямой видимости составит около 100 км.

Высокие частоты (ВЧ-сантиметровый диапазон)

v = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м). Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях. Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых печах. Как видите, wi-fi оборудование и микроволновые печи работают в одном диапазоне и могут воздействовать на воду, поэтому, спать в обнимку с wi-fi роутером, длительное время не стоит.

Крайне высокие частоты (КВЧ-миллиметровый диапазон)

v = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м). Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.

AM — FM

Зачастую, приемные устройства имеют положения переключателей am-fm, что же это такое:
AM

— амплитудная модуляция

Это изменение амплитуды несущей частоты под действием кодирующего колебания, к примеру голоса из микрофона. АМ — первый вид модуляции придуманный человеком. Из недостатков, как и любой аналоговый вид модуляции, имеет низкую помехоустойчивость.

FM

— частотная модуляция

Это изменение несущей частоты под воздействие кодирующего колебания. Хотя, это тоже аналоговый вид модуляции, но он имеет более высокую помехоустойчивость чем АМ и поэтому широко применяется в звуковом сопровождении ТВ трансляций и УКВ вещании.

На самом деле у описанных видом модуляции есть подвиды, но их описание не входит в материал данной статьи.

Еще термины

Интерференция
— в результате отражений волн от различных препятствий, волны складываются. В случае сложения в одинаковых фазах, амплитуда начальной волны может увеличиться, при сложении в противоположных фазах, амплитуда может уменьшиться вплоть до нуля. Это явление более всего проявляется при приеме УКВ ЧМ и ТВ сигнала.

Поэтому, к примеру внутри помещения качество приема на комнатную антенну ТВ сильно «плавает».

Дифракция

— явление, возникающее при встрече радиоволны с препятствиями, в результате чего, волна может менять амплитуду, фазу и направление. Данное явление объясняет связь на КВ и СВ через ионосферу, когда волна отражается от различных неоднородностей и заряженных частиц и тем самым, меняет направление распространения. Этим же явлением объясняется способность радиоволн распространяться без прямой видимости, огибая земную поверхность. Для этого длина волны должна быть соразмерна препятствию.

PS:

Надеюсь, информация описанная мной будет полезна и принесет некоторое понимание по данной теме.

Детали и конструкция

Напряжение питания от 3 до 6V. То есть от двух до четырех гальванических элементов. Если напряжение питания аппарата, куда устанавливается модуль, больше, можно его понизить интегральным стабилизатором, например, 78L05.

Рис.2. Печатная плата для УКВ приемника на микросхеме TDA7088T.

Катушки L1 и L2 бескаркасные. Внутренний диаметр 3 мм. L1 — 7 витков, L2 — 9 витков. Провод ПЭВ 0,43. Подстройка катушек путем растягивания — сжимания. Гетеродинную катушку после настройки желательно зафиксировать каплей парафина, иначе может микрофонить.

Привалов Ю. РК-02-2016.

Принципиальная схема

Принципиальная схема УКВ приемника показана на рисунке 1. Микросхема располагается со стороны печатных проводников, а все детали с другой стороны.

Рис.1. Принципиальная схема УКВ-FM приемника с цифровой настройкой на TDA7088T.

Антенна W1 может быть чем угодно, как телескопический штырь, так и кусок монтажного провода. Входной контур -катушка L1 и конденсаторы С1 и С2. Вход УРЧ симметричный высокоомный, поэтому катушка без катушки связи или отводов. Резистор R1 ограничивает входное сопротивление антенного входа. Входной контур настроен на середину диапазона и при перестройке по диапазону не настраивается.

Гетеродинный контур на катушке L2, конденсаторе С4 и варикапе VD1. Напряжение настройки на варикап поступает с вывода 15 микросхемы. Настройка производится двумя кнопками S1 и S2. При нажатии на S2 происходит автоматический поиск радиостанции.

При повторном нажатии, — поиск и переход к следующей радиостанции. И так до конца диапазона. Затем можно вернуться на начало диапазона, нажав кнопку S2. И снова повторить настройку кнопкой S1. При такой настройке есть важное достоинство, — на панели аппарата нужно установить только две кнопки. Это очень просто и не уродует аппарат.

Но есть и недостаток — отсутствие шкалы настройки. Выходное напряжение НЧ всего 100 mV, для входов большинства аппаратуры это мало, поэтому в схеме установлен дополнительный каскад УНЧ на транзисторе VT1. Если выходного напряжения ЗЧ в 100мВ достаточно, можно от каскада на VТ1 отказаться, и НЧ сигнал снимать с вывода 2 микросхемы.

