5.4.4. Приёмопередатчик.

Структурная схема приемопередатчика представлена на рис.45.

Основными узлами приемопередатчика являются:

- Мп, Мг- модули СВЧ - генераторы передатчика и гетеродина на транзисторах;

- Рш - генератор сдвига радиошлейфа;

- Пф1 - полосовой фильтр с преобразованием частоты;

- ПФ2, ПФ3 - полосовые фильтры приемника;

- У1 - усилитель регенеративный ПРМ;

- У2 - малошумящий СВЧ усилитель (МШУ);

- У3 - усилитель регенеративный ПРД;

- У4 - видеоусилитель;

- У5 - УПЧ с частотным детектором;

- СМ - смеситель с ПУПЧом;

- ФНЧ, ФВЧ - фильтры низкой и высокой частоты;

- ВИП - встроенный источник электропитания, стабилизатор.

- АТ – аттенюатор СВЧ.

Принцип работы приемного тракта заключается в следующем:

принятый сигнал через тройник, полосовой фильтр ПФ2, малошумящий СВЧ, усилитель У2, 5-ти звенный полосовой фильтр ПФ3 поступает на один вход балансного смесителя (СМ). На второй вход балансного смесителя через аттенюатор АТ подается непрерывный сигнал с генераторного модуля (Мг). Со смесителя сигнал промежуточной частоты поступает на ПУПЧ, который конструктивно размещен в корпусе смесителя, и далее в УПЧ-4Д с частотным детектором.

Выделенный в частотном детекторе информационный сигнал с ИКМ поступает на видеоусилитель и далее на усилитель регенеративный ПРМ, где происходит восстановление амплитудно-временных параметров и преобразование сигнала в код с ЧПИ, который поступает на УС.

Принцип работы передающего тракта. Прошедший через кабельный тракт с УС цифровой сигнал поступает на усилитель регенеративный ПРД, где происходит преобразование сигнала в потенциальный код, далее сигнал приходит на генератор передатчика. В передатчике используется прямая частотная модуляция, осуществляемая подачей цифрового сигнала на ВАРИКАП. Частотно-модулированный СВЧ - сигнал с модуля СВЧ (Мп) через полосовой фильтр (ПФ1) и тройник поступает в антенну.

Разделение передающего и приемного тракта осуществляется посредством дуплексера, образованного тройником и полосовыми фильтрами, включенными на расстояниях, кратных λ/4 четвертьволновым отрезком от плоскости симметрии тройника.

В приемопередатчике предусмотрена система телеконтроля работоспособности приемопередатчика путем организации радиошлейфа. Команда «Шлейф РС» подается с БОРТ. Для этой цели используется сдвиг собственной частоты передатчика, который осуществляется путем преобразования СВЧ-сигнала передатчика и сигнала вспомогательного генератора РШ частотой 530 МГц на диоде, включенном в полость одного звена полосно-пропускающего фильтра ПФ1.

В результате преобразования получаются частоты fп+530 и fп-530. Амплитуда преобразованного сигнала определяется соотношением мощностей генераторного модуля передатчика и генератора РШ. Преобразованный сигнал передатчика поступает в тракт приемника, обрабатывается и подается на выход аппаратуры ЦРСП.

5.4.4.1. Принцип работы ппа на уровне функциональных и особенности принципиальных схем.

Модули СВЧ (Мп, Мг), полосовые фильтры (ПФ1, ПФ2, ПФ3), малошумящий усилитель (У2), смеситель (СМ), аттенюатор (АТ) объединены в СВЧ - систему. СВЧ - система ТС2.248.014 предназначена для получения СВЧ - энергии, селекции сигналов, усиления СВЧ - сигналов, преобразования принимаемого сигнала и организации телеконтроля. Селекция приемного и передающего сигналов производится посредством пассивного дуплексера, образованного «Y»-соединением и полосовыми фильтрами (ПФ1, ПФ2), центральные частоты которых разнесены на 530 МГц.

Фильтры СВЧ представляют собой волноводные полуволновые резонаторы на индуктивных диафрагмах с четвертьволновыми связями. Фильтры выполнены на стандартном волноводе 23х5 мм. Избирательность приемника формируется трехзвенным фильтром на входе МШУ и пятизвенным – между МШУ и смесителем. СВЧ-фильтры на частотах соседних каналов (+40 МГц) обеспечивают подавление не менее 3 дБ на расстройках +80 МГц – не менее 50 дБ и на зеркальной частоте – не менее 75 дБ.

