Цифровое радиоприемное устройство коротковолнового диапазона

 

Настоящая полезная модель относиться к области радиосвязи, а именно к технике прима информации в KB диапазоне и может быть использовано для организации радиосвязи на стационарных и подвижных узлах связи.

Достигаемым техническим результатом является повышение надежности работы цифрового радиоприемного устройства за счет прямого аналого-цифрового преобразование широкополосного группового сигнала на радиочастоте без предварительного частотного преобразования.

Это происходит за счет того, что устройство выполнено из трех функциональных схем - ПЭВМ, внешнего преселектора, который обеспечивает предварительную селекцию электрических сигналов в диапазоне частот от 1,5 до 30 МГц и встраиваемого в ПВЭМ модуля PCI обеспечивающего вывод цифрового сигнала и управление через шину PCI ПВЭМ. Ил. 4.

Полезная модель относиться к области радиосвязи, а именно к технике приема информации в коротковолновом диапазоне (1,5-30 МГц) и может быть использована для организации радиосвязи на стационарных и подвижных объектах.

Современная цифровая элементная база дает возможность использовать новые подходы при создании радиоприемных устройств, а именно реализовать прямое аналого-цифровое преобразование широкополосного группового сигнала на радиочастоте без предварительного частотного преобразования, дальнейшую фильтрацию и обработку сигналов осуществлять непосредственно в цифровой форме.

Известно радиоприемное устройство СНЧ-диапазона с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами. Катанович А.А. и др. Патент РФ на ПМ 94725 от 27.05.2010 г. Это устройство используется для приема сигналов на подводных лодках. Оно содержит входные цепи, систему фильтрации и преобразования, схему защиты, усилитель радиосигналов, фазовращатели и др. элементы необходимые для подводного радиоприема.

Такое устройство работает только в СНЧ-диапазоне, имеет большие массогабаритные характеристики и стоимостные показатели.

Известны радиоприемные устройства. Справочник по радиоэлектронным устройствам. Под ред. Д.П.Линде, М. «Энергия», 1978. Том 1, стр.116-121.

Радиоприемное устройство содержит антенну, входные цепи, схему защиты, преселектор, усилитель радиосигнала и детектор, т.е. радиоприемник супергетеродинного типа.

Однако в супергетеродинных приемниках шумы синтезатора частот оказывают влияние на все его основные параметры. Они снижают чувствительность и динамический диапазон по интермодуляционным искажениям, ухудшает эффективную избирательность приемника. Шумы гетеродина особенно сказываются при наличии на входе приемника сосредоточенных помех. Их влияние оценивается с помощью динамической чувствительности.

На Фиг.1 приведены кривые ухудшения динамической чувствительности в зависимости от ЭДС помехи на входе приемника, полученные аналитическим путем.

Зависимость коэффициента ухудшения чувствительности от уровня помехи на выходе (ось абсцисс) цифрового радиоприемного устройства (кривая 1) и супергетеродинного радиоприемника (кривые 2, 3, 4) для различных соотношений сигнала (шум гетеродина: 2 - при Ur/Uшr=150 дБ/Гц; 3 - при Ur /Uшr=160 дБ/Гц; 4 - при Ur/Uшr =170 дб/Гц.

Из сравнения зависимостей коэффициента ухудшения динамической чувствительности заявляемого цифрового радиоприемного устройства с супергетеродинным приемником видно, что при уровнях помех до 120 дБ/ммВ на входе и при соотношении сигнал/шум гетеродина 150 дБ/Гц характеристики реальной чувствительности предлагаемого и известного приемников приблизительно равны, а при уровнях помех до 100 дБ/ммВ реальная чувствительность цифрового приемника потенциально может быть реализована выше, чем супер гетеродинного.

Предлагается цифровое радиоприемное устройство коротковолнового (KB) диапазона построенное на принципах открытой модульной архитектуры со стандартными интерфейсами и единой операционной средой.

Цель полезной модели - повышение надежности работы цифрового радиоприемного устройства за счет прямого аналого-цифрового преобразование широкополосного группового сигнала на радиочастоте без предварительного частотного преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее антенну, входные цепи, схему защиты, преселектор, усилитель радиосигналов и детектор, выполнено из трех функциональных систем - персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ), внешнего преселектора, который обеспечивает предварительную селекцию электрических сигналов в диапазоне частот от 1,5 до 30 МГц и встроенного в ПВЭМ модуля PCI осуществляющего вывод цифрового сигнала и управление через PCI ПЭВМ, при этом внешний преселектор содержит антенный вход, разрядник, полосовой линейный фильтр (ПЛФ), причем ПЛФ соединен последовательно со схемой защиты, аттенюатором и генератором шума, при этом аттенюатор соединен с перестраиваемыми фильтрами и устройством управления, которое соединено также через перестраиваемые фильтры с конденсатором переменной емкости, а перестраиваемые фильтры в свою очередь соединены с усилителем радиочастотных сигналов который соединен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) через полосовой фильтр, а АЦП также соединено с кварцевым генератором и выходным последовательным портом который в свою очередь соединен с цифро-аналоговым преобразователем входы и выходы которого соединены с мостом PCI, кодеком и шиной SPI.

