Схема приемника на 3 мгц на микросхеме: АМ приемник на диапазон 3 МГц.

Space

( 6.10) IS ‘= cos2πdt-θqs «= sin2πdt-θ-90 °

I _m ‘ и q _{m m » умножены в фазном детекторе при получении отметки, и аналогично I S ^′ и Q S ^″ умножаются при получении ПРОБЕЛА.Используя тождество sin( α )cos( β ) из уравнения (6.7) и удаляя члены с двойной частотой, отфильтрованные в LPF3, мы видим, что выходные данные при получении MARK равны + 1/2, а данные при получении SPACE равны – 1/2.}

Усилители-ограничители выравнивают выходные сигналы фильтра, чтобы их можно было применить к цифровому фазовому детектору, который выдает MARK или SPACE в соответствии с разностью фаз в каждой паре синфазных ( I ) и квадратурных ( Q ) сигналов , аналогично объяснению выше, основанному на синусоидах.

Хотя в приведенном выше объяснении частота гетеродина устанавливается точно на номинальную частоту передатчика, допустимы небольшие различия, если они меньше, чем девиация модуляции минус скорость передачи данных. Проблема дрейфа гетеродина и способы ее решения с использованием других методов обнаружения ЧМн в приемниках с нулевой ПЧ описаны в [1]. [3]. Блок демодулятора на рис. 6.8 может указывать другие типы демодуляции. Например, без подблока «Задержка» обнаруживает фазовую манипуляцию.

Добро пожаловать в Антенны 101 | Electronic Design

Эта статья является частью TechXchange: Antenna Design 101

Скачать эту статью в формате .PDF

Антенны — это гораздо больше, чем просто устройства, подключенные к каждому радио. Это преобразователи, которые преобразуют напряжение от передатчика в радиосигнал. И они улавливают радиосигналы из эфира и преобразуют их в напряжение для восстановления в приемнике.

Антенны, которые обычно считаются само собой разумеющимися и оставляются на последнюю минуту, тем не менее имеют решающее значение для установления и поддержания надежного радиосоединения. Большинству инженеров они могут показаться сложными и загадочными, особенно тем, кто впервые работает с беспроводными приложениями, не говоря уже о том, что они бывают, казалось бы, бесконечного разнообразия размеров и форм. Тем не менее, краткий обзор основных моментов может помочь развеять любые опасения по поводу дизайна.

Что такое радиоволна?
Радиоволна представляет собой комбинацию магнитного поля под прямым углом к ​​электрическому полю.Оба колеблются с определенной частотой и движутся вместе в направлении, перпендикулярном обоим полям (рис. 1) . Эти электромагнитные поля движутся со скоростью света (около 300 миллионов метров в секунду или около 186 400 миль в секунду) в свободном пространстве. Согласно известным уравнениям Максвелла, они поддерживают и регенерируют друг друга по пути, но ослабевают с расстоянием.

Каковы некоторые характеристики радиоволн?
Одной из ключевых особенностей является ориентация полей с землей.Это называется поляризацией. Антенна имеет вертикальную поляризацию, если электрическое поле направлено вертикально к поверхности земли. Антенна имеет горизонтальную поляризацию, если она расположена горизонтально по отношению к поверхности земли.

Есть ли другие важные особенности радиоволн?
Как правило, радиоволны имеют ближнее и дальнее поле. Ближнее поле близко к антенне, обычно в пределах нескольких длин волн (λ). Дальнее поле находится примерно в 10 или более длинах волн от антенны. Дальнее поле отрывается от антенны и становится радиосигналом.

Такие приложения, как радиочастотная связь (RFID) и связь ближнего поля (NFC), используют ближнее поле, которое больше похоже на магнитное поле вокруг первичной обмотки трансформатора. Но в целом дальнее поле — самая полезная радиоволна.

Как работает антенна?
Антенна передатчика генерирует радиоволны. На антенну подается напряжение нужной частоты. Напряжение на элементах антенны и ток через них создают соответственно электрические и магнитные волны.В приемнике электромагнитная волна, проходящая через антенну, индуцирует небольшое напряжение. Таким образом, антенна становится источником сигнала для входа приемника.

Будет ли одна и та же антенна работать и для передачи, и для приема?
Да. Мы называем это взаимностью антенн. Любая антенна будет работать как на передачу, так и на прием. Во многих беспроводных приложениях антенна переключается между передатчиком и приемником.

Будет ли вертикальная антенна принимать горизонтально поляризованный сигнал или наоборот?
В большинстве случаев да.Антенны в реальном мире редко бывают идеально горизонтальными или вертикальными, поэтому некоторый сигнал принимается. Кроме того, большинство сигналов претерпевают сдвиги поляризации на пути передачи из-за отражений и других многолучевых условий. Тем не менее, это несоответствие ориентации антенны вносит некоторое затухание.

При более точном контроле поляризацию можно использовать для мультиплексирования двух сигналов на одной частоте. В некоторых спутниках антенна с вертикальной поляризацией может передавать один сигнал, одновременно передавая или принимая на отдельной антенне с горизонтальной поляризацией на той же частоте.Если поляризация является проблемой в приложении, круговая поляризация может предложить решение.

Что такое круговая поляризация?
Как видно из названия, во время передачи поляризация постоянно меняется, что позволяет использовать для приема как горизонтальные, так и вертикальные антенны. Для максимального приема необходима приемная антенна с круговой поляризацией.

Вы также можете приобрести антенну с правой или левой круговой поляризацией (RHCP или LHCP).Это снова позволяет повторно использовать частоты, используя разные поляризации для двух разных сигналов. Часто применяют спиральную антенну из спирального проводника и рефлектора. Круговая поляризация чаще всего встречается у спутников.

Как радиосигнал распространяется от передатчика к приемнику?
Сигналы передаются от одной антенны к другой несколькими способами в зависимости от частоты радиоволн. На низких частотах (менее 3 МГц) распространение осуществляется земной волной, когда сигнал касается земной поверхности.Расстояние ограничено сотней миль или около того. AM-радиоволны являются хорошим примером низкочастотного распространения.