В тракте передатчика характеристика избирательности формируется трехзвенным фильтром, имеющим по уровню – 1 дБ полосу порядка 50-60 МГц. Так как транзисторный генератор имеет достаточно чистый спектр, то требования по уровню внеполосных излучений легко обеспечиваются. В этом случае фильтр необходим для разделения каналов приема и передачи.

СВЧ малошумящий усилитель (МШУ) предназначен для получения требуемого значения коэффициента шума (Кш), МШУ – это усилитель, выполненный в гибридно-интегральном исполнении на поликоровой подложке на транзисторах 3П343А2. Конструктивно усилитель размещен в герметичном корпусе с волновым входом-выходом. В корпусе размещается стабилизатор для электропитания транзисторов.

Основные характеристики МШУ:

Коэффициент шума (Кш) - не более 6 дБ

Коэффициент усиления (Ку) - не менее 20 дБ

Полоса рабочих частот - 10,7-11,7 ГГц

Модули генераторов СВЧ (на транзисторах 6Ш2.210.25ТТУ).

Модули предназначены для использования в качестве гетеродинов-приемников Мг (литеры 1ГП-22ГП), а в качестве генераторов – передатчиков Мп (литеры 1ГС-22ГС).

Они представляют собой генераторы на полевых транзисторах, стабилизированные диэлектрическими резонаторами. В модулях литер 1ГП-22ГП и 1ГС-22ГС предусмотрена электрическая перестройка частоты в диапазоне +3МГц от центральной частоты с помощью варикапа.

Генератор построен на полевом транзисторе Т1 типа 3П603А по схеме с последовательной обратной связью и включением диэлектрического резонатора (ДР) в цепь затвора.

Для осуществления электрической перестройки частоты с ДР соединяется отрезок микрополосковой линии, нагруженный на варикап.

Для уменьшения влияния изменения коэффициента отражения нагрузки на параметры модулей в них предусмотрен вентиль W2 часть мощности ответвляется для контроля частоты генерируемого сигнала.

Разный уровень мощности задающих генераторов и гетеродинов обеспечивается в основном выбором соответствующего режима электропитания активного прибора.

Конструктивно генератор выполнен в виде герметичного модуля. Выход энергии – волновой, сечением 5х23 мм. Контрольный выход – коаксиал сечением 3,5х1,52 мм.

Корпус модуля изготовлен из материала с малым коэффициентом температурного расширения, что обеспечивает необходимую стабильность частоты.

Предварительный и основной усилители промежуточной частоты.

С балансного смесителя, выполненного на диодах 2А118А-6, сигнал промежуточной частоты 70 МГц поступает на вход малошумящего предварительного усилителя промежуточной частоты, выполненного на транзисторах КТ399А и КТ368А. ПУПЧ собран в каскадной схеме с последовательным электропитанием. В качестве первого транзистора применен КТ399А с низким значением коэффициента шума. Для согласования со входом основного УПЧ на выходе ПУПЧа применен эмиттерный повторитель на транзисторе КТ368А. Коэффициент усиления ПУПЧа составляет не менее 20 дБ, Кш – не менее 2 дБ.

С выхода ПУПЧа сигнал промежуточной частоты поступает на вход основного усилителя. Усилительные каскады собраны на транзисторах КТ368А по схеме с общим эмиттером. Настройка их на частоту производится эмиттерной емкостью при использовании индуктивности эмиттерного перехода. Для обеспечения устойчивости УПЧ разбит на каскады, которые собраны на печатных платах и помещены в отдельные экранированные отсеки.

Электропитание каскадов осуществляется через фильтры электропитания Б2-23А.

Амплитудно-частотная характеристика УПЧ определяется ФСС, расположенном на плате усилителя ТС2.067.082. ФСС образован индуктивностями L1…..L4, L6 и емкостями С1, С2, С5….С8, С10….С15.

Контроль характеристики фильтра осуществляется с выхода амплитудного ограничителя, собранного на диодах VD1, VD2 усилителя ТС2ю031.071 Э3 (выход 5).

Усиленный сигнал ПЧ подается на частотный детектор (усилитель ТС2.031.069), выполненный на диодах VD1, VD2 с одиночными расстроенными контурами в цепях коллекторов усилителей на транзисторах VТ1, VТ2. С выхода ЧД цифровой сигнал подается на видеоусилитель.

