Радиомодем (варианты)
Технические решения относятся к области радиосвязи и передачи цифровых данных по радиоканалу и могут быть использованы для организации двухсторонней передачи данных между двумя и более объектами, как на безлицензионных диапазонах частот (433,92 МГц и 868 МГц), так и на выделенных частотах в диапазонах VHF (146 МГц-174 МГц) и UHF (403 МГц-470 МГц). Благодаря использованию дополнительных внешних дискретных компонентов, высокочастотные параметры предлагаемых вариантов радиомодема существенно лучше, чем у прототипа. При этом, все четыре варианта радиомодема имеют идентичные схемы синтеза несущей, если используют для этого трансивер одного и того же типа, а так же все четыре варианта радиомодема имеют идентичные схемы демодуляции принимаемого сигнала, если используют для этого трансивер одного и того же типа. Таким образом, если при построении радиотелеметрической системы выбран единый тип трансивера, то все четыре варианта радиомодема будут являться полностью совместимыми (комплиментарными) на физическом уровне (формат представления данных в канале связи) и могут использоваться в любой комбинации, исходя из характера решаемой задачи. Все радиочастотные параметры (значение рабочей частоты, скорость передачи данных, параметры модуляции, мощность передатчика, полоса пропускания приемника, метод демодуляции, параметры автоматической регулировки усиления в канале приема и т.д.) предлагаемых вариантов радиомодема настраиваются программным методом, путем установки соответствующих значений конфигурационных регистров трансивера. Причем, такая калибровка позволит компенсировать производственный разброс параметров не только трансивера, но и используемых дискретных компонентов, что позволит автоматизировать данную процедуру (избежать механической настройки) в условиях серийного производства. 4 илл.
Технические решения относятся к области радиосвязи и передачи цифровых данных по радиоканалу и могут быть использованы для организации двухсторонней передачи данных между двумя и более объектами, как на безлицензионных диапазонах частот (433,92 МГц и 868 МГц), так и на выделенных частотах в диапазонах VHF (146 МГц-174 МГц) и UHF (403 МГц-470 МГц).
Известны серийно производимые радиомодемы для работы на выделенных частотах в диапазонах VHF (146 МГц-174 МГц) и UHF (403 МГц-470 МГц) различных производителей: Dataradio Integra-TR, Dataradio TSLM, Conel CDA70-V-3, Conel CDA 70-U-3, Satel Satelline 3AS NMS/VHF, Satel Satelline-3AS Epic, Javad HPT-104 ВТ, Javad HPT-435BT. Эти устройства передачи данных по радиоканалу относятся к аппаратуре профессионального класса, имеют высокие радиочастотные параметры и предназначены для организации высоконадежной радиосвязи на больших расстояниях (вплоть до 100 км - имеют передатчик мощностью от единиц до нескольких десятков Вт). Требования, предъявляемые к такой аппаратуре изложены в ГОСТ 12252-86 (РАДИОСТАНЦИИ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ СУХОПУТНОЙ ПОДВИЖНОЙ СЛУЖБЫ типы, основные параметры, технические требования и методы измерений), а именно - высокая селективность приемника, высокая стабильность частоты, низкий уровень внеполосных излучений. В частности, селективность приемника по соседним и побочным каналам приема должна быть - не хуже 75 дБ. Эти устройства имеют значительную массу и габариты, большое энергопотребление и высокую стоимость.
Известны серийно производимые радиомодемы для работы на безлицензионных диапазонах частот (433,92 МГц и 868 МГц): RMD 400-PR0, HOPERF HM-TR868-232, Спектр-433, Невод-5. Эти устройства построены на основе однокристальных трансиверов и имеют простую конструкцию, малые вес и габариты, низкое энергопотребление, а их радиочастотные параметры определяются характеристиками используемого трансивера. Одним из производителей данных полупроводниковых компонентов является фирма Analog Devices (США, www.analog.com). В качестве примеров удачной практической реализации радиомодемов на основе данных трансиверов фирма производит широкий ряд устройств для различных диапазонов частот. Выберем в качестве прототипа радиомодем, состоящий из платы микроконтроллера EVAL-ADF70XXMBZ2 Mother Board и платы приемопередатчика EVAL-ADF7021-NDBZX (в приложении 1 приведены их принципиальные схемы). Будем рассматривать его в качестве прототипа.
Структурная схема прототипа представлена на фиг.5. Прототип (фиг.5) содержит микроконтроллер, опорный генератор, трансивер, фильтр низкой частоты, цепь согласования, причем, первый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления опорного генератора, сигнальный выход опорного генератора соединен с тактовым входом трансивера, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом трансивера, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, цепь согласования соединена с фильтром низкой частоты, входом приемника и выходом передатчика трансивера. Фильтр низкой частоты обеспечивает необходимое подавление гармоник передатчика, но не обеспечивает улучшение избирательности приемника. Радиомодуль прототипа построен на основе трансивера ADF7021N (приложение 2) и имеет диапазон рабочих частот 420 МГц-440 МГц. Прототип, главным образом, предназначен для использования в составе так называемых «беспроводных устройств» в безлицензионном диапазоне частот 433,92 МГц. Такого рода устройства имеют автономное (батарейное) питание и предназначены для обмена данными на расстояниях от единиц до нескольких сотен метров без использования проводов. Такие приборы, как правило, используют малогабаритные встроенные антенны и не предназначены для работы в сложной помеховой обстановке.
Для управления работой радиомодуля в прототипе использован микроконтроллер ADUC845 (на основе 32-х битного ядра ARM7). Фирма-производитель Analog Devices (США, www.analog.com) предоставляет программное обеспечение и его исходные коды (на языке программирования С) для работы микроконтроллера в составе прототипа.
Рабочий диапазон прототипа определяется выбором номиналов вспомогательных RLC-компонентов. При соответствующем выборе номиналов данных компонентов, может быть выбран любой другой диапазон рабочих частот в пределах от 80 МГц до 650 МГц или от 842 МГц до 916 МГц - это возможности встроенного синтезатора трансивера ADF7021N. Таким образом, на основе данного трансивера может быть построен радиомодем не только для безлицензионных диапазонов частот (433,92 МГц и 868 МГц), но и для работы на выделенных частотах в диапазонах VHF (146 МГц-174 МГц) и UHF (403 МГц-470 МГц).
Однако, трансивер ADF7021N имеет максимальную мощность передатчика 20 мВт (+13 дБм), тогда как на выделенных частотах используют существенно большие мощности (в соответствии с полученными разрешениями), что на прямую сказывается на дальности и надежности связи. Приемник представляет собой супергетеродин однократного преобразования с низкой промежуточной частотой и селективность его по соседнему и зеркальному каналам составляет лишь 40 дБ, устойчивость к блокированию при отстройках более 1 МГц от рабочей частоты - лишь 60 дБ. Такие параметры достаточны для беспроводных устройств с малоразмерными встроенными антеннами, но при подключении высокоэффективных выносных (уличных) антенн приемник трансивера будет блокирован суммарным сигналом от таких источников как, теле- и радиовещательные станции, базовые станции сотовой связи, прочие пользователи частот VHF (146 МГц-174 МГц) и UHF (403 МГц-470 МГц) и т.п. Таким образом, прототип нуждается в существенном улучшении его радиочастотных параметров для использования на выделенных частотах.
