Моделирование и экспериментальное исследование дуплексера для радиостанции дециметрового диапазона

Моделирование и экспериментальное исследование дуплексера для радиостанции дециметрового диапазона

12 1 А.В.Андрианов , А.Н.Зикий , Г.В.Сперанская

1 Таганрогский научно-исследовательский институт связи, Таганрог 2Южный Федеральный Университет, Таганрог

Аннотация: В статье приведены схема и конструкция дуплексера для радиостанции диапазона 300-344 МГц. Проведено моделирование дуплексера в пакете Microwave Office. Экспериментальное исследование проводилось на измерителе комплексных коэффициентов передачи «Обзор-103». Приведены амплитудно-частотные характеристики каналов приёма и передачи. Сравнение результатов моделирования и эксперимента показывает, что они достаточно близки.

Ключевые слова: фильтр, дуплексер, амплитудно-частотная характеристика, канал приёма, канал передачи.

Дуплексеры широко используются в составе радиостанций метрового и дециметрового диапазона волн [1,2], поэтому их исследование является актуальным. Чаще всего они строятся на спиральных резонаторах, так как при этом получаются меньше габариты.

Объектом исследования в данной работе является дуплексер типа 2S79—851/В из состава венгерской радиостанции типа БМ-301(Рис.1). Особенностью этого дуплексера является то, что он построен по схеме LC-фильтров с эллиптической характеристикой. Принципиальная схема дуплексера приведена на рис.2, из которого видно, что в каждом из каналов приема и передачи содержится по два режектирующих звена.

Важное значение для получения высоких параметров развязки и заграждения имеет конструкция дуплексера.

Корпус дуплексера имеет наружные размеры 203х110х38 мм. Он разделён на 12 отсеков. Корпус закрыт двумя крышками с герметизирующей резиновой прокладкой по контуру. Расположение отсеков можно видеть на рис.1.

Рис. 1. - Фото дуплексера вид сверху со снятой крышкой

Рис. 2. - Принципиальная схема дуплексера Конструкция

Между крышкой и корпусом устанавливается пластина из латунной фольги для улучшения экранирующих свойств корпуса. Корпус изнутри посеребрён.

Корпус и крышки изготовлены методом точного литья из лёгкого алюминиевого сплава.

Корпус, перегородки, каркасы имеют жесткую конструкцию и позволяют сохранять свои характеристики при тряске и вибрациях.

Монтаж между катушками, конденсаторами, соединителями, печатными платами выполнен голым медным проводом диаметром 1мм с серебряным покрытием.

Переход провода из одного отсека в другой осуществляется с помощью пластмассовых втулок, устанавливаемых на перегородке.

В качестве соединителей использованы три гнезда типа «байонет»(тип V по ГОСТ13317-89)(СР50-73фв).

Каркасы катушек изготовлены из высокочастотного фарфора и имеют канавки для укладки витков катушки. Каркасы катушек закреплены в корпусе двумя винтами М3 по краям. Пять подстроечных конденсаторов установлены на четырёх малых платах из фольгированного стеклотекстолита. Доступ к шлицам для настройки конденсаторов открыт с нижней стороны корпуса.

Геометрические размеры катушек приведены в таблице 1.

Индуктивность катушек рассчитана по формуле (2.59) из [8].

Подстройка катушек индуктивности производится с помощью перемещаемой диэлектрической рубашки. Рубашка крепится к корпусу винтом М3 и может перемещаться вдоль катушки с помощью пазов, фрезерованных в корпусе.

Таблица № 1

Параметры катушек

Наименование параметра Условное обозначение Ь1, Ь4, Ь5, Ь7 Ь2, Ь3, Ь6

Длина намотки, мм в0 37 13

Диаметр катушки, мм й 15 15

Шаг катушки, мм Ы 2,57 2,57

Число витков 14 5

Диаметр проволоки, мм 1,6 1,6

Диаметр каркаса, мм 11,5 11,5

Длина каркаса, мм 12 98 50

Расчетное значение индуктивности, мкГн ь 0,117 0,041

Моделирование дуплексера проводилось в пакете прикладных программ MWO [3,4]. Модель дуплексера из MWO приведена на рис.3. Результаты моделирования в виде двух АЧХ показаны на рис.4.

Экспериментальное исследование дуплексера проводилось на установке, содержащей измеритель комплексных коэффициентов передачи «Обзор-103», ноутбук, комплект кабелей и переходов. При измерении АЧХ канала передачи детектор подключался к порту ТХ, а согласованная нагрузка - к порту ЯХ. При снятии АЧХ канала приёма детектор и согласованная нагрузка менялись местами. Антенный вход дуплексера был постоянно подключён к генераторному выходу «Обзор-103». На рис.5 можно видеть АЧХ канала передачи. На рис.6 изображена АЧХ канала приёма. Из рис. 5 и 6 видно, что потери на частотах приёма и передачи не превышают 3дБ.

