Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство Российской Федерации по связи и информатизации
Московский Технический Университет Связи и Информатики
Кафедра радиопередающих устройств
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1, 2
Расчет и оптимизация частотного плана РЧ блока устройств ССПО
Вариант № 9 – номер в списке группы
49 – номер в зачетке
Выполнил: студент группы РС0202
Конева А. А.
Проверил: Дингес С.И.
Москва, 2006.
Цель работы:
Изучение методов построения, расчета и оптимизации частотного плана РЧ блока устройств ССПО. Приобретение навыков работы с номограммами и компьютерными программами анализа комбинационных составляющих на выходах устройств преобразования частот.
Исходные данные:
Индивидуальными данными являются последняя N и предпоследняя М цифры номера зачетной книжки студента, а также его двузначный номер в списке группы К.
К = 9
N = 9
M = 4
Стандарт GSM 450
Частотный диапазон Tx:
Канал связи «вверх»- 450.4– 457.6 МГц
Канал связи «вниз»- 460.4- 467.6 МГц
Число каналов - 35
Нижняя полоса (Канал связи «вверх») F1(n)=450.6+0.2·(n-259) 259 < n < 293
Верхняя полоса (Канал связи «вниз») Fu(n)=F1(n)+10
Шаг сетки частот – 200 кГц
Лабораторная работа №1
Подготовка к работе:
Ппч1 = Ппч2 = 200 кГц
Рис.1 Архитектура тракта приема с двойным преобразованием частоты
В работе необходимо использовать супергетеродинную структуру приемника с двойным преобразованием частоты. Двойное преобразование частоты подразумевает наличие в схеме двух смесителей. Смеситель - это устройство, осуществляющее перенос спектра полезного сигнала из одной области частот в другую область. На один из входов смесителя поступает полезный сигнал, на другой вход - сигнал гетеродина.
Смеситель – нелинейное устройство, поэтому спектр сигнала на выходе смесителя обогащается паразитными комбинационными составляющими (КС), частоты которых определяются по выражению , где коэффициенты m и n принимают значения 1,2,3… . КС характеризуется ее порядком, определяемым как сумма коэффициентов m и n.
Для подавления паразитных КС на выходе смесителя стоит полосовой фильтр (ПФ), подавляющий большинство КС. Но при этом КС, попавшие в полосу пропускания данного фильтра не могут быть отфильтрованы (рис.2).
рис.2 Частотные спектры на входе и выходе смесителя
Как уже говорилось выше, в супергетеродинной структуре приемника с двойным преобразованием частоты присутствует два смесителя. К каждому смесителю подводится сигнал гетеродина.
КС могут возникнуть только на выходе первого смесителя, к которому подводится сигнал гетеродина, изменяющийся от до .
В соответствии с заданием, необходимо найти КС до 8 порядка, попадающие в полосу пропускания фильтра на выходе первого смесителя. Для решения этой задачи необходимо воспользоваться номограммами КС, представляющими собой зависимость ПЧ/Гет (РЧ/Гет), где ПЧ – значение промежуточной частоты (), Гет – значение частоты гетеродина (), РЧ – значение частоты радиосигнала ().
Как видно из рис.2, полоса пропускания ПФ на выходе смесителя конечна и ограничена частотами ПЧmin и ПЧmax. Поэтому на диаграмме может быть построена прямоугольная область, ограниченная прямыми РЧmin/ГЕТmax, РЧmax/ГЕТmax, ПЧmin/ГЕТmax, ПЧmax/ГЕТmax. Полученная в результате построения область называется апертурой. При на выход фильтра ПФ попадают все КС, соответствующие прямым, пересекающим область, ограниченную построенным прямоугольником. Для верхней границы гетеродина может быть построен еще один прямоугольник, ограниченный прямыми РЧmin/ГЕТmin, РЧmax/ГЕТmin, ПЧmin/ГЕТmin, ПЧmax/ГЕТmin.