Разработка и результаты полета системы связи ОВЧ/УВЧ лунных микроспутников «Лунцзян»

Анализ полета и конфигурация системы

«Лунцзян-1» и «Лунцзян-2» спроектированы для отделения от ракеты-носителя на высоте ~200 км над Тихим океаном . Перед выходом на орбиту Луны спутники должны были выполнить несколько маневров коррекции траектории (TCM) и маневр вывода на лунную орбиту (LOI) с помощью собственных двигателей. После этого потребовалось несколько маневров для выхода на устойчивую эллиптическую орбиту. Их партнер, спутник-ретранслятор Queqiao, прошел мимо Луны и продолжил свой путь к гало-орбите L2 9.0005 1 . На рисунке 1а показано изображение спутников Лунцзян-1/2 на последней ступени ракеты-носителя CZ-4C вместе со спутником-ретранслятором Queqiao ¹¹ . Орбита Лунцзян-1/2 от Земли до Луны и места маневров показаны на рис. 1б.

Рис. 1: Спутники Лунцзян-1/2.

a Микроспутники Лунцзян-1/2 и спутник-ретранслятор Цюэцяо на последней ступени ракеты-носителя. b Орбита Лунцзян-1/2 от Земли до Луны в фиксированной системе отсчета Луны. c Расположение оборудования Лунцзян-1/2.

Изображение в натуральную величину

Исходя из расчетной орбиты, после облета Луны расстояние между спутником и типичной наземной станцией составляет от ~340 000 км до ~420 000 км, что намного больше, чем для низкоорбитальных спутников. Скорость прямой видимости между спутником и типичной наземной станцией колеблется примерно в пределах ± 2  км / с, что намного меньше, чем для спутников LEO. Бюджеты нисходящего и восходящего каналов для радиосвязи VHF / UHF показаны в дополнительной таблице 1 и дополнительной таблице 2.

Миссии УКВ/УВЧ-радио определяются как:

1. (a)

   Любительский радиоэксперимент на лунной орбите. Сигналы нисходящей линии связи можно было принимать с помощью антенн разумного размера и коммерческих стандартных приемников, когда спутники находились на лунной переходной орбите и лунной орбите.

2. (b)

   Резервная телеметрия и управление, особенно когда наземные станции S-диапазона были недоступны. В частности, после того, как спутники были развернуты с ракеты-носителя, до того, как стал доступен S-диапазон, ожидалось, что первые телеметрические данные со спутников будут приниматься на УВЧ.

3. (c)

   Обеспечивает питание и интерфейс управления/данных для миниатюрной цветной камеры CMOS. Данные изображения с камеры CMOS могут быть загружены по нисходящей линии связи УВЧ.

4. (d)

   Обеспечить открытый командный интерфейс, позволяющий радиолюбителям отправлять команды для управления камерой.

Обычная спутниковая система TT&C S-диапазона или X-диапазона обычно использует две антенны с круговой поляризацией в противоположных направлениях, питаемые радиочастотной сетью, состоящей из циркуляторов и гибридных ответвителей для всенаправленного покрытия. Но для диапазона VHF/UHF размер антенн с круговой поляризацией и такой радиочастотной сети слишком велик для Longjiang-1/2. С другой стороны, двухдиапазонные антенны VHF/UHF широко используются системами мобильной связи. Простой дуплексер, состоящий из фильтра нижних частот и фильтра верхних частот, может использоваться для разделения принимаемого и передаваемого сигналов. Проблема двухдиапазонных антенн VHF/UHF заключается в том, что они обычно имеют линейную поляризацию и глубокие нули. Чтобы преодолеть это, были использованы две двухдиапазонные укороченные антенны с линейной поляризацией, которые были установлены в — X и + Z направлений, как показано на рис.  1c. Эти две антенны заполняют нули друг друга и обеспечивают всенаправленное покрытие. Две антенны подключены к паре приемопередатчиков. Два канала приема работают на одной частоте, а два канала передачи работают на двух частотах, разнесенных на 1 МГц. Для восходящей линии команда может быть получена одним или обоими приемопередатчиками. Для нисходящей линии связи два передатчика обычно работают в пакетном режиме для экономии энергии и могут быть включены одновременно для увеличения доступной скорости передачи данных и получения более широкой полосы пропускания для измерений РСДБ.