На частотах в диапазоне от 3 до 30 МГц (короткие волны) сигналы распространяются на расстояние от 30 до 250 миль в ионосферу, где преломляются обратно на землю. Это почти как излучать сигнал так, что он кажется отраженным от проводящей поверхности. Могут быть достигнуты очень большие расстояния, поскольку сигналы могут совершать несколько переходов от земли к ионосфере и обратно несколько раз.

Однако сегодня для большинства беспроводных коммуникаций диапазон сигналов составляет от 100 МГц до 10 ГГц. Эти сигналы, называемые небесными волнами, распространяются прямолинейно, как световые волны. Вам нужен путь прямой видимости (LOS) от одной антенны к другой, чтобы установить связь. Очевидно, что дальность сигнала во многом зависит от высоты антенны.

Какая форма антенны наиболее распространена?
Диполь состоит из двух линейных проводников встык длиной в половину длины волны (λ/2) (рис.2а) . Здесь одна длина волны (λ) равна 300/f _МГц в метрах. Половина длины волны в футах равна 468/f _МГц или 5616/f _МГц в дюймах. Термин f представляет собой рабочую частоту в мегагерцах.

Передатчик или приемник подключается к центру антенны, как правило, линией передачи, например коаксиальным кабелем. В этой точке антенна имеет эквивалентное активное сопротивление 73 Ом. Однако это будет зависеть от высоты антенны и станет комплексным импедансом выше или ниже рабочей частоты.Таким образом, антенна действует как резонансный контур.

Каковы некоторые другие характеристики диполя?
Обычно диполь ориентирован горизонтально к земле, что дает горизонтально поляризованную волну. Кроме того, излучение антенны неравномерно во всех направлениях. Идеальная антенна, называемая изотропным источником, излучает сферически или одинаково хорошо во всех направлениях.

В диполе диаграмма направленности имеет форму бублика. Посмотрев вниз на антенну, вы увидите диаграмму направленности в виде цифры 8 (рис.2б) . Наибольшее излучение или лучший прием происходит под прямым углом к ​​антенне. На эту диаграмму направленности сильно влияют близлежащие проводящие и непроводящие объекты.

Какие еще существуют физические формы антенн?
Популярным вариантом диполя является плоскость заземления или антенна Маркони. Он состоит из одного элемента λ/4, установленного вертикально, и работает с землей или металлическим основанием, называемым плоскостью заземления (рис. 3) . Антенна заземления представляет собой половину диполя, а другой элемент диполя представляет собой заземление.Поляризация вертикальная, а диаграмма направленности круговая или всенаправленная.

Существуют ли другие распространенные формы?
Да. Патч- или микрополосковая антенна широко распространена на микроволновых частотах (более 1 ГГц). Это квадратный или круглый участок проводящего материала шириной около половины длины волны. Создать его несложно, поскольку обычно он реализуется на печатной плате (PCB) (рис. 4) . Рамочная антенна также популярна в некоторых некритических приложениях.Это просто непрерывная петля проводника, провода или печатной платы с окружностью от 0,1 до 1,0 λ.

Могут ли антенны показывать усиление?
Обязательно. Антенна может повысить уровень сигнала так же эффективно, как если бы сигнал был усилен электронным усилителем. Он не усиливается как таковой, но усиление формируется в результате концентрации сигнала в более узком луче. Антенна становится более направленной.

Например, диполь концентрирует сигнал в два лепестка.Следовательно, диполь имеет усиление по мощности на 1,64 дБ по сравнению с изотропной антенной. Это называется усилением в дБи по отношению к изотропному источнику. Но поскольку в реальной жизни не существует такого понятия, как изотропный источник, мы обычно относим любое усиление антенны к коэффициенту усиления диполя (дБд). Например, 0 дБд = 2,15 дБи.

Как выражается усиление антенны?
Обычно выражается в дБ мощности на диполь. Другим выражением является эффективная излучаемая мощность (ERP) — фактическая мощность, которую диполь должен излучать, чтобы произвести тот же эффект, что и антенна с усилением.Вы вычисляете ERP, умножая выходную мощность передатчика на усиление антенны, где усиление представляет собой отношение мощностей, эквивалентное цифре усиления в дБ. Иногда усиление относится к изотропному излучателю, а не к диполю. В этом случае подходящим термином является эффективная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ).

Какую антенну вы используете для усиления?
Существует множество различных способов получения усиления. Большинство конфигураций основано на использовании нескольких антенных элементов, таких как несколько диполей или диполь плюс один или несколько паразитных элементов, на которые сигнал не подается напрямую.Знакомый пример — популярная Yagi (рис. 5) .

Ведомый элемент — диполь. Он используется с чуть более длинным элементом, называемым отражателем, и тремя более короткими элементами, называемыми директорами. Паразитные элементы фокусируют луч вперед с направлением излучения от директора. Такая антенна может обеспечить эффективное усиление мощности около 10 дБ.

Добавив больше директоров, можно добиться еще большего усиления. При наличии семи и более директоров возможно усиление до 20 дБ.Ширина луча излучения очень мала, что может помочь свести к минимуму помехи от других станций поблизости.

Как работает параболическая или параболическая антенна?
Антенна с максимальным направленным усилением, параболическая антенна, использует дипольную или подобную антенну, но добавляет параболическую антенну в качестве отражателя. Размещение антенны в фокусе параболы приводит к тому, что тарелка фокусирует входящий сигнал на антенну или сигнал, излучаемый диполем, фокусируется тарелкой в ​​очень узкий луч (рис.6) .

Обычно ширина луча менее 1°. Усиление может быть более 50 дБ, в зависимости от диаметра тарелки. Этот тип антенны отлично подходит для очень слабых сигналов, например, от спутников.

Существуют ли другие распространенные направленные антенны?
Другой прекрасной антенной с направленным усилением является фазированная решетка, которая представляет собой группу диполей или эквивалентных антенн (патч, щелевая и т. д.), установленных в прямоугольную решетку. Типичные массивы могут быть четыре на четыре или 16 на 16.Антенны питаются линиями передачи определенной длины для создания синфазных сигналов на антенных элементах. Добавление задержек или фазовых сдвигов создает сигналы на каждой антенне, которые могут усиливать или компенсировать друг друга. Это позволяет формировать, перемещать или иным образом управлять общей диаграммой направленности антенны.

