Оценка потенциальных значений основных технических параметров контрольного ответчика курсовая 2010 по коммуникациям и связи , Дипломная из Теория массовой коммуникации

Скачай Оценка потенциальных значений основных технических параметров контрольного ответчика курсовая 2010 по коммуникациям и связи и еще Дипломная в формате PDF Теория массовой коммуникации только на Docsity! Оценка потенциальных значений основных технических параметров контрольного ответчика 1. Анализ основных технических характеристик контрольного ответчика Технические характеристики и параметры дают возможность оценить количественно и качественно электрические свойства и конструктивные особенности устройства и, в совокупности, характеризуют их соответствие назначению. Необходимо отметить, что ряд характеристик предъявляются к системам вторичной радиолокации не только с точки зрения технической целесообразности, но и с учетом требований, устанавливаемых конвенцией о международной гражданской авиации. Основные тактико-технические характеристики контрольного ответчика СОМ-64К приведены в таблице 1. Таблица 1 Тактико-технические характеристики контрольного ответчика СОМ-64К Параметры Режим работы РСП, УВД, УВД-М Режим работы RBS Частота приемника 837,5 и 1030 МГц 1030 МГц Промежуточная частота приемника 24,4 МГц 24,4 МГц Чувствительность приемника Не менее 65 дБ/Вт на частоте 837,5 МГц. Не менее 85 дБ/Вт на частоте 1030 МГц Не менее 85 дБ/Вт Полоса пропускания приемника 5 МГц 5 МГц Динамический диапазон приемника 30 дБ/Вт 50 дБ/Вт Подавление боковых лепестков по запросу Трехимпульсное Трехимпульсное Код запроса номера 9,4 мКс 8 и 17 мКс Код запроса высоты 14 мКс 21 мкс Частота передатчика в режимах РСП и УВД 730; 740; 750 МГц 1090 МГц Стабильность частоты передатчика ±1,8 МГц ±3 МГц Частота передатчика в режиме УВД-М 1090 МГц Стабильность частоты передатчика ±3,0 Мгц Мощность передатчика 0,2 ÷ 1 кВт 0,25÷1 кВт Важной функцией приемника является его частотная избирательность, которая зависит от частотных свойств антенны и способа обработки сигнала в приемнике. При количественной оценке частотной избирательности понимают величину коэффициента ослабления помех, принимаемых по соседнему каналу. Для этого измеряют характеристику избирательности приемника, выражающую нормированную зависимость чувствительности приемника от частоты входного сигнала. По мере увеличения расстройки приемника чувствительность уменьшается. Если полоса пропускания приемника выбрана так, что обеспечивает прохождение всего спектра сигнала или наиболее интенсивной его части, то для лучшей избирательности желательно иметь боковые ветви характеристики возможно более крутыми. Коэффициент ослабления по соседнему каналу приема σП определяется из графика избирательности при величине расстройки относительно частоты ƒ0 на величину полосы пропускания П: σП = ЕС (ƒ0±П)/ ЕС (ƒ0) Идеальная с точки зрения избирательности была бы характеристика, имеющая прямоугольную форму. Поэтому избирательность иногда оценивается коэффициентом прямоугольности: k П = Пσ / П где Пσ - ширина характеристики на заданном уровне σ (обычно σ =10; 100; 1000). Из последнего выражения следует, что идеальная прямоугольная характеристика имеет коэффициент прямоугольности равный k П =1, что соответствует наивысшей степени частотной избирательности приемника. В супергетеродинных приемниках из-за наличия преобразователя частоты (смесителя) появляются дополнительные каналы приема. Частоты настройки этих каналов определяются частотой помехи ƒ1 , комбинация гармоник которой с гармониками гетеродина дает промежуточную частоту ƒП = m ƒГ +n ƒ1 .полоса частот, соответствующая настройке приемника ƒ0 , называется основным каналом приема, а полосы ухудшения избирательности на определенных частотах ƒ1 – побочными или паразитными каналами приема. По дополнительным каналам приема внутренние шумы и помехи различного происхождения могут проходить на оконечное устройство. Механизм образования дополнительных каналов приема связан с образованием промежуточной частоты как вычитание частот кратных частоте гетеродина и частот воздействующих на вход приемника. Паразитный канал, симметричный сигнальному, называется симметричным или зеркальным. Кроме частотной избирательности, для борьбы с помехами используются также пространственная избирательность, использующая пространственные различия в приходе полезного сигнала и помеховых колебаний. Важной функцией приемника является также качество воспроизведения принятого