Конструкция приемопередатчика

Конструкция радиостанции VHF/UHF Longjiang-1/2 включает в себя два независимых приемопередатчика SDR и миниатюрную камеру CMOS, интегрированную в слой стека бортовой электроники. Каждый приемопередатчик включает I/Q-приемник с низкой промежуточной частотой (LIF) и передатчик с прямой модуляцией. Цифровая обработка основной полосы частот выполняется процессором ARM. Приемопередатчики могут быть переконфигурированы для различных форм сигналов восходящей и нисходящей линии связи без модификации аппаратного обеспечения. Блок-схема УКВ/УВЧ-радиостанции представлена ​​на рис. 2а, изображения летной аппаратуры УКВ/УВЧ-радиостанции и антенны показаны на рис. 2б, в.

Рис. 2: Аппаратная часть УКВ/УВЧ радиостанции.

a Блок-схема УКВ/УВЧ радиостанции. b Бортовое оборудование приемопередатчиков УКВ/УВЧ и миниатюрной КМОП-камеры. c Полетное оборудование двухдиапазонной антенны VHF/UHF.

Полноразмерное изображение

Многие SDR используют FPGA для обработки сигналов, что делает их сложной и большой энергоемкой системой. Для приложений с низкой скоростью передачи данных также возможно использование процессоров для обработки сигналов. Спутник ARISSat-1, разработанный компанией AMSAT, имел на борту SDR-транспондер на базе процессоров dsPIC и был запущен в 2011 г. ¹² . Харбинский технологический институт также разработал серию приемопередатчиков SDR на базе процессоров ARM Cortex-M4F для LilacSat-2, BY70-1, LilacSat-1 ¹³ и др. Блок на борту LilacSat-2 работает на НОО уже более 4 года. Для Longjiang-1/2 был выбран процессор ARM Cortex R4F с блокирующими процессорами и памятью, защищенной EDAC, для радиационной среды на лунной орбите.

В тракте приемника входной сигнал с частотой 145 МГц сначала усиливается малошумящим усилителем, а затем преобразуется с понижением частоты до 9Промежуточная частота 8 кГц (ПЧ) с помощью I/Q-демодулятора подавления изображения, затем фильтрация и усиление с помощью фильтра ПЧ и усилителя, которые также преобразуют дифференциальный сигнал в несимметричный. Наконец, сигналы I и Q оцифровываются двухканальным аналого-цифровым преобразователем с частотой дискретизации 56 кс/с. Для тракта приемника не использовалась аналоговая автоматическая регулировка усиления (АРУ), а коэффициенты усиления усилителей были установлены как можно ниже. Это улучшило производительность для очень слабого пакетного восходящего канала. Операции с плавающей запятой используются в демодуляторах для обеспечения достаточного динамического диапазона.

Путь передачи довольно прост. Модулятор FSK/GMSK напрямую модулирует данные для несущей частоты передатчика 435 МГц. Затем модулированный сигнал усиливается драйверным усилителем класса А, а затем высокоэффективным усилителем мощности класса С. Датчик температуры используется для контроля температуры усилителя мощности. Выходной сигнал фильтруется для подавления излучений на частотах приемника и гармоник перед объединением порта с приемником с помощью дуплексера.

Приемопередатчики также обеспечивают питание и интерфейс передачи данных для миниатюрной камеры CMOS. Оба трансивера могут взять на себя управление камерой.

Технические характеристики радиостанции ОВЧ/УВЧ приведены в дополнительной таблице 3.

Конструкция формы волны

Две формы волны нисходящей линии связи и две формы волны восходящей линии связи предназначены для радиостанции VHF/UHF Longjiang-1/2: телеметрия GMSK, телеметрия JT4G, GMSK телеуправление и низкоскоростное телеуправление (LRTC).

Канал телеметрии является наиболее важным звеном ОВЧ/УВЧ-радиостанции Лунцзян-1/2. Модуляция GMSK была выбрана из-за нескольких преимуществ:

1. (a)

   Непрерывная фаза. GMSK — это непрерывная фазовая модуляция. В выходном каскаде передатчика можно использовать усилитель класса C.

2. (b)

   Хорошая производительность по коэффициенту битовых ошибок (BER). При использовании когерентного демодулятора может быть достигнута производительность BER, очень похожая на BPSK/QPSK, особенно когда BT = 0,5.

3. (c)

   Аппаратное обеспечение простого модулятора. Сигналы GMSK можно генерировать несколькими способами, в том числе с помощью модулятора OQPSK или простого модулятора FM, даже путем прямого управления словом управления частотой ГУН.

