Приемопередатчик для радиорелейной линии связи

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к радиорелейным линиям связи, а именно к приемопередатчику для радиорелейной линии связи, и может быть использована в конструкциях радиорелейных модулей, работающих в миллиметровом радиодиапазоне.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
В качестве прототипа выбран приемопередатчик для радиорелейной линии связи, раскрытый в патенте РФ на полезную модель № 202 018 (дата публикации: 27.01.2021, МПК H04B 7/14). Известный приемопередатчик реализован на микросхемах с волноводными входами и выходами и включает последовательно электрически связанные передающий тракт, блоки которого способны корректировать и преобразовывать IQ-сигнал в миллиметровый диапазон, частотный диплексер, и приемный тракт, блоки которого способны конвертировать и усиливать IQ-сигнал из миллиметрового диапазона. Передающий и приемный тракты связаны с синтезаторами частот с ФАПЧ сигналов гетеродинов, упомянутые синтезаторы частот связаны с синтезатором частоты с ФАПЧ связанного с ним опорного кварцевого генератора.
Недостатком известного устройства является сниженное качество модулируемого сигнала. Это обусловлено тем, что с течением времени к сигналу приемопередатчика начинают примешиваться паразитные составляющие, вызванные просачиванием в него гетеродина.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Техническая задача, положенная в основу настоящем полезной модели, заключается в устранении паразитных составляющих в модулируемом IQ-сигнале.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в улучшении качества модуляции IQ-сигнала.
Дополнительные технические результаты: улучшение качества балансировки IQ-сигналов, устранение просачивания гетеродина в модулированный сигнал.
В качестве полезной модели заявлен приемопередатчик для радиорелейной линии связи, реализованный на микросхемах с волноводными входами и выходами. Приемопередатчик включает последовательно электрически связанные передающий тракт, блоки которого способны корректировать и преобразовывать IQ-сигнал в миллиметровый диапазон, частотный диплексер, и приемный тракт, блоки которого способны конвертировать и усиливать IQ-сигнал из миллиметрового диапазона. Передающий и приемный тракты связаны с синтезаторами частот с ФАПЧ сигналов гетеродинов, упомянутые синтезаторы частот связаны с синтезатором частоты с ФАПЧ связанного с ним опорного кварцевого генератора. В отличие от прототипа, блок коррекции IQ-сигнала в передающем тракте представлен прецизионным ЦАП, который выполнен счетверенным.
Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящей полезной модели могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления.
В частности, микросхемы, на которых реализован приемопередатчик, способны обеспечивать поверхностный монтаж блоков приемопередатчика.
В частности, приемопередатчик включает блок управления. Блок управления способен обеспечивать перестройку частоты в передающем и приемном трактах. При этом блок управления способен устанавливать и контролировать значения уровней Bias на прецизионном ЦАП.
В частности, приемопередатчик включает блок фильтрации питания, способный обеспечивать блоки приемопередатчика отфильтрованным электропитанием.
В частности, приемопередатчик снабжен по меньшей мере одним интерфейсом данных.
В частности, приемопередатчик снабжен по меньшей мере одним интерфейсом управления.
Заявленный в качестве полезной модели приемопередатчик предназначен для обеспечения функциональности радиорелейного модуля в миллиметровом диапазоне электромагнитных волн. Эффективность обмена сигналами в указанном диапазоне определяется рядом параметров, среди которых: выходная мощность, уровень шума, качество модуляции. Улучшение этих параметров напрямую связано с устранением энергетических потерь при преобразовании электромагнитных волн внутри приемного и передающего трактов приемопередатчика. Существенный вклад в устранение таких потерь вносит использование в конструкции устройства микросхем поверхностного монтажа с волноводными входами и выходами. Использование указанных микросхем в конструкции приемопередатчика позволяет отказаться от необходимости применения волноводно-полосковых переходов, в которых преимущественно локализованы энергетические потери при преобразовании сигнала, и реализовать приемник и передатчик миллиметрового диапазона волн на плате с выходом на волновод.
В заявленном приемопередатчике пересмотрена схема блока корректора IQ-сигналов. Необходимость ее изменения обусловлена технической проблемой возникновения с течением времени разбалансировки IQ-сигналов, приводящих к просачиванию гетеродина в модулированный сигнал передатчика в процессе его эксплуатации. Указанная проблема обусловлена тем, что использование пассивных компонентов в схеме блока корректора IQ-сигналов накладывает некоторые ограничения на возможность изменения параметров их работы в ходе эксплуатации. Так, для устранения просачивания гетеродина в сигнал передатчика требуется калибровка уровней IQ-сигнала, которую проводят преимущественно только на этапе производства приемопередатчика. Впоследствии откалиброванный режим коррекции IQ-сигналов, установленный на соответствующем блоке, остается неизменным в ходе всего периода эксплуатации устройства.
Микросхема корректора IQ-сигналов, использованная в настоящем приемопередатчике, построена на прецизионном цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП), который выполнен счетверенным.
Корректор IQ-сигналов позволяет сбалансировать значения коррекции IQ-сигнала таким образом, чтобы установить уровни Bias для каждой составляющей IQ-сигнала, что необходимо для уменьшения просачивания гетеродина в сигнал передатчика. Прецизионный ЦАП позволяет осуществлять эту процедуру многократно, в том числе в ходе эксплуатации устройства, и автоматически на основе обратной связи, поступающей от детектора мощности, установленного на усилителе мощности передатчика.