сигнала, которое зависит от степени искажений, вносимых каскадами приемника. При этом существуют следующие виды искажений: амплитудно-частотные, фазочастотные и нелинейные. Первый вид искажений вызывается неравномерностью амплитудно-частотной характеристики приемника в полосе частот принимаемого сигнала. Второй вид искажений обусловлен нелинейностью фазочастотной характеристики и разбросом времени запаздывания различных спектральных составляющих сигнала при его прохождении через приемный тракт. Наличие нелинейных искажений сопровождается не только искажением формы сигнала, но и неодинаковым усилением различных уровней входного сигнала. Диапазон уровней входного сигнала, при котором обеспечивается необходимое качество приема сигналов, называется динамическим диапазоном приемника. Количественно динамический диапазон ДПР определяется как отношение уровня максимально допустимого сигнала (РВХ.МАКС) на входе к минимальному (Р МИН): ДПР = РВХ.МАКС / Р МИН Так как реальные сигналы зачастую обладают большим динамическим диапазоном, чем приемник, то в состав его включают дополнительные устройства и применяют специальные методы формирования амплитудных характеристик, обеспечивающие расширение и согласование его динамического диапазона с динамическим диапазоном оконечных устройств (регулировки усиления, усилители с логарифмическими амплитудными характеристиками и т.д.). Динамический диапазон приемника в значительной степени определяет его помехозащищенность, так как большинство существующих методов помехозащиты являются наиболее эффективными при условии, когда уровень помехи не превышает динамического диапазона приемника. Диапазон принимаемых частот – это совокупность частот, на которые может настраиваться приемник, сохраняя в заданных пределах свои основные технические параметры (чувствительность, избирательность и т.д.). Частотная стабильность – это способность приемника сохранять основные технические параметры при настройке на частоту принимаемого сигнала. В реальных условиях качество приема может нарушаться вследствие нестабильности частоты передатчика и расстройки отдельных элементов приемника. Для осуществления нормального приема применяют меры, обеспечивающие регулировку частоты генераторов, входящих в приемо- передающую систему, и стабилизацию настройки резонансных элементов приемника при воздействии различных дестабилизирующих факторов (температуры, влажности, давления, вибрации и т.д.). Играет большую роль также старение радиоэлементов усилительных трактов приемника и отклонение режимов работы источников питания от номинальных. Для систем вторичной радиолокации важным является учет влияния боковых лепестков диаграммы направленности антенны. Из-за наличия промежуточной частоты (ПУПЧ). Блок высокой частоты обеспечивает требуемую чувствительность приемника и его избирательность по побочным каналам приема (прежде всего по зеркальному). В состав блока промежуточной частоты входит усилитель промежуточной частоты (УПЧ) (главный усилитель), обеспечивающий основное усиление и заданную избирательность по соседнему каналу приема. В случае применения многократного преобразования частоты блок промежуточной частоты может содержать несколько усилителей, работающих на разных промежуточных частотах. Блок низкой частоты состоит из детектора и усилителя низкой частоты (УНЧ). В зависимости от числа устройств последетекторной обработки сигналов низкочастотный блок приемника может иметь различное число каналов, включать в себя устройство интегрирования на низкой частоте, а также пороговое устройство. Элементы структурной схемы сигнального тракта по своему предназначению одинаковы при различных входных сигналах. Однако в случае сложных сигналов, когда осуществляется их оптимальная обработка, обычная супергетеродинная схема дополняется новыми элементами: согласованным фильтром либо коррелятором. Кроме блоков сигнального тракта, приемное устройство может содержать вспомогательные системы: автоматическую подстройку частоты (АПЧ), автоматическую регулировку усиления (АРУ), помехозащиту и блок питания. Приемное устройство является составной частью контрольного ответчика. Поэтому электрические характеристики, особенности схемы и конструкции приемника должны определяться в соответствии с тактико- техническими и конструктивными особенностями ответчика в целом. С учетом анализа особенностей различных схем построения приемных устройств, а также требований, предъявляемых к контрольному ответчику, таких как чувствительность приемника и его динамический диапазон, целесообразно радиоприемное устройство контрольного ответчика строить по супергетеродинной схеме. 