Основные технические данные УПЧ-70:

- резонансная частота - (70 + 0,5) МГц;

- полоса пропускания ФСС - (10 + ,5) МГц;

- полоса ЧД - ( 8 + 1,0) МГц;

- коэффициент усиления УПЧ - более 85 дБ;

- изменение напряжения контроля

- работоспособности при изменении сигнала

от 10 мкВ до 30 мВ - 1,3 – 0,8 В;

- токопотребление - не более 40 МА;

- напряжение электропитания - 12В + 1 В.

Видеоусилитель. Предназначен для усиления цифрового сигнала, выделенного в частотном детекторе. Он собран на транзисторах VТ1, VТ2. Конструктивно видеоусилитель размещен на печатной плате совместно с фильтрами НЧ и ВЧ.

Они реализованы на основе операционных усилителей (Д1, Д2) с обратной связью.

В цепь обратной связи включены двойные Т-образные мосты (R3, R4, С5, С6, С7 И R14, R15, С17, С18, С19).

Для устранения самовозбуждения микросхем применены конденсаторы С4, С16. Изменение коэффициента передачи фильтров осуществляется подбором резисторов R2 и R13. Обеспечение заданной полосы пропускания осуществляется подбором емкостей С7 и С19. С выхода видеоусилителя цифровой сигнал подается на усилитель регенеративный.

Усилитель регенеративный ПРМ.

Усилитель регенеративный ПРМ (рис.46) предназначен для регенерации цифрового информационного сигнала, прошедшего приемный радиотракт и преобразования сигнала в код с чередующейся полярностью видеоимпульсов (АМ1) для передачи по кабельному тракту через УС (устройство согласования) и БВВ (блок ввода-вывода) на БОЛТ (блок окончаний линейного тракта).

Регенеративный усилитель на уровне структурной схемы состоит из:

- ФНЧ - фильтр низких частот;

- Комп - компаратор

- ГУН - генератор управляемый напряжением;

- ФД - фазовый детектор;

- ФИ - формирователь импульсов;

- ФВИ - формирователь выходных импульсов;

- петлевой фильтр - фильтр системы ФАПЧ.

ФНЧ выделяет входной информационный сигнал для компаратора.

Компаратор преобразует информационный сигнал в ТТЛ уровень для ФИ и ФД. Формирователь импульсов нормализует входной информационный сигнал с ТТЛ уровнем по длительности и преобразует его из кода № RZ в импульсный код RZ для ФВИ. Преобразование осуществляется за счет тактирующих импульсов сформированных в ГУН.

ГУН формирует стабильные тактовые в/импульсы частотой 1024/2048 кГц за счет ФАПЧ.

В состав системы ФАПЧ входят ГУН, ФД и петлевой фильтр.

ФД за счет фазовых сравнений импульсов информационного сигнала и тактовых в/импульсов формирует управляющий сигнал для петлевого фильтра.

Петлевой фильтр преобразует управляющий сигнал в управляющее напряжение для ФАПЧ ГУН.

Особенности принципиальной схемы регенеративного усилителя.

ФНЧ состоит из:

- буферного каскада V2;

- фильтра;

- буферный каскад согласует выход видеоусилителя с фильтром и представляет буферный усилитель запитанный от источника +12 В через развязывающий фильтр R9 С6. Нагрузкой является R7. В цепь эмиттера через развязывающий фильтр подключен источник –12 В. Входной информационный сигнал через контакты 1,2 и переходную цепь поступает на базу буферного каскада, а с эмиттерной нагрузки на R7 на фильтр.

- Фильтр с линейно-фазовой характеристикой имеет полосу пропускания 0,55 Fт (Fт – тактовая частота информационного сигнала), состоит из R17, С25, L2, L3, С29, С33, R23, обеспечивает выделение заданного соотношения принятого информационного сигнала/шум и нагружен на компаратор.

- Компаратор быстродействующий (D4 521СА4), как элемент амплитудного сравнения ограничивает шумы приемника и изменяет уровень информационного сигнала на ТТЛ уровне. Для ограничения шумов используется опорное напряжение, снимаемое со стабилизированного делителя R20, V5, C30, R24, R25 подключенного к источнику +12 В. Часть делителя используется для электропитания компаратора + U (вывод 10, 4) и в качестве опорного напряжения для выбора рабочей точки в варакторах ГУН. Дополнительно компаратор запитан (контакт 9) источником +5 В и –12 В через стабилизированный делитель R21, V6, C31 (вывод 3). Информационный сигнал с фильтра поступает на контакт 1 компаратора. Нагрузкой компаратора являются формирователь импульсов и фазовый детектор.

Работа фазового детектора показана графически

Петлевой фильтр системы ФАПЧ реализован на основе интегратора D13. Параметры фильтра определяются элементами R28, R31, С35, С36.