Выполнение прецизионного ЦАП счетверенным обусловлено необходимостью установки значений коррекции для каждой составляющей IQ-сигнала (I/I’/Q/Q’).
Под термином «уровень Bias» понимается уровень постоянной составляющей в сигнале.
Под термином «IQ-сигнал» понимается цифровой или аналоговый сигнал, представленный в форме синфазной I (англ. In-Phase), и квадратурной Q (англ. Quadrature) составляющих сигнала.
Под термином «ФАПЧ» понимается фазная автоподстройка частоты.
Под термином «ЦАП» понимается цифро-аналоговый преобразователь.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Описание варианта осуществления полезной модели может быть использовано в качестве примера для лучшего понимания ее сущности и изложено со ссылками на одну фигуру, которая иллюстрирует блок-схему приемопередатчика. При этом приведенные ниже подробности призваны не ограничить сущность полезной модели, а сделать ее более ясной.
В соответствии с фигурой, в приемопередатчик включен передающий тракт, реализованный на микросхеме передатчика, на которую напаяны корректор 1 IQ-сигналов, конвертер 2 IQ-сигналов в миллиметровый диапазон. Корректор 1 IQ-сигналов представлен прецизионным ЦАП, который выполнен счетверенным. Передающий тракт связан с диплексером 3. Диплексер связан с приемным трактом, реализованным на микросхеме приемника, на которую напаяны конвертер 4 IQ-сигналов из миллиметрового диапазона, усилитель 5 IQ-сигналов. Диплексер 3 соединяет передающий и приемный тракты между собой.
Один из входов усилителя 2 связан с выходом синтезатора частот 6 с ФАПЧ сигналов гетеродина передающего тракта. Один из входов конвертера 4 связан с выходом синтезатора частот 7 с ФАПЧ сигналов гетеродина приемного тракта. Входы синтезаторов частот 6 и 7 связаны с выходами синтезатора 8 частоты связанного с ним опорного кварцевого генератора 9.
Синтезаторы частот 6 и 7 способны перестраивать рабочую частоту по команде блока управления 10. Блок фильтрации питания 11 обеспечивает блоки приемопередатчика отфильтрованным электропитанием.
В качестве микросхем, на которых в совокупности реализован приемопередатчик, в том числе, микросхема счетверенного прецизионного ЦАП, на основе которой выполнен корректор IQ-сигналов, предпочтительно используют микросхемы Analog Devices поверхностного монтажа с волноводными входами и выходами. Использование упомянутых микросхем позволяет избавиться от необходимости применения волноводно-полосковых переходов, в которых возникают потери при преобразовании электромагнитных сигналов.
Приемопередатчик работает следующим образом.
На вход устройства поступают синфазная и квадратурная составляющие информационного радиосигнала. В корректоре 1 происходит выравнивание параметров составляющих сигнала так, чтобы компенсировать неидентичность их трактов. Сигнал поступает на передающий тракт, в котором происходит модуляция информационного сигнала в радиочастотный диапазон E-band на конвертере 2. Диплексер 3 соединяет передающий и приемный тракты с антенным входом/выходом, одновременно гальванически развязывая их между собой. В приемном тракте происходит преобразование сигнала радиочастотного диапазона E-band в синфазную и квадратурную составляющие информационного сигнала на конвертере 4. В усилителе 5 происходит увеличение уровня составляющих сигнала для их последующей передачи на модем.
Калибровка / коррекция IQ-сигналов осуществляется в два этапа: грубая и точная калибровка. На этапе грубой калибровки, блок управления 10 выбирает и устанавливает значения счетверенного ЦАП корректора 1 таким образом, чтобы установить уровни Bias для каждого из четырех сигналов: I/I’/Q/Q’, таковыми, чтобы максимально снизить просачивание гетеродина в сигнале передатчика. Результат первого этапа калибровки контролируется блоком управления 10 по детектору мощности, установленному на усилителе мощности передатчика. На втором этапе, тонкой подстройки, осуществляется коррекция IQ-сигналов по амплитуде и фазе, на основании информации о приемном от удаленного приемника. Этот сигнал передается на сторону передатчика по дуплексному каналу.
Таким образом, осуществляется качественная, постоянно обновляющаяся коррекция IQ-сигналов в режиме реального времени. Помимо этого, снижается время первичной калибровки этих параметров на этапе производства приемопередатчиков.
Применение независимой подстройки каждого из I/I`/Q/Q` каналов позволяет формировать выходной спектр высокого качества без просачивания гетеродина на выход передатчика. Цифровая регулировка выходной мощности передатчика и коэффициента усиления приемника позволяет использовать радиорелейный мост как на предельно дальних дистанциях, так и на коротких.
Регулировка частоты работы приемопередатчика позволяет работать во всей выделенной полосе частот от 71 ГГц до 76 ГГц и от 81 ГГц до 86 ГГц. Высокая степень интеграции позволяет поместить его в корпус с небольшими габаритами, как законченное устройство, снабженного интерфейсами данных IQ, питания и управления SPI, собранные в один разъем. Полоса частот передаваемого сигнала регулируется от 64,5 МГц до 2 ГГц. Низкий фазовый шум гетеродина позволяет использовать следующие типы модуляций: BPSK, QPSK, 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM. Выходная мощность составляет не менее 22 дБм. Коэффициент шума приемника не более 5 дБ. При использовании совместно с Base-Band модемом 10GbE заявленный приемопередатчик позволяет обеспечить радиорелейный канал связи «точка–точка» со скоростью передачи информации до 10 гигабит в секунду.