Koncepce přijímačů a vysílačů

Transkript

1 Koncepce přijímačů a vysílačů Kurz operátorů Radioklub OK2KOJ při VUT v Brně 2016/2017 zdroj: prezentace z předmětu BRPV autor: pro. Ing. Aleš Prokeš, P.D.

2 Rozdělení rádiovýc přijímačů Podle typu zapojení Přímozesilující (audion, relexní přijímač, superreakční přijímač) Supereterodyn (s jedním směšováním, s dvojím směšováním) Homodyn Podle míry digitalizace Plně analogový přijímač Přijímač s číslicovým zpracováním v základním pásmu Přijímač s číslicovým zpracováním v mezirekvenčním pásmu Přijímač s číslicovým zpracováním ve vysokorekvenčním pásmu (sotwarové rádio)

3 Rozdělení rádiovýc přijímačů Přímozesilující přijímač pásmová propust VF zesilovač demodulátor mod Audion Superregenerační, superreakční přijímač Vlastnosti - Spolu s přelaďováním přijímače se mění šířka pásma a citlivost. - Nácylnost vícestupňovýc přijímačů k nestabilitě + Jednoducost.

4 Rozdělení rádiovýc přijímačů Supereterodyn s jedním směšováním Využívá kladnýc vlastností přímozesilujícío přijímače, který následuje za měničem kmitočtu - směšovačem. Multiplikativní směšovač u s u Násobička u u s m u u s U U cos t U cos t U U s t cos, s cos t 2 s 2 s U s s m 2 m Zrcadlový kmitočet A m s u z u z U U cos t U cos t U U z t cos, z cos t 2 z 2 z U z z m 2 m m m

5 Rozdělení rádiovýc přijímačů pásmová propust VF zesilovač měnič kmitočtu směšovač přijímač s přímým zesílením na MF kmitočtu MF iltr MF zesilovač m m m demodulátor mod -90dBm -80dBm -77dBm -80dBm -3dBm 0dBm ladění eterodyn m s m s Vlastnosti + Nezávislost šířky pásma a zesílení. + Vysoká selektivita. - Nácylnost na rušení signály pracujícími na MF a zrcadlovém kmitočtu. - Soubě ladění oscilátoru a vstupníc obvodů. Metody potlačení signálů na zrcadlovém kmitočtu Volba vysokéo MF kmitočtu (problém s blízkou selektivitou). Vysoce selektivní vstupní pásmová propust. Použití speciálnío směšovače IRM (Image Reject Mixer). Volba nulovéo MF kmitočtu (Homodyn).

6 Rozdělení rádiovýc přijímačů Vliv selektivity vstupní pásmové propusti na potlačení signálu na zrcadlovém kmitočtu: A Supereterodyn s dvojím směšováním s z pásmová propust VF zesilovač měnič kmitočtu 1. směšovač 1. MF iltr superet s jedním směšováním na kmitočtu MF2 1. MF zesilovač 2. směšovač 2. MF iltr 2. MF zesilovač m1 m1 m2 m2 m2 0,5-30MHz 1 45MHz MHz 1. eterodyn (kmitočtový syntetizér) 34.3MHz 2. eterodyn demodulátor mod ladění 45,5-75MHz Vlastnosti + Potlačení příjmu na zrcadlovém kmitočtu. + Vysoká selektivita. + Nezávislost šířky pásma a zesílení. - Velká složitost, soubě ladění.

7 Rozdělení rádiovýc přijímačů Homodyn pásmová propust VF zesilovač měnič kmitočtu směšovač dolní propust NF zesilovač m = 0 ladění oscilátor (eterodyn) m s 0 Vlastnosti + Potlačení příjmu na zrcadlovém kmitočtu. - Zpětné vyzařování oscilátoru. - Problém s nelinearitami 2. řádu (při integraci přijímače). - Problém s DC osetem v podetekční části (při integraci přijímače). - Rušení šumem 1/. - Nutnost syncronní demodulace AM. - Vysoký zisk v podetekční části (problém se stabilitou a DC osetem).