ФИ (D8.1, D10.1) нормирует входной сигнал по длительности и преобразует сигнал из кода NRZ в импульсный код RZ.

В ФВИ (D8.2, D10.2, D12, V6, V7, Т1) происходит преобразование сигнала из кода RZ в выходной код с чередующейся полярностью импульсов.

Работа ФИ и ФВИ показана графически

Для подстройки частоты (ГУН) по «0» частотного детектора применена система АПЧ, выполненная на операционном усилителе. Коэффициент усиления по напряжению цепи АПЧ порядка 20. На входы операционного усилителя подаются сигналы опорного и измерительного каналов. Номинальное рабочее напряжение на варакторе гетеродина СВЧ устанавливается изменением резистора, включенного в цепь баланса. На выходе операционного усилителя установлен фильтр нижних частот (ФНЧ). Данная система АПЧ, содержащая одну или две интегрирующие цепи, устойчива при любом коэффициенте автоподстройки.

Усилитель регенеративных ПРД.

Усилитель регенеративный ПРД предназначен для регенерации сигнала, прошедшего через кабельный тракт, соединяющий блок БВВ и РРС СВЧ, и преобразования биполярного сигнала (код АМ1) в двоичный цифровой сигнал (код NRZ).

Структурная схема усилителя приведена на рис. 42.

Где:

ТР - трансформатор;

КУ - корректирующий усилитель;

ПД - пиковый детектор;

УПТ - усилитель постоянного тока;

РД - регулируемый двухполюсник;

РУ - решающее устройство;

ФВИ - формирователь выходных импульсов;

ГУН - генератор, управляемый напряжением;

ФД - фазовый детектор;

ПЕТЛЕВОЙ ФИЛЬТР - фильтр системы ФАПЧ.

Ослабленный и искаженный в процессе прохождения по кабельной линии цифровой сигнал через симметрирующий трансформатор ТР1 поступает на вход КУ. В состав КУ (корректирующий усилитель) входят две усилительные двойки V6, V9,V14, V16.

Первая двойка представляет собой двухкаскадный усилитель с непосредственной связью по постоянному току, нагрузкой первого каскада является выравниватель Боде (L2, R18, R21, R23, С28), изменяющий величину и знак реактивности в зависимости от сопротивления РД, собранного на V7-9….V10-13, С29, С31, С38. Импеданс нагрузки второго каскада также изменяется в зависимости от сопротивления РД.

Вторая двойка обеспечивает необходимую коррекцию сигнала, прошедшего кабельный тракт, с затуханием минус 56 дБ и представляет собой двухкаскадный усилитель с непосредственной связью между каскадами и обратными связями по постоянному и переменному току. Цепь обратной связи по переменному току, образованная С43, R35, R36, C39, C40, L3 является частотно-зависимой. Нагрузкой второго каскада является трансформатор ТР2. Сигнал с выхода КУ поступает на ПД и УПТ (транзисторы V14, V15, V17). Постоянство уровня сигнала на выходе КУ при затухании в кабельном тракте от 0 до –36 дБ обеспечивается работой системы АРУ, включающей в себя КУ и цепь обратной связи, состоящей из ПД, УПТ и РД.

На вход РУ, где происходит преобразование биполярного сигнала в импульсный код RZ, поступает два противофазных сигнала, которые управляют работой двух одинаковых ключевых каскадов V18, V20, V19, V21. Порог срабатывания ключевых каскадов определяется делителем R43, R42. Выходные сигналы обоих каскадов объединяются на микросхемах D6.3, D6.4, D10.1.

С выхода РУ информационный сигнал в RZ-коде поступает на выделитель тактовой частоты, реализованный на основе системы ФАПЧ, состоящий из ГУН, ФД и петлевого фильтра.

В состав ГУН входит кварцевый генератор на микросхеме V1 с частотозадающими элементами В1, V2, V3 (F0 = 8192 кГц) и синхронный счетчик делитель на микросхеме 533 ИЕ10 (D2), позволяющий получить в зависимости от исполнения усилителя регенеративного ПРД два значения Fт = 1024 кГц и Fт = 2048 кГц. На микросхеме D3.1. формируются две тактовых последовательности, сдвинутые относительно друг друга на 0,25 Ттч. Задержанная последовательность поступает на вход фазового детектора. Работа фазового детектора показана на рис. 42.2.

В состав ФД входит схема выделения передних фронтов информационного сигнала (D11), схема формирования управляющих импульсов (D3.2, D3.3, D4, D5, D6.1, D6Ю2), схема формирования выходных импульсов (D7) и дифференциальный усилитель (V22, V23 и D10) с балансировкой (R63).

