ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК МИЛЛИМИТРОВЫХ ВОЛН

Предлагаемая полезная модель относится к области радиосвязи и может использоваться для организации цифровых радиорелейных линий связи.
Известны приемопередатчики, используемые для радиорелейной связи, например, системы «Радан-2» (Мордухович Л.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи. М., «Радио и связь», 1987 г.). Однако эти приемопередатчики имеют высокое энергопотребление и большие габариты.
Из известных приемопередатчиков наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является «Дуплексный приемопередатчик миллиметровых волн» по свидетельству на полезную модель №48134 от 10.09.2005, принятый за прототип.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения:
41 - входной согласующий блок;
42 - приемник входного сигнала;
43 - усилитель-формирователь;
44 - модулятор;
45 - генератор;
6 - циркулятор;
7 - антенна;
8 - полосовой волноводный фильтр;
9 - понижающий смеситель;
46 - гетеродин;
47- фильтр верхних частот;
12 - малошумящий усилитель приемника;
13 - управляемый аттенюатор;
14 - усилитель промежуточной частоты приемника;
48 - демодулятор;
16 - видеоусилитель;
17 - пиковый детектор;
18 - алгебраический сумматор;
19 - генератор постоянного напряжения;
49 - первый пороговый блок;
50- второй пороговый блок;
22 - выходной усилитель;
51 - выходной согласующий блок.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные входной согласующий блок 41, вход которого является входом устройства, приемник входного сигнала 42, усилитель-формирователь 43 и модулятор 44, выход которого соединен с первым входом циркулятора 6, второй вход-выход которого подключен к антенне 7; последовательно соединенные полосовой волноводный фильтр 8, понижающий смеситель 9, фильтр верхних частот 47, малошумящий усилитель приемника 12, управляемый аттенюатор 13, усилитель промежуточной частоты приемника 14, демодулятор 48, видеоусилитель 16, второй пороговый блок 21, выходной усилитель 22 и выходной согласующий блок 23, выход которого является выходом устройства. Кроме того, содержит генератор 45, выход которого соединен со вторым, сигнальным входом модулятора 44; гетеродин 46, выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом понижающего смесителя 9; генератор постоянного напряжения 19, выход которого соединен со вторым входом алгебраического сумматора 18, выход которого соединен со вторым, управляющим входом управляемого аттенюатора 13. Кроме этого, выход видеоусилителя 16 через пиковый детектор 17 соединен с первым входом алгебраического сумматора 18 и входом первого порогового блока 49, выход которого соединен со вторым, стробирующим входом второго порогового блока 50. Первый выход циркулятора 6 соединен с входом полосового волноводного фильтра 8.
Устройство-прототип работает следующим образом. Со входа устройства цифровой сигнал через входной согласующий блок 41 поступает на вход приемника входного сигнала 42, с выхода которого сигнал поступает на вход усилителя-формирователя 43, который обеспечивает уровень и форму сигнала, поступающего на первый, модулирующий вход модулятора 44. Модулятор 44 осуществляет модуляцию сигнала, поступающего на его второй, сигнальный вход с выхода генератора 45. Генератор 45 работает в диапазоне 36 - 39,5 ГГц. Модулированный сигнал через циркулятор 6 поступает в антенну 7 и излучается в эфир. Циркулятор 6 обеспечивает разделение передаваемого и принимаемого сигналов.
Принимаемый из эфира сигнал с выхода антенны 7 через циркулятор 6 поступает на вход полосового волноводного фильтра 8, с выхода которого отфильтрованный сигнал поступает на первый, сигнальный вход понижающего смесителя 9, на второй, гетеродинный вход которого поступает сигнал с выхода гетеродина 46, работающего в диапазоне частот 36-39,5 ГГц. Блок 9 преобразует принимаемый сигнал в сигнал промежуточной частоты. Фильтр верхних частот 47 ослабляет сигнал, образующийся при взаимодействии в блоке 9 принимаемого сигнала и сигнала от генератора 45, попадающего на вход блока 9 через циркулятор 6 и полосовой волноводный фильтр 8. С выхода фильтра верхних частот 11 сигнал через малошумящий усилитель приемника 12, управляемый аттенюатор 13 и усилитель промежуточной частоты приемника 14 поступает на вход демодулятора 48, где выделяется информационный модулирующий сигнал, который затем усиливается в видеоусилителе 16. С выхода видеоусилителя 16 сигнал поступает на вход пикового детектора 17 и на первый, сигнальный вход второго порогового блока 50. Пиковый детектор 17 отслеживает медленные изменения уровня сигнала, а алгебраический сумматор 18 определяет разность между этим уровнем и уровнем опорного напряжения, вырабатываемого генератором постоянного напряжения 19. Сигнал с выхода алгебраического сумматора 18 управляет затуханием
управляемого аттенюатора 13, поддерживая выходной сигнал видеоусилителя 16 на постоянном уровне при изменениях уровня сигнала на входе управляемого аттенюатора 13.