Управляя фазами антенн, диаграммой направленности можно управлять в широком диапазоне ширины луча. С помощью специальных регулируемых фазовращателей луч антенны можно расширить, сузить или направить в определенном направлении.Это называется формированием луча. Фазированные решетки широко используются в военных радарах, но эти методы также применяются в сотовой радиосвязи для управления направленностью антенн сотовой связи с целью улучшения качества сигнала.

Если антенна действует как настроенная цепь, как я могу быть уверен, что она имеет необходимую полосу пропускания?
Антенны резонансные, поэтому у них есть Q и соответствующая полоса пропускания (BW). Для большинства антенн эта полоса пропускания составляет примерно от 10% до 15% резонансной частоты.Важно, чтобы антенна имела достаточно широкий отклик, чтобы пропустить все необходимые боковые полосы, чтобы избежать искажений. Большинство антенн являются избирательными, поэтому они могут избавиться от шума и некоторых гармоник, но вам не нужна обрезка боковой полосы. Если вы используете коммерческую антенну, посмотрите характеристики селективности или полосы пропускания, чтобы убедиться, что она подходит. В конструкции антенн физические размеры влияют на BW.

Если сделать элементы дипольной антенны очень тонкими с помощью проволоки, получится очень узкая полоса пропускания. Но если сделать их широкими с помощью трубок или развести веером, скажем, в конфигурации «бабочка», это значительно увеличит пропускную способность.

Как антенна подключена к передатчику или приемнику?
Линия передачи соединяет антенну с передатчиком или приемником. Для коротких расстояний это, вероятно, будет короткая микрополосковая или полосковая линия на печатной плате. Коаксиальный кабель чаще всего используется для больших расстояний в несколько футов и более. Полное сопротивление линии передачи должно соответствовать полному сопротивлению антенны и передатчика/приемника, чтобы обеспечить передачу максимальной мощности.

Большинство схем рассчитаны на импеданс 50 Ом, что хорошо подходит для коаксиального кабеля 50 Ом.С помощью микрополосковой линии вы можете придать линии любое желаемое характеристическое сопротивление. Сложность заключается в согласовании линии с антенной, импеданс которой может составлять от нескольких Ом до нескольких тысяч Ом, в зависимости от типа и других условий. В большинстве приложений для согласования антенны с линией или линии с цепью используется некоторая форма сети согласования импеданса LC.

Если импедансы не согласованы, будут отражения и высокий коэффициент стоячей волны (КСВ), что приведет к значительным потерям.Кроме того, старайтесь избегать коаксиального кабеля, потому что его затухание очень велико на микроволновых частотах. Доступен кабель с низкими потерями, но он все равно сильно ослабляет сигнал. Старайтесь, чтобы длина была как можно короче, и компенсируйте в передатчике или приемнике потери в кабеле за счет большего усиления.

Что такое эффективность антенны?
Эффективность антенны похожа на эффективность в целом — отношение выходной мощности к входной. Однако она обозначается несколькими способами. В большинстве случаев эффективность учитывает потери I2R, потери в любом диэлектрике и потери, связанные с подключением к другим устройствам.Что может быть не включено, так это любые потери, связанные с потерями, связанными с рассогласованием антенны и линии передачи, что приводит к отраженной мощности и более высокому КСВ.

Однако некоторые меры эффективности учитывают любое изменение сопротивления излучения антенны. Большинство маленьких антенн не так эффективны. Все, что выше от 50% до 60%, обычно хорошо, но всегда стремитесь улучшить его, если можете.

Должен ли я попытаться разработать свои собственные антенны?
Если вы не радиоинженер, возможно, нет.Конструкция антенны очень специфична и более чем сложна. Это также одна из тех ниш, где работает черная магия. Конструкция антенны очень теоретическая, но в значительной степени она основана на эмпирической работе и большом количестве экспериментов.

Если антенна простая, например дипольная, заземляющая или рамочная, она может вам подойти. Кроме того, на рынке существует множество коммерческих антенн, способных удовлетворить практически любые потребности. В приложениях с большим объемом можно даже разработать специальную антенну.Для достижения наилучших результатов лучше покупать, а не строить.

Прочтите подобные статьи на TechXchange: Дизайн антенны 101

Ссылки
Американская радиорелейная лига, Книга антенн ARRL ,

Френзель, Луи, Э., Принципы систем электронной связи , 3-е издание, McGraw Hill, 2008.

Волакис, Джон Л., Справочник по проектированию антенн , 4-е издание, McGraw Hill, 2007.

Частотный план двухдиапазонного приемника.

Контекст 1

… частотная (ПЧ) архитектура [1]. Двухдиапазонная конструкция в значительной степени зависит от повторного использования схемных блоков между различными режимами работы, чтобы уменьшить общую площадь кристалла. Приемопередатчики 2,4 ГГц и 5 ГГц используют общие цепи ПЧ и основной полосы частот как на передатчике, так и на приемнике. Однако для каждой полосы частот предусмотрены выделенные радиочастотные цепи. На рис. 2 показан частотный план с точки зрения приемника.В режиме работы на частоте 5 ГГц радиочастотный сигнал преобразуется с понижением частоты в ПЧ и, следовательно, в полосу модулирующих сигналов с помощью гетеродинов (ГГ). LO на 2/3 f генерируется программируемым синтезатором частоты. LO на одной трети генерируется из LO с делением на два. С …

Context 2

… двухдиапазонный трансивер имеет два синтезатора частоты: программируемый синтезатор, который используется в диапазоне 5 ГГц, и синтезатор с фиксированным сдвигом частоты на частоте 672 МГц, который вместе с программируемый синтезатор, обложка 2.Диапазон 4 ГГц. План частот для приемопередатчика, показанный на рис. 2, требует, чтобы гетеродин настраивался от 3,2 до 4 ГГц для частоты радиочастотного сигнала 4,8–6 ГГц в режиме работы 802.11a. Для достижения разноса каналов 20, 10 и 5 МГц соответственно в режиме 5 ГГц синтезатор должен работать с опорными частотами 13,3, 6,6 и 3,33 МГц. В режиме работы на частоте 2,4 ГГц эталонная цепочка …