При появлении фазового сдвига между задним фронтоном тактовых импульсов и передним фронтом информационных импульсов измеряется длительность выходных импульсов на выходе 5 микросхемы D7.1, при этом на выходе дифференциального усилителя появляется напряжение, соответствующее фазовой расстройке.

Петлевой фильтр системы ФАПЧ реализован на основе интегратора, собранного на микросхеме D13. параметры фильтра определяются элементами R72, R75, C61, C62,R73.

ФВИ включает в себя D-триггер (D12), который осуществляет преобразование сигнала в потенциальный код NRZ и нормирование выходных импульсов по длительности, а также ключевой каскад на транзисторе V26, нагрузкой которого является трансформатор Т3.

RС – блок, предназначенный для подачи электропитающих напряжений на СВЧ - генератор, подачи модулирующего цифрового сигнала и сигнала служебной связи на варикапный диод СВЧ - генератора, организации коммутации при телеконтроле работоспособности РРС.

Генератор РШ предназначен для контроля работоспособности приемопередатчика и представляет собой экранированный генератор ТС2.210.046, который собран на транзисторе 2Т916А с положительной обратной связью, образованный индуктивностью транзистора и переменной емкостью С2. Нагрузкой является контур L1, С3. (принципиальная схема ТС2.210.046/047).

Настройка генератора на частоту производится изменением емкостей С2 и С3, уровень выходной мощности регулируется потенциометром R6. Для дистанционного включения генератора используется реле КР, посредством которого подается питание на генератор. Развязка генератора по питанию обеспечивается фильтром.

Стабилизатор ЦВИЯ 434.774.004 предназначен для электропитания радиотехнических узлов приемопередатчика, путем преобразования источника постоянного тока напряжением +200 В в стабилизированные напряжения +12 В, -9 В, +6 В Источник электропитания обеспечивает на выходе (при токе нагрузки до 0,5 А) выпрямленные стабилизированные напряжения следующих номиналов: +12 В, -12 В, -9 В, +6 В.

Структурная схема стабилизатора ЦВИЯ 434.774.008 представлена на (рис.47). Для защиты стабилизатора при неправильной полярности подаваемого напряжения 220 В. перед его входными выводами ХР1 и ХР2 включены выпрямительные мосты VD1, VD2.

Стабилизатор содержит в своем составе преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение. Преобразователь построен по полу мостовой (принципиальная схема) схеме на транзисторах VТ1, VТ2. Узел запуска преобразователя представляет собой устройство, состоящее из триггера Шмитта DD2.3 и DD2.4, триггера DD3, схемы сравнения на DD4, инверторов DD5.1 и DD5.2 и транзисторных матриц DD6 и DD7. Параметры запускающих импульсов задаются элементами С17, С18, С27, R17, R16, (см. ЦВИЯ.434774.008 ЭЗ).

После подачи на вход стабилизатора напряжения 200 В. узел запуска формирует импульсы запуска, которые через трансформаторы Т1, Т2 поочередно открывают и закрывают транзисторы VТ1 и Vт2 преобразователя. К первичной обмотке трансформатора Т3 (выводы 5, 7) прикладывается попеременно половинное входное напряжение, снимаемое с конденсаторов С3, С5 или С4, С6, и преобразователь начинает работать. На выходных обмотках трансформатора Т3 формируются импульсы напряжения прямоугольной формы и требуемой величины, которые выпрямляются диодными двухполупериодными выпрямителями.

Постоянное напряжение подается на вход соответствующего интегрального стабилизатора напряжения серии 142ЕН. Требуемая величина напряжения определяется выбором соответствующего типа стабилизатора с фиксированным напряжением серии 142ЕН.

Эти стабилизаторы содержат встроенную защиту от перегрузки по току и тепловую защиту от максимально допустимой температуры кристалла (175^оС), что существенно повышает надежность микросхем. Стабилизаторы имеют низкие пульсации и поэтому не требуют применения фильтров. Конструктивно вторичный источник питания выполнен в экранированном корпусе, который находится внутри корпуса приемопередатчика РРС.

Для электропитания узла защиты используются:

- стабилизированный делитель для триггера Шмитта;

- диодный мост VD5, VD10 с фильтром RC16, 14 VТ3 для ждущего мультивибратора, инверторов, триггеров и схем сравнений. VТ3 выполняет роль схемы включения, узла защиты, при наличии источника +200 В.