При появлении на входе антенны 7 принимаемого полезного сигнала на выходе пикового детектора 17 формируется сигнал, превышающий уровень срабатывания первого порогового блока 49. Первый пороговый блок 49 выдает разрешение-строб на срабатывание второго порогового блока 50. При отсутствии на входе антенны 7 принимаемого полезного сигнала первый пороговый блок 49 запрещает срабатывание второго порогового блока 50 (которое возможно от напряжения шумов).
Второй пороговый блок 50 обеспечивает принятие решения о принятом символе - «0» или «1». С выхода второго порогового блока 50 сформированный выходным усилителем 22 сигнал поступает через выходной согласующий блок 51 на выход устройства.
Устройство-прототип обладает недостаточно высокой линейностью амплитудно-частотной характеристики.
Для устранения указанного недостатка в приемопередатчик миллиметровых волн, содержащий последовательно соединенные циркулятор и первый полосовой волноводный фильтр; малошумящий усилитель приемника, первый управляемый аттенюатор, первый понижающий смеситель, первый усилитель первой промежуточной частоты приемника, выходной усилитель, генератор постоянного напряжения, антенну, вход-выход которой соединен со вторым входом-выходом циркулятора, последовательно соединенные видеоусилитель, пиковый детектор и алгебраический сумматор, выход которого соединен со вторым, управляющим входом первого аттенюатора, а второй вход алгебраического сумматора соединен с выходом генератора постоянного напряжения, согласно полезной модели, введены последовательно соединенные корректор амплитудно-частотной характеристики, второй управляемый аттенюатор, первый повышающий смеситель, первый полосовой фильтр,
усилитель второй промежуточной частоты передатчика, второй повышающий смеситель, второй полосовой волноводный фильтр, малошумящий усилитель передатчика, первый вентиль, предварительный усилитель мощности, второй вентиль, усилитель мощности, третий вентиль и третий полосовой волноводный фильтр; четвертый вентиль, последовательно соединенные пятый вентиль и четвертый полосовой волноводный фильтр, последовательно соединенные третий управляемый аттенюатор, второй усилитель первой промежуточной частоты приемника и второй полосовой фильтр, выход которого соединен с первым, сигнальным входом первого управляемого аттенюатора, последовательно соединенные второй понижающий смеситель, усилитель второй промежуточной частоты приемника, третий полосовой фильтр и амплитудный детектор; блок опорных частот, опорный генератор, синтезатор частоты и блок объединения-разделения, вход-выход которого является входом-выходом устройства; причем второй вход блока объединения-разделения соединен с выходом выходного усилителя, первый выход - с входом корректора амплитудно-частотной характеристики, второй выход - со вторым, управляющим входом второго управляемого аттенюатора, а третий выход - с первым, управляющим входом синтезатора частоты, первый выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом первого понижающего смесителя, второй выход - со вторым, гетеродинным входом второго повышающего смесителя, а второй, опорный вход - с первым выходом опорного генератора, второй выход которого соединен с входом блока опорных частот, второй выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом первого повышающего смесителя, а первый выход - со вторым, гетеродинным входом второго понижающего смесителя, первый, сигнальный вход которого соединен с выходом первого управляемого аттенюатора, первый выход третьего полосового фильтра соединен с входом выходного усилителя, выход амплитудного детектора соединен с входом видеоусилителя, выход четвертого полосового волноводного фильтра
соединен с первым, сигнальным входом первого понижающего смесителя, выход которого через первый усилитель первой промежуточной частоты приемника соединен с первым, сигнальным входом третьего управляемого аттенюатора, второй, управляющий вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора; выход первого полосового волноводного фильтра через четвертый вентиль и малошумящий усилитель приемника соединен с входом пятого вентиля, выход третьего полосового волноводного фильтра соединен с первым входом циркулятора.