Контекст 3

… была измерена с помощью двухтонального теста с центрами тонов 6 и 6.1 МГц от центральной частоты канала. На рис. 19 показан результирующий продукт интермодуляции третьего порядка (IP3) в зависимости от входного уровня РЧ для режима работы на частоте 5 ГГц при установке минимального усиления. Отнесенный к входу IP3 составляет приблизительно 5 дБм. На рис. 20 показаны измеренные характеристики передатчика 2,4 ГГц. Передающее созвездие для сигнала 64-QAM имеет измеренное значение EVM лучше 32 дБ при выходной мощности 5 дБм. Соответствующий спектр OFDM хорошо вписывается в IEEE 802.маска 11гр. На рис. 21 показан спектр выходного сигнала передатчика с одной несущей на частоте 5,44 ГГц. На этом РФ…

Контекст 4

… спектр на частоте 5,44 ГГц. На этой радиочастоте синтезатор использует опорную частоту 13,33 МГц. Измеренные выбросы на частоте кварцевого генератора 40 МГц ниже 70 дБн, а опорные выбросы ниже 75 дБн. Для этого канала значение счетчика S равно нулю, что означает, что прескалер не выполняет чередование фаз. Инжир.22 показан спектр одной несущей на частоте 5,3 ГГц с той же опорной частотой 13,3 МГц. На этой частоте значение счетчика S равно 9, и предварительный делитель выполняет чередование фаз. Несоответствия между повернутыми фазами приводят к дробным эталонным шпорам. В этом случае дробные паразитные сигналы находятся на половине опорной частоты. …

Context 5

… профиль фазового шума, измеренный на выходе 5-ГГц передатчика с опорной частотой 13,3 МГц, показан на рис.23. Точечный фазовый шум составляет 105, 107 и 115 дБн/Гц при сдвиге частоты 10 кГц, 100 кГц и 1 МГц соответственно. Интегральный фазовый шум от 1 кГц до 10 МГц составляет 45,1 дБн или 0,31 дБн. Профиль фазового шума на выходе передатчика 2,4 ГГц, также показанный на рис. 23, примерно на 5 дБ ниже на большинстве частот. За счет уменьшения …

Context 6

… 5-ГГц передатчика с опорной частотой 13,3 МГц показано на рис. 23. Точечный фазовый шум составляет 105, 107 и 115 дБн/ Гц при смещении частоты 10 кГц, 100 кГц и 1 МГц соответственно.Интегральный фазовый шум от 1 кГц до 10 МГц составляет 45,1 дБн или 0,31 дБн. Профиль фазового шума на выходе передатчика 2,4 ГГц, также показанный на рис. 23, примерно на 5 дБ ниже на большинстве частот. Уменьшая программируемую полосу пропускания контура, мы можем измерять фазовый шум ГУН при смещении частоты, значительно превышающем полосу пропускания контура. При уменьшенной полосе пропускания точечный фазовый шум на выходе передатчика 5 ГГц при смещении на 1 МГц от несущей 5,44 ГГц составляет …

Контекст 7

… смещение значительно превышает ширину полосы пропускания контура. При уменьшенной полосе пропускания точечный фазовый шум на выходе передатчика 5 ГГц при смещении 1 МГц от несущей 5,44 ГГц составляет 121 дБн/Гц. Поскольку ГУН работает на 2/3 частоты ВЧ, это измерение соответствует фазовому шуму 124,5 дБн/Гц для ГУН, работающего на частоте 3,626 ГГц. На рис. 24 показаны профили фазового шума при различных условиях работы приемопередатчика, а именно разносе каналов 20 и 10 МГц в нижнем диапазоне 5 ГГц и 5 МГц в верхнем диапазоне 5 ГГц…

Контекст 8

… Производительность этой системы WLAN в среде открытого офиса измерялась в соответствии с процедурами, описанными в [21]. Наблюдалось резкое улучшение как диапазона, так и пропускной способности по сравнению с набором микросхем WLAN первого поколения, опубликованным в [1]. Диапазон и пропускная способность этой конструкции в режимах IEEE 802.11a/b/g показаны на рис. 25. Данные показывают отсутствие существенной разницы в производительности между режимами 2,4 и 5 ГГц в пределах офиса на расстояниях до 200 …

