3. Курсовая работа Цели и содержание курсовой работы и её ориентировочная трудоёмкость.

Курсовая работа по дисциплине Микроволновые системы телекоммуникаций имеет целью закрепление и углубление навыков, полученных в лекционном курсе по этой дисциплине, развитие у студентов навыков самостоятельного решения инженерных задач, связанных с расчётом, измерением параметров и испытаниями телекоммуникационных систем и их отдельных узлов, работой с научно-технической и справочной литературой, оформлением графического материала.

Задание на курсовую работу предусматривает экспериментальное исследование микроволновой линии связи или смесителя микроволнового диапазона с последующим получением ряда их основных характеристик. В ходе выполнения работы студенты должны ознакомиться с макетами, освоить методику необходимых измерений, экспериментально получить характеристики исследуемых объектов, произвести требуемые вычисления, представить результаты всех измерений в виде соответствующих таблиц и графиков с соответствующими пояснениями, представить расчёты в виде расчётных формул с подстановкой данных и раскрытием физического смысла входящих в формулы обозначений. При необходимости строятся графики расчётных величин. Завершается работа выводами, в которых определяется взаимосвязь различных характеристик объектов и условий, в которых эти результаты получены.

Пояснительная записка к курсовой работе должна содержать титульный лист, цель работы, схему измерительной установки с описанием, таблицы и графики результатов измерений и вычислений с пояснениями, расчётные формулы с подробными пояснениями последовательности вычислений и выводы.

Ориентировочная трудоёмкость курсовой работы 10 часов.

3.1. Курсовая работа. Вариант 1.

3.1.1. Исследование микроволновой линии связи.

Цель работы: ознакомление с конструктивными особенностями радиочастотных трактов телекоммуникационных систем микроволнового диапазона и определение влияния различных факторов на качество передачи информации.

3.1.2. Описание лабораторного макета

Лабораторный макет представляет собой однонаправленную микроволновую линию связи, работающую в диапазоне частот 10,95…11,75 ГГц, выделенном для систем непосредственного телевизионного вещания через геостационарные искусственные спутники. Структурная схема установки приведена на рис. 3.1 и включает в себя макеты передатчика, канала связи с переменными параметрами, приемника и блока обработки двоичного сигнала. Макет работает в режиме частотной модуляции. Передатчик построен на основе генератора сверхвысоких частот (ГСВЧ) с электронной перестройкой частоты 5. В качестве активного элемента использован арсенид-галлиевый полевой транзистор с барьером Шоттки (ПТШ). Перестройка по частоте осуществляется за счет изменения управляющего напряжения на варакторном диоде (электрически управляемая емкость), включенном в частотно-задающую цепь генератора. Управляющее напряжение является суммой постоянной и переменной составляющих, суммирование которых происходит в сумматоре 4. Источниками являются генератор 3 и блок питания 2 соответственно. Напряжение определяет центральную частоту генератора СВЧ 5 – . Переменная составляющая представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, определяющих девиацию частоты генератора 5 – . При скважности импульсов Q = 2 частота генератора составляет Питание генератора производится с помощью блока питания 1.

С выхода передатчика частотно-модулированный СВЧ-сигнал поступает на цепочку аттенюаторов, моделирующих канал связи. Цепочка состоит из коаксиальных аттенюаторов 6 с постоянным затуханием и волноводного аттенюатора 7 с регулируемым затуханием. Это позволяет ступенчато (изменяя количество аттенюаторов 6) и плавно (с помощью аттенюатора 7) регулировать затухание в канале, моделируя изменение условий распространения сигнала.

Приемник реализован на базе устройств, составляющих основу индивидуальной системы приема спутникового телевидения в аналоговом формате, – малошумящего конвертора и ресивера. Конвертор 8 – функционально законченное устройство, осуществляющее усиление СВЧ-сигнала и его частотное преобразование в напряжение первой промежуточной частоты (ПЧ1). Оно подается на делитель 9, позволяющий подключить к выходу конвертора одновременно анализатор спектра сигнала 10 и ресивер 11, осуществляющий селекцию требуемого частотного канала и детектирование сигнала. На выходе ресивера формируется двоичный сигнал (ДС), соответствующий и дополненный шумами и помехами, возникающими при передаче сигнала от передатчика к приемнику. ДС подается на блок обработки двоичного сигнала, позволяющий оценивать качество передачи информации и состоящий из низкочастотного усилителя (УНЧ) 12, двухканального осциллографа 13, фильтра нижних частот (ФНЧ) 14, цифрового компаратора 15 и счетчика ошибок 16.

УНЧ позволяет поддерживать ДС на уровне, необходимом для работы цифрового компаратора вне зависимости от условий распространения сигнала. ФНЧ с переключаемой постоянной времени позволяет оценить изменение качества передачи сигнала при изменении полосы пропускания канала и скорости передачи информации.

Цифровой компаратор сравнивает исходный цифровой сигнал (на компаратор подается соответствующее ему напряжение ) с ДС и срабатывает в случае их несовпадения, формируя при этом короткие импульсы напряжения на выходе. Эти импульсы подаются на вход счетчика. Зная частоту следования импульсов , количество импульсов ошибок n, подсчитанных счетчиком, и время счета t можно усредненно определить значение вероятности ошибки BER (bit error ratio), характеризующей качество передачи информации: .

Двухканальный осциллограф 13 позволяет контролировать амплитуду и форму ДС и, при необходимости, регулировать усиление УНЧ и обеспечивать строгую синфазность поступления и ДС на цифровой компаратор. Это достигается регулировкой временной задержки синхроимпульсов генератора 3, используемых в качестве , относительно . Временное совпадение импульса с моментом, когда амплитуда достигает максимального значения, считается при этом оптимальным моментом выборки ДС.

28

Рис. 3.1

Основными элементами приемника являются конвертор и ресивер. Поэтому остановимся на них подробнее. Структурная схема конвертора приведена на рис. 3.2. СВЧ-сигнал поступает на вход малошумящего усилителя (МШУ) 1 (двух-, трехкаскадного с усилением до 30 дБ и типичным коэффициентом шума 0,7 дБ), выход которого нагружен диапазонным фильтром 2, выделяющим