4. (d)

   Высокая эффективность использования спектра. GMSK является одной из модуляций, рекомендованных CCSDS для телеметрии со средней скоростью, в основном из-за ее высокой эффективности использования спектра. Однако для Longjiang-1/2 пропускная способность не является главной проблемой, поскольку скорость передачи данных довольно низкая.

Телеметрия GMSK может работать в пакетном режиме для передачи основного состояния спутника и самой радиостанции в виде бекона или в потоковом режиме для передачи подробной служебной информации всех подсистем. Скорость передачи символов можно переключать между 250 и 500 бит/с. Для канального кодирования выбран турбокод, так как он обеспечивает наибольшую эффективность кодирования среди кодов, рекомендованных CCSDS. Выбранный размер блока равен 1784, а скорость кодирования можно переключать между 1/2, 1/3, 1/4 и 1/6.

На наземной стороне для демодуляции GMSK могут использоваться варианты смещенных приемников с квадратурной фазовой манипуляцией (OQPSK). С. Шамбаяти и Д. К. Ли представили результаты FER стандартного приемника DSN OQPSK и некоторых его вариантов для среднескоростной телеметрии ¹⁴ . В случае Лунцзян-1/2 ситуация сложнее. Скорость передачи данных и сигнал C / N ₀ для Longiang-1/2 довольно низкие, поэтому приходится использовать узкоконтурный фильтр. Результирующее время захвата контура отслеживания несущей слишком велико для работы в пакетном режиме, который используется для снижения энергопотребления. Чтобы улучшить производительность системы, используется подключенный детектор маркера синхронизации (ASM), который действует как коррелятор как во временной, так и в частотной области, чтобы помочь в получении петли отслеживания несущей, как показано на рис. 3a. Входной поток сначала умножается на набор отводов, которые являются сопряженными с ASM, перед вычислением БПФ, затем производится поиск выходного бина БПФ с максимальной мощностью как во временной, так и в частотной области. Мощность бина используется для автоматической регулировки усиления (АРУ) без обратной связи и оценки E _b / N ₀ , который нужен турбодекодеру. Частота и фаза бина используются для установки начального состояния NCO. Время, когда обнаружена максимальная мощность, отмечается для синхронизации символов.

Рис. 3: Модуляторы и демодуляторы системы связи ОВЧ/ДМВ.

a Блок-схема когерентного приемника наземной станции GMSK. b Блок-схема бортового приемника телеуправления GMSK. c Блок-схема передатчика наземной станции LRTC. d Блок-схема бортового приемника LRTC. e Производительность BER демодулятора LRTC по сравнению с некоторыми другими демодуляторами.

Полноразмерное изображение

Для восстановления несущей используется контур отслеживания несущей OQPSK. Согласованный фильтр, представляющий собой разложение Лорана первого порядка сигнала BT = 0,5 GMSK, также включен для повышения резкости битов ¹⁵ . Выходной сигнал согласованного фильтра затем дискретизируется в нужное время для генерации демодулированных символов.

Для работы с когерентным демодулятором используется прекодер, чтобы избежать распространения битовых ошибок, вызванных дифференциальным свойством модуляции GMSK в соответствии с рекомендациями CCSDS ¹⁶ .

Демодуляторы были реализованы на C++ и Python в GNU Radio. Полученный порог C / N ₀ для 500 бод GMSK с r  = 1/4 турбокода или 250 бод GMSK с r ~.1 = турбокод с ошибкой 0,1 кода с ошибкой 1/2 кода. 24 дБГц. С хорошим малошумящим усилителем (МШУ) чувствительность ~-149дБм может быть достигнуто.

Маяк JT4G был разработан, чтобы его можно было принимать очень маленькими наземными станциями, и включал в себя некоторые базовые состояния радио для устранения неполадок. Режим выбирается из режимов, разработанных Джо Тейлором для связи EME ¹⁷ . Наиболее популярным среди них является режим JT65B, который использует 65-FSK со скоростью 2,69 бит/с с кодом Рида-Соломона (63, 12) и использовался в миссии 4M-LXS по облету Луны. Для Лунцзян-1/2, поскольку он был разработан для обращения вокруг Луны по эллиптической орбите, доплеровская скорость в перигее была бы довольно большой. По этой причине был выбран режим JT4G, который использует 4,375 бит/с 4FSK для большей надежности при большем доплеровском разбросе и доплеровской частоте. r  = 1/2, k  = 32 сверточный код используется JT4G для кодирования канала. Результирующий порог C / N ₀ составляет ~17 дБГц.