На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого приемопередатчика миллиметровых волн, где введены следующие обозначения:
1 - корректор амплитудно-частотной характеристики;
2 - второй управляемый аттенюатор;
3 - первый повышающий смеситель;
4 - первый полосовой фильтр;
5 - усилитель второй промежуточной частоты передатчика;
6 - циркулятор;
7 - антенна;
8 - первый полосовой волноводный фильтр;
9 - первый понижающий смеситель;
10 - предварительный усилитель мощности;
11 - второй вентиль;
12 - малошумящий усилитель приемника;
13 - первый управляемый аттенюатор;
14 - первый усилитель первой промежуточной частоты приемника;
15 - опорный генератор;
16 - видеоусилитель;
17 - пиковый детектор;
18 - алгебраический сумматор;
19 - генератор постоянного напряжения;
20 - синтезатор частоты;
21 - блок объединения-разделения;
22 - выходной усилитель;
23 - третий вентиль;
24 - пятый вентиль;
25 - четвертый полосовой волноводный фильтр;
26 - усилитель мощности;
27 - третий полосовой волноводный фильтр;
28 - третий управляемый аттенюатор;
29 - второй усилитель первой промежуточной частоты приемника;
30 - второй полосовой фильтр;
31 - блок опорных частот;
32 - второй понижающий смеситель;
33 - усилитель второй промежуточной частоты приемника;
34 - третий полосовой фильтр;
35 - четвертый вентиль;
36 - амплитудный детектор;
37 - второй повышающий смеситель;
38 - второй полосовой волноводный фильтр;
39 - малошумящий усилитель передатчика;
40 - первый вентиль.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные корректор амплитудно-частотной характеристики 1, второй управляемый аттенюатор 2, первый повышающий смеситель 3, первый полосовой фильтр 4, усилитель второй промежуточной частоты передатчика 5, второй повышающий смеситель 37, второй полосовой волноводный фильтр 38, малошумящий усилитель передатчика 39, первый вентиль 40, предварительный усилитель мощности 10, второй вентиль 11, усилитель мощности 26, третий вентиль 23, третий полосовой волноводный фильтр 27 и циркулятор 6, второй вход-выход которого присоединен к антенне 7;
последовательно соединенные первый полосовой волноводный фильтр 8, четвертый вентиль 35, малошумящий усилитель приемника 12, пятый вентиль 24, четвертый полосовой волноводный фильтр 25, первый понижающий смеситель 9, первый усилитель первой промежуточной частоты приемника 14, третий управляемый аттенюатор 28, второй усилитель первой промежуточной частоты приемника 29, второй полосовой фильтр 30, первый управляемый аттенюатор 13, второй понижающий смеситель 32, усилитель второй промежуточной частоты приемника 33, третий полосовой фильтр 34 и выходной усилитель 22; последовательно соединенные амплитудный детектор 36, видеоусилитель 16, пиковый детектор 17 и алгебраический сумматор 18. Кроме того, содержит генератор постоянного напряжения 19, блок объединения-разделения 21, блок опорных частот 31, опорный генератор 15 и синтезатор частоты 20, второй выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом второго повышающего смесителя 37, первый выход синтезатора частот 20 соединен со вторым, гетеродинным входом первого понижающего смесителя 9, второй, опорный вход - с первым выходом опорного генератора 15, а первый, управляющий вход - с третьим выходом блока объединения-разделения 21, второй выход которого соединен со вторым, управляющим входом второго управляемого аттенюатора 2; второй вход блока объединения-разделения 21 соединен с выходом выходного усилителя 22, первый выход - с входом корректора амплитудно-частотной характеристики 1, а вход-выход блока объединения-разделения 21 является входом-выходом устройства. Второй выход опорного генератора 15 соединен с входом блока опорных частот 31, первый выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом второго понижающего смесителя 32, а второй выход - со вторым, гетеродинным входом первого повышающего смесителя 3; второй выход третьего полосового фильтра 34 соединен с входом амплитудного детектора 36, выход генератора постоянного напряжения 19 соединен со вторым входом алгебраического сумматора 18, выход которого соединен со вторыми, управляющими входами
первого 13 и третьего 28 управляемых аттенюаторов, выход циркулятора 6 соединен с входом первого полосового волноводного фильтра 8.
Приемопередатчик миллиметровых волн работает следующим образом.
