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.
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)
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.
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
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).
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 2 10.7MHz 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.
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).
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.
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.
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.
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 10-13 ) 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
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
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
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
Obvodové řešení rádiovýc přijímačů Časové průběy v důležitýc bodec
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
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
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.
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
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)
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).
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)
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
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
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