Таким образом могут быть определены все опасные КС, возникающие при перестройке гетеродина на выходе фильтра с заданной конечной полосой пропускания. Они соответствуют прямым, пересекающим область, ограниченную построенными прямоугольниками и пунктирными линиями, соединяющими их вершины отфильтрованы ПФ. Но существует опасность возникновения внутриполосных КС, которые не подавляются фильтрами. Определить «вредные» КС можно, используя номограммы.
Первое преобразование частоты (перестраиваемый гетеродин)
1. Расчет промежуточных частот приемника.
Рассчитаем первую промежуточную частоту приемника:
Рассчитаем вторую промежуточную частоту приемника:
2. Значения несущих частот сигнала
Определим номиналы несущих частот принимаемого сигнала при передаче по каналам: n1=0, n2=34
Канал связи вверх: F1(n1)=450.6+0.2·n1=450.6+0.2·0=450.6 МГц
F1(n2)=450.6+0.2·n2=450.6+0.2·34=457.4 МГц
Канал связи вниз: Fu(n1)=F1(n1)+10=450.6+10=460.6 МГц
Fu(n2)=F1(n2)+10=457.4 +10=467.4 МГц
3. Расчет КС для БС (канал связи вверх)
Значения частот гетеродина: Fгет.min=F1(n1) - fпч1=450.6 Мгц - 118 Мгц=332.6Мгц
Fгет.max=F1(n2) - fпч1=457.4Мгц - 118 Мгц=339.4Мгц
Значения канальных частот в соответствии с рабочим диапазоном:
fрч.min= F1(n1)= 450.6 Мгц
fрч.max= F1(n2)= 457.4Мгц
Максимальное и минимальное значение первой ПЧ, с учетом того, что максимальное отклонение от средней частоты канaла составляет 100 кГц:
fпч max = fпч1+100кГц = 118МГц+100кГц = 118.1 МГц
fпч min = fпч1-100кГц = 118МГц+100кГц = 117.9 МГц
4. Найдем отношения , которые являются границами прямоугольных областей
Отметив эти точки на осях номограммы, проведем через них прямые, параллельные осям координат, и на пересечении этих линий найдем вершины прямоугольных областей. В полосу пропускания фильтра ПЧ1 попадут те КС, прямые которых пересекли полученную область. Это только приближенная оценка. Более точную оценку КС попадающих в полосу пропускания фильтра ПЧ1 найдем с помощью компьютерной программы SpurSearch.
По результатам программы видно, что в полосу пропускания фильтра ПЧ1 попадает 3 КС 9 порядка и 1 КС 12 порядка.
Второе преобразование частоты (неперестраиваемый гетеродин)
На один вход второго смесителя поступает сигнал с несущей частотой 118 МГц, на второй вход поступает сигнал от второго неперестраиваемого гетеродина. На выходе второго смесителя промежуточная частота сигнала должна стать =18 МГц. Для этого подадим на второй вход смесителя сигнал гетеродина с частотой 100 МГц. Также учтем КС прошедшие в полосу пропускания первого фильтра с полосой пропускания от 117.9 до 118.1 МГц.
Частота гетеродина =100 МГц
Диапазон ПЧ1 117.1…118.1 МГц
Диапазон ПЧ2 17.9…18.1 МГц
КС на выходе второго фильтра очень высокого порядка (не ниже 107), поэтому можно сказать, что КС с выхода фильтра ПЧ1 не попадут в полосу пропускания фильтра ПЧ2.
Лабораторная работа 2
Задание:
Разработать частотный план и структуру РЧ блока приемопередатчика стандарта GSM 450 с использованием, по крайней мере, одного преобразования в тракте приема. По возможности использовать для перестройки всего РЧ блока один общий синтезатор частот. Оптимизировать значения используемых промежуточных частот по критерию минимизации КС, возникающих в трактах РЧ блока. Обосновать выбор значений ПЧ и опорных частот с применением номограмм КС. Использовать значение системного опорного генератора равным 9 МГц (номер в списке группы).
Произвести эскизный расчет используемых в РЧ блоке синтезаторов частот, определить необходимые значения коэффициентов деления всех используемых в них делителей частоты.
Тракт приема.