Со входа устройства сигнал первой промежуточной частоты передачи поступает через блок объединения-разделения 21 на вход корректора амплитудно-частотной характеристики 1, предназначенного для выравнивания амплитудно-частотной характеристики тракта передачи. Далее сигнал через второй аттенюатор 2 поступает на первый, сигнальный вход первого повышающего смесителя 3, на второй, гетеродинный вход которого подается сигнал фиксированной частоты от блока опорных частот 31.
Сигнал второй промежуточной частоты с выхода первого повышающего смесителя 3 фильтруется первым полосовым фильтром 4, усиливается усилителем второй промежуточной частоты передатчика 5 и поступает на первый, сигнальный вход второго повышающего смесителя 37, на второй, гетеродинный вход которого подается сигнал от синтезатора частоты 20. Частота выходного сигнала синтезатора частоты 20 перестраивается по управляющему сигналу от блока объединения-разделения 21 и задает частоту выходного сигнала передатчика, излучаемого в эфир.
Сигнал с выхода второго повышающего смесителя 37 фильтруется вторым полосовым волноводным фильтром 38 и последовательно усиливается малошумящим усилителем передатчика 39, предварительным усилителем мощности 10 и усилителем мощности 26. Распределение коэффициентов усиления между этими тремя усилителями обеспечивает максимальную линейность амплитудно-частотной характеристики тракта передачи. С выхода усилителя мощности 26 сигнал через третий вентиль 23, третий полосовой волноводный фильтр 27 и циркулятор 6 поступает на вход антенны 7 и излучается в эфир.
Первый 40, второй 11 и третий 23 вентили предназначены для согласования входных и выходных импедансов блоков 39, 10 и 26. Третий
полосовой волноводный фильтр 27 предназначен для окончательной фильтрации выходного сигнала передатчика и снижения уровня шумов передатчика, проходящих через циркулятор 6 на вход приемника. Циркулятор 6 служит для разделения сигналов передатчика и приемника, подключенных к общей антенне 7.
Принимаемый из эфира антенной 7 сигнал через циркулятор 6, первый полосовой волноводный фильтр 8 и четвертый вентиль 35 поступает на вход малошумящего усилителя приемника 12, определяющего чувствительность приемника. При этом первый полосовой волноводный фильтр 8 обеспечивает избирательность приемника по зеркальному каналу.
С выхода малошумящего усилителя приемника 12 сигнал через пятый вентиль 24 и четвертый полосовой волноводный фильтр 25 поступает на первый, сигнальный вход первого понижающего смесителя 9, на второй, гетеродинный вход которого подается сигнал гетеродина от синтезатора частоты 20. Частота сигнала гетеродина от синтезатора частоты 20 устанавливается по управляющему сигналу от блока объединения-разделения 21.
Четвертый 35 и пятый 24 вентили предназначены для согласования входного и выходного импедансом малошумящего усилителя приемника 12 с импедансами первого 8 и четвертого 25 полосовых волноводных фильтров. Четвертый полосовой волноводный фильтр 25 снижает уровень шумов на частоте зеркального канала.
С выхода первого понижающего смесителя 9 сигнал через первый усилитель первой промежуточной частоты приемника 14, третий аттенюатор 28, второй усилитель первой промежуточной частоты приемника 29, второй полосовой фильтр 30 и первый управляемый аттенюатор 13 поступает на первый, сигнальный вход второго понижающего смесителя 32, на второй, гетеродинный вход которого подается сигнал фиксированной частоты от блока опорных частот 31.
Первый 14 и второй 29 усилители первой промежуточной частоты приемника обеспечивают основное усиление тракта приема. Первый 13 и третий 28 управляемые аттенюаторы изменяют свое затухание по управляющему сигналу с выхода алгебраического сумматора 18, обеспечивая постоянство уровня сигнала на выходе устройства при изменении уровня принимаемого сигнала, а также максимальную линейность амплитудно-частотной характеристики тракта приема.
Второй полосовой фильтр 30 обеспечивает подавление сигнала от синтезатора частоты 20, который проходит на выход первого понижающего смесителя 9. Второй понижающий смеситель 32 переносит сигнал на вторую промежуточную частоту. С выхода второго понижающего смесителя 32 сигнал поступает на вход усилителя второй промежуточной частоты приемника 33, где он усиливается до уровня, необходимого для работы амплитудного детектора 36. С выхода усилителя второй промежуточной частоты приемника 33 сигнал через третий полосовой фильтр 34 и выходной усилитель 22 поступает на второй вход блока объединения-разделения 21 и далее на выход устройства. Третий полосовой фильтр 34 обеспечивает избирательность по соседнему каналу. Выходной усилитель 22 усиливает сигнал до уровня, необходимого для передачи на выход устройства.