8 Rozdělení rádiovýc přijímačů Přijímače s číslicovým zpracováním v základním pásmu Modiikace omodynu pro digitální modulace analogově-číslicový kvadraturní detektor číslicové zpracování směšovač antialiasingový iltr (SRC) A/D převodník I iltr výběru kanálu decimátor přizpůsobený iltr L b In pásmová propust VF zesilovač oscilátor syncro nizace /2 antialiasingový iltr (SRC) A/D převodník Q iltr výběru kanálu decimátor přizpůsobený iltr L b Qn směšovač Každý symbol je reprezentován několika vzorky (jeden symbol několik převodů). Lze zpracovávat pásmo obsaující několik kanálů.

9 Rozdělení rádiovýc přijímačů Modiikace supereterodynu pro digitální modulace Stejné zapojení jako v případě analogovýc přijímačů, jen se použije analogově číslicový kvadraturní detektor. Přijímače s číslicovým zpracováním v MF pásmu Modiikace supereterodynu pro digitální modulace násobička I pásmová propust VF zesilovač zádrž z směšovač m eterodyn (kmitočtový syntetizér) antialiasingový iltr A/D převodník down converter DDFS (Direct Digital Frequency Syntesizer) Q číslicové zpracování: výběr kanálu, decimace, iltrace, (D/A) násobička DDFS: (Digital Direct Frequency Syntesis) digitální přímá kmitočtová syntéza.

10 Rozdělení rádiovýc přijímačů Přijímače s číslicovým zpracováním ve VF pásmu Modiikace supereterodynu/omodynu pro digitální modulace násobička I pásmová propust A/D převodník DDFS (Direct Digital Frequency Syntesizer) Q číslicové zpracování: výběr kanálu, decimace, iltrace, (D/A) násobička Vlastnosti + Možnost integrace podstatné části přijímače. + Výody číslicovéo zpracování signálů. - Velké nároky na dynamiku a ryclost A/D převodníku.

11 Obvodové řešení rádiovýc přijímačů Kmitočtové syntezátory zařízení generující armonické signály s diskrétními kmitočty, které jsou odvozeny z jednoo nebo několika oscilátorů s požadovanou kmitočtovou stabilitou (10-5 až ) Parametry + Rozsa pracovníc rekvencí Krok diskrétníc kmitočtů Relativní dlouodobá nestabilita kmitočtu Činitel potlačení nežádoucíc signálů D = l0.log(p prac /P než ) - Doba přeladění z jedné pracovní rekvence na druou - Základní dělení syntezátorů nekoerentní koerentní

12 Obvodové řešení rádiovýc přijímačů Koerentní kmitočtové syntezátory se smyčkou PLL (Pase Locked Loop) oscilátor 0 dělič kmitočtu (:R) 0 R Δ 0 ázověkmitočtový komparátor ud dolní propust ss zesilovač u c A Auc VCO výstup 0 NP R NP dělič kmitočtu (:N) řídící logika P dělič kmitočtu (:P) Voltage Controlled Oscillator 0 NP N krok ladění: Δ = 0 P/R R

13 Obvodové řešení rádiovýc přijímačů Smyčka PLL je scopná syncronní činnosti v úzkém rozmezí kmitočtů (asi 10 až 15 % kmitočtu ). Řešení požadavku velkéo přeladění: volba vysokéo mezirekvenčnío kmitočtu m >> doplnění základní smyčky s malým krokem smyčkou pro rubé přelaďování Řešení požadavku rycléo ustálení syntezátor se dvěma PLL

14 Obvodové řešení rádiovýc přijímačů Syntezátory s přímou číslicovou syntézou (DDFS) (Direct Digital Frequency Syntesis) D ázový akumulátor sériové / paralelní vkládání dat 2 n n delta registr n + n ázový registr m ROM tabulka unkce sinus sériová data paralelní data zápis c + n DAC M V re 0 D C n 2 (Digital to Analog Converter) dolní propust o

15 Obvodové řešení rádiovýc přijímačů Časové průběy v důležitýc bodec

16 Obvodové řešení rádiovýc přijímačů SFDR je určen vlivem tří základníc jevů v DAC: Vzájemnou korelací vstupnío a výstupnío kmitočtu DDFS. Integrální a dierenciální nelinearitou převodníku. Úrovní zákmitů (glitc) způsobenou přecodem z jedné úrovně na jinou. Vliv vzájemné korelace vstupnío a výstupnío kmitočtu Ditering: narušení periodicity kvantovacío šumu