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 8 0 объект >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > ручей 2020-04-14T16:21:48+02:002020-04-14T16:21:48+02:002020-04-14T16:21:48+02:00Adobe InDesign 15.0 (Macintosh)uuid:c8b01613-c4cf-c143- 15.0 14T16:21:48+02:00 xmp.iid:475ef28d-1f26-4225-b672-1ac58599c77axmp.did:5820f0ea-7102-441c-8045-d21f4e116a87xmp.did:5820f0ea-7102-441c-8045-d21f4e116a87библиотека по умолчанию1Adobe0 конечный поток эндообъект 5 0 объект > эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект > эндообъект 18 0 объект > эндообъект 19 0 объект > эндообъект 20 0 объект > эндообъект 21 0 объект > эндообъект 22 0 объект > эндообъект 23 0 объект > эндообъект 24 0 объект > эндообъект 25 0 объект > эндообъект 26 0 объект > эндообъект 27 0 объект > эндообъект 28 0 объект > эндообъект 29 0 объект > эндообъект 30 0 объект > эндообъект 31 0 объект > эндообъект 32 0 объект > эндообъект 33 0 объект > эндообъект 34 0 объект > эндообъект 35 0 объект > эндообъект 36 0 объект > эндообъект 37 0 объект > эндообъект 38 0 объект > эндообъект 39 0 объект > эндообъект 40 0 объект > эндообъект 41 0 объект > эндообъект 42 0 объект > эндообъект 43 0 объект > эндообъект 44 0 объект > эндообъект 45 0 объект > эндообъект 46 0 объект > эндообъект 47 0 объект > эндообъект 48 0 объект > эндообъект 49 0 объект > эндообъект 50 0 объект > эндообъект 51 0 объект > эндообъект 52 0 объект > эндообъект 53 0 объект > эндообъект 54 0 объект > эндообъект 55 0 объект > эндообъект 56 0 объект > эндообъект 57 0 объект > эндообъект 58 0 объект > эндообъект 59 0 объект > эндообъект 60 0 объект > эндообъект 61 0 объект > эндообъект 62 0 объект > эндообъект 63 0 объект > эндообъект 64 0 объект > эндообъект 65 0 объект > эндообъект 66 0 объект > эндообъект 67 0 объект > эндообъект 68 0 объект > эндообъект 69 0 объект > эндообъект 70 0 объект > эндообъект 71 0 объект > эндообъект 72 0 объект > эндообъект 73 0 объект > эндообъект 74 0 объект > эндообъект 75 0 объект > эндообъект 76 0 объект > эндообъект 77 0 объект > эндообъект 78 0 объект > эндообъект 79 0 объект > эндообъект 80 0 объект > эндообъект 81 0 объект > эндообъект 82 0 объект > эндообъект 83 0 объект > эндообъект 84 0 объект > эндообъект 85 0 объект > эндообъект 86 0 объект > эндообъект 87 0 объект > эндообъект 88 0 объект > эндообъект 89 0 объект > эндообъект 90 0 объект > эндообъект 91 0 объект > эндообъект 92 0 объект > эндообъект 93 0 объект > эндообъект 94 0 объект > эндообъект 95 0 объект > эндообъект 96 0 объект > эндообъект 97 0 объект > эндообъект 98 0 объект > эндообъект 99 0 объект > эндообъект 100 0 объект > эндообъект 101 0 объект > эндообъект 102 0 объект > эндообъект 103 0 объект > эндообъект 104 0 объект > эндообъект 105 0 объект > эндообъект 106 0 объект > эндообъект 107 0 объект > эндообъект 108 0 объект > эндообъект 109 0 объект > эндообъект 110 0 объект > эндообъект 111 0 объект > эндообъект 112 0 объект > эндообъект 113 0 объект > эндообъект 114 0 объект > эндообъект 115 0 объект > эндообъект 116 0 объект > эндообъект 117 0 объект > эндообъект 118 0 объект > эндообъект 119 0 объект > эндообъект 120 0 объект > эндообъект 121 0 объект > эндообъект 122 0 объект > эндообъект 123 0 объект > эндообъект 124 0 объект > эндообъект 125 0 объект > эндообъект 126 0 объект > эндообъект 127 0 объект > эндообъект 128 0 объект > эндообъект 129 0 объект > эндообъект 130 0 объект > эндообъект 131 0 объект > эндообъект 132 0 объект > эндообъект 133 0 объект > эндообъект 134 0 объект > эндообъект 135 0 объект > эндообъект 136 0 объект > эндообъект 137 0 объект > эндообъект 138 0 объект > эндообъект 139 0 объект > эндообъект 140 0 объект > эндообъект 141 0 объект > эндообъект 142 0 объект > эндообъект 143 0 объект > эндообъект 144 0 объект > эндообъект 145 0 объект > эндообъект 146 0 объект > эндообъект 147 0 объект > эндообъект 148 0 объект > эндообъект 149 0 объект > эндообъект 150 0 объект > эндообъект 151 0 объект > эндообъект 152 0 объект > эндообъект 153 0 объект > эндообъект 154 0 объект > эндообъект 155 0 объект > эндообъект 156 0 объект > эндообъект 157 0 объект > эндообъект 158 0 объект > эндообъект 159 0 объект > эндообъект 160 0 объект > эндообъект 161 0 объект > эндообъект 162 0 объект > эндообъект 163 0 объект > эндообъект 164 0 объект > эндообъект 165 0 объект > эндообъект 166 0 объект > эндообъект 167 0 объект > эндообъект 168 0 объект > эндообъект 169 0 объект > эндообъект 170 0 объект > эндообъект 171 0 объект > эндообъект 172 0 объект > эндообъект 173 0 объект > эндообъект 174 0 объект >> эндообъект 175 0 объект >> эндообъект 176 0 объект > эндообъект 177 0 объект > ручей HW]o#K}ǵN w H

uc S1$pAMRUէNͷIm/j =C/~L39-}y}}];;ǵ#ko rspokeJ|حQ_6: >uP_vaxԳZO\6GT��xm~wQ7’mL-ArSw;Oiԗ;B[^Lf83 1k$;72Gsni;%1/mVǷ#R9n=1 ‘Ž\e+tt(KN:a?|o9N?L6S ->J#wjF_ֆK5ʆyxօUh

UHF Proximity Micro-Transceiver for Mars Exploration

Прицел

На этой странице представлен обзор работ по проектированию RFIC с акцентом на архитектуру верхнего уровня и интерфейсы.Подробная документация, включая схемы, проектную документацию и файлы макетов, представлена ​​на защищенном веб-сайте проекта. Планировщикам скаутских миссий, которым требуется доступ к этой информации, следует связаться с персоналом проекта.

Архитектура RFIC

Подробная архитектура кристалла RFIC показано здесь. Для повышения надежности и снижение риска развития, он использует относительно традиционные архитектуры передатчика прямого преобразования и супергетеродинного приемника работает в полудуплексном режиме.Оба имеют общий УВЧ-синтезатор, формирующий необходимую квадратуру синусоид, необходимых для модуляции IQ и для микширования отклонения изображения. Рабочая частота синтезатора, а также как и большинство функций управления ИС, программируются через 3-проводную последовательную шину. с логическими уровнями CMOS.