Со второго выхода третьего полосового фильтра 34 сигнал попадает на амплитудный детектор 36. Амплитудный детектор 36 выделяет огибающую входного сигнала, которая после усиления в видеоусилителе 16 поступает на вход пикового детектора 17, который поддерживает на своем выходе пиковые значения огибающей. В алгебраическом сумматоре 18 происходит сравнение напряжения сигнала с выхода пикового детектора 17 с опорным напряжением от генератора постоянного напряжения 19. При появлении расхождения этих напряжений на выходе алгебраического сумматора 18 вырабатывается управляющий сигнал, обеспечивающий изменение затухания первого 13 и третьего 28 управляемых аттенюаторов.
Опорный генератор 15 вырабатывает сигнал стабильной частоты, необходимый для работы блока опорных частот 31 и синтезатора частоты 20.
Блок объединения-разделения 21 служит для передачи по одному кабелю на вход-выход устройства входного и выходного сигналов устройства, а также для формирования сигналов управления для блоков 2 и 20. Функциональная схема блока объединения-разделения 21 приведена на фиг.3, где введены следующие обозначения:
21.1 - первый полосовой фильтр;
21.2 - второй полосовой фильтр;
21.3 - третий полосовой фильтр;
21.4 - амплитудный детектор;
21.5 - компаратор;
21.6 - опорный генератор;
21.7 - программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС);
21.8 - программируемое запоминающее устройство (ПЗУ).
Блок объединения-разделения 21 содержит последовательно соединенные второй полосовой фильтр 21.2, амплитудный детектор 21.4, компаратор 21.5 и ПЛИС 21.7, первый и второй выходы которой являются соответственно вторым и третьим выходами блока объединения-разделения 21. Кроме того, содержит первый полосовой фильтр 21.1, вход которого соединен с входом второго полосового фильтра 21.2, а выход - является первым выходом блока объединения-разделения 21; третий полосовой фильтр 21.3, вход которого является вторым входом блока объединения-разделения 21, а выход третьего полосового фильтра 21.3, соединенный с входом второго полосового фильтра 21.2, является входом - выходам блока объединения-разделения 21, а также опорный генератор 21.6, выход которого соединен со вторым, тактовым входом ПЛИС 7, и ПЗУ 8, выход которого соединен с третьим входом ПЛИС 7.
Блок объединения-разделения 21 работает следующим образом.
На вход-выход блока 21 поступают по одному общему коаксиальному кабелю входной сигнал промежуточной частоты передачи и входной сигнал управления на собственной частоте. Входной сигнал промежуточной частоты передачи выделяется первым полосовым фильтром 21.1 и поступает с его выхода на вход блока 1 предлагаемого устройства. Входной сигнал управления выделяется вторым полосовым фильтром 21.2, детектируется амплитудным детектором 21.4, преобразуется в компараторе 21.5 в логическую форму и поступает на вход ПЛИС 7, которая осуществляет логические преобразования входного сигнала по программе, определяемой ПЗУ 8. Опорный генератор 6 задает тактовую частоту для работы ПЛИС 7. С первого выхода ПЛИС 7 сигнал поступает на вход блока 2 предлагаемого устройства, обеспечивая регулировку затухания аттенюатора. Со второго выхода ПЛИС 7 сигнал поступает на вход блока 20 предлагаемого устройства, обеспечивая перестройку частоты синтезатора. На вход третьего полосового фильтра 21.3 сигнал поступает с выхода блока 22 предлагаемого устройства на промежуточной частоте приема. Полосовой фильтр 21.3 настроен на промежуточную частоту приема и обеспечивает разделение этой частоты и промежуточной частоты передачи, а также частоты входного сигнала управления. С выхода полосового фильтра 21.3 сигнал поступает на вход-выход блока объединения-разделения 21.
Реализация остальных блоков не вызывает затруднений, т.к. они широко описаны в научно-технической литературе.
Таким образом, введение в предлагаемый приемопередатчик миллиметровых волн новых блоков и связей обеспечивает более высокую линейность амплитудно-частотной характеристики.