Настоящие технические решения направлены на улучшение радиочастотных параметров радиомодемов: увеличение мощности передатчика, улучшение чувствительности и селективности приемника, при сохранении преимущества использования однокристального трансивера - простота конструкции, малые вес и габариты, низкое энергопотребление, высокая повторяемость в серийном производстве, программная настройка и калибровка высокочастотных параметров - что является техническим результатом.
Решаемая техническая задача в радиомодеме, в его первом варианте, содержащем микроконтроллер, опорный генератор, трансивер, фильтр низкой частоты, причем, первый выход управления микроконтроллера соединен со входом опорного генератора, сигнальный выход опорного генератора соединен с тактовым входом трансивера, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом трансивера, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, достигается, тем что содержит антенный переключатель, фильтр радиочастоты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, причем, второй выход управления микроконтроллера соединен со входом управления антенного переключателя, третий выход управления микроконтроллера соединен со входом управления малошумящего усилителя, четвертый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления усилителя мощности, сигнальный выход трансивера соединен с сигнальным входом усилителя мощности, сигнальный выход усилителя мощности соединен со входом фильтра низкой частоты, выход фильтра низкой частоты соединен с сигнальным входом антенного переключателя, сигнальный выход антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты, выход фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя, сигнальный выход малошумящего усилителя соединен с сигнальным входом трансивера, причем, двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
Решаемая техническая задача в радиомодеме, в его втором варианте, содержащем микроконтроллер, опорный генератор, трансивер, фильтр низкой частоты, причем, первый выход управления микроконтроллера соединен со входом опорного генератора, выход опорного генератора соединен с тактовым входом трансивера, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом трансивера, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, достигается, тем что содержит антенный переключатель, фильтр радиочастоты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, второй фильтр радиочастоты, смеситель, фильтр промежуточной частоты, второй трансивер, высокочастотный переключатель, причем, второй выход управления микроконтроллера соединен со входом управления антенного переключателя, третий выход управления микроконтроллера соединен со входом управления малошумящего усилителя, четвертый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления усилителя мощности, пятый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления смесителя, шестой выход управления микроконтроллера соединен со входом управления высокочастотного переключателя, третий двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом второго трансивера, выход опорного генератора соединен с тактовым входом второго трансивера, сигнальный выход второго трансивера соединен с сигнальным входом высокочастотного переключателя, первый сигнальный выход высокочастотного переключателя соединен с сигнальным входом усилителя мощности, второй выход высокочастотного переключателя соединен с гетеродинным входом смесителя, сигнальный выход усилителя мощности соединен со входом фильтра низкой частоты, выход фильтра низкой частоты соединен с сигнальным входом антенного переключателя, сигнальные выход антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты, выход фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя, сигнальный выход малошумящего усилителя соединен со входом второго фильтра радиочастоты, выход второго фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом смесителя, сигнальный выход смесителя соединен с фильтром промежуточной частоты, выход фильтра промежуточной частоты соединен с сигнальным входом трансивера, причем, двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
Решаемая техническая задача в радиомодеме, в его третьем варианте, содержащем микроконтроллер, опорный генератор, трансивер, фильтр низкой частоты, причем, первый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления опорного генератора, выход опорного генератора соединен с тактовым входом трансивера, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом трансивера, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера является двусторонние интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, достигается, тем что содержит антенный переключатель, фильтр радиочастоты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, второй фильтр радиочастоты, смеситель, фильтр промежуточной частоты, второй трансивер, причем, второй выход управления микроконтроллера соединен со входом управления антенного переключателя, третий выход управления микроконтроллера соединен со входом управления малошумящего усилителя, четвертый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления усилителя мощности, пятый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления смесителя, третий двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом второго трансивера, выход опорного генератора соединен с тактовым входом второго трансивера, сигнальный выход основного трансивера соединен с сигнальным входом усилителя мощности, сигнальный выход усилителя мощности соединен со входом фильтра низкой частоты, выход фильтра низкой частоты соединен с сигнальным входам антенного переключателя, сигнальный выход антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты, выход фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя, сигнальный выход малошумящего усилителя соединен со входом второго фильтра радиочастоты, выход второго фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом смесителя, сигнальный выход второго трансивера соединен с гетеродинным входом смесителя, сигнальный выход смесителя соединен с фильтром промежуточной частоты, выход фильтра промежуточной частоты соединен с сигнальным входом трансивера, причем, двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
Решаемая техническая задача в радиомодеме, в его четвертом варианте, содержащем микроконтроллер, опорный генератор, трансивер, фильтр низкой частоты, причем, первый выход управления микроконтроллера соединен со входом опорного генератора, выход опорного генератора соединен с тактовым входом трансивера, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом трансивера, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, достигается тем, что содержит антенный переключатель, фильтр радиочастоты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, второй фильтр радиочастоты, смеситель, фильтр промежуточной частоты, генератор управляемый напряжением, синтезатор, причем, второй выход управления микроконтроллера соединен со входом управления антенного переключателя, третий выход управления микроконтроллера соединен со входом управления малошумящего усилителя, четвертый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления усилителя мощности, пятый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления смесителя, шестой выход управления микроконтроллера соединен с первым входом управления генератора управляемого напряжением, третий двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом синтезатора, выход опорного генератора соединен с тактовым входом второго трансивера, сигнальный выход основного трансивера соединен с сигнальным входом усилителя мощности, сигнальный выход усилителя мощности соединен со входом фильтра низкой частоты, выход фильтра низкой частоты соединен с сигнальным входом антенного переключателя, сигнальный выход антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты, выход фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя, сигнальный выход малошумящего усилителя соединен со входом второго фильтра радиочастоты, выход второго фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом смесителя, первый сигнальный выход генератора управляемого напряжением соединен с гетеродинным входом смесителя, второй сигнальный выход генератора управляемого напряжением соединен с сигнальным входом синтезатора, выход управления синтезатора соединен со вторым входом управления генератора управляемого напряжением, сигнальный выход смесителя соединен с фильтром промежуточной частоты, выход фильтра промежуточной частоты соединен с сигнальным входом трансивера, причем, двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
Суть заявляемых технических решений поясняется с помощью чертежей представленных на фиг.1-фиг.17
На фиг.1 представлена структурная схема радиомодема в его первом варианте.
На фиг.2 представлена структурная схема радиомодема в его втором варианте.
На фиг.3 представлена структурная схема радиомодема в его третьем варианте.
На фиг.4 представлена структурная схема радиомодема в его четвертом варианте.
На фиг.5 представлена структурная схема прототипа.
На фиг.6 представлен алгоритм работы микроконтроллера радиомодема в его первом варианте в режиме «ПРИЕМ».
На фиг.7 представлен алгоритм работы микроконтроллера радиомодема в его первом варианте в режиме «ПЕРЕДАЧА».
На фиг.8 представлен алгоритм работы микроконтроллера радиомодема в его втором варианте в режиме «ПРИЕМ».
На фиг.9 представлен алгоритм работы микроконтроллера радиомодема в его втором варианте в режиме «ПЕРЕДАЧА».
На фиг.10 представлен алгоритм работы микроконтроллера радиомодема в его третьем варианте в режиме «ПРИЕМ».
На фиг.11 представлен алгоритм работы микроконтроллера радиомодема в его третьем варианте в режиме «ПЕРЕДАЧА».
На фиг.12 представлен алгоритм работы микроконтроллера радиомодема в его четвертом варианте в режиме «ПРИЕМ».
На фиг.13 представлен алгоритм работы микроконтроллера радиомодема в его четвертом варианте в режиме «ПЕРЕДАЧА».
На фиг.14 представлен сигнал на входе модулятора передатчика без оптимизации для первого, второго, третьего и четвертого вариантов предлагаемого радиомодема.
На фиг.15 представлен спектр частотно-манипулированного сигнала для первого, второго, третьего и четвертого вариантов предлагаемого радиомодема.
На фиг.16 представлен оптимизированный сигнал на входе модулятора передатчика для первого, второго, третьего и четвертого вариантов предлагаемого радиомодема.
На фиг.17 представлен спектр частотно-модулированного сигнала, при использовании сглаживания и оптимизации для первого, второго, третьего и четвертого вариантов предлагаемого радиомодема.
Радиомодем, в его первом варианте (фиг.1), содержит микроконтроллер 1, опорный генератор 2, трансивер 3, фильтр низкой частоты 4, антенный переключатель 5, фильтр радиочастоты 6, малошумящий усилитель 7, усилитель мощности 8, причем, первый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом опорного генератора 2, выход опорного генератора 2 соединен с тактовым входом трансивера 3, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 соединен с двусторонним интерфейсом трансивера 3, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, второй выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления антенного переключателя 5, третий выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления малошумящего усилителя 7, четвертый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления усилителя мощности 8, сигнальный выход трансивера 3 соединен с сигнальным входом усилителя мощности 8, сигнальный выход усилителя мощности 8 соединен со входом фильтра низкой частоты 4, выход фильтра низкой частоты 4 соединен с сигнальным входом антенного переключателя 5, сигнальный выход антенного переключателя 5 соединен со входом фильтра радиочастоты 6, выход фильтра радиочастоты 6 соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя 7, сигнальный выход малошумящего усилителя 7 соединен с сигнальным входом трансивера 3, причем, двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя 5 является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
Радиомодем, в его втором варианте (фиг.2), содержит микроконтроллер 1, опорный генератор 2, трансивер 3, фильтр низкой частоты 4, антенный переключатель 5, фильтр радиочастоты 6, малошумящий усилитель 7, усилитель мощности 8, второй фильтр радиочастоты 9, смеситель 10, фильтр промежуточной частоты 11, второй трансивер 12, высокочастотный переключатель 13, причем, первый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом опорного генератора 2, выход опорного генератора 2 соединен с тактовым входом трансивера 3, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 соединен с двусторонним интерфейсом трансивера 3, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, второй выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления антенного переключателя 5, третий выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления малошумящего усилителя 7, четвертый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления усилителя мощности 8, пятый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления смесителя 10, шестой выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления высокочастотного переключателя 13, третий двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом второго трансивера 12, выход опорного генератора 2 соединен с тактовым входом второго трансивера 12, сигнальный выход второго трансивера 12 соединен с сигнальным входом высокочастотного переключателя 13, первый сигнальный выход высокочастотного переключателя 13 соединен с сигнальным входом усилителя мощности 8, второй выход высокочастотного переключателя 13 соединен с гетеродинным входом смесителя 10, сигнальный выход усилителя мощности 8 соединен со входом фильтра низкой частоты 4, выход фильтра низкой частоты 4 соединен с сигнальным входом антенного переключателя 5, сигнальный выход антенного переключателя 5 соединен со входом фильтра радиочастоты 6, выход фильтра радиочастоты 6 соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя 7, сигнальный выход малошумящего усилителя 7 соединен со входом второго фильтра радиочастоты 9, выход второго фильтра радиочастоты 9 соединен с сигнальным входом смесителя 10, сигнальный выход смесителя 10 соединен с фильтром промежуточной частоты 11, выход фильтра промежуточной частоты 11 соединен с сигнальным входом трансивера 3, причем, двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя 5 является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
Радиомодем, в его третьем варианте (фиг.3), содержит микроконтроллер 1, опорный генератор 2, трансивер 3, фильтр низкой частоты 4, антенный переключатель 5, фильтр радиочастоты 6, малошумящий усилитель 7, усилитель мощности 8, второй фильтр радиочастоты 9, смеситель 10, фильтр промежуточной частоты 11, второй трансивер 12 причем, первый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом опорного генератора 2, выход опорного генератора 2 соединен с тактовым входом трансивера 3, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 соединен с двусторонним интерфейсом трансивера 3, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, второй выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления антенного переключателя 5, третий выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления малошумящего усилителя 7, четвертый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления усилителя мощности 8, пятый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления смесителя 10, третий двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 соединен с двусторонним интерфейсом второго трансивера 12, выход опорного генератора 2 соединен с тактовым входом второго трансивера 12, сигнальный выход основного трансивера 3 соединен с сигнальным входом усилителя мощности 8, сигнальный выход усилителя мощности 8 соединен со входом фильтра низкой частоты 4, выход фильтра низкой частоты 4 соединен с сигнальным входом антенного переключателя 5, сигнальный выход антенного переключателя 5 соединен со входом фильтра радиочастоты 6, выход фильтра радиочастоты 6 соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя 7, сигнальный выход малошумящего усилителя 7 соединен со входом второго фильтра радиочастоты 9, выход второго фильтра радиочастоты 9 соединен с сигнальным входом смесителя 10, сигнальный выход второго трансивера 12 соединен с гетеродинным входом смесителя 10, сигнальный выход смесителя 10 соединен с фильтром промежуточной частоты 11, выход фильтра промежуточной частоты 11 соединен с сигнальным входом трансивера 3, причем, двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя 5 является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
Радиомодем, в его четвертом варианте (фиг.4), содержит микроконтроллер 1, опорный генератор 2, трансивер 3, фильтр низкой частоты 4, антенный переключатель 5, фильтр радиочастоты 6, малошумящий усилитель 7, усилитель мощности 8, второй фильтр радиочастоты 9, смеситель 10, фильтр промежуточной частоты 11, генератор управляемый напряжением 14, синтезатор 15, причем, первый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом опорного генератора 2, выход опорного генератора 2 соединен с тактовым входом трансивера 3, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 соединен с двусторонним интерфейсом трансивера 3, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, второй выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления антенного переключателя 5, третий выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления малошумящего усилителя 7, четвертый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления усилителя мощности 8, пятый выход управления микроконтроллера 1 соединен со входом управления смесителя 10, шестой выход управления микроконтроллера 1 соединен с первым входом управления генератора управляемого напряжением 14, третий двусторонний интерфейс микроконтроллера 1 соединен с двусторонним интерфейсом синтезатора 15, выход опорного генератора 2 соединен с тактовым входом синтезатора 15, сигнальный выход основного трансивера 3 соединен с сигнальным входом усилителя мощности 8, сигнальный выход усилителя мощности 8 соединен со входом фильтра низкой частоты 4, выход фильтра низкой частоты 4 соединен с сигнальным входом антенного переключателя 5, сигнальный выход антенного переключателя 5 соединен со входом фильтра радиочастоты 6, выход фильтра радиочастоты 6 соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя 7, сигнальный выход малошумящего усилителя 7 соединен со входом второго фильтра радиочастоты 9, выход второго фильтра радиочастоты 9 соединен с сигнальным входом смесителя 10, первый сигнальный выход генератора управляемого напряжением 14 соединен с гетеродинным входом смесителя 10, второй сигнальный выход генератора управляемого напряжением 14 соединен с сигнальным входом синтезатора 15, выход управления синтезатора 15 соединен со вторым входом управления генератора управляемого напряжением 14, сигнальный выход смесителя 10 соединен с фильтром промежуточной частоты 11, выход фильтра промежуточной частоты 11 соединен с сигнальным входом трансивера 3, причем, двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя 5 является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
Рассмотрим принцип работы радиомодема в его первом варианте и пример его практической реализации для поддиапазона 430 МГц-440 МГц. Структурная схема представлена на фиг.1. Управление работой радиомодема осуществляет микроконтроллер 1. Радиомодем может находиться в трех состояниях: «ВЫКЛ», «ПРИЕМ», «ПЕРЕДАЧА». В состоянии «ВЫКЛ» микроконтроллер 1 отключает все блоки радиомодема, сам переходит в микропотребляющий режим и ожидает команды от внешнего устройства.
Рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера 1 и работу радиомодема при получении команды «ПРИЕМ» (фиг.6). Используя выходы управления, микроконтроллер 1 включает опорный генератор 2, включает трансивер 3, переводит антенный переключатель 5 в режим «ПРИЕМ» (коммутируемый порт антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты 6), включает малошумящий усилитель 7 и отключает усилитель мощности 8. Далее управление передается подпрограмме «ТРН3 ПРИЕМ», которая осуществляет перевод трансивера 3 в режим «ПРИЕМ» на частоте соответствующей рабочей частоте радиомодема (F=Fрабоч), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. В таком режиме работы, входной высокочастотный сигнал из антенны через антенный переключатель 5, фильтр радиочастоты 6 и малошумящий усилитель 7 поступает на вход приемника трансивера 3. После выполнения подпрограммы «ТРН3 ПРИЕМ», управление передается подпрограмме «Прием данных», в процессе выполнения которой микроконтроллер 1 получает от трансивера 3 цифровые данные по двустороннему интерфейсу. По завершению приема данных, микроконтроллер 1 отключает все блоки, а сам переходит в микропотребляющий режим.
Рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера 1 и работу радиомодема при получении команды «ПЕРЕДАЧА» (фиг.7). Используя выходы управления, микроконтроллер 1 включает опорный генератор 2, включает трансивер 3, переводит антенный переключатель 5 в режим «ПЕРЕДАЧА» (коммутируемый порт антенного переключателя соединен с выходом фильтра низкой частоты 4), выключает малошумящий усилитель 7 и включает усилитель мощности 8. Далее управление передается подпрограмме «ТРН3 ПЕРЕДАЧА», которая осуществляет перевод трансивера 3 в режим «ПЕРЕДАЧА» на частоте соответствующей рабочей частоте радиомодема (F=Fрабоч), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. В таком режиме работы, высокочастотный сигнал с сигнального выхода трансивера 3 поступает на вход усилителя мощности 8, с выхода которого усиленный сигнал через фильтр низкой частоты 4 (для подавления гармонических составляющих) и антенный переключатель 5, поступает в антенну. После выполнения подпрограммы «ТРН3 ПЕРЕДАЧА», управление передается подпрограмме «Передача данных», в процессе выполнения которой микроконтроллер 1 отправляет в трансивер 3 цифровые данные по двустороннему интерфейсу. По завершению передачи данных, микроконтроллер 1 отключает все блоки, а сам переходит в микропотребляющий режим.
Рассмотрим пример практической реализации радиомодема по его первому варианту. Как и в прототипе, в качестве микроконтроллера 1 использован ADUC845 (на основе 32-х битного ядра ARM7). Как и в прототипе, использован LC-фильтр низкой частоты 4 для подавления гармоник передатчика. В качестве опорного генератора 2 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) термо-компенсированный опорный генератор GTXO-83T/JS 10.00 MHz (приложение 8), имеющий диапазон рабочих температур от -30 до +75С и стабильность частоты не хуже 2,5 ррm (требование ГОСТ 12252-86 для передатчиков класса 3 (2 Вт) и 4 (0,5 Вт) - не хуже 5 ррm). В качестве фильтра радиочастоты 6 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) фильтр на ПАВ - ТА0693А (приложение 8). Фильтр имеет рабочую полосу 430 МГц-440 МГц и затухание в полосе пропускания - не более 2,3 дБ, тогда как обеспечивает подавление сигналов вне рабочего диапазона - не менее 40-50 дБ. В качестве усилителя мощности 8 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) транзистор BFP450 (в приложении 6 представлена типовая схема его включения в качестве УМ). В качестве малошумящего усилителя 7 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) транзистор BFP540ESD (в приложении 6 представлена типовая схема его включения в качестве МШУ). В качестве антенного переключателя 5 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) ВЧ переключатель BGS12AL7 (приложение 5).
Таким образом, радиомодем в его первом варианте, имеет преимущества относительно прототипа. В режиме «ПЕРЕДАЧА» выше мощность передатчика (в данной конкретной реализации, максимальная мощность передатчика составляет - 100 мВт). В режиме «ПРИЕМ» входной сигнал поступает на вход трансивера 3 через фильтр радиочастоты 6 и малошумящий усилитель 7, благодаря этому, чувствительность приемника улучшена на 2-3 дБ относительно прототипа, а избирательность приемника к помехе вне рабочего диапазона улучшена на 40 дБ и составляет - не хуже 90 дБ, что обеспечивает возможность использования выносных антенн (например, на крыше здания - объекта мониторинга) при сохранении работоспособности в условиях наличия интенсивных излучений таких источников, как базовые станции сотовой связи, теле- и радиовещательные станции и т.п.
Рассмотрим принцип работы радиомодема в его втором варианте и пример его практической реализации для поддиапазона 430 МГц-440 МГц. Структурная схема представлена на фиг.2. Управление работой радиомодема осуществляет микроконтроллер 1. Радиомодем может находиться в трех состояниях: «ВЫКЛ», «ПРИЕМ», «ПЕРЕДАЧА». В состоянии «ВЫКЛ» микроконтроллер 1 отключает все блоки радиомодема, сам переходит в микропотребляющий режим и ожидает команды от внешнего устройства.
Рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера 1 и работу радиомодема при получении команды «ПРИЕМ» (фиг.8). Используя выходы управления, микроконтроллер 1 включает опорный генератор 2, включает трансивер 3, переводит антенный переключатель 5 в режим «ПРИЕМ» (коммутируемый порт антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты 6), включает малошумящий усилитель 7 и отключает усилитель мощности 8, включает смеситель 10, включает трансивер 12, переводит высокочастотный переключатель 13 в режим «ПРИЕМ» (сигнал с выхода переключателя поступает на гетеродинный вход смесителя 10). Далее, управление передается подпрограмме «ТРН3 ПРИЕМ», которая осуществляет перевод трансивера 3 в режим «ПРИЕМ» на частоте соответствующей значению первой промежуточной частоты Fпч (в данном случае Fпч=90 МГц), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. Далее, управление передается подпрограмме «ТРН12 ПЕРЕДАЧА», которая осуществляет перевод трансивера 12 в режим «ПЕРЕДАЧА» на частоте ниже рабочей частоты радиомодема на величину равную значению первой промежуточной частоты F=Fрабоч-90 МГц (при необходимости, возможно так же использование частоты F=Fрабоч+90 МГц, при этом зеркальный канал будет находиться в более высокочастотной области), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. В таком режиме работы, входной высокочастотный сигнал из антенны через антенный переключатель 5, фильтр радиочастоты 6, малошумящий усилитель 7 и второй фильтр радиочастоты 9 поступает на вход смесителя 10, где подвергается преобразованию совместно с сигналом поступающим с выхода высокочастотного переключателя на гетеродинный вход смесителя 10. Результирующий сигнал с выхода смесителя 10 поступает на вход фильтра промежуточной частоты 11, с выхода которого сигнал поступает на вход приемника трансивера 3. После выполнения подпрограммы «ТРН3 ПРИЕМ», управление передается подпрограмме «Прием данных», в процессе выполнения которой микроконтроллер 1 получает от трансивера 3 цифровые данные по двустороннему интерфейсу. По завершению приема данных, микроконтроллер 1 отключает все блоки, а сам переходит в микропотребляющий режим.
Рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера 1 и работу радиомодема при получении команды «ПЕРЕДАЧА» (фиг.9). Используя выходы управления, микроконтроллер 1 включает опорный генератор 2, выключает трансивер 3, переводит антенный переключатель 5 в режим «ПЕРЕДАЧА» (коммутируемый порт антенного переключателя соединен с выходом фильтра низкой частоты 4), выключает малошумящий усилитель 7 и включает усилитель мощности 8, выключает смеситель 10, включает трансивер 12, переводит высокочастотный переключатель 13 в режим «ПЕРЕДАЧА» (сигнал с выхода переключателя поступает на вход усилителя мощности 8). Далее управление передается подпрограмме «ТРН12 ПЕРЕДАЧА», которая осуществляет перевод трансивера 12 в режим «ПЕРЕДАЧА» на частоте соответствующей рабочей частоте радиомодема (F=Fрабоч), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. В таком режиме работы, высокочастотный сигнал с сигнального выхода трансивера 12 поступает на вход усилителя мощности 8, с выхода которого усиленный сигнал через фильтр низкой частоты 4 (для подавления гармонических составляющих) и антенный переключатель 5, поступает в антенну. После выполнения подпрограммы «ТРН12 ПЕРЕДАЧА», управление передается подпрограмме «Передача данных», в процессе выполнения которой микроконтроллер 1 отправляет в трансивер 12 цифровые данные по двустороннему интерфейсу. По завершению передачи данных, микроконтроллер 1 отключает все блоки, а сам переходит в микропотребляющий режим.
Рассмотрим пример практической реализации радиомодема по его второму варианту. Как и в прототипе, в качестве микроконтроллера 1 использован ADUC845 (на основе 32-х битного ядра ARM7). Как и в прототипе, использован LC-фильтр низкой частоты 4 для подавления гармоник передатчика. В качестве опорного генератора 2 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) термо-компенсированный опорный генератор GTXO-83T/JS 10.00 MHz (приложение 8), имеющий диапазон рабочих температур от -30 до+75С и стабильность частоты не хуже 2,5 ppm (требование ГОСТ 12252-86 для передатчиков класса 3 (2 Вт) и 4 (0,5 Вт) - не хуже 5 ррm). В качестве фильтра радиочастоты 6 и фильтра радиочастоты 9 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) фильтр на ПАВ - ТА0693А (приложение 8). Фильтр имеет рабочую полосу 430 МГц-440 МГц и затухание в полосе пропускания - не более 2,3 дБ, тогда как обеспечивает подавление сигналов вне рабочего диапазона не менее 40-50 дБ. В качестве фильтра промежуточной частоты 11 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) кварцевый фильтр GMCF-HF 90G15B (в приложении 7 приведены его параметры и типовые схемы согласования входного и выходного импедансов), имеющий значение центральной частоты 90 МГц и полосу пропускания 15 кГц. В качестве усилителя мощности 8 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) транзистор BFP450 (в приложении 6 представлена типовая схема его включения в качестве УМ). В качестве малошумящего усилителя 7 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) транзистор BFP540ESD (в приложении 6 представлена типовая схема его включения в качестве МШУ). В качестве антенного переключателя 5 и высокочастотного переключателя 13 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) ВЧ переключатель BGS12AL7 (приложение 5).
Таким образом, радиомодем в его втором варианте, имеет преимущества относительно прототипа. В режиме «ПЕРЕДАЧА» выше мощность передатчика (в данной конкретной реализации, максимальная мощность передатчика составляет - 100 мВт). В режиме «ПРИЕМ» радиомодем представляет собой су пер гетеродин с первой промежуточной частотой 90 МГц, причем, трансивер 3 выполняет функцию приемника фиксированной частоты (90 МГц), а трансивер 12 выполняет функцию гетеродина (тогда как в режиме «ПЕРЕДАЧА» является формирователем несущей). Используемый фильтр первой промежуточной частоты обеспечивает подавление соседнего канала от 25 дБ и вплоть до 70 дБ для прочих каналов внутри рабочего диапазона, в том числе и зеркального канала по второй промежуточной частоте. Фильтр радиочастоты 6 и фильтр радиочастоты 9 обеспечивают подавление сигналов вне рабочего диапазона, в том числе и зеркального канала по первой промежуточной частоте не менее 90 дБ. Таким образом, чувствительность приемника улучшена на 2-3 дБ относительно прототипа, избирательность приемника по соседнему и побочным (зеркальным) каналам составляет не менее 75 дБ, а избирательность к помехе вне рабочего диапазона определяется уже главным образом качеством конструкции (межкаскадной изоляции) радиомодема и может превышать 120 дБ. Такие параметры радиомодема обеспечивают возможность использования выносных высокоэффективных антенн (например, антенн с коэффициентом усиления 10 дБ и более, установленных на крыше высотного здания - центрального пульта мониторинга) при сохранении работоспособности в условиях наличия интенсивных излучений таких источников, как базовые станции сотовой связи, теле- и радиовещательные станции и т.п.
Рассмотрим принцип работы радиомодема в его третьем варианте и пример его практической реализации для поддиапазона 430 МГц-440 МГц. Структурная схема представлена на фиг.3. Управление работой радиомодема осуществляет микроконтроллер 1. Радиомодем может находиться в трех состояниях: «ВЫКЛ», «ПРИЕМ», «ПЕРЕДАЧА». В состоянии «ВЫКЛ» микроконтроллер 1 отключает все блоки радиомодема, сам переходит в микропотребляющий режим и ожидает команды от внешнего устройства.
Рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера 1 и работу радиомодема при получении команды «ПРИЕМ» (фиг.10). Используя выходы управления, микроконтроллер 1 включает опорный генератор 2, включает трансивер 3, переводит антенный переключатель 5 в режим «ПРИЕМ» (коммутируемый порт антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты 6), включает малошумящий усилитель 7 и отключает усилитель мощности 8, включает смеситель 10, включает трансивер 12. Далее, управление передается подпрограмме «ТРН3 ПРИЕМ», которая осуществляет перевод трансивера 3 в режим «ПРИЕМ» на частоте соответствующей значению первой промежуточной частоты Fпч (в данном случае Fпч=90 МГц), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. Далее, управление передается подпрограмме «ТРН12 ПЕРЕДАЧА», которая осуществляет перевод трансивера 12 в режим «ПЕРЕДАЧА» на частоте ниже рабочей частоты радиомодема на величину равную значению первой промежуточной частоты F=Fрабоч-90 МГц (при необходимости, возможно так же использование частоты F=Fрабоч+90 МГц, при этом зеркальный канал будет находиться в более высокочастотной области), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. В таком режиме работы, входной высокочастотный сигнал из антенны через антенный переключатель 5, фильтр радиочастоты 6, малошумящий усилитель 7 и второй фильтр радиочастоты 9 поступает на вход смесителя 10, где подвергается преобразованию совместно с сигналом поступающим с выхода трансивера 12. Результирующий сигнал с выхода смесителя 10 поступает на вход фильтра промежуточной частоты 11, с выхода которого сигнал поступает на вход приемника трансивера 3. После выполнения подпрограммы «ТРН3 ПРИЕМ», управление передается подпрограмме «Прием данных», в процессе выполнения которой микроконтроллер 1 получает от трансивера 3 цифровые данные по двустороннему интерфейсу. По завершению приема данных, микроконтроллер 1 отключает все блоки, а сам переходит в микропотребляющий режим.
Рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера 1 и работу радиомодема при получении команды «ПЕРЕДАЧА» (фиг.11). Используя выходы управления, микроконтроллер 1 включает опорный генератор 2, включает трансивер 3, переводит антенный переключатель 5 в режим «ПЕРЕДАЧА» (коммутируемый порт антенного переключателя соединен с выходом фильтра низкой частоты 4), выключает малошумящий усилитель 7 и включает усилитель мощности 8, выключает смеситель 10, включает трансивер 3. Далее управление передается подпрограмме «ТРН3 ПЕРЕДАЧА», которая осуществляет перевод трансивера 3 в режим «ПЕРЕДАЧА» на частоте соответствующей рабочей частоте радиомодема (F=Fрабоч), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. В таком режиме работы, высокочастотный сигнал с сигнального выхода трансивера 3 поступает на вход усилителя мощности 8, с выхода которого усиленный сигнал через фильтр низкой частоты 4 (для подавления гармонических составляющих) и антенный переключатель 5, поступает в антенну. После выполнения подпрограммы «ТРН3 ПЕРЕДАЧА», управление передается подпрограмме «Передача данных», в процессе выполнения которой микроконтроллер 1 отправляет в трансивер 3 цифровые данные по двустороннему интерфейсу. По завершению передачи данных, микроконтроллер 1 отключает все блоки, а сам переходит в микропотребляющий режим.
Рассмотрим пример практической реализации радиомодема по его третьему варианту. Как и в прототипе, в качестве микроконтроллера 1 использован ADUC845 (на основе 32-х битного ядра ARM7). Как и в прототипе, использован LC-фильтр низкой частоты 4 для подавления гармоник передатчика. В качестве опорного генератора 2 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) термо-компенсированный опорный генератор GTXO-83T/JS 10.00 MHz (приложение 8), имеющий диапазон рабочих температур от -30 до +75С и стабильность частоты не хуже 2,5 ррm (требование ГОСТ 12252-86 для передатчиков класса 3 (2 Вт) и 4 (0,5 Вт) - не хуже 5 ppm). В качестве фильтра радиочастоты 6 и фильтра радиочастоты 9 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) фильтр на ПАВ - ТА0693А (приложение 8). Фильтр имеет рабочую полосу 430 МГц-440 МГц и затухание в полосе пропускания - не более 2,3 дБ, тогда как обеспечивает подавление сигналов вне рабочего диапазона не менее 40-50 дБ. В качестве фильтра промежуточной частоты 11 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) кварцевый фильтр GMCF-HF 90G15B (в приложении 7 приведены его параметры и типовые схемы согласования входного и выходного импедансов), имеющий значение центральной частоты 90 МГц и полосу пропускания 15 кГц. В качестве усилителя мощности 8 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) транзистор BFP450 (в приложении 6 представлена типовая схема его включения в качестве УМ). В качестве малошумящего усилителя 7 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) транзистор BFP540ESD (в приложении 6 представлена типовая схема его включения в качестве МШУ). В качестве антенного переключателя 5 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) ВЧ переключатель BGS12AL7 (приложение 5).
Таким образом, радиомодем в его третьем варианте, имеет преимущества относительно прототипа. В режиме «ПЕРЕДАЧА» выше мощность передатчика (в данной конкретной реализации, максимальная мощность передатчика составляет - 100 мВт). В режиме «ПРИЕМ» радиомодем представляет собой супергетеродин с первой промежуточной частотой 90 МГц, причем, трансивер 3 выполняет функцию приемника (тогда как в режиме «ПЕРЕДАЧА» является формирователем несущей) фиксированной частоты (90 МГц), а трансивер 12 выполняет функцию гетеродина. Используемый фильтр первой промежуточной частоты обеспечивает подавление соседнего канала от 25 дБ и вплоть до 70 дБ для прочих каналов внутри рабочего диапазона, в том числе и зеркального канала по второй промежуточной частоте. Фильтр радиочастоты 6 и фильтр радиочастоты 9 обеспечивают подавление сигналов вне рабочего диапазона, в том числе и зеркального канала по первой промежуточной частоте не менее 90 дБ. Таким образом, чувствительность приемника улучшена на 2-3 дБ относительно прототипа, избирательность приемника по соседнему и побочным (зеркальным) каналам составляет не менее 75 дБ, а избирательность к помехе вне рабочего диапазона определяется уже главным образом качеством конструкции (межкаскадной изоляции) радиомодема и может превышать 120 дБ. Такие параметры радиомодема обеспечивают возможность использования выносных высокоэффективных антенн (например, антенн с коэффициентом усиления 10 дБ и более, установленных на крыше высотного здания - центрального пульта мониторинга) при сохранении работоспособности в условиях наличия интенсивных излучений таких источников, как базовые станции сотовой связи, теле- и радиовещательные станции и т.п.
Рассмотрим принцип работы радиомодема в его четвертом варианте и пример его практической реализации для поддиапазона 430 МГц-440 МГц. Структурная схема представлена на фиг.4. Управление работой радиомодема осуществляет микроконтроллер 1. Радиомодем может находиться в трех состояниях: «ВЫКЛ», «ПРИЕМ», «ПЕРЕДАЧА». В состоянии «ВЫКЛ» микроконтроллер 1 отключает все блоки радиомодема, сам переходит в микропотребляющий режим и ожидает команды от внешнего устройства.
Рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера 1 и работу радиомодема при получении команды «ПРИЕМ» (фиг.12). Используя выходы управления, микроконтроллер 1 включает опорный генератор 2, включает трансивер 3, переводит антенный переключатель 5 в режим «ПРИЕМ» (коммутируемый порт антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты 6), включает малошумящий усилитель 7 и отключает усилитель мощности 8, включает смеситель 10, включает генератор управляемый напряжением 14, включает синтезатор 15. Далее, управление передается подпрограмме «ТРН3 ПРИЕМ», которая осуществляет перевод трансивера 3 в режим «ПРИЕМ» на частоте соответствующей значению первой промежуточной частоты Fпч (в данном случае Fпч=90 МГц), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. Далее, управление передается подпрограмме «СНТ15 КОНФИГ», которая осуществляет конфигурирование синтезатора 15 для работы на частоте ниже рабочей частоты радиомодема на величину равную значению первой промежуточной частоты F=Fрабоч-90 МГц (при необходимости, возможно так же использование частоты F=Fрабоч+90 МГц, при этом зеркальный канал будет находиться в более высокочастотной области), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. При этом, синтезатор 15 управляя генератором управляемым напряжением 14 выводит его на соответствующее значение рабочей частоты. В таком режиме работы, входной высокочастотный сигнал из антенны через антенный переключатель 5, фильтр радиочастоты 6, малошумящий усилитель 7 и второй фильтр радиочастоты 9 поступает на вход смесителя 10, где подвергается преобразованию совместно с сигналом поступающим с выхода генератора управляемого напряжением 14. Результирующий сигнал с выхода смесителя 10 поступает на вход фильтра промежуточной частоты 11, с выхода которого сигнал поступает на вход приемника трансивера 3. После выполнения подпрограммы «ТРН3 ПРИЕМ», управление передается подпрограмме «Прием данных», в процессе выполнения которой микроконтроллер 1 получает от трансивера 3 цифровые данные по двустороннему интерфейсу. По завершению приема данных, микроконтроллер 1 отключает все блоки, а сам переходит в микропотребляющий режим.
Рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера 1 и работу радиомодема при получении команды «ПЕРЕДАЧА» (фиг.13). Используя выходы управления, микроконтроллер 1 включает опорный генератор 2, включает трансивер 3, переводит антенный переключатель 5 в режим «ПЕРЕДАЧА» (коммутируемый порт антенного переключателя соединен с выходом фильтра низкой частоты 4), выключает малошумящий усилитель 7 и включает усилитель мощности 8, выключает смеситель 10, выключает генератор управляемый напряжением 14 и выключает синтезатор 15. Далее управление передается подпрограмме «ТРН ПЕРЕДАЧА», которая осуществляет перевод трансивера 3 в режим «ПЕРЕДАЧА» на частоте соответствующей рабочей частоте радиомодема (F=Fрабоч), посредством записи в его регистры необходимой конфигурации. В таком режиме работы, высокочастотный сигнал с сигнального выхода трансивера 3 поступает на вход усилителя мощности 8, с выхода которого усиленный сигнал через фильтр низкой частоты 4 (для подавления гармонических составляющих) и антенный переключатель 5, поступает в антенну. После выполнения подпрограммы «ТРН3 ПЕРЕДАЧА», управление передается подпрограмме «Передача данных», в процессе выполнения которой микроконтроллер 1 отправляет в трансивер 3 цифровые данные по двустороннему интерфейсу. По завершению передачи данных, микроконтроллер 1 отключает все блоки, а сам переходит в микропотребляющий режим.
Рассмотрим пример практической реализации радиомодема по его четвертому варианту. Как и в прототипе, в качестве микроконтроллера 1 использован ADUC845 (на основе 32-х битного ядра ARM7). Как и в прототипе, использован LC-фильтр низкой частоты 4 для подавления гармоник передатчика. В качестве опорного генератора 2 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) термо-компенсированный опорный генератор GTXO-83T/JS 10.00 MHz (приложение 8), имеющий диапазон рабочих температур от -30 до +75С и стабильность частоты не хуже 2,5 ppm (требование ГОСТ 12252-86 для передатчиков класса 3 (2 Вт) и 4 (0,5 Вт) - не хуже 5 ppm). В качестве фильтра радиочастоты 6 и фильтра радиочастоты 9 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) фильтр на ПАВ - ТА0693А (приложение 8). Фильтр имеет рабочую полосу 430 МГц-440 МГц и затухание в полосе пропускания - не более 2,3 дБ, тогда как обеспечивает подавление сигналов вне рабочего диапазона не менее 40-50 дБ. В качестве фильтра промежуточной частоты 11 использован серийно выпускаемый фирмой Golledge (Англия, www.golledge.com) кварцевый фильтр GMCF-HF 90G15B (в приложении 7 приведены его параметры и типовые схемы согласования входного и выходного импедансов), имеющий значение центральной частоты 90 МГц и полосу пропускания 15 кГц. В качестве усилителя мощности 8 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) транзистор BFP450 (в приложении 6 представлена типовая схема его включения в качестве УМ). В качестве малошумящего усилителя 7 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) транзистор BFP540ESD (в приложении 6 представлена типовая схема его включения в качестве МШУ). В качестве антенного переключателя 5 использован серийно выпускаемый фирмой Infineon (Германия, www.infineon.com) ВЧ переключатель BGS12AL7 (приложение 5). Генератор управляемый напряжением и синтезатор являются типовыми компонентами высокочастотной техники. В данной конкретной реализации радиомодема использована микросхема ADF4350, содержащая в одном корпусе генератор управляемый напряжением и синтезатор (в приложении 4 приведены структурная схема и ключевые параметры).
Таким образом, радиомодем в его третьем варианте, имеет преимущества относительно прототипа. В режиме «ПЕРЕДАЧА» выше мощность передатчика (в данной конкретной реализации, максимальная мощность передатчика составляет - 100 мВт). В режиме «ПРИЕМ» радиомодем представляет собой супергетеродин с первой промежуточной частотой 90 МГц, причем, трансивер 3 выполняет функцию приемника (тогда как в режиме «ПЕРЕДАЧА» является формирователем несущей) фиксированной частоты (90 МГц), а генератор управляемый напряжением 14 выполняет функцию гетеродина. Используемый фильтр первой промежуточной частоты обеспечивает подавление соседнего канала от 25 дБ и вплоть до 70 дБ для прочих каналов внутри рабочего диапазона, в том числе и зеркального канала по второй промежуточной частоте. Фильтр радиочастоты 6 и фильтр радиочастоты 9 обеспечивают подавление сигналов вне рабочего диапазона, в том числе и зеркального канала по первой промежуточной частоте не менее 90 дБ. Таким образом, чувствительность приемника улучшена на 2-3 дБ относительно прототипа, избирательность приемника по соседнему и побочным (зеркальным) каналам составляет не менее 75 дБ, а избирательность к помехе вне рабочего диапазона определяется уже главным образом качеством конструкции (межкаскадной изоляции) радиомодема и может превышать 120 дБ. Такие параметры радиомодема обеспечивают возможность использования выносных высокоэффективных антенн (например, антенн с коэффициентом усиления 10 дБ и более, установленных на крыше высотного здания - центрального пульта мониторинга) при сохранении работоспособности в условиях наличия интенсивных излучений таких источников, как базовые станции сотовой связи, теле- и радиовещательные станции и т.п.
Благодаря использованию дополнительных внешних дискретных компонентов, высокочастотные параметры предлагаемых вариантов радиомодема существенно лучше, чем у прототипа. При этом, все четыре варианта радиомодема имеют идентичные схемы синтеза несущей, если используют для этого трансивер одного и того же типа, а так же все четыре варианта радиомодема имеют идентичные схемы демодуляции принимаемого сигнала, если используют для этого трансивер одного и того же типа. Таким образом, если при построении радиотелеметрической системы выбран единый тип трансивера, то все четыре варианта радиомодема будут являться полностью совместимыми (комплиментарными) на физическом уровне (формат представления данных в канале связи) и могут использоваться в любой комбинации, исходя из характера решаемой задачи. При этом, первый вариант имеет меньший ток потребления, меньшую стоимость и может быть рекомендован для использования в качестве абонентского (оконечного) прибора, тогда как, второй, третий и четвертый варианты имеют повышенную помехоустойчивость и могут быть использованы в качестве центральной (базовой) станции или ретранслятора.
На фиг.14-фиг.17 представлены спектральные характеристики опытных образцов предлагаемых вариантов радиомодема. На фиг.15 представлен спектр частотно-манипулированного сигнала, полученный при подаче цифрового сигнала (фиг.14) напрямую на вход модулятора. Здесь наблюдаются существенно высокие уровни боковых лепестков, попадающих в соседние каналы. Однако, при применении программных методов сглаживания и оптимизации сигнала подаваемого на модулятор (фиг.16 и фиг.17) удается достичь практически полного подавления (не менее 60 дБ) боковых составляющих, попадающих в соседний канал. Точная оптимизация модуляции позволила так же добиться практически полного подавления несущей, что способствует более эффективному использованию излучаемой передатчиком мощности для передачи цифровых данных. Все четыре варианта радиомодема имеют параметры передатчиков (уровень внеполосных излучений, вид модуляции) соответствующие требованиям ГОСТ 12252-86 и могут быть использованы на выделенных частотах с шагом частотной сетки 25 кГц.
Все радиочастотные параметры (значение рабочей частоты, скорость передачи данных, параметры модуляции, мощность передатчика, полоса пропускания приемника, метод демодуляции, параметры автоматической регулировки усиления в канале приема и т.д.) предлагаемых вариантов радиомодема настраиваются программным методом, путем установки соответствующих значений конфигурационных регистров трансивера. Причем, такая калибровка позволит компенсировать производственный разброс параметров не только трансивера, но и используемых дискретных компонентов, что позволит автоматизировать данную процедуру (избежать механической настройки) в условиях серийного производства.
1. Радиомодем, содержащий микроконтроллер, опорный генератор, трансивер, фильтр низкой частоты, причем первый выход управления микроконтроллера соединен со входом опорного генератора, выход опорного генератора соединен с тактовым входом трансивера, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом трансивера, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, отличающийся тем, что содержит антенный переключатель, фильтр радиочастоты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, причем второй выход управления микроконтроллера соединен со входом управления антенного переключателя, третий выход управления микроконтроллера соединен со входом управления малошумящего усилителя, четвертый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления усилителя мощности, сигнальный выход трансивера соединен с сигнальным входом усилителя мощности, сигнальный выход усилителя мощности соединен со входом фильтра низкой частоты, выход фильтра низкой частоты соединен с сигнальным входом антенного переключателя, сигнальный выход антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты, выход фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя, сигнальный выход малошумящего усилителя соединен с сигнальным входом трансивера, причем двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
2. Радиомодем, содержащий микроконтроллер, опорный генератор, трансивер, фильтр низкой частоты, причем первый выход управления микроконтроллера соединен со входом опорного генератора, выход опорного генератора соединен с тактовым входом трансивера, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом трансивера, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, отличающийся тем, что содержит антенный переключатель, фильтр радиочастоты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, второй фильтр радиочастоты, смеситель, фильтр промежуточной частоты, второй трансивер, высокочастотный переключатель, причем второй выход управления микроконтроллера соединен со входом управления антенного переключателя, третий выход управления микроконтроллера соединен со входом управления малошумящего усилителя, четвертый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления усилителя мощности, пятый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления смесителя, шестой выход управления микроконтроллера соединен со входом управления высокочастотного переключателя, третий двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом второго трансивера, выход опорного генератора соединен с тактовым входом второго трансивера, сигнальный выход второго трансивера соединен с сигнальным входом высокочастотного переключателя, первый сигнальный выход высокочастотного переключателя соединен с сигнальным входом усилителя мощности, второй выход высокочастотного переключателя соединен с гетеродинным входом смесителя, сигнальный выход усилителя мощности соединен со входом фильтра низкой частоты, выход фильтра низкой частоты соединен с сигнальным входом антенного переключателя, сигнальный выход антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты, выход фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя, сигнальный выход малошумящего усилителя соединен со входом второго фильтра радиочастоты, выход второго фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом смесителя, сигнальный выход смесителя соединен с фильтром промежуточной частоты, выход фильтра промежуточной частоты соединен с сигнальным входом трансивера, причем двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
3. Радиомодем, содержащий микроконтроллер, опорный генератор, трансивер, фильтр низкой частоты, причем первый выход управления микроконтроллера соединен со входом опорного генератора, выход опорного генератора соединен с тактовым входом трансивера, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом трансивера, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, отличающийся тем, что содержит антенный переключатель, фильтр радиочастоты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, второй фильтр радиочастоты, смеситель, фильтр промежуточной частоты, второй трансивер, причем второй выход управления микроконтроллера соединен со входом управления антенного переключателя, третий выход управления микроконтроллера соединен со входом управления малошумящего усилителя, четвертый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления усилителя мощности, пятый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления смесителя, третий двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом второго трансивера, выход опорного генератора соединен с тактовым входом второго трансивера, сигнальный выход основного трансивера соединен с сигнальным входом усилителя мощности, сигнальный выход усилителя мощности соединен со входом фильтра низкой частоты, выход фильтра низкой частоты соединен с сигнальным входом антенного переключателя, сигнальный выход антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты, выход фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя, сигнальный выход малошумящего усилителя соединен со входом второго фильтра радиочастоты, выход второго фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом смесителя, сигнальный выход второго трансивера соединен с гетеродинным входом смесителя, сигнальный выход смесителя соединен с фильтром промежуточной частоты, выход фильтра промежуточной частоты соединен с сигнальным входом трансивера, причем двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
4. Радиомодем, содержащий микроконтроллер, опорный генератор, трансивер, фильтр низкой частоты, причем первый выход управления микроконтроллера соединен со входом опорного генератора, выход опорного генератора соединен с тактовым входом трансивера, первый двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом трансивера, а второй двусторонний интерфейс микроконтроллера является двусторонним интерфейсом радиомодема для связи с внешними цифровыми устройствами, отличающийся тем, что содержит антенный переключатель, фильтр радиочастоты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, второй фильтр радиочастоты, смеситель, фильтр промежуточной частоты, генератор управляемый напряжением, синтезатор, причем второй выход управления микроконтроллера соединен со входом управления антенного переключателя, третий выход управления микроконтроллера соединен со входом управления малошумящего усилителя, четвертый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления усилителя мощности, пятый выход управления микроконтроллера соединен со входом управления смесителя, шестой выход управления микроконтроллера соединен с первым входом управления генератора управляемого напряжением, третий двусторонний интерфейс микроконтроллера соединен с двусторонним интерфейсом синтезатора, выход опорного генератора соединен с тактовым входом синтезатора, сигнальный выход основного трансивера соединен с сигнальным входом усилителя мощности, сигнальный выход усилителя мощности соединен со входом фильтра низкой частоты, выход фильтра низкой частоты соединен с сигнальным входом антенного переключателя, сигнальный выход антенного переключателя соединен со входом фильтра радиочастоты, выход фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом малошумящего усилителя, сигнальный выход малошумящего усилителя соединен со входом второго фильтра радиочастоты, выход второго фильтра радиочастоты соединен с сигнальным входом смесителя, первый сигнальный выход генератора, управляемого напряжением, соединен с гетеродинным входом смесителя, второй сигнальный выход генератора, управляемого напряжением, соединен с сигнальным входом синтезатора, выход управления синтезатора соединен со вторым входом управления генератора, управляемого напряжением, сигнальный выход смесителя соединен с фильтром промежуточной частоты, выход фильтра промежуточной частоты соединен с сигнальным входом трансивера, причем двусторонний коммутируемый порт антенного переключателя является портом радиомодема для подключения к антенно-фидерному тракту.