GMSK также является модуляцией, выбранной для восходящей линии связи телеуправления. Скорость передачи символов составляет 250 бит/с. Для надежности и простоты на борту был разработан некогерентный демодулятор на основе сложной версии однобитового дифференциального детектора, представленного М. К. Саймоном ¹⁸ . Входной сигнал сначала фильтруется фильтром Гаусса, а затем делится на два плеча. Одно плечо задерживается на время одного символа, затем сопряжено, а другое не изменяется. Затем два плеча перемножаются, затем производится выборка для получения восстановленных символов. Детектор ASM, описанный ранее, также используется для обеспечения оценки частоты и времени. Код (64, 32) Рида-Соломона используется для канального кодирования. В результате C / N ₀ при пороге ~33 дБГц и чувствительности приемника −132 дБм. Блок-схема бортового приемника телеуправления GMSK показана на рис. 3б.

Новая система LRTC была разработана для большей чувствительности, чем телеуправление GMSK. Идея состоит в том, чтобы представить символы путем передачи ASM с модуляцией GMSK на двух разных частотах. Его можно рассматривать как FSK-DSSS-GMSK, хотя частотный сдвиг GMSK уже, чем частотный сдвиг FSK. В качестве альтернативы можно считать, что модулированный ASM используется для формирования символов FSK-символов. В результате скорость передачи символов составляет 7,8125 бит/с. На рисунке 3c показана блок-схема низкоскоростного передатчика телеуправления.

На борту спутника детектор ASM для телеметрии GMSK повторно используется в качестве частотного дискриминатора. Детектор ASM является коррелятором псевдослучайной последовательности. Известно, что это вносит выигрыш в обработку, который ослабляет несколько видов мешающих сигналов. На рисунке 3d показана блок-схема бортового низкоскоростного приемника телеуправления. На рисунке 3e показаны характеристики BER демодулятора LRTC с различными значениями N _бин по сравнению с некоторыми другими модуляциями и демодуляторами, где N _бин — количество бинов БПФ, используемых для поиска максимальной мощности. Когда N _бин  = 2, пропускная способность и производительность BER демодулятора LRTC идентичны теоретическому пределу некогерентного демодулятора FSK. Действительно, демодулятор LRTC представляет собой особый вид некогерентного демодулятора FSK. Когда скорость передачи символов очень низкая, обычно используется гораздо больший сдвиг частоты и полоса пропускания приемника, чем скорость передачи символов, чтобы добиться лучшей устойчивости к частотной ошибке. В этом случае демодулятор LRTC обеспечивает гораздо лучшие характеристики BER, чем типичный некогерентный демодулятор FSK, и более устойчив к узкополосным помехам.

Работа УКВ/УВЧ радиостанции

УКВ/УВЧ радиостанции на борту Лунцзян-1 и Лунцзян-2 были включены, как только спутники были отделены от ракеты-носителя 20 мая 2018 г. 21:54:50 UTC и 20 Май 2018 г., 21:55:20 UTC. Радиолюбители в Бразилии, Чили и США засекли нисходящие сигналы обоих спутников и продолжали отслеживать спутники до 21 мая 2018 г., 02:49 UTC, когда радиостанции VHF/UHF были отключены из-за перегрева батарей. При этом максимальное расстояние от спутников до наземных станций составляло <70 000 км, поэтому для приема требовалась лишь небольшая антенна. Радиостанции работали в пакетном режиме и каждые 5 мин передавали служебные параметры спутниковых шин и самих радиостанций. 37 пакетов были получены от Лунцзян-1 и еще 37 пакетов от Лунцзян-2.

23 мая 2019 г. УКВ-радиостанция Лунцзян-2 была включена после первой корректировки курса с 12:31 до 12:55 по всемирному координированному времени. Сигналы со спутника принимались 12-метровой параболической антенной в Шахе, Китай и радиолюбителями в Польше.

Лунцзян-2 вышел на лунную эллиптическую орбиту размером 357 ×13704 км после успешного вывода на лунную орбиту 25 мая 2018 года в 14:08 UTC. Первая активация радио VHF / UHF после облета Луны была с 22:00:00 UTC 2 июня 2018 г. по 23:50:00 UTC 2 июня 2018 г. Нисходящие сигналы со спутника были получены в Нидерландах, Польше, Великобритании и Китае. Это была первая радиолюбительская передача с лунной орбиты.