Использование одного синтезатора возможно из-за полудуплексный режим работы. Этот экономит энергию и площадь кристалла и позволяет отказаться от громоздких дуплексных фильтров и их штрафов за коэффициент шума.Кроме того, он позволяет совместное размещение схем усилителя мощности на одном кристалле с чувствительным получать схемы. Во время передачи синтезатор программируется на желаемую выходную частоту (например, 404,4 МГц) с помощью цифровая основная полоса/контроллер IC. В течение приема, синтезатор запрограммирован на приемную частоту (например, 435,6 МГц) плюс ПЧ (номинально 10,7 МГц). Эта стратегия впрыска на стороне высокого давления используется для лучшего отслеживания дрейф фильтра TCXO и ПЧ в зависимости от температуры, как описано на странице криогенной электроники на этом сайте.

В цепи приложения системы антенна подключена одновременно ко входу МШУ ВЧИС и одному из входов УМ выходы, как показано здесь. В режиме передачи отражающий переключатель на входе МШУ направляет передаваемый сигнал на антенны и защищает МШУ от больших напряжений, связанных с мощностью от 100 мВт до Мощность 1 Вт (при использовании дополнительного внешнего усилителя мощности 1 Вт). См. страницу «Тестирование приемопередатчика» для получения информации об измеренных графиках S11 МШУ в условиях передачи и приема.Во время приема передатчик выдает становятся отражающими окончаниями, так что большая часть мощности принимаемого сигнала направляется на МШУ, сводя к минимуму коэффициент шума. Эти отражающие выводы представлены разомкнутой цепью. переключатели, показанные на блок-схеме выше, хотя в реальных реализациях используются параллельно-резонансные резервуары в сочетании с согласованием импеданса схемы. Детали резонансного дизайн переключателя можно найти в этой статье.

В режиме приема переключатель, показанный на одной линии с сигнал RFin эффективно закрывается, и сигнал встречает примерно 16 дБ усиления мощности в настроенном РЧ МШУ, за которым следует примерно 20 дБ усиления в микшере отклонения изображения (IR).ИК микширование используется только для минимизации коэффициента шума. Фактическое подавление сигнала изображения не является критической характеристикой параметр в среде Марса. Точно так же, поскольку помеховая среда на Марсе более благоприятна чем в наземных радиосистемах (например, сотовых телефонах), низкое сжатие на входе можно обменять на работу с низким энергопотреблением. Кроме того, для оптимизации характеристик коэффициента шума используется только ограниченная фильтрация. обеспечиваемый согласующими цепями, используется перед МШУ.Эти вопросы следует тщательно рассмотреть разработчиком системы, чтобы гарантировать электромагнитную совместимость с другой электроникой на борту разведывательного корабля. Предварительная маска ЭМС дается измеренным здесь графиком паразитных откликов.

После преобразования с понижением частоты принятый сигнал усиливается на промежуточной частоте 10,7 МГц. Сигнал ПЧ выводится за пределы микросхемы на серийный коммерческий (COT) керамический ПЧ. фильтр, который ограничивает полосу пропускания примерно до 300 кГц.Эта полоса пропускания обеспечивает спектр сужение, необходимое для предотвращения насыщения более поздних каскадов усилителей ПЧ широкополосным шумом, преобразованным с понижением частоты. В Кроме того, необходимо обеспечить адекватную предварительную фильтрацию для 1-битных аналого-цифровое преобразование и последующие функции демодуляции в цифровой модем/контроллер IC. На этом рисунке показан спектр на выходе фильтра ПЧ с немодулированной несущей в канале. Виден характерный шумовой пьедистал вместе с сигналом BPSK со скоростью 8 кбит/с в центре полосы пропускания.

1-разрядный АЦП тактируется внешней микросхемой. сигнал, подаваемый на него от TCXO или цифрового модема/управляющей ИС. Тактовая частота системы приемопередатчика определяется как 19,200 МГц, чтобы гармоники часов не мешали приему частот сигналов и для обеспечения целочисленного деления на часы данных, которые соответствуют рекомендованным Proximity-1 скоростям до 256 кбит/с (деление на 75).Тактовая частота, используемая для дискретизации АЦП, будет генерироваться в сопутствующей цифровой ИС для оптимизации обработки DSP. Показанный здесь спектр относится к выходному сигналу 1-битного АЦП, выбранному непосредственно на частоте 19,2 МГц (более подробную информацию см. на странице «Тестирование приемопередатчика»). Обратите внимание на хороший динамический диапазон из-за передискретизации ширины полосы пропускания ПЧ (19,2/0,3). Для приложений, которые предоставляют собственный АЦП функций, также предусмотрен нецифровой выход ПЧ.

Наконец, уровень сигнала ПЧ, поступающего либо встроенные, либо внешние схемы АЦП могут управляться с помощью коэффициента усиления биты управления, сдвинутые в RFIC вместе с синтезатором биты управления частотой.Хотя это не обязательно для работы в рамках связи между марсианским разведчиком и орбитальным аппаратом, управление усилением может быть полезно в других приложениях. Двенадцать бит используется для регулировки усиления примерно на 72 дБ примерно на 6 дБ. шаги. ИС внешнего контроллера может контролировать уровень из цепи ПЧ через принимаемый уровень сигнала схема индикатора (RSSI) периодически обновляет коэффициенты усиления и формирует цифровой Петля АРУ. Цепь RSSI обеспечивает 2 биты разрешения в виде цифрового кода, сдвинутого из RFIC с помощью StatClk сигнал.Дополнительные биты смещены с кодом RSSI включает индикацию приблизительной температуры кристалла и биты определение того, заблокирован ли синтезатор.

Операция в режиме передачи

Часть передатчика RFIC реализует прямую модуляцию I/Q-выходов синтезатора с использованием смесителей и сумматора для получения BPSK, RC-BPSK или QPSK. Затем следует один или несколько каскадов усиления мощности.Для приложений, требующих мощности передачи всего 10 мВт, схемы усилителя средней мощности (MPA) отключаются и используется только LPA. Для приложений мощностью 100 мВт печатная плата должна быть сконфигурирована для маршрутизации выхода LPA мощностью 10 мВт. на вход МПА. В режиме мощностью 1 Вт используются как LPA, так и MPA вместе с дополнительным 1W PA IC.

