Автореферат магистерской работы

Актуальность темы

В настоящее время для решения проблемы «последней радиомили» созданы тысячи различных систем, разработаны десятки стандартов, среди которых можно выделить и стандарт 802.11 (Radio Ethernet) беспроводных локальных сетей. Стандарт Radio-Ethernet имеет два применения. Первое из них - это беспроводная локальная сеть в стенах одного здания или на территории предприятия; таким образом решается проблема "ограниченной мобильности" в пределах предприятия (сотрудник с портативным компьютером, переходящий из одной комнаты в другую и отовсюду имеющий доступ к сети). Второе применение стандарта Radio-Ethernet решает проблему подсоединения абонентов к большой сети передачи данных.

Доводить до каждого абонента отдельный радиоканал типа "точка-точка" нецелесообразно, так как высокоскоростной канал будет стоить дорого по технологическим причинам, а через низкоскоростной информация будет перекачиваться слишком медленно. Поэтому гораздо эффективнее предоставить один общий высокоскоростной канал типа "точка-много точек" в распоряжение сразу нескольких абонентов, которые будут использовать его совместно в коллизионном режиме, как в локальной сети Ethernet.

Беспроводные системы связи стандарта IEEE802.11, выполненные в конструктиве PCMCIA карт, применяются за рубежом для подключения портативных компьютеров к сетям общедоступного и корпоративного пользования в магазинах, университетах, аэропортах, складах и т.п. Так как они в основном предназначены для работы с портативным компьютером, их схема минимизирована по потреблению энергии, с чем связана невысокая мощность передатчика (около 30 мВт). При такой мощности передачи осуществление связи возможно лишь на расстоянии нескольких сотен метров, но подключение дополнительных усилительных устройств, предназначенных для совместного использования с PCMCIA картой, позволяет передавать данные на большие расстояние, и в соответствие с этим использовать данные беспроводные системы и в других всевозможных областях. Например, появится возможность интегрировать территориально-разнесенные локальных сети и рабочие станции одного ведомства в единое информационное пространство, организовать магистральные радиоканалы и многоточечный доступ к узлам глобальных сетей и т.д.

В отличие от кабельных систем, всем, кто использует беспроводное оборудование, необходимо иметь разрешение Государственного комитета по радиочастотам на использование частот (исключение составляет диапазон частот, который могут использовать радиолюбители). Правила, которые действуют в Северной Америке и Западной Европе, которые позволяют при соблюдении некоторых ограничений на величину излучаемой мощности, работу в так называемых ISM диапазонах всем желающим, на СНГ не распространяются.

Итак, для того, чтобы избежать проблем, которые описаны выше, можно использовать диапазон для радиолюбителей. Использование данного частотного пространства позволяет использовать более высокую излучаемую мощность передатчика, а также свободно проводить лабораторные исследования усилительных устройств для PCMCIA карт.

Разрабатываемое устройство обеспечит перенос спектра сигнала с диапазона 2.4-2.4835 ГГц, который используется по стандарту IEEE802.11b, в диапазон 1.3-1.3825 ГГц. Выходная мощность устройства предположительно составит 5 Вт. Данное устройство подключается к антенному интерфейсу стандартной карты Radio-Ethernet. Использование данного устройства позволит осуществлять обмен данными между объектами, которые находятся на относительно значительных расстояниях друг от друга.

Цели исследования

Цель работы заключается в проектировани модели приемного полукомплекта преобразователя частоты для сетевой карты Radio Ethernet. Разработка выполняется. Разработка выполняется с помощью современных средств моделирования СВЧ-устройств, а именно специализированных САПР. При разработке используется эффективный метод - параметричний синтез.

Задачи исследования

Необходимо произвести разработку и исследования модели приемного полукомплекта преобразователя частоты для сетевой карты Radio Ethernet. Ниже представлены основные требования к разаботке:

1. Структурную схему устройства должны составлять усилитель радиочастоты, фильтр-преслектор, смеситель сигналов, фильтр сосредоточенной избирательности и усилитель промежуточной частоты.
2. Устройство должно обеспечивать перенос спектра из диапазона 1.3–1.3835 ГГц в диапазон 2.4–2.4835 ГГц.
3. Чувствительность устройства должна быть не хуже чувствительности приемника в сетевой карте Radio Ethernet
4. Подавление зеркальных помех должно составлять -40 дБ.
5. Входное и выходное сопротивление приемника должно быть согласовано с сопротивлением антенны и нагрузки и составлять соответственно 50 Ом
6. Устройство дожно обеспечить подключение к стандратной карте Radio Ethernet, которая имеет разъем для внешней антенны.

Научная новизна исследований

Применение САПР позволяет значительно повысить эффективность, а также ускорить процесс разработки. Однако на данный момент в достаточной мере не накоплен опыт использования САПР при проектировании устройств, поэтому задача работы также заключается в разработке методики проектирования с применением САПР, в частности при проектировании радиоприемных устройств.

Результаты исследований

Была сформирована структурная схема приемного полукомплекта вышеописанного устройства (рис. 1). В состав приемного полукомплекта входит:

1. усилитель радиочастоты (УРЧ)- осуществляет усиление приемной частоты;
2. фильтр-преселектор - подавляет паразитный зеркальный канал;
3. смеситель сигналов - обеспечивает перенос спектра сигнала с диапазона 1,3-1,3835 ГГц в диапазон 2,4-2,4835 ГГц;
4. фильтр сосредоточенной избирательности - предназначен для выделения промежуточной частоты;
5. усилитель промежуточной частоты - предназначен для компенсации затухания в фильтрах и смесителе сигналов.

Следует заметить, что помимо усиления мощности полезного сигнала УРЧ также усиливает уровень внешних шумов, и при определенном коэффициенте усиления мощности может возникнуть ситуация, когда уровень внешних шумов будет превышать уровень шумов, создаваемых в приемнике. В таком случае использование УРЧ теряет смысл, поэтому необходимо выбирать оптимальный коэффициент усиления. На практике выбирают достаточный коэффициент усиления порядка 10-16 дБ.

В ходе проекта была разработана принципиальная (рис 2) и топологическая схема усилителя приемной частоты на базе малошумящего полевого транзистора, а также разработана принципиальная и топологическая схема диодного смесителя сигналов на одном диоде. Полученный коэффициент передачи мощности усилителя составляет 13,8 дБ, что достаточно для обеспечения необходимой чувствительности.

Также был разработан фильтр сосредоточенной избирательности (полосовой фильтр) на основе микрополосковой технологии. Фильтр выполнен на базе связанных полуволновых резонаторов, свернутый в меандр в целях максимального использования площади подложки.

В дальнейшем предполагается разработка фильтра-преселектора и усилителя промежуточной частоты. В итоге будет разработана методика разработки СВЧ-устройств с применением современных САПР.

Перспективы исследований

Литература

1. В. И. Каганов. СВЧ полупроводниковые передатчики. – М.: Радио и связь, 1981 г. – 400 с.
2. Проектирование интегральных устройств СВЧ: Справочник/Ю.Г.Ефремов, В.В.Конин, Б.Д. Солганик и др. - К.:Техника, 1990. -159 с.
3. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред А.П. Сиверса. М.: Связь, 1976г.
4. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Д.Л. Маттей, Л. Янг. – М., 1972.