Первая передача изображения по радио VHF/UHF была осуществлена ​​4 августа 2018 года для загрузки изображения звездного неба с видом на Марс. Радио VHF/UHF обеспечило команду прямой связью для управления бортовой миниатюрной CMOS-камерой, что позволило спутнику реагировать на некоторые случайные задачи обработки изображений. На рисунке 4c показано изображение полного солнечного затмения в Южной Америке, сделанное Лунцзян-2, на котором видны Луна, Земля и тень затмения. Изображение было сделано миниатюрной CMOS-камерой 2 июля 2019 года., и передано по радио VHF / UHF с использованием формата медленного сканирования цифрового видео (SSDV) ¹⁹ 3 июля 2019 года. Размер файла изображения составляет 19,1   Кбайт, и загрузка заняла ~ 22   мин на скорости 500 бод с r  = 1/4 турбо код.

Рис. 4: Работа радиостанции VHF/UHF.

a 25-метровый радиотелескоп Dwingeloo (PI9CAM) в Нидерландах как крупнейшая участвующая антенна наземной станции. b 28-элементная антенна Yagi на штативе, используемая радиолюбителем Робертом Матталиано (N6RFM) в США, как пример антенны небольшой наземной станции. c Изображение полного солнечного затмения 2 июля 2019 года (цвет исправлен). d Положения наземных станций, участвующих в работе ОВЧ/УВЧ-радио. e График спектра нисходящей линии связи GMSK, полученный различными наземными станциями. f Диаграмма водопада нисходящей линии GMSK по прямому пути и пути лунного отражения по сравнению с прогнозом.

Изображение в полный размер

7 октября 2018 года впервые наблюдались отраженные от Луны сигналы нисходящего канала УВЧ. Сигналы прямой трассы и трассы отражения от Луны отличаются разным доплеровским сдвигом и довольно хорошо соответствуют прогнозу, как показано на рис. 4f. Разница в доплеровском смещении частоты очень мала, поэтому это явление практически невозможно наблюдать для передатчика с большей полосой пропускания.

Чтобы предотвратить возможные столкновения или обломки для будущих миссий, миссия Лунцзян-2 завершилась запланированным столкновением с Луной 31 июля 2019 г. в результате маневра, выполненного 24 января 2019 г. для снижения перицентра спутника и орбитальной возмущения во времени. За время всей миссии УКВ-радиостанции были активированы 177 раз. 20945 пакетов GMSK и 883 пакета JT4G были собраны 50 различными наземными станциями из 17 стран, включая Нидерланды, Германию, Японию, Испанию, США, Маврикий, Израиль, Чили, Великобританию, Италию, Аргентину, Данию, Бразилию, Польшу, Австралию. , Латвия и Китай. Всего на УКВ было отправлено 763 команды на восходящий канал с одной наземной станции в Германии (наземная станция радиолюбителя Рейнхарда Кюна DK5LA) и двух наземных станций в Китае (наземная станция радиолюбителя Чжан Цзяньхуа BA7KW и наземная станция Харбинского института технологии). Всего было загружено полностью или частично 135 изображений, снятых миниатюрной CMOS-камерой.

Анализ производительности сигналов нисходящей линии связи

Исследование производительности системы связи было выполнено с использованием данных IQ, собранных четырьмя станциями по всему миру: Двингелоо в Нидерландах, Вакаяма в Японии и Шахе и Харбин в Китае. Информация об используемых наземных станциях показана в дополнительной таблице 4. Данные были записаны 5 июля 2019 года с 07:40 до 08:00 UTC и состоят из передачи GMSK со скоростью 500 бод на частоте 436,400 МГц, отправляющей одно изображение в формате SSDV. 9В качестве FEC использовался турбокод 0045 r  = 1/4. Ниже мы показываем оценку некоторых ключевых параметров системы связи: спектр, обнаружение ASM и диаграмму созвездия. Они измеряют производительность всей цепи связи, включая передатчик, путь распространения, наземную станцию ​​и программный приемник.

Спектр сигнала GMSK, полученный каждой из наземных станций, показан на рис.  4e. Отношение сигнал-шум (SNR) сигнала, принимаемого каждой наземной станцией, различно из-за разных антенн.

Цифры в первом столбце рис. 5 показывают корреляцию сигнала с ASM в ячейке БПФ, где обнаружен основной пик. Как описано в разделе 3, алгоритм обнаружения ASM работает путем умножения сигнала на комплексно-сопряженное значение ASM и использования БПФ для поиска по частоте и когерентного интегрирования на протяжении всей продолжительности ASM. На рисунках амплитуда сигнала нормализована таким образом, что мощность шума в каждом из элементов разрешения БПФ равна единице, когда сигнал отсутствует. Обратите внимание, что корреляция сигнала с ASM значительно больше единицы даже на большом расстоянии от основного пика. Это вызвано тем, что передаваемые данные имеют ненулевую взаимную корреляцию с ASM.