3. Оценка выбора значения промежуточной частоты При выборе промежуточной частоты необходимо исходить из следующих соображений: 1. Промежуточная частота должна лежать вне диапазона принимаемых частот и возможно дальше отстоять от границ этого диапазона. 2. Должна обеспечивать заданное ослабление зеркального и соседнего каналов приема. 3. Должна обеспечивать необходимую полосу пропускания приемника. 4. Должна обеспечивать возможность конструктивной реализации затухания контуров межкаскадных цепей ƒПР ≤ (0,8 ÷ 1,2 ) П / dК (1) где dК – собственное затухание контуров УПЧ. В радиоприемниках непрерывных сигналов промежуточная частота должна удовлетворять условие ƒПР ≥(10 ÷ 20) FМАКС , где FМАКС – максимальная частота модуляции принимаемого сигнала. Для импульсных сигналов с длительностью τИ , кроме того должно выполняться условие ƒПР ≥(10 ÷ 20) / τИ (2) обеспечивающее хорошее воспроизведение формы сигнала. При уточнении промежуточной частоты следует учитывать, что более низкая промежуточная частота позволяет: - получить меньший коэффициент шума в УПЧ, что важно для приемников сантиметровых и миллиметровых волн, не имеющих УВЧ; - повысить коэффициент устойчивого усиления и стабильность работы УПЧ; - снизить величину изменений показателей УПЧ (коэффициента усиления, полосы пропускания) при смене ламп; - легче реализовать усилитель с узкой полосой пропускания. С увеличением промежуточной частоты: - лучше выполняются соотношения ƒПР ≥(5 ÷ 10) ƒМ МАКС и ƒПР ≥(10 ÷ 20) / τИ - повышается подавление зеркального и других побочных каналов приема; - уменьшается влияние шумов гетеродина на чувствительность радиоприемника, что существенно в приемниках без УВЧ, работающих в диапазоне сантиметровых волн; - облегчается получение широких полос пропускания в УПЧ; -облегчаются условия надежной работы системы АПЧ гетеродина; - уменьшаются габариты контуров УПЧ. Если значения промежуточной частоты, определяемой из разных требований (например, фильтрация промежуточной частоты и полоса пропускания), оказываются существенно различными, то необходимо применять двойное преобразование частоты. Двойное преобразование применяется также при повышенных требованиях к подавлению помех по соседнему и зеркальному каналам приема. В таком усилителе тракт первой промежуточной частоты имеет относительно небольшое усиление и избирательность. Задачей главного усилителя, настроенного на более низкую промежуточную частоту, является обеспечение основного усиления и избирательности по сигналу. Значения промежуточных частот приемников могут быть выбраны в диапазоне от 30 кГц до 100 МГц и определяются параметрами элементов обработки радиолокационных сигналов. С учетом приведенных рекомендаций по выбору промежуточной частоты, тактико-технических характеристик СОМ-64К, а также данных где ∆ƒГЕН и ∆ƒГЕТ - вероятные уходы частот задающего генератора передатчика и гетеродина приемника соответственно; ∆ƒРЕЗ – возможная расстройка резонансного тракта приемника; ∆ƒД. .МАКС – возможная максимальная частота Доплера. Если в приемнике предусмотрена система АПЧ, обладающая коэффициентом автоподстройки КАПЧ (КАПЧ =20-30), то зависимость ∆П от ∆ƒГЕН и ∆ƒГЕТ уменьшается на соответствующую величину КАПЧ раз. Знание полосы пропускания резонансного (линейного) тракта позволяет ориентировочно определить полосы пропускания отдельных блоков приемника на основании следующих соотношений: ПБВЧ =(5÷15) П; ПУПЧ =(1,1÷1,2) П; ПБНЧ =(0,7÷0,8) П. Чем шире полоса пропускания П, тем меньше следует брать величину коэффициента в выражении для ПБВЧ , а в выражении для ПУПЧ – больше. При этом общая полоса пропускания приемника составляет: ППР = ПУПЧ /[ 1+( ПУПЧ / ПБВЧ )2 +( ПУПЧ / ПБНЧ )2 ]-1/2 Приемники сложных импульсных сигналов с частотной модуляцией или фазовой манипуляцией внутри импульса рассчитываются на оптимальную обработку. При оптимальной обработке с помощью согласованного фильтра, последний, как правило, устанавливается в тракте промежуточной частоты. В таком приемнике элементы резонансного тракта ( каскады усилителей высокой и промежуточной частот), расположены перед согласованным фильтром, не должны искажать спектр принимаемого сигнала. Поэтому полоса пропускания этих элементов должна в 1,2 ÷ 1,5 раз превышать ширину спектра сигнала. Аналогичные соображения необходимо принимать во внимание при выборе полосы пропускания