На Фиг.2 приведена блок-схема заявляемого устройства. Она содержит: I - ПВЭМ; II - Модуль PCI; III - Внешний преселектор.

ПЭВМ I служит для построение радиоэлектронного оборудования на принципах открытой модульной архитектуры со стандартными интерфейсами и единой операционной средой. И позволяет программно конфигурировать технические средства радиосвязи в зависимости от решаемых задач.

Модуль PCI II встраивается в ПЭВМ I и осуществляет вывод цифрового сигнала и управление через шину PCI ПЭВМ и обеспечивает возможность применения в создаваемых под ОС Windows 2000, пользовательских приложений.

Внешний преселектор III обеспечивает предварительную селекцию электрических сигналов в диапазоне частот от 1,5 до 30 МГц.

На Фиг.3 представлена структурная схема внешнего преселектора III. Она содержит:

1 - антенну; 2 - разрядник; 3 - полосовой линейный фильтр (ПЛФ); 4 - схему защиты; 5 - аттенюатор; 6 - SW (перестраиваемые фильтры); 7 - генератор шума; 8 - конденсатор; 9 - усилитель радиочастотных сигналов (УРЧ); 10 - устройство управление, интерфейс управления и преобразователь уровня команд (IOР), а также исполнительные устройства (на фиг. не показано).

Сигнал с антенны 1 через разрядник 2 и полосовой линейный фильтр 3 поступает на вход схемы защиты 4 преселектора III, основное назначение которой - предохранять входные цепи радиоприемника от воздействия мощных высокочастотных помех. С выхода схемы защиты 4 сигнал поступает на вход одного из полосовых фильтров KB - диапазона, который разбит на поддиапазоны следующим образом: от 1,5 до 3 МГц; от 3 до 6 до МГц; от 6 до 12 МГц; от 12 до 20 МГц; от 20 до 30 МГц.

Разрядник 2 предназначен для защиты радиоприемника от грозовых разрядов, а ПЛФ 3 для защиты входа радиоприемника от помех, создаваемых радиолакационными и другими мощными радиостанциями в диапазоне частот выше 200 МГц, и представляет собой фильтр нижних частот с частотой среза 80 МГц. Схема защиты 4 обеспечивает сохранность блока и всего радиоприемника от наводимых в антенне высокочастотного напряжения уровнем до 30 В ЭДС путем шунтирования входа с помощью p-i-n-диода. Уровень, при котором схема защиты в блоке начинает срабатывать, около 10 В. Аттенюаторы 5 с затуханием 0,3, 6, 12 и 24 дБ, выполнены на резисторах. Включение ступеней аттенюаторов осуществляется при помощи p-i-n-диодов. Перестраиваемые поддиапазонные фильтры 6 обеспечивают работу радиоприемника в диапазоне от 1,5 до 30 МГц.

Частота избирательность внутри каждого поддиапазона осуществляется одно контурным фильтром (Z1-Z5), перестраиваемым с помощью дискретного конденсатора переменной емкости 8.

Усилитель радиочастотного сигнала 10 состоит из нескольких резонансных каскадов. Он усиливает принятый сигнал до величины, необходимой для нормальной работы и осуществляет дополнительную избирательность.

Устройство управления 9 обеспечивает преобразование управляющего кода в команды, необходимые для работы исполнительных устройств. Преобразователи уровней команд, выполненные на транзисторах, обеспечивают формирование требуемого для исполнительных устройств номинального уровня управляющего напряжения.

Переключение поддиапазонов осуществляется с помощью электронных ключей на основе переключаемых p-i-n-диодов, перестройка внутри поддиапазона осуществляется при помощи реле типа РЭВ 20. С выхода внешнего преселектора III сигнал поступает на вход модуля PCI III.

На Фиг.4 представлена функциональная схема встраиваемого в ПЭВМ I модуля PCI II. Схема выполняет аналого-цифровое преобразование сигнала в полосе частот от 1,5 до 30 МГц, формирование цифрового выхода с полосами 3, 40, 60 кГц, формирование аналогового выхода для высокоомной нагрузки, а также управление внешним преслектором III. Управление блоком осуществляется через шину PCI, через нее же в ПЭВМ I поступают отсчеты цифрового сигнала.

Схема содержит: 11 - полосовой фильтр (ПФ); 12 - кварцевый генератор; 13 - аналого-цифровой преобразователь; 14 - цифровой понижающий преобразователь; 15 - цифровой сигнальный процессор (ЦСП); 16 - кодек; 17 - шину; 18 - память; 19 - вторичный источник питания.

Кварцевый генератор 12 формирует сигнал опорной частоты 100 МГц, который подается на аналого-цифровой преобразователь 13. С тактового выхода АЦП 13 сигнал подается на цифровой понижающий преобразователь 14, который делит входную частоту в три раза. Сигнал частоты 33,3 МГц подается на цифровой сигнальный процессор 15, одновременно являясь тактовым сигналом выходного последовательного порта 14.

Опорный сигнал частотой 10 МГц для кодека 16 генерирует цифровой сигнальный процессор 15. Аналоговый сигнал со входа попадает на полосовой фильтр 11, затем на вход 14-ти разрядного АЦП 13. Цифровой понижающий преобразователь (ЦПП) 14 осуществляет перенос рабочей частоты на нулевую частоту и формирование полосы сигнала. С ЦПП 14 выборки передаются в процессор 15, откуда передаются в шину PCI 17. Мост PCI Intel 21152 служит для автоматического согласования с 5 и 3,3 вольтовыми шинами. Кодекс 16 формирует аналоговый выход модуля, который функционирует только в полосе 3 кГц. Память 18 предназначена для энергонезависимого хранения программы цифрового сигнального процессора 15. Вторичные источники питания 19 используются для формирования стабилизированного напряжения для элементов модуля.

Модуль PCI II может функционировать в трех основных режимах работы, отличающихся полосами выходного сигала.

В первом режиме формируется полоса 3 кГц, частота дескретизации сигнала при этом равна 16 кГц, затем полученный сигнал сдвигается по частоте на +1,5 кГц. В данном режиме выдаются отсчеты как в шину PCI, так и на кодек.

Во втором режиме формируется полоса 40 кГц, частота дискретизации сигнала при этом равна 139 кГц, затем полученный сигнал сдвигается по частоте на +20 кГц. В данном режиме выдаются отсчеты только в шину PCI. В третьем режиме формируется полоса 60 кГц, частота дискретизации сигнала при этом равна 200 кГц, затем полученный сигнал сдвигается по частоте на +30 кГц. В данном режиме выдаются отсчеты только по шине PCI. В модуле предусмотрен выход аналогового сигнала в полосе 3 кГц, имеющий как ручную, так и автоматическую регулировку усиления в диапазоне от 0 до 106 дБ с шагом в 1 дБ, а также регулировку громкости в диапазоне от 0 до 40 дБ с шагом 1 дБ. Минимальное сопротивление нагрузки 150 Ом, максимальная емкость нагрузки 500 пф. Максимальный уровень аналогового выхода 200 мВ.

Для функционирования цифрового радиоприемного устройства служит ПЭВМ I с тактовой частотой процессора не ниже 1 ГГц, объемом операционной памяти не менее 128 Мбайт и один свободный слот PCI. Имеется также установленная операционная система Windows 2000. Модуль PCI II установлен в свободный PCI-слот ПЭВМ и с помощью кабеля управления подключен к внешнему преселектору III. Подключен сигнальный кабель между преселекторбм III и модулем PCI II.

В процессе загрузки ПЭВМ I определяется новое устройство и система предлагает установить для нее драйверы. Мастеру установки драйверов следует указать путь файловой системы, где расположены файлы pilot.inf и pilot.sysсвойства. После установки драйвера необходимо убедиться, что драйвер установлен и запустился успешно. Это можно сделать, открыв в диспетчере устройств вкладку свойства Pilot SW Receiver. Если в поле «Состояние устройства» сообщается, что устройство работает нормально, то можно приступить к работе с цифровым радиоприемным устройством. Если драйвер запустился кооректно, для работы с цифровым радиоприемным устройством следует запустить виртуальную панель - Файл pilot rcv.exc, либо другую программу, работающую через программный интерфейс.

Цифровое радиоприемное устройство коротковолнового диапазона, содержащее антенну, входные цепи, схему защиты, преселектор, усилитель радиосигналов и детектор, отличающееся тем, что устройство выполнено из трех функциональных систем - персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ), внешнего преселектора, который обеспечивает предварительную селекцию электрических сигналов в диапазоне частот от 1,5 до 30 МГц и встроенного в ПВЭМ модуля PCI осуществляющего вывод цифрового сигнала и управление через PCI ПЭВМ, при этом внешний преселектор содержит антенный вход, разрядник, полосовой линейный фильтр (ПЛФ), причем ПЛФ соединен последовательно со схемой защиты, аттенюатором и генератором шума, при этом аттенюатор соединен с перестраиваемыми фильтрами и устройством управления, которое соединено также через перестраиваемые фильтры с конденсатором переменной емкости, а перестраиваемые фильтры в свою очередь соединены с усилителем радиочастотных сигналов, который соединен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) через полосовой фильтр, а АЦП также соединено с кварцевым генератором и выходным последовательным портом, который в свою очередь соединен с цифроаналоговым преобразователем, входы и выходы которого соединены с мостом PCI, кодеком и шиной SPI.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к интерфейсу прикладного программирования для сетевой платформы, на которой разработчики могут создавать веб-приложения и веб-службы

Реактор плазменной газификации отходов относится к технике термической переработки отходов различного происхождения, а также к энергетике и энергопроизводящим технологическим системам, а именно, - к технологическим установкам плазмотермической газификации и пиролиза твердых бытовых и других органосодержащих (например, сельскохозяйственных) отходов и утилизации их энергетического потенциала как возобновляемых источников энергии.
Наверх