17 Rozdělení rádiovýc vysílačů Podle typu zapojení Pracující na kmitočtu nosné Se směšováním kmitočtů (s jedním směšováním, s dvojím směšováním ) S násobením kmitočtu Podle míry digitalizace Plně analogový vysílač Vysílač s číslicovým zpracováním v základním pásmu Vysílač s číslicovým zpracováním v mezirekvenčním pásmu Vysílač s číslicovým zpracováním ve vysokorekvenčním pásmu

18 Rozdělení rádiovýc vysílačů Vysílač pracující na kmitočtu nosné iltr s n(t) modulátor iltr s s PP s PP PA eterodyn s Vlastnosti + Jednoducé zapojení. - Modulátor musí pracovat na vysokém kmitočtu.

19 Rozdělení rádiovýc vysílačů Vysílač se směšováním kmitočtu iltr 0 iltr s = 0 C iltr s = 0 C n(t) modulátor 0 PP PP PA PP eterodyn 0 cos( c t) cos 1 1 cos cos cos 0 c 2 0 c 2 0 Vlastnosti - Složitější zapojení. + Modulátor pracuje na nízkém kmitočtu (dobrá linearita). S c

20 Rozdělení rádiovýc vysílačů Vysílač s násobením kmitočtu v nelineárníc obvodec iltr 0 iltr n 0 iltr s = mn 0 n(t) modulátor 0 PP PA PP PA PP eterodyn 0 násobič kmitočtu mx Vlastnosti - Společně s kmitočtem nosné se násobí i šířka pásma ale také např. ázový šum oscilátoru. - Složitější zapojení (potřeba kvalitníc iltrů). + Modulátor pracuje na nízkém kmitočtu (dobrá linearita). + Lze použít zesilovačů s vysokou účinností (třída C)

21 Rozdělení rádiovýc vysílačů FM vysílač s násobením kmitočtu v PLL násobič kmitočtu N DP PLL oscilátor VCO PA iltr s = N 0 PP n(t) Modulátor FM/FSK 0 ázový komparátor :N Vlastnosti - Společně s kmitočtem nosné se násobí i šířka pásma. - Složitější zapojení (potřeba PLL). + Modulátor pracuje na nízkém kmitočtu (dobrá linearita).

22 Rozdělení rádiovýc vysílačů Vysílače s číslicovým zpracováním v základním pásmu Modiikace vysílače se směšováním kmitočtu pro digitální modulace vstup symbolů I R s L b LbR s DP x sinx L b Rs D/A Analogový kvadraturní modulátor DP I vstup symbolů Q R s Číslicové zpracování L b LbR s DP x sinx PAM L b Rs D/A cos( 0 t) DP DP Q /2 Filtr 0 Filtr s Filtr s PP PP PA cos( c t)

23 Rozdělení rádiovýc vysílačů Vysílače s číslicovým zpracováním v MF pásmu Modiikace vysílače se směšováním kmitočtu pro digitální modulace vstup symbolů I R s vstup symbolů Q R s L b L b L b R s DP interpolátor (s poměrem L) L b R s DP L b L i R s = LR s interpolátor L i L b L i R s = LR s interpolátor L i I Q DDFS 0 Př.: Kmitočet DDFS: 0 = 200 MHz, Počet vzorku na periodu nosné: N = 5, Symbol. ryclost: R s = 2 Msymb/s, N 0 = LR s x sin x D/A Filtr 0 Filtr s Filtr s PP cos( c t) PP PA Celkový interpolační poměr: L = N 0 /R s = = 500

24 Obvodové řešení rádiovýc vysílačů Pracovní třída, pracovní režim Pracovní třída je deinována polovičním úlem otevření výstupnío proudu A: = 180, AB: 90 < < 180, B: = 90, C: < 90 Pracovní režim Je dán veličinami: u vst (t), u výst (t), i vst (t), i výst (t) a jejic armonickými složkami. Pro výpočet proudů nesetrvačnéo SG stačí znát statické carakteristiky: i vst (u vst, u výst ), i výst (u vst, u výst ). Převodní carakteristiky: závislost i výst (u vst ) pro konstantní u výst

25 Obvodové řešení rádiovýc vysílačů I výst I výst I výst I výst A AB E p U vst t E p U vst t U vst U vst t t I výst I výst I výst I výst B C E p U vst t E p U vst t U vst U vst t t