Рис. 5: Характеристики нисходящей линии связи Лунцзян-2, принятые различными наземными станциями.

Пики корреляции, обнаруженный ASM и графики созвездий, полученные в a Dwingeloo, b Wakayama, c Shahe и d Harbin.

Полноразмерное изображение

Кроме того, амплитуда и частота основного пика оцениваются по цифрам во втором столбце рис. 5. Кривая «корреляция (с фестончатой ​​потерей)» показывает величину основного пика Ячейка БПФ, где мощность наибольшая. Таким образом, часть мощности сигнала теряется в других дискретных элементах БПФ из-за фестончатых потерь. Вместо этого кривая «корреляция (без скачкообразных потерь)» суммируется по нескольким элементам БПФ для восстановления большей части мощности сигнала. Следовательно, это дает хорошую оценку сигнала Е _б / Н ₀ .

Мы делаем следующие замечания о цифрах ASM. Во-первых, мы видим, что частота, на которой обнаруживается ASM, продолжает неуклонно снижаться из-за изменения доплеровского значения, но в середине есть скачок примерно на 20 Гц. Это было вызвано случайным скачком частоты в кварцевом генераторе с температурной компенсацией (TCXO) передатчика Лунцзян-2, поскольку компенсация выполнялась с помощью цифрового переключения. Эта проблема наблюдалась во время наземных испытаний, но у нас не хватило времени найти замену. Во время работы космического корабля эти случайные скачки TCXO искажали некоторые из полученных пакетов, так как они приводили к потере захвата PLL приемника. Во-вторых, данные, зарегистрированные в Харбине, показывают надежное обнаружение ASM для слабого сигнала ~-2 дБ Е _б / Н ₀ . Поскольку для декодирования турбокодированных данных требуется E _b / N ₀ ~0 дБ, это показывает, что обнаружение ASM достаточно надежно.

Изучив символы на выходе демодулятора OQPSK, мы можем построить графики созвездия, как показано в третьем столбце на рис. 5. В этом анализе использовалась полоса пропускания PLL 8 Гц. Кадры данных, используемые для построения графиков, не имеют ошибок на выходе турбодекодера. По мере уменьшения SNR точки созвездия становятся больше из-за аддитивного шума. Если одна из точек ошибочно идентифицируется как другая, возникает ошибка символа. Отношение сигнал/шум в Харбине было достаточно низким, чтобы символы больше не распознавались на графике созвездия. Однако турбодекодер все еще мог восстанавливать действительные кадры. Это показывает, что приемная система имеет хорошие характеристики даже при очень низком ОСШ.

Первый эксперимент РСДБ на УВЧ-орбите Луны

Интерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ) — метод интерферометрии, используемый в радиоастрономии и определении орбит космических аппаратов. В РСДБ сигнал от радиоисточника собирается на нескольких синхронизированных наземных станциях, разнесенных на несколько сотен или тысяч километров. Разница во времени между поступлением радиосигнала на разные наземные станции измеряется для определения направления или положения источника радиосигнала. Поскольку базовая линия очень длинная по сравнению с длиной волны радиосигнала, измерение может быть достаточно точным. Разность частот также может быть измерена для определения скорости радиоисточника. Блок-схема обработки сигналов, используемая для РСДБ Лунцзян-2, показана на рис.  6а.

Рис. 6: Результаты первого РСДБ-эксперимента Лунцзян-2.

a Блок-схема обработки сигналов РСДБ. b Результат дельта-дальности по РСДБ в сравнении с предсказанием по элементам CDSN. c Остаточный дельта-дальности результат РСДБ. d Результат дельта-скорости из РСДБ в сравнении с предсказанием по элементам CDSN. e Остаточная дельта-скорость в результате VLBI.

Изображение в полный размер

Синхронизация между удаленными приемниками исторически была довольно сложной задачей. В настоящее время это намного проще с помощью GPS. Каждая наземная станция УВЧ РСДБ Лунцзян-2 оснащена синхронизированным генератором сигналов GPS (GPSDO), обеспечивающим опорный выходной сигнал частотой 10 МГц с девиацией Аллана 1 × 10 ⁻¹¹ в 1 с, и выходной сигнал импульсов в секунду (PPS) с точностью до UTC ±50 ns RMS. Гетеродин приемника привязан к эталонной частоте 10 МГц, а момент выборки приемника помечен относительно сигнала PPS.