Режим передачи вводится путем программирования синтезатор для желаемой частоты, а затем установите высокий бит управления Tx/Rx-.Этот сигнал включает одну или обе цепи усилителя мощности. в зависимости от состояния бита разрешения MPA и отключает ненужные приемные цепи, чтобы экономить силы. Сигнал также управляет внутренняя схема управления питанием для обеспечения необходимых побочных излучений сокращение и защита МШУ.

Регулятор мощности

Приемопередатчик содержит внутреннее питание схемы управления для обеспечения энергосбережения в спящем режиме, а также почти полное отключение как самого себя, так и TCXO.Номинальная потребляемая мощность на прием 50 мВт. Это может быть уменьшено до менее чем 0,5 мВт. используя рабочий цикл бодрствования/сна 1 % и пропорционально снижая потребление с меньшими рабочими циклами.

Макеты RFIC

Схемы RFIC были разработаны с помощью серии прототипов. Fab 1 содержал все основные приемные блоки. Fab 2 содержит первый прототип схем LPA и MPA вместе с улучшенным синтезатором, реализующим двухмодульное предварительное масштабирование и дробную N-дельта-сигма-модуляцию, а также переработанную конструкцию LNA с увеличенным коэффициентом усиления.Фабрика 3 содержит прототип микросхемы усилителя мощностью 1 Вт. Fab4 — это финальная версия TRL5 полного микротрансивера RFIC. Он был построен путем слияния проектов из Fab1 и Fab2 и их улучшения там, где это было оправдано. Каждый чип показан ниже, как в виде макета, так и в виде фотографии кристалла.

Вернуться на главную страницу микротрансивера…

Замена нескольких РЧ-приемников одним с использованием разделения каналов

С первых дней существования аналоговых радиоприемников до современных супергетеродинных приемников с разделением каналов многое изменилось.Сегодня используются различные технологии, и их возможности значительно выросли. Эта статья даст вам краткий обзор развития радиоприемников. Кроме того, будет показано, как распределение каналов позволило использовать один радиоприемник для одновременного прослушивания множества различных радиостанций.

Общая среда связи

В современных телекоммуникациях среда прямой связи может использоваться несколькими передатчиками различными способами; например, по одному и тому же проводу можно одновременно передавать много разных телефонных звонков.В этом случае каждый телефонный разговор можно рассматривать как отдельный канал на данном носителе. Другим примером являются традиционные теле- или радиостанции, которые транслируются одновременно по разным каналам.

Информация, поступающая от одного передатчика, называется каналом. Существует несколько способов, которыми различные каналы информации могут совместно использовать среду. Двумя наиболее распространенными являются мультиплексирование с временным разделением и мультиплексирование с частотным разделением. При мультиплексировании с временным разделением разные источники передают в разные интервалы времени, тогда как при мультиплексировании с частотным разделением они передают одновременно на разных радиочастотах.В оставшейся части этой статьи мы поговорим о мультиплексировании с частотным разделением и о частотных каналах, которые создает этот процесс.

Мультиплексирование с частотным разделением

Сигнал в его исходной форме на стороне передатчика называется сигналом основной полосы частот. Это может быть, например, аудиосигнал с полосой пропускания до 20 кГц; однако отправка множества различных сигналов в основной полосе частот была бы невозможна, поскольку данные из разных источников перекрывались бы, и было бы невозможно отличить их друг от друга.Лучшим способом отправки данных было бы использование различных модуляций. В модуляциях используются различные математические формулы для преобразования сигнала основной полосы частот в сигнал с центром на несущей частоте, например, радиостанции. Результатом этого является частотный канал.

Модулированные сигналы занимают определенную полосу пропускания вокруг несущей частоты в зависимости от типа модуляции. Некоторыми из обычно используемых модуляций для звуковых сигналов являются AM (амплитудная модуляция) и FM (частотная модуляция).В каждой стране есть орган, отвечающий за регулирование частоты. Они определяют, на какой несущей частоте могут передаваться данные станций, и следят за тем, чтобы разные станции не перекрывались; например, в США FM-станции занимают пространство между 87,8 МГц и 108,0 МГц. Этот диапазон разделен на 101 канал шириной 0,2 МГц каждый.

Принципы радиоприемников

Радиоприемник — это электронное устройство, которое принимает радиоволны с помощью антенны и преобразует их в переменный ток.Затем из этого потока извлекается нужная информация. Приемник использует аналоговые фильтры для отделения полезного радиочастотного сигнала от других сигналов, принимаемых антенной. За аналоговым фильтром следует усилитель, который используется для увеличения мощности сигнала. Наконец, выполняется демодуляция для получения исходного сигнала. Информация, полученная таким образом, может быть звуком, изображением или данными.

В различных отраслях промышленности радиоприемники могут использоваться для получения различных типов информации.Чтобы упростить обсуждение этой темы, в оставшейся части этой статьи мы сосредоточимся на функциональных возможностях радиоприемника, известных в бытовой электронике. Это подразумевает прием и воспроизведение звука с радиовещательных станций (AM или FM).

Как объяснялось во введении, конкретный интересующий канал — в данном случае FM-радиостанция — передается на определенной несущей частоте с определенной полосой пропускания. Он передается вместе со многими различными каналами информации, все на разных несущих частотах.Чтобы иметь возможность воспроизводить радиостанцию, нам нужно выполнить шаги, указанные в фазе передачи, в обратном порядке. Это означает, что сигнал сначала необходимо преобразовать с более высокой частоты в полосу модулирующих частот. Следующим шагом является его демодуляция, чтобы он мог вернуться к своей первоначальной форме.

Настройка частоты

Рассмотрим гипотетическую схему FM-вещания, показанную на рисунке выше. Каждая станция занимает полосу пропускания 200 кГц, но все они передаются на разных несущих частотах.Чтобы слушать FM-станцию ​​3, радиоприемнику необходимо получить свои определенные 200 кГц информации. Это было сделано с помощью процесса, называемого настройкой в ​​ранних приемниках, когда частота приемника настраивалась на несущую частоту интересующего канала.