Рис. 3. - Модель дуплексера в программе MWO

Graph I

10

-20 -30 -40 -50 -60 -70 -ВО -90 -100

/ H Г ]\

, . -У-""

Ж" у

DBase,!)!) Schematic 1

/ V

1 ; DB(|S(3,2)|) Schematic 1

300 305 310 315 320 325 330 335 340 345 350 Frequency

Рис. 4. - АЧХ каналов передачи и приёма в MWO

0,0

/

/

/

/

\ 1

\ а /

\ А /

\ / /Л

\ 1/ V -50,0

30 ,0 31 1,0 31 ,0 32 ,0 32 ,0 33 ,0 33 ,0 34 ,0 34 ,0

Рис. 5. -. АЧХ дуплексера, канал передачи

\ 0,0

\

у V \ \

\ /

\

Л

\ /

\а/

-100,0

30 ,0 31 ,0 31 ,0 32 ,0 32Е ,0 33 ,0 33 ,0 340,0 34 ,0

Рис. 6. - АЧХ дуплексера, канал приёма Сравнение результатов моделирования и эксперимента показывает, что при моделировании использованные добротности контуров заметно выше, чем в эксперименте.

Выводы

Основные результаты исследования параметров дуплексера сведены в таблицу 2.

Таблица № 2

Основные параметры дуплексера.

Наименование параметра, размерность Задано Получено в модели Получено в эксперименте

Диапазон частот передачи, МГц 343-344 343-344 343-344

Диапазон частот приёма, МГц 307-308 307-308 307-308

Потери канала передачи в полосе пропускания, дБ 3 2 3

Потери канала передачи в полосе заграждения, дБ 40 >50 > 40

Потери канала приёма в полосе пропускания, дБ 3 2 2

Потери канала приёма в полосе заграждения, дБ 50 >60 >60

Развязка между каналами передачи и приёма на частотах передачи 343-344МГц, дБ 60 >60 >60

Волновое сопротивление входов и выходов, Ом 50 50 50

Дуплексный разнос, МГц 36 36 36

Из этой таблицы наглядно видно, что требования к дуплексеру выполняются.

Литература

1. Андрианов А.В., Зикий А.Н., Сивокоз Е.В. Экспериментальное исследование диплексера на спиральных резонаторах. Сборник материалов МНПК« Фундаментальные научные исследования: теоретические и практические аспекты. Том 3.» Кемерово, 25-26 мая 2016. С.112-115.

2. Радиопередающие устройства. Под ред. В.В.Шахгильдяна. -М.: Радио и связь, 2003. - 560 с.

3. СВЧ-фильтры и мультиплексоры для систем космической связи. Под ред. В.П.Мещанова. -М.: Радиотехника, 2017. - 256 с.

4. Бахвалова С. А., Романюк В. А. Основы моделирования и проектирования радиотехнических устройств в Microwave Office.Учебное пособие-М.: Солон-Пресс, 2016. - 152с.

5. Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office. - М.: Солон-Пресс, 2003. - 496 с.

6. Zverev A.I. Handbook of Filter Synthesis. N.Y., John Wiley, 1967.-576 р.

7. Шитиков Г.Т. Стабильные диапазонные автогенераторы-М.: Сов.радио, 1965. - 615с.

8. Mazumber Alam. Microlab Diplexer and Triplexer Filters for Wireless System Design. Application Note. Microlab, 2011, 4 р.

9. Шурховецкий А.Н. Многоканальная частотно-избирательная система СВЧ диапазона на основе направленных фильтров бегущей волны. Инженерный вестник Дона, 2010, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.

10. Андрианов А.В., Быков С.А., Зикий А.Н., Пустовалов А.И. Моделирование и экспериментальное исследование трактового фильтра сантиметрового диапазона. Инженерный вестник Дона, 2017, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N1y17/4042.

References

1. Andrianov A.V., Zikiy A.N., Sivokoz E.V. Jeksperimental'noe issledovanie dipleksera naspiral'nyh rezonatorah. Sbornik materialov MNPK «Fundamental'nye nauchnye issledovanija: teoreticheskie i prakticheskie aspekty.Tom 3.» [Experimental research of the diplexer on spiral resonators. Collection of materials of ISPC «Fundamental scientific research: theoretical and practical aspects. Volume 3»] Kemerovo, 25-26 maja 2016, pр.112-115.

2. Radioperedajushhie ustrojstva. Pod red. V.V.Shahgil'djana. [Radio transmitting devices]. M.: Radio i svjaz', 2003. 560 p.

3. SVCh-fil'try I, Mul'tipleksory dlja system kosmicheskoj svjazi. Pod red. V.P.Meshanova [Microwave filters and multiplexers for space communication systems]. M.: Radiotehnika, 2017. 256 p.

4. Bahvalova S.A., Romanjuk V.A. Osnovy modelirovanija i proektirovanija radiotehnicheskih ustrojstv v Microwave Office. Uchebnoe posobie [Fundamentals of modeling and design of radio devices in the Microwave Office. Tutorial]. Moscow: Solon-Press, 2016. 152 p

5. Razevig V.D., Potapov Y.V., Kurushin A.A. Proektirovanie SVCH ustrojstv s pomoschyu Microwave Office [Designing of microwave devices using Microwave Office]. Moscow: Solon-Press, 2003.496 p

6. Zverev A.I. Handbook of Filter Synthesis. N.Y.,John Wiley, 1967. 576p.

7. Shitikov G.T. Stabil'nye diapazonnye avtogeneratory [Stable band self-oscillators]. Moscow: Sov.radio, 1965. 615p.

8. Mazumber Alam. Microlab Diplexer and Triplexer Filters for Wireless System Design. Application Note. Microlab, 2011, 4 p.

9. ShurkhovetskiyA.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.

10. Andrianov A.V., Zikiy A.N., Pustovalov A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N1y17/4042.