Для приема используется супергетеродинный приемник с одним преобразованием частоты. Для тракта передачи используется приемник с прямой модуляцией. Эта архитектура передатчика имеете несколько преимуществ: при её использовании улучшаются массогабаритные, стоимостные и энергетические показатели устройства.
Выберем оптимальное значение промежуточной частоты по критерию минимизации КС.
Ориентироваться будем на выделенную на номограмме область (рис.3).
Рис.3Номограмма для определения возможных комбинационных составляющих на выходе смесителя.
С помощью программы SpurSearch подберем fпр , обеспечивающую минимум комбинационных составляющих, возникающих на выходе смесителя.
Перебирая значения fпр от 10МГц до 450 МГц с шагом 10 МГц с помощью программы SpurSearch определим минимальный порядок КС для каждой из них.
Результаты приведены виде графика рис.3
Как видно из графика, оптимальное значение fпч лежит в пределах 10…60МГц. Рассмотрим эту область подробнее (рис.4)
Из графика видно, что оптимальным значением промежуточной частоты я вляется частота fпч=20МГц.
Для получения этого значения на выходе смесителя, на один вход которого подается входной сигнал в диапазоне 450.4…457.6 МГц (несущие частоты 450.6…457.4МГц с шагом 0.2 МГц), на второй вход смесителя будем подавать сигнал гетеродина, перестраиваемого в диапазоне 430.6…437.4 МГц с шагом 0.2 МГц
Используем квадратурный демодулятор, на который необходимо подать сигнал с частотой 20 МГц. В качестве фазовращателя используем делитель частоты на 2. Т.о. необходимо еще сформировать сигнал с f=40 МГц для работы демодулятора тракта приема. Структурная схема тракта приема показана на рис5
Тракт передачи.
Для тракта передачи выберем архитектуру с прямой квадратурной модуляцией (рис.6). В ней не требуется преобразователь сигнала вверх, т.к. модулятор непосредственно выполняет преобразование сигнала вверх по частоте на РЧ частоту рабочего канала. Достоинствами также являются: простота, малые габариты, низкая стоимость, уменьшение энергопотребления, а также эта архитектура позволяет достигать большой степени интеграции РЧ блока.
Для формирования модулированного сигнала необходимо подать сигнал от перестраиваемого гетеродина в диапазоне частот 450.6… 457.4 МГц.
Таким образом с помощью синтезатора частот необходимо сформировать следующие частоты:
430.6– 437.4 МГц с шагом 0.2МГц – для тракта приема
450.6 – 457.4 МГц с шагом 0.2 МГц – для тракта передачи
20 МГц – для демодуляции сигнала в I/Q демодуляторе.
Частотный план.
Рис.5Частотный план
Тракт синтеза частот.
Построим синтезатор частот с использованием системы ФАПЧ.
Так как прием и передача разнесены во времени, воспользуемся одним РЧ генератором для формирования сигналов в диапазонах частот приема 430.6– 437.4 МГц и передачи 450.6 – 457.4 МГц. Т.о. необходимо на выходе РЧ ГУНа сформировать сигнал в диапазоне 430.6– 437.4. Также необходимо сформировать сигнал 40МГц для работы демодулятора. Т.о. синтезатор будет содержать два генератора, управляемых напряжением.
Рис.6 Схема тракта синтезатора частот.
Частота опорного генератора 9МГц. Для формирования сетки частот с шагом 200 кГц выберем коэффициент деления Ко=85. Для формирования диапазонов частот 476 – 482.8 МГц и 479 – 485.8 МГц в соответствии с частотным планом, потребуется делитель с переменным коэффициентом деления N1=2380…2429. Для формирования вторым генератором частоты 26МГц потребуется делитель с постоянным коэффициентом деления N2=130.
Для обеспечения необходимого шага сетки частот (200 кГц) и нужных частот на выходе рассчитаем коэффициенты деления синтезатора.
Первый коэффициент деления обеспечивает шаг сетки частот.
Второй коэффициент деления обеспечивает нужный диапазон частот на выходе синтезатора.
Рассчитаем первый коэффициент деления:
fоп= 9МГц
К= fоп/ 0,2= 45