Из-за отсутствия компонентов, способных осуществлять выбор частоты, кроме самой антенны, полоса пропускания приемника была равна полосе пропускания антенны. Это означало, что приемник будет принимать множество разных частот — не только между 99.9 МГц и 100,1 МГц, которые нас интересуют. Следовательно, приемник будет получать информацию от окружающих различных станций, показанных на рисунке. Это привело к плохому приему, поскольку интересующие нас данные перекрывались с данными из других каналов информации.

Настроенная схема

С развитием настроенной схемы стало возможным извлекать только нужные частоты канала. Это было сделано путем размещения настроенной цепи между антенной и системой обнаружения приемника.Настроенная схема действовала как полосовой фильтр. Емкость и индуктивность контура определяли частоту настроенного контура. Это означало, что для прослушивания разных станций этот полосовой фильтр должен был изменить свою полосу пропускания в зависимости от желаемой радиостанции и ее несущей частоты. Результатом этой фильтрации является то, что интересующие частоты сохраняются как можно ближе к своей первоначальной форме. Все остальные частоты все еще присутствуют, но со значительно меньшими амплитудами.

Недостатком этого типа приемника является то, что интересующий канал останется на высокой частоте, а чем выше частота, тем сложнее создать эффективные фильтры с хорошей избирательностью. Более того, для разных станций требуются разные фильтры. Внедрение супергетеродинных приемников помогло преодолеть эти проблемы.

Супергетеродинные приемники

Сегодня многие промышленные радиоприемники используют супергетеродинную архитектуру. Сигналы с центром на высокой радиочастоте сначала «сдвигаются» на более низкую частоту — так называемую промежуточную частоту (ПЧ).Только после этого происходит обработка. Это ПЧ-сигнал, который проходит этапы фильтрации и демодуляции вместо очень высокочастотного ВЧ-сигнала. С этим типом приемника разные радиостанции смещаются на одну и ту же промежуточную частоту. Учитывая, что разные радиостанции имеют одинаковую стандартизированную полосу пропускания, можно использовать уникальный фильтр для выделения только интересующего канала.

Интегральные схемы

Изобретение транзисторов и разработка интегральных схем привели к большим изменениям в работе приемников.Многие из функций, которые ранее выполнялись аналоговой электроникой, теперь выполняются с использованием цифровых схем на микросхеме. Для цифровой обработки сигналов на кристалле были созданы различные аппаратные платформы. Некоторые из них включают FPGA, ASIC или специализированные цифровые сигнальные процессоры (DSP). Все они могут выполнять операции обработки сигналов намного быстрее, чем процессоры общего назначения (ЦП).

Процесс приема радиосигналов сегодня означает оцифровку сигнала на ПЧ. После этого он подвергается полосовой фильтрации и демодуляции с использованием цифровой обработки сигнала на микросхеме.Этот тип приемника также известен как программно определяемое радио (SDR). К его преимуществам можно отнести возможность динамического изменения свойств приемника, таких как тип фильтрации и демодуляции. Важно отметить, что частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя (АЦП) часто намного выше, чем полоса пропускания интересующего канала.

Цифровая обработка сигналов

Чтобы понять дополнительные шаги, которые необходимо выполнить в цифровой области, мы обратимся к описанному ранее примеру радиосигнала.Предположим, что АЦП имеет частоту дискретизации 50 MSps. Как упоминалось ранее, интересующий сигнал имеет полосу пропускания 200 кГц. После цифровой фильтрации объем данных остается прежним; однако частоты, принадлежащие интересующему каналу, остаются неизменными, а частоты, принадлежащие другим каналам, будут значительно ослаблены. После этого необходимо выполнить демодуляцию.

Это можно сделать двумя способами. Один из них находится в чипе, а другой — на компьютере с Windows, который получает отчищенные данные от чипа; однако объем данных чрезвычайно велик для обработки Windows, и поэтому необходимо уменьшить частоту дискретизации.Этот процесс называется повторной выборкой, и он изменяет частоту дискретизации данных таким образом, что вся интересующая информация сохраняется, а вся остальная информация удаляется. В нашем случае передискретизация привела бы к частоте дискретизации 200 кГц, так как это все, что нужно для сохранения всей информации для одной FM-станции. После этого шага остается только демодуляция.

Канализация

Процесс отфильтровывания нежелательных компонентов сигнала из его исходной формы и снижения частоты дискретизации до минимума, необходимого для интересующего сигнала, называется канализацией.Учитывая, что начальная частота дискретизации в нашем примере составляет 50 МГц, а извлеченный канал — 200 кГц, мы уменьшаем количество данных в 250 раз. Поскольку это экономит нам огромное количество вычислительной мощности на стороне Windows, можно извлекать больше каналов с помощью одного чипа и обрабатывать их вместе.

Возможность параллельно обрабатывать и извлекать множество каналов из широкополосного входа может быть очень полезной для ряда приложений, таких как наблюдение за сигналами связи, радары и GNSS.С помощью ПЛИС можно извлечь тысячи сигналов из широкополосного сигнала в режиме реального времени. Если добавить возможность потоковой передачи каналов на разные порты UDP, многие варианты использования выиграют с точки зрения используемого оборудования.

Простейшим примером этого сценария является прослушивание FM-станций. Как было сказано ранее, в США 101 FM-станция, и для прослушивания всех их требуется 101 разный приемник. Если бы был один приемник и микросхема FPGA, способная одновременно распределять и передавать 101 канал, одного приемника было бы достаточно.Следовательно, можно получить сотни или даже тысячи каналов, используя только один приемник, и затраты могут быть снижены.

Эта статья написана Марией Димитриевич, владельцем продукта, NC-10 Channelizer, Novator Solutions (Стокгольм, Швеция). Для получения дополнительной информации посетите здесь  .

Еще от SAE Media Group

Журнал Aerospace & Defense Technology

Эта статья впервые появилась в выпуске журнала Aerospace & Defense Technology Magazine за декабрь 2020 года.

Читать больше статей из этого номера здесь.

Другие статьи из архива читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ

Однокристальные аналоговые схемы для приемников плазменных волн нового типа на борту космических аппаратов

Исследовательская статья 31 марта 2017 г.

Исследовательская статья | 31 марта 2017 г.