Радиопередающая система кв диапазона
Радиопередающая система KB диапазона Полезная модель относится к технике радиосвязи и обеспечивает передачу информации в традиционных телефонных и телеграфных режимах и в режимах с использованием сигналов, вводимых на промежуточной частоте. Задачей полезной модели является: - обеспечение возможности управления состоянием системы и доставки в нее подлежащей передаче информации из нескольких удаленных терминалов через скоростную локальную и информационную сеть; - предотвращение возникновения запредельных уровней выходной мощности во время переходных процессов при включении излучения и при работе в широкополосных режимах с частотной модуляцией. Радиопередающая система KB диапазона содержит цифровой сигнальный процессор, подключенный аналоговыми входами к клеммам ИНФ, цифровой повышающий преобразователь частоты, с управляемыми входным цифровым фильтром и цифровым гетеродином, подключенный сигнальным входом и портом управления к цифровому выходу и порту последовательного интерфейса сигнального процессора, блок опорных частот, подключенный первым и вторым выходами опорных частот к соответствующим входам сигнального процессора и повышающего преобразователя частоты, селективный перестраиваемый усилитель, усилитель мощности, содержащий предварительный усилитель и несколько объединенных сумматорами оконечных усилителей, фильтр гармоник, датчик контроля падающей и отраженной мощности и антенно-согласующее устройство, включенные последовательно между выходом повышающего преобразователя частоты и клеммой ВЫХОД ВЧ, двухканальный усилитель сигналов ошибки, включенный между первым и вторым сигнальными выходами датчика контроля мощности и входом регулирования усиления усилителя мощности, и первый контроллер, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейса к портам и входам управления сигнального процессора, селективного усилителя, фильтра гармоник, антенно-согласующего устройства и усилителя сигналов ошибки, также введены устройство сопряжения интерфейсов, содержащее контроллер сопряжения и два буферных накопителя и подключенное портами последовательного интерфейса к клеммам ДУ/ИНФц, дополнительному входу цифровых сигналов сигнального процессора и порту дистанционного управления первого контроллера, пороговое устройство, включенное между выходом сигнала падающей мощности датчика контроля мощности и входом регулирования усилителя мощности, преобразователи «аналог-цифра» и «цифра-аналог», подключенные к входу регулирования усиления усилителя мощности соответственно аналоговыми входом и выходом.
Полезная модель относится к технике радиосвязи и обеспечивает передачу информации в традиционных телефонных и телеграфных режимах и в режимах с использованием сигналов, вводимых на промежуточной частоте.
Наиболее близкой к предлагаемой системе является передающая система KB диапазона [1], схема которой приведена на фиг. 1.
Система содержит цифровой сигнальный процессор 3, подключенный аналоговыми входами к клеммам ввода сигналов передаваемой информации ИНФ, цифровой повышающий преобразователь частоты 2 с управляемыми входным цифровым фильтром и цифровым гетеродином, подключенный сигнальным входом и портом управления соответственно к цифровому выходу и порту последовательного интерфейса сигнального процессора, блок опорных частот 1, подключенный первым и вторым выходами опорных частот к соответствующим входам сигнального процессора 3 и повышающего преобразователя частоты 2, селективный усилитель 4, усилитель мощности 6, содержащий предварительный усилитель и несколько объединенных сумматорами оконечных усилителей, фильтр гармоник 5, датчик контроля падающей и отраженной мощности 9 и антенно-согласующее устройство 8, включенные последовательно между выходом преобразователя частоты и клеммой ВЫХОД ВЧ, двухканальный усилитель сигналов ошибки 10, включенный между сигнальными выходами датчика контроля мощности и входом регулирования усиления усилителя мощности, и контроллер местного и дистанционного управления 7, подключенный соответствующими портами параллельного или последовательного интерфейсов к клеммам ДУ, портам и входам управления сигнального процессора, селективного усилителя, фильтра гармоник, антенно-согласующего устройства и усилителя сигналов ошибки.
Система обеспечивает передачу информации в узкополосных и широкополосных режимах с амплитудной, в том числе однополосной, частотной или фазовой модуляцией.
В рассматриваемой системе вследствие неравномерности усиления селективного усилителя в диапазоне рабочих частот во время переходных процессов при включении излучения и при работе в широкополосных режимах с частотной модуляцией уровень выходной мощности может превышать предельно допустимые значения и приводить, как минимум, к срабатыванию схемы защиты.
Во многих случаях возникает необходимость интеграции подобной системы в разветвленную информационную сеть, в которой управление состоянием системы и доставка подлежащей передаче информации возможны из одного или нескольких удаленных терминалов. Такими возможностями рассматриваемая система не обладает.