Первые синхронизированные I/Q-записи нисходящей линии связи Лунцзян-2 УВЧ были сделаны в Двингелоо и Шахе с 04:20 до 5:40 по Гринвичу 10 июня 2018 года. Это был первый РСДБ-эксперимент с космическим кораблем на лунной орбите, работающим в диапазоне УВЧ. . Расстояние между наземными станциями ~7250 км. Спутник передавал GMSK 250 бит/с с частотой r  = 1/2 турбокода в пакетном режиме на 435,4 МГц и 436,4 МГц. Записи сделаны с частотой дискретизации 40 тыс/с с центром на этих двух частотах.

Поскольку Longiang-2 имеет радиостанции VHU/UHF и S-диапазона, элементы орбиты (как показано в дополнительной таблице 5, измеренные CDSN с двусторонней дальностью S-диапазона, которые имеют известную ошибку местоположения не более 10 км) можно использовать для оценки характеристик УВЧ РСДБ. На рис. 6b–e показаны результаты дельта-дальности и дельта-скорости РСДБ-наблюдения. Кривые довольно хорошо соответствуют предсказанию элементов CDSN с остатками дельта-диапазона 29Среднеквадратичное значение 0,23 км и среднеквадратичное значение 17,84 км на частотах 435,4 МГц и 436,4 МГц, а также погрешности дельта-скорости 0,1406 м/с (среднеквадратичное значение) и 0,1437 м/с (среднеквадратичное значение) на частотах 435,4 МГц и 436,4 МГц.

Визуализация спорадических E с использованием сигналов воздушной навигации на частотах ОВЧ

Открытый доступ

Проблема		J. Космическая погода Космический полет. Том 11, 2021
Номер статьи		6
Количество страниц)		7
ДОИ		https://doi.org/10.1051/swsc/2020075
Опубликовано онлайн		22 января 2021 г.

J. Космическая погода Космический полет. 2021, 11 , 6

Исследовательская статья

Keisuke Hosokawa ^{1 *} , Kotaku Kimura ¹ , Jun Sakai ¹ , Susumu Saito ² , Ichiro Tomizawa ³ , Michi Nishioka ⁴ , TAKU 6666666666696669.66996669. 69.699669. 4

¹ Департамент техники связи и информатики, Университет электросвязи, Чофугаока 1-5-1, Чофу, 182-8585 Токио, Япония

² Научно-исследовательский институт электронной навигации, Национальный институт морских, портовых и авиационных технологий, Дзиндайдзи-Хигаситё 7-42-23, Тёфу, 182-0012 Токио, Япония
³ Центр космических исследований и радиотехники Университета электросвязи, Чофугаока 1-5-1, Чофу, 182-8585 Токио, Япония
⁴ Национальный институт информационных и коммуникационных технологий, Нукуи-Китамати 4-2-1, Коганей, 184-8795 Токио, Япония

^* Автор, ответственный за переписку: [email protected]

Получено: 31 Июль 2020
Принято: 6 Декабрь 2020

Аннотация

Для понимания динамических свойств спорадического слоя E (Es) мы разработали метод визуализации двумерной пространственной структуры Es путем мониторинга возникновения аномального распространения УКВ-волн, используемый для авиационных навигационных систем в сочетании с электронной индекс возмущения плотности ROTI, т.

е. индекс скорости общего содержания электронов (TEC), полученный от наземных приемников GPS. Мы представляем случай сильного слоя Es, который наблюдался в течение ~4 ч в дневное время 4 июля 2019 г.. В этом интервале нам удалось изобразить структуру Эс, более вытянутую в направлении восток-запад и постепенно перемещающуюся на север. Этот результат указывает на то, что комбинация сетевых наблюдений аэронавигационных сигналов и ROTI способна отображать двумерную структуру Es в широкой области, включая поверхность моря, что позволяет нам обсуждать динамические характеристики и механизм генерации Es.

Ключевые слова: среднеширотная ионосфера / спорадические E / УКВ радионаблюдения / измерения GPS-TEC

© K. Hosokawa et al., Опубликовано EDP Sciences, 2021 г.

, который разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Показатели текущего использования показывают совокупное количество просмотров статей (просмотры полнотекстовых статей, включая просмотры HTML, загрузки PDF и ePub, согласно имеющимся данным) и просмотров рефератов на платформе Vision4Press.