корреляционного приемника, в котором на входы перемножителя должны поступать усиленные сигналы без искажений. Полоса пропускания элементов, расположенных после перемножителя, выбирается с учетом сжатия спектра принимаемого сигнала в процессе корреляционной обработки. Для приемника сигналов непрерывного излучения ширина спектра частот определяется с учетом: индекса модуляции, максимальной частоты модуляции, максимального отклонения частоты от несущей. Далее по ширине спектра сигнала определяется полоса пропускания резонансного тракта приемника. Распределение полосы пропускания резонансного тракта приемника непрерывных сигналов производится, как и в случае приемника простых сигналов. При этом следует учитывать, что в процессе преобразования сигнала возможно сжатее его по спектру. В результате этого ширина спектра сигнала, проходящего по приемному тракту, меняется, отличаясь от спектра излучаемого (зондирующего) сигнала. Сжатие по спектру может иметь место при корреляционно-фильтровой обработке непрерывного сигнала. Тогда при выборе полос пропускания отдельных элементов резонансного тракта приемника принимаются во внимание те же соображения, что и для корреляционного приемника сложных импульсных сигналов. Необходимая полоса пропускания супергетеродинного радиоприемника в общем случае может быть определена по формуле: П =ПС +КЧ (2δ СƒС + 2δ ГƒГ1 +2δ ГƒГ2 +2δ ПƒП +2 ∆ ƒД )/КАПЧ , (3) где ПС - ширина спектра принимаемого сигнала; КЧ = (0,3 ÷ 0,8) – коэффициент совпадения уходов частоты; КАПЧ – коэффициент автоподстройки частоты (КАПЧ = 1 – при отсутствии автоподстройки; КАПЧ = 10 ÷ 30 – при наличии частотной автоподстройке; КАПЧ = ∞ – при наличии фазовой автоподстройке.) δ С , δ Г, δ П – максимально возможные относительные уходы частоты передатчика, гетеродинов и промежуточной частоты от номинальных значений { δ С = (3 ÷7)*10-5; δ Г = 5*10-3 ÷ 10 -4 ; δ П = (1 ÷5)*10-4 ; при однократном преобразовании частоты слагаемое 2δ ГƒГ2 приравнивается нулю}; ∆ ƒД – доплеровское смещение частоты { ∆ ƒД = υРƒС / с - при приеме сигнала от подвижного передатчика; ∆ ƒД = 2 υРƒС / с - при приеме сигнала через ретранслятор, перемещающийся относительно передатчика; υР – скорость подвижного объекта; с – скорость света с =3*108 м/сек}. Ширина спектра принимаемого сигнала зависит от вида модуляции, числа каналов приема и некоторых других специфических факторов, зависящих от назначения приемника. Так как в рассматриваемом контрольном ответчике используется имульсно-временное кодирование, то зондирующим сигналом является прямоугольный радиоимпульс без внутриимпульсной модуляции. Для таких импульсных сигналов ширина спектра определяется по выражениям: ПС = (1÷2) / τ И – в случае отсутствия ограничений на форму импульса; ПС = (1÷2) / tУ - в случае требований к минимальным искажениям фронта импульса. Выполним расчет значения ширины полосы пропускания (ПРАСЧ) для контрольного ответчика по выражению (3) и сравним полученное значение с полосой пропускания приемника заданное в тактико-технических характеристиках СОМ-64К [1]. ПС = (1÷2) / τ И =2/0,6 =3,33 МГц (для τ И=0,6 мКс) Примем значение коэффициент совпадения уходов частоты КЧ = 0,8, что соответствует самому тяжелому режиму работы приемного устройства. Первое слагаемое выражения (3) будет составлять на частоте сигнала соединяющем оба усилительных блока, и создания необходимого превышения уровня сигнала над уровнем возможных помех. Для широкополосного усиления сигнала на промежуточной частоте широко используют одноконтурные схемы с настроенными и расстроенными каскадами, а также схемы с двухконтурными настроенными каскадами. Выбирая тип схемы широкополосного УПЧ, необходимо учитывать достоинства и недостатки различных схем по простоте настройки и регулировки, качеству воспроизведения формы сигнала, избирательности по соседнему каналу, критичности к разбросу параметров усилительных электронных приборов, стабильности фазового сдвига и времени запаздывания. С точки зрения простоты схемы лучшими являются одноконтурные настроенные усилители. Эти усилители по сравнению с другими типами УПЧ при равных полосах пропускания в меньшей степени искажают форму радиоимпульса и менее чувствительны к разбросу параметров ламп и транзисторов. В процессе эксплуатации приемных устройств с многоканальными трактами промежуточной частоты существенное значение имеет стабильность их амплитудно-частотных характеристик. В этом отношении также предпочтительнее одноконтурные настроенные