Задачей полезной модели является:
- обеспечение возможности управления состоянием системы и доставки в нее подлежащей передаче информации из нескольких удаленных терминалов через скоростную локальную и информационную сеть;
- предотвращение возникновения запредельных уровней выходной мощности во время переходных процессов при включении излучения и при работе в широкополосных режимах с частотной модуляцией.
Поставленная задача достигается тем, что в систему, содержащую цифровой сигнальный процессор, подключенный аналоговыми входами к клеммам ИНФ, цифровой повышающий преобразователь частоты с управляемыми входным цифровым фильтром и цифровым гетеродином, подключенный сигнальным входом и портом управления соответственно к цифровому выходу и порту последовательного интерфейса сигнального процессора, блок опорных частот, подключенный первым и вторым выходами опорных частот к соответствующим входам сигнального процессора и повышающего преобразователя частоты, селективный перестраиваемый усилитель, усилитель мощности, содержащий предварительный усилитель и несколько объединенных сумматорами оконечных усилителей, фильтр гармоник, датчик контроля падающей и отраженной мощности и антенно-согласующее устройство, включенные последовательно между выходом повышающего преобразователя частоты и клеммой ВЫХОД ВЧ, двухканальный усилитель сигналов ошибки, включенный между первым и вторым сигнальными выходами датчика контроля мощности и входом регулирования усиления усилителя мощности, и первый контроллер (местного и дистанционного управления), подключенный портами последовательного и параллельного интерфейса к клеммам ДУ, портам и входам управления сигнального процессора, селективного усилителя, фильтра гармоник, антенно-согласующего устройства и усилителя сигналов ошибки, введены устройство сопряжения интерфейсов, содержащее контроллер сопряжения и два буферных накопителя и подключенное портами последовательного интерфейса к клеммам ДУ/ИНФц, дополнительному входу цифровых сигналов сигнального процессора и порту дистанционного управления первого контроллера, пороговое устройство, включенное между выходом сигнала падающей мощности датчика контроля мощности и входом регулирования усиления усилителя мощности, преобразователи «аналог-цифра» и «цифра-аналог», подключенные к входу регулирования усиления усилителя мощности соответственно аналоговыми входом и выходом, и второй контроллер, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейсов к первому контроллеру и преобразователям «аналог-цифра» и «цифра-аналог», при этом клеммами ДУ/ИНФц система подключается к шине общего пользования высокоскоростной локальной информационной сети, обеспечивающей управление состоянием системы и доставку подлежащей передаче информации из одного или нескольких удаленных терминалов.
Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг. 2.
Передающая система содержит первый цифровой сигнальный процессор 3, подключенный аналоговыми входами к клеммам ИНФ, цифровой повышающий преобразователь частоты 2, подключенный портом управления к первому сигнальному процессору 3, селективный усилитель 4, усилитель мощности 6, фильтр гармоник 5, датчик контроля мощности 9 и антенно-согласующее устройство 8, включенные последовательно между выходом повышающего преобразователя частоты 2 и клеммой ВЫХОД ВЧ, двухканальный усилитель сигналов ошибки 10, включенный между сигнальными выходами датчика контроля мощности 9 и входом регулирования усиления усилителя мощности 6, устройство сопряжения интерфейсов 11, содержащее контроллер сопряжения 12 и два буферных накопителя 13 и 14, и подключенное портами последовательного интерфейса к клеммам ДУ/ИНФц и дополнительному входу цифровых сигналов сигнального процессора, пороговое устройство 18, включенное между выходом сигнала падающей мощности датчика контроля мощности и входом регулирования усиления усилителя мощности, преобразователи «аналог-цифра» 15 и «цифра-аналог» 17, подключенные аналоговыми выводами к входу регулирования усиления усилителя мощности, и второй контроллер 16, подключенный портами параллельного интерфейса к преобразователям «аналог-цифра» и «цифра-аналог» и первый контроллер 7, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейса к контроллеру сопряжения 12, селективному усилителю 4, фильтру гармоник 5, антенно-согласующему устройству 8, усилителю сигналов ошибки 10, пороговому устройству 18 и второму контроллеру 16.
Источник подлежащей передаче информации, уровень мощности, вид и параметры модуляции в сигналах на клемме ВЫХОД ВЧ задаются командами, выдаваемыми с передней панели контроллера 7 или командами, поступающими в него с удаленных терминалов на клеммы ДУ/ИНФц. Преобразованные в устройстве сопряжения интерфейсов 11, в контроллерах 7 и 16 и в сигнальном процессоре 3 команды в соответствующих форматах поступают в следующие устройства:
- частотные команды - в повышающий преобразователь частоты 2, селективный усилитель 4, фильтр гармоник 5 и антенно-согласующее устройство 8;
- команды уровня мощности - в усилитель сигналов ошибки 10;
- команды выбора источника информации и параметров модуляции - в сигнальный процессор 3 и повышающий преобразователь частоты 2.
