Левченко Лілія Володимирівна

Факультет комп'ютерних інформаційних технологій і автоматики

група ТКС-07м

e-mail: malenkaya86@mail.ru

тема дипломної роботи: "Дослідження і розробка субгармонікових змішувачів НВЧ трансиверів телекомунікаційних систем"

науковий керівник: професор кафедри АТ Воронцов Олександр Григорович

Автореферат за темою магістерської роботи

• Вступ
  • Актуальність роботи
  • Практичний результат
  • Науковий результат
• Основна частина
  • Обзорне рішення задачі
  • Перелік основних результатів
• Заключення
  • Висновки і перспективи дослідження
  • Література

Вступ

Актуальність роботи

Останні роки частотний ресурс навколоземного простору вичерпується, тому спостерігаются тенденції до зсуву частот прийомопередавачів радіоканалів до міліметрової області НВЧ діапазону. Це дає практичну можливість побудови широкосмугових систем зв'язку.
Таким чином, побудова таких прийомопередавачів, а, відповідно, і змішувачів, як їхньої невід'ємної складової - важлива задача, і її важливість зростатиме з часом відповідно тенденціям розвитку телекомунікацій.
При зміщенні частоти до міліметрової області ускладнюється рішення наступних задач, характерних при побудові змішувального вузла [3]:

1. Реалізація гетеродина з достатньо високою стабільністю частоти сигналу
2. Забезпечення достатнього рівня потужності сигналу гетеродина
3. Мінімізація рівня власних шумів гетеродина

До того ж, зростає складність реалізації елементів змішувача з достатним ступенем точності.
При застосуванні змішувачів з субгармоніковою накачкою, які працюють на парних гармоніках сигналу гетеродина, задача побудови змішувального вузла полегшується, оскільки зменшується частота сигналу гетеродина. Це, в свою чергу, дозволяє спростити забезпечення небхідного рівня потужності сигналу гетеродина, а також до збільшення лінійних розмірів змішувача, що дозволяє полегшити досягнення необхідної точності при реалізації змішувача.
Таким чином, мета роботи заключаєтся в розширенні області застосування субгармонікових змішувачів у НВЧ прийомопередавачах радіоканалів телекомунікаційних систем.

Практичний результат

Для конкретизації дослідницької роботи поставлена задача проектування і реалізації змішувача для прийомопередавача радіорелейної системи зв'язку, що працює на частоті 47ГГц. Після реалізації змішувача проводитимуться деякі дослідження, що підтвердять його працездатність, а також дослідження характеристик змішувача. На основі цього будуть написані рекомендації до побудови змішувачів такого типу.

Науковий результат

У работі передбачається складання алгоритму проектування змішувача, що працює на другій гармоніці сигналу гетеродина для міліметровго діапазону частот, а також написання рекомендацій до розробки змішувачів такого типу. Цей досвід може бути застосований при побудові змішувачів більш високих частот, що дозволить зменшити витрати часу та коштів на розробку змішувача. Також у работі планується розглянути можливість розробки змішувача, що працює на четвертій та восьмій гармоніках сигналу гетеродина. Це дає практичну можливість подальшого зсуву частот прийомопередавачів радіоканалів до більш високочастотної області, оскільки значно полегшиться задача побудови гетеродина з необхідним рівнем потужності сигналу.

Основна частина

Обзорне рішення задачі

Реалізація змішувача міліметрового діапазону - достатньо складна задача і не може бути вирішена в існуючих лабораторних умовах університету, тому необхідно буде звертатися до спеціалістів для кінцевої реалізації змішувача. При цьому буде неможливо провести оптимізацію структури змішувача при дослідженні його характеристик. Тому поставлену задачу планується вирішити наступним способом: побудувати модель змішувача для більш низької частоти сигналу, дослідити характеристики, оптимізувати їх, дослідити деякі закономірності. Далі реалізувати змішувач, провести практичні дослідження, а саме: дослідження роз'язки та узгодження ланцюгів сигналів змішувача, S-параметрів змішувача. Враховуючи результати теоретичних та практичних досліджень, скласти рекомендації до побудови змішувача для роботи на частоті 47ГГц. Реалізувати модель змішувача, отримати принціпіальну схему, реалізувати змішувач аппаратно.

Перелік основних результатів

На даний момент виконані наступні дослідження:

1. Постановка вимог до характеристик змішувача

Використовуючи теорію чотирьохполюсників і аналізучи роботу прийомопередавача радіоканалу, встановлені наступні положення [4]:

• Для мінімізації коефіцієнту шуму приймача необхідно забезпечити максимізацію коефіцієнту передачі та мінімізацію коефіцієнту шуму змішувача
• Для збільшення рівня потужності сигналу передавача необхідно максимізувати коефіцієнт передачі

Таким чином, враховуючи той факт, що для пасивного змішувача його втрати перетворення приблизно дорівнюють коефіцієнту шуму, основний крітерій при проектуванні змішувача - максимізація коефіцієнту передачі.

2. Вибір елементної бази

У результаті огляду існуючих топологій змішувача і технологій здійснений вибір елементної бази [1]: обрана діодна топологія змішувача, обраний діод з бар'єром Шоттки як нелійнійний елемент, оскільки цей діод має кращу вольтамперну характеристику і найменший опір втрат серед діодів, що застосовуються при побудові НВЧ змішувачів [2]. Як елементи узгодження та розв'язки ланцюгів сигналів відповідно до сучасних технологій і вимог до зменшення собівартості продукції обрані мікрополоскові лінії.

3. Розробка принципіальної схеми змішувача

У результаті аналізу процесів розв'язки та узгодження ланцюгів сигналів у змішувачі запропонована найбільш проста топологія змішувача, який працює на другій гармоніці сигналу гетеродина (рисунок 1).

Рисунок 1 – Принципова схема субгармонікого змішувача на антипаралельних діодах. Рисунок анімований (5 кадрів, 7 циклів анімації)

4. Розробка моделі змішувача для нижчьої частини НВЧ діапазону

Модель, що представлена на рисунку 1, розроблена в програмному пакеті Microwave Office для частоти вхідного сигналу 1296МГц, частоти сигналу гетеродина 576МГц і сигналу проміжної частоти 144МГц.

Заключення

Висновки і перспективи дослідження

Проведені дослідження дозволили встановити, що субгармоніковий змішувач, реалізований за простішою топологією, дозволяє досягти задовільних характеристик:

• Втрати перетворення: не гірше 11,5дБ
• Розв'язка вхід – гетеродин: не гірше -36дБ
• Розв'язка гетеродин – вхід: не гірше -43дБ
• Розв'язка вхід – проміжна частота: не гірше -95дБ
• Розв'язка проміжна частота – вхід: не гірше -46дБ
• Розв'язка гетеродин – проміжна частота: не гірше -43дБ
• Розв'язка проміжна частота – гетеродин: не гірше -25дБ

Ці характеристики можуть бути покращені за рахунок оптимізації ланцюгів узгодженяя, рівня сигналу гетеродина.
Результати досліджень, проведених на відносно низьких частотах, дозволили встановити деякі особливості змішувачів даного типу, підтвердити доцільність використаних методів експериментально. Отриманий досвід може бути застосований при проектуванні НВЧ змішувачів міліметрового діапазону.
На даний момент реалізований змішувач, розроблений у пакеті Microwave Office, і зараз проводяться дослідження його характеристик за допомогою аналізатора ланцюгів. Далі передбачається порівняти теоретичні та практичні результати та зробити висновки про ступінь їх узгодження. Після цього буде спроектована модель змішувача, який працюватиме на частоті 47ГГц.

Література

1. Дж. Хелзайн. Пассивные и активные цепи СВЧ. Пер. с англ./ Под ред. Галкина А.С. – М.: Радио и связь, 1981 – 200с.
2. Микроэлектронные устройства СВЧ. Под ред. Г.И. Веселова. – М.: Высшая школа, 1988. – 280с.
3. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А П. Сиверса: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Советское радио, 1976г.
4. Айбиндер И.М. Шумы радиоприемников. – М.: Радио и связь, 1980г.