усилители. Вместе с тем по эффективности и избирательности более совершенными являются усилители на расстроенных тройках, затем следуют усилители двухконтурные и на парах, а самые низкие показатели имеют одноконтурные настроенные усилители. Практически одноконтурные настроенные УПЧ применяются, если требуемая полоса пропускания не превышает 2 ÷ 3 МГц; одноконтурные расстроенные на парах - 5 ÷ 10 МГц и одноконтурные расстроенные на тройках - 15 ÷ 20 МГц. Однако при высоких требованиях к избирательности по соседнему каналу, с целью повышения прямоугольности формы амплитудно-частотной характеристики усилителя, схемы на парах и тройках расстроенных контуров могут использоваться и при меньших значениях ширины полосы пропускания. В узкополосных усилителях промежуточной частоты применяют схемы с полосовыми фильтрами распределенной избирательности (двухконтурные или трехконтурные) и с фильтрами сосредоточенной избирательности. Последние позволяют получить высокую избирательность и очень узкую полосу пропускания. Такие свойства в усилителе обеспечиваются при введении в его состав многозвенных полосовых или электромеханических фильтров (пьезоэлектрических и магнитострикционных). Одноконтурные усилители промежуточной частоты целесообразно применять в случаях, когда к избирательности по соседнему каналу не предъяляются высокие требования. Они обычно реализуются на биполярных транзисторах с общим эмиттером, на каскодных схемах включения транзисторов ОЭ-ОБ или на интегральных микросхемах К171, К175 сериях (К175УВ4). Противоречия, возникающие между необходимостью обеспечения широкой полосы пропускания, с одной стороны, максимальным коэффициентом усиления и избирательностью, с другой, вынуждает искать пути их разрешения. Одним из путей разрешения этих противоречий является переход от одноконтурных настроенных усилителей к усилителям с взаимно расстроенными каскадами. Наиболее широкое применение нашли усилители с парами и тройками расстроенных каскадов. Характерной особенностью усилителей с парами расстроенных каскадов является то, что каждый из двух каскадов, составляющих пару, расстраивается относительно средней частоты ƒП полосы пропускания усилителя: первый каскад настраивается на частоту ƒП1 , несколько большую, чем частота ƒП , второй каскад – на частоту ƒП2 , несколько меньшую, чем частота ƒП. Форма амплитудно-частотной характеристики пары каскадов зависит от начальной (фиксированной) расстройки каскадов ε0 . при малых расстройках характеристика имеет один максимум; по мере увеличения ε0 вершина характеристики становится все более и более плоской. Максимально плоская вершина получается при критической расстройке: ε0 = 1. При дальнейшем увеличении расстройки ε0 характеристика становится двугорбой с провалом по частоте ƒП и с максимумами при ε =± (ε0 – 1)1/2. Особенностью усилителей с тройками расстроенных каскадов является то, что в каждую такую группу входит три каскада. Два из них симметрично расстроены относительно промежуточной частоты ƒП , а третий настроен на промежуточную частоту ƒП . Симметричность расстройки и равенство добротностей (затуханий) контуров двух расстроенных каскадов обеспечивает симметрию результирующей резонансной кривой УПЧ. Форма амплитудно-частотной характеристики (резонансной кривой) рассматриваемого трехкаскадного усилителя может в зависимости от того, превышает или нет расстройка контуров ε0 критическую величину ε0 КР , иметь один или три максимума. По мере уменьшения начальной расстройки ε0 максимумы и минимумы сближаются и при критической расстройке ε0 КР = 31/2 амплитудно-частотная характеристика УПЧ будет иметь максимально плоскую вершину и ее форма еще больше приближается к прямоугольной. Выполним сравнение между собой рассмотренных схем УПЧ выполненных на усилителях с одноконтурными фильтрами. Будем полагать, что все три типа усилителей (одноконтурными настроенными каскадами, с парами расстроенных каскадов и с тройками расстроенных каскадов) имеют одинаковое число каскадов m = 6 (mП = 3; mТ =2), усилительные элементы во всех усилителях одинаковы, коэффициенты усиления и резонансные частоты всех трех усилителей равны между собой. Результаты сравнения приведены в таблице 2. Таблица 2 Сравнительная характеристика УПЧ с одноконтурными фильтрами Тип усилительного каскада Полоса пропускания Коэффициент ослабления помех, принимаемых по соседнему каналу С одноконтурными одинаково настроенными фильтрами П 3,2 С парами взаимно расстроенных одноконтурных каскадов 2,05П 11,8