Любой из информационных сигналов (телефонный, телеграфный или сигнал на промежуточной частоте), поступающих на клеммы ИНФа и на входы удаленного терминала, преобразуется сигнальным процессором 1 и аналогичным устройством удаленного терминала в две последовательности оцифрованных одномоментных квадратурных выборок (отсчетов), соответствующих как входному сигналу, так и установленным виду и параметрам модуляции. В зависимости от выбранного источника информационных сигналов на вход повышающего преобразователя частоты 2 поступают последовательности выборок, сформированные в сигнальном процессоре 3 или полученные от удаленного терминала.
Обмен по шине общего пользования, подключенной к клеммам ДУ/ИНФц, осуществляется цифровыми сообщениями-пакетами ограниченной длины, содержащими сетевые адреса источника и получателя сообщения, сетевые идентификаторы данных и блок данных одного вида - команд управления, данных текущего состояния системы или квадратурных выборок. Тактовая частота передачи сообщений существенно больше частоты взятия выборок, поэтому в удаленном терминале предусмотрен буферный накопитель выборок.
Выделенные в результате обработки полученных сообщений в контроллере сопряжения 12 блоки квадратурных выборок и команд управления с более простыми системными идентификаторами вводятся соответственно в однонаправленный накопитель 14 и двунаправленный накопитель 13 со скоростью работы локальной сети. Вывод квадратурных выборок из накопителя 14 в сигнальный процессор 3 и, далее в повышающий преобразователь частоты 2, производится с частотой их получения в удаленном терминале. Команды из накопителя 13 выводятся в контроллер местного и дистанционного управления 7 на скорости работы используемого в системе радиального интерфейса.
Пакет с данными текущего состояния формируется в контроллере сопряжения 12 и передается в адрес, из которого поступил запрос. Данные состояния для этого пакета поступают из контроллера местного и дистанционного управления 7.
Контроллер сопряжения 12 представляет собой коммутационно-управляющий процессор, который может быть выполнен, например, на ПЛИС XC4VFX20 (ядро процессора) и ИС XC95288XL (конфигуратор ПЛИС), 88E1011S (физический интерфейс), MT46V16M16 (ОЗУ), FM25L256 (ППЗУ текущего состояния) и RC48F4400 (ППЗУ программы). Буферные накопители 13 и 14 можно выполнить на одной ИС MT64V16M16. Пропускная способность ИС физического стыка 88E1011S (4×250 кбит/с) и тактовая частота работы ПЛИС XC4VFX20 (450 МГц) позволяют реализовать параметры устройства сопряжения 11, соответствующие, например, стандарту IEEE 802.3Z для локальной сети Gigabit Ethernet, обеспечив тем самым возможность работы с несколькими удаленными терминалами.
Мощность сигнала на клемме ВЫХОД ВЧ зависит от уровня однополярного сигнала, подаваемого на вход регулирования усиления усилителя мощности 6, причем при минимальном уровне этого сигнала усиление усилителя мощности и, следовательно, выходная мощность максимальны и наоборот. На выходах усилителя сигналов ошибки 10, порогового устройства 18 и преобразователя «цифра-аналог» 17, подключенных к входу регулирования усиления усилителя мощности, установлены диоды, пропускающие сигнал нужной полярности и исключающие взаимное шунтирование выходов, поэтому усиление усилителя мощности определяется наибольшим из трех сигналом.
При работе со всеми видами узкополосных сигналов и с широкополосными сигналами без частотной модуляции на выходе преобразователя «цифра-аналог» 17 всегда минимальный сигнал и усиление усилителя мощности регулируется сигналами порогового устройства 18 и усилителя сигналов ошибки 10. В отсутствии сигнала в высокочастотном тракте сигнал порогового устройства максимальный, а усилителя сигналов ошибки минимальный.
С появлением в тракте высокочастотного сигнала, при котором сигнал падающей мощности на выходе датчика 9 превышает заданный минимальный уровень, выходной сигнал порогового устройства 18 плавно снижается до минимального значения, обеспечивая подъем усиления усилителя мощности и уровня выходной мощности до тех пор, пока сигнал падающей мощности или взвешенная сумма сигналов падающей и отраженной мощности на выходе датчика 9 не достигнут установленного на входе соответствующего канала усилителя сигналов ошибки 10 порогового значения. С этого момента на регулирующий вход усилителя мощности 6 поступает сигнал, пропорциональный величине превышения сигналами датчика 9 порогового уровня, т.е. сигналу ошибки, и процесс установления и удержания заданного уровня выходной мощности с небольшой ошибкой происходит в замкнутой схеме автоматического регулирования.
