RU215858U1

RU215858U1 - Радиомодем

Info

Publication number: RU215858U1
Application number: RU2022117766U
Authority: RU
Inventors: Сергей Олегович Матвейчук; Константин Николаевич Савченко; Игорь Александрович Литвиненко
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Радиозавод имени А.С. Попова"
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2022-12-30

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в радиопередающих, радиоприемных устройствах, в радиорелейных станциях связи для передачи и приема сигналов с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией. Техническим результатом полезной модели является улучшение чувствительности устройства за счет исключения взаимных комбинационных составляющих, возникающих в результате сложения помех дробности и прочих побочных частот двух синтезаторов. Радиомодем содержит приемный тракт, передающий тракт, синтезатор частот гетеродина 12, генератор опорного сигнала 13 и программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) 14. Приемный тракт включает демодулятор 1. Демодулятор 1 состоит из симметрирующего трансформатора 2, умножителя 3, управляемого усилителя мощности 4, фильтра нижних частот с управляемой частотой среза 5 и двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6. Передающий тракт включает модулятор 7. Модулятор 7 состоит из интерполирующего двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 8, фильтра нижних частот 9, умножителя 10 и управляемого усилителя мощности 11. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в радиопередающих, радиоприемных устройствах, в радиорелейных станциях связи для передачи и приема сигналов с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией.

Известен радиомодем (см. патент US 5764693, опубл. 09.06.1998 г.), состоящий из синтезатора частот, генерирующего опорный сигнал как для приемной, так и для передающей части, цифро-аналогового преобразователя, квадратурного модулятора, фильтров и усилителей мощности на передающем тракте; квадратурного демодулятора, аналого-цифрового преобразователя, фильтров и усилителей мощности на приемном тракте, коммутатора, соединяющего один из трактов с антенно-фидерным устройством.

Главным недостатком аналога является работа устройства только в симплексном режиме, т.е. одновременно может осуществляться либо только прием, либо только передача сигнала, что снижает пропускную способность устройства по сравнению с устройствами, работающими в дуплексном режиме.

Наиболее близким к полезной модели является техническое решение (см. патент № RU 148374 U1, опубл. 10.12.2014 г.), содержащее передающий тракт, включающий в себя модулятор, состоящий из цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), выход которого подключен ко входу умножителя, а выход синтезатора частот гетеродина соединен с входом умножителя и управляющим входом фазовращателя; приемный тракт, включающий в себя демодулятор, состоящий из умножителя, выход которого соединен с входом фильтра, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), а выход синтезатора частот гетеродина соединен с входом умножителя и управляющим входом фазовращателя.

Основным недостатком известного устройства является наличие взаимных комбинационных составляющих, появляющихся в результате сложения помех дробности и других побочных частот двух синтезаторов. Наличие данных комбинационных составляющих в тракте сигнала ухудшает чувствительность приемного тракта. Также недостатком является формирование синфазной (I) и квадратурной (Q) составляющих сигнала в аналоговой форме с помощью фазовращателя, а не в цифровой форме, что приводит к увеличению разбаланса фаз составляющих сигнала и может вызвать нежелательный постоянный фазовый сдвиг, что также влечет за собой ухудшение чувствительности.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в улучшении чувствительности устройства за счет исключения взаимных комбинационных составляющих, возникающих в результате сложения помех дробности и прочих побочных частот двух синтезаторов.

Указанный технический результат достигается тем, что радиомодем, содержащий приемный тракт, включающий демодулятор, и передающий тракт, включающий модулятор, снабжен синтезатором частот гетеродина, генератором опорного сигнала и программируемой логической интегральной схемой (ПЛИС), демодулятор приемного тракта включает симметрирующий трансформатор, умножитель, управляемый усилитель мощности, фильтр нижних частот с управляемой частотой среза, двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом два выхода симметрирующего трансформатора соединены с двумя входами умножителя, два выхода которого соединены с двумя входами управляемого усилителя мощности, два выхода которого соединены с двумя входами фильтра нижних частот с управляемой частотой среза, два выхода которого соединены с двумя входами двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а выход АЦП 6 соединен со входом ПЛИС, первый и второй управляющие выходы которой соединены соответственно с третьим входом управляемого усилителя мощности и с третьим входом фильтра нижних частот, модулятор предающего тракта включает интерполирующий двухканальный цифро-аналоговый преобразователь (ПАП), фильтр нижних частот, умножитель и управляемый усилитель мощности, при этом вход интерполирующего двухканального ЦАП соединен с управляющим выходом ПЛИС, два выхода интерполирующего двухканального ЦАП соединены с двумя входами фильтра нижних частот, два выхода которого соединены с двумя входами умножителя, выход которого соединен с первым входом управляемого усилителя мощности, второй вход которого соединен с третьим управляющим выходом ПЛИС, кроме того, выход генератора опорного сигнала соединен с первым входом синтезатора частот гетеродина, первый и второй выходы которого соединены с гетеродинными входами умножителя приемного тракта и умножителя передающего тракта соответственно, а четвертый управляющий выход ПЛИС соединен со вторым входом синтезатора частот гетеродина.

Синтезатором частот гетеродина формирует сигнал гетеродина (F_гет) как для умножителя в модуляторе, так и для умножителя в демодуляторе для устранения взаимных комбинационных составляющих двух синтезаторов частот гетеродина.

В передающем тракте в модуляторе использован интерполирующий двухканальный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для возможности восстановления модулированного сигнала в аналоговой форме не на нулевой частоте, а на некоторой несущей, близкой к нулевой. В приемном тракте в демодуляторе использован двухканальный АЦП с широким входным диапазоном для оцифровки сигнала на некоторой несущей частоте.

По сравнению с прототипом из схемы радиомодема исключены фазовращатели, и процесс смещения квадратурной составляющей (Q) сигнала относительно синфазной (I) на 90° выполняется в цифровом виде в программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).

Использование двухканального АЦП и интерполирующего двухканального ЦАП вместо одноканальных снижает нежелательный разбаланс фаз при оцифровке I и Q составляющих сигнала и, тем самым, улучшает чувствительность приемного тракта.

Сокращение элементной базы заявляемой полезной модели упрощает схему и снижает энергопотребление устройства, а также повышает его экономическую рентабельность.

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. приведена структурная схема радиомодема.

Радиомодем содержит приемный тракт, включающий демодулятор 1, состоящий из симметрирующего трансформатора 2, умножителя 3, управляемого усилителя мощности 4, фильтра нижних частот с управляемой частотой среза 5, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6; передающий тракт, включающий модулятор 7, состоящий из интерполирующего двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 8, фильтра нижних частот 9, умножителя 10 и управляемого усилителя мощности 11; синтезатор частот гетеродина 12, генератор опорного сигнала 13, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) 14, с помощью которой выполняется реализация алгоритмов цифровой обработки полезных информационных сигналов и управление фильтром нижних частот 5, управляемым усилителем мощности 4 в приемном тракте, управляемым усилителем мощности 11 в передающем тракте, а также синтезатором частот гетеродина 12.

На приеме модулированный радиочастотный сигнал от внешнего устройства (на фиг. не показан), например, конвертера, выполняющего перенос сигнала на другую частоту, поступает на вход симметрирующего трансформатора 2 демодулятора 1 приемного тракта, два выхода которого соединены с двумя входами умножителя 3, выполняющим перенос сигнала по частоте, два выхода которого соединены с двумя входами управляемого усилителя мощности 4, два выхода которого соединены с двумя входами фильтра нижних частот 5 с управляемой частотой среза, два выхода которого соединены с двумя входами двухканального АЦП 6, с выхода которого сигнал поступает на вход ПЛИС 14 для обработки сигнала, первый и второй управляющие выходы ПЛИС 14 соединены соответственно с третьим входом управляемого усилителя мощности 4 и с третьим входом фильтра нижних частот 5.

На передаче полезный информационный сигнал, промодулированный в ПЛИС 14, с ее выхода поступает на вход интерполирующего двухканального ЦАП 8 модулятора 7 передающего тракта, два выхода которого соединены с двумя входами фильтра нижних частот 9, два выхода которого соединены с двумя входами умножителя 10, выполняющим перенос сигнала по частоте, выход которого соединен с первым входом управляемого усилителя мощности 11, второй вход которого соединен с третьим управляющим выходом ПЛИС 14, радиочастотный сигнал с выхода управляемого усилителя мощности 11 поступает на вход внешнего устройства, например, конвертера, выполняющего перенос сигнала на другую частоту.

Выход генератора опорного сигнала 13 соединен с первым входом синтезатора частот гетеродина 12, первый и второй выходы которого соединены с гетеродинными входами умножителя 3 приемного тракта и умножителя 10 передающего тракта соответственно, четвертый управляющий выход ПЛИС 14 соединен со вторым входом синтезатора частот гетеродина 12, который генерирует сигнал F_гет одновременно для умножителя 3 в приемном тракте и умножителя 10 в передающем тракте, и управляется с помощью ПЛИС 14.

Радиомодем работает следующим образом.

На приеме модулированный сигнал частотой F_прм поступает с внешнего устройства на умножитель 3, предварительно разделившись на синфазный (I) и квадратурный (Q) сигналы во входном симметрирующем трансформаторе 2. В умножителе 3 сигналы переносятся на близкую к нулевой промежуточной частоте F_{пч_прм}. Сформированный синтезатором частот гетеродина 12 сигнал F_гет поступает на гетеродинный вход умножителя 3. После этого перенесенные на промежуточную частоту сигналы I и Q в усилителе мощности 4, управляемом ПЛИС 14, усиливаются и фильтруются с помощью фильтра нижних частот 5 и с его двух выходов поступают на два входа двухканального АЦП 6, в котором сигналы преобразуются в цифровые отсчеты и с выхода отправляются для дальнейшей обработки в ПЛИС 14. Двухканальный АЦП 6 одновременно обрабатывает синфазный (I) и квадратурный (Q) сигналы, что снижает нежелательный разбаланс фаз сигналов за счет единой системы синхронизации для двух каналов, вследствие чего улучшается чувствительность устройства.

При работе на передачу полезный информационный сигнал промодулированный в ПЛИС 14, в цифровом виде поступает из ПЛИС 14 на вход интерполирующего двухканального ЦАП 8, который восстанавливает в аналоговой форме синфазный (I) и квадратурный (Q) сигналы непосредственно на промежуточной частоте F_{пч_прд} и выходные сигналы I и Q поступают на вход фильтра нижних частот 9, который подавляет частоту дискретизации интерполирующего двухканального ЦАП 8. Далее сигналы I и Q с двух выходов фильтра нижних частот 9 поступают на два входа умножителя 10, в котором модулированный сигнал переносится с частоты F_{пч_прд} на частоту F_прд и с выхода поступает на вход управляемого усилителя мощности 11. Сформированный в том же синтезаторе частот гетеродина 12 сигнал F_гет поступает на гетеродинный вход умножителя 10. На выходе модулированный сигнал усиливается с помощью управляемого усилителя мощности 11, управляемого ПЛИС 14, и поступает на выход передающего тракта радиомодема. Сигналы F_гет как для приемного, так и для передающего тракта формируется синтезатором частот 12 с системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) со встроенным генератором, управляемым напряжением. Управление синтезатором частот гетеродина 12 выполняется программно с помощью ПЛИС 14, а синхронизация системы ФАПЧ синтезатора частот гетеродина 12 осуществляется от генератора опорного сигнала 13 с высокой стабильностью частоты.

Частоты синтезатора частот гетеродина 12 выбираются по следующему принципу:

F_прд=F_прм+F_разн,

где F_разн - разнос частот между принимаемым и передающим сигналами.

Умножитель 10 в передающем тракте работает непосредственно на частоте сигнала F_гет, следовательно, синтезатор частот гетеродина 12 должен выдать частоту

F_гет=F_прд+F_{пч_прд},

F_{пч_прд} подбирается таким образом, чтобы выполнялось условие:

(F_{пч_прд}+band/2)<f_osc,

где band - максимальная ширина сигнала, f_osc - частота генератора опорного сигнала 13.

Сигнал F_гет необходимо подать и на умножитель 3 в демодуляторе. Так как умножитель 3 работает по удвоенной частоте сигнала F_гeт, т.е. частота сигнала F_гет в умножителе 3 поделится на 2, значит F_{пч_прм}=F_прм - F_гет/2. Аналогично должно быть выполнено условие F_{пч_прм}+band/2<f_osc.

Например, частота приема F_прм=480 МГц, разнос частот F_разн=312 МГц, частота генератора опорного сигнала 100 МГц, максимальная ширина полосы 56 МГц. F_прд=(480+312)=792 МГц. Выберем промежуточную частоту F_{пч_прд}=70 МГц. Условие (70+56/2)<100 выполняется, тогда F_синт=(792+70)=862 МГц. Исходя из этого промежуточная частота приема определяется как F_{пч_прм}=(480-862/2)=49 МГц, условие (49+56/2)<100 выполняется, следовательно, данные частоты допустимы для работы радиомодема.

Claims

1. Радиомодем, содержащий приемный тракт, включающий демодулятор, и передающий тракт, включающий модулятор, отличающийся тем, что он снабжен синтезатором частот гетеродина, генератором опорного сигнала и программируемой логической интегральной схемой (ПЛИС), демодулятор приемного тракта включает симметрирующий трансформатор, умножитель, управляемый усилитель мощности, фильтр нижних частот с управляемой частотой среза, двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом два выхода симметрирующего трансформатора соединены с двумя входами умножителя, два выхода которого соединены с двумя входами управляемого усилителя мощности, два выхода которого соединены с двумя входами фильтра нижних частот с управляемой частотой среза, два выхода которого соединены с двумя входами двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а выход АЦП соединен со входом ПЛИС, первый и второй управляющие выходы которой соединены соответственно с третьим входом управляемого усилителя мощности и с третьим входом фильтра нижних частот, модулятор предающего тракта включает интерполирующий двухканальный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), фильтр нижних частот, умножитель и управляемый усилитель мощности, при этом вход интерполирующего двухканального ЦАП соединен с управляющим выходом ПЛИС, два выхода интерполирующего двухканального ЦАП соединены с двумя входами фильтра нижних частот, два выхода которого соединены с двумя входами умножителя, выход которого соединен с первым входом управляемого усилителя мощности, второй вход которого соединен с третьим управляющим выходом ПЛИС, кроме того, выход генератора опорного сигнала соединен с первым входом синтезатора частот гетеродина, первый и второй выходы которого соединены с гетеродинными входами умножителя приемного тракта и умножителя передающего тракта соответственно, а четвертый управляющий выход ПЛИС соединен со вторым входом синтезатора частот гетеродина.

2. Радиомодем по п. 1, отличающийся тем, что смещение квадратурной составляющей (Q) сигнала относительно синфазной (I) на 90° выполняется в цифровом виде в программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).