Таким образом, в режимах работы с узкополосными и широкополосными сигналами без частотной модуляции переходные процессы установления заданного уровня выходной мощности при наличии порогового устройства 18 начинаются с минимального усиления усилителя мощности 6, т.е. уровень выходной мощности не может превышать предельно допустимых значений.
В качестве порогового устройства 18 может использоваться дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления с шунтирующим конденсатором на выходе. Сигнальный вход усилителя подключается к выходу сигнала падающей мощности датчика 9. На опорный вход усилителя подается небольшое напряжение смещения, удерживающее высокий уровень сигнала на его выходе в отсутствии сигнала на входе. При этом обеспечивается возможность принудительного (по команде) получения низкого уровня выходного сигнала, например, путем подачи на сигнальный вход усилителя соответствующего напряжения смещения.
Перед работой с широкополосными частотно-модулированными сигналами производится излучение тестового сигнала в виде незатухающего колебания с дискретным изменением частоты в пределах полосы частот, занимаемой широкополосным сигналом. Для каждого значения частоты этого сигнала с помощью преобразователя «аналог-цифра» 15 фиксируется установившееся значение напряжения, поступающего на вход регулирования усиления усилителя 6 с выхода усилителя сигналов ошибки 10. Наибольшее из этих значений, полученное для некоторого текущего значения частоты fM тестового сигнала, преобразователем «цифра-аналог» 17 устанавливается на входе регулирования усиления усилителя 6 при излучении рабочего широкополосного сигнала. При этом на выходах усилителя сигналов ошибки 10 и порогового устройства 18 соответствующими командами удерживается низкий уровень сигналов, а выходная мощность для текущего значения частоты сигнала, близкого к fM, является наибольшей и близкой к номиналу, установленному порогами в усилителе сигналов ошибки 10, т.е. при работе с широкополосными частотно-модулированными сигналами выходная мощность не превышает предельно допустимые значения.
Для реализации преобразователей 15 и 17 и контроллера 16 можно использовать ИС сигнального процессора FDSP-BF537.
Источники информации
1. ПАТЕНТ на полезную модель 
120299 «Передающая система KB диапазона». ОАО «ОНИИП»
Радиопередающая система KB диапазона, содержащая цифровой сигнальный процессор, подключенный аналоговыми входами к клеммам ИНФ, цифровой повышающий преобразователь частоты, с управляемыми входным цифровым фильтром и цифровым гетеродином, подключенный сигнальным входом и портом управления к цифровому выходу и порту последовательного интерфейса сигнального процессора, блок опорных частот, подключенный первым и вторым выходами опорных частот к соответствующим входам сигнального процессора и повышающего преобразователя частоты, селективный перестраиваемый усилитель, усилитель мощности, содержащий предварительный усилитель и несколько объединенных сумматорами оконечных усилителей, фильтр гармоник, датчик контроля падающей и отраженной мощности и антенно-согласующее устройство, включенные последовательно между выходом повышающего преобразователя частоты и клеммой ВЫХОД ВЧ, двухканальный усилитель сигналов ошибки, включенный между первым и вторым сигнальными выходами датчика контроля мощности и входом регулирования усиления усилителя мощности, и первый контроллер, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейса к портам и входам управления сигнального процессора, селективного усилителя, фильтра гармоник, антенно-согласующего устройства и усилителя сигналов ошибки, отличающаяся тем, что в нее введены устройство сопряжения интерфейсов, содержащее контроллер сопряжения и два буферных накопителя и подключенное портами последовательного интерфейса к клеммам ДУ/ИНФц, дополнительному входу цифровых сигналов сигнального процессора и порту дистанционнго управления первого контроллера, пороговое устройство, включенное между выходом сигнала падающей мощности датчика контроля мощности и входом регулирования усиления усилителя мощности, преобразователи "аналог-цифра" и "цифра-аналог", подключенные к входу регулирования усиления усилителя мощности соответственно аналоговыми входом и выходом, и второй контроллер, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейсов к первому контроллеру и преобразователям "аналог-цифра" и "цифра-аналог", причем через клеммы ДУ/ИНФц система подключается к шине общего пользования высокоскоростной локальной информационной сети, обеспечивающей управление состоянием системы и доставку подлежащей передаче информации из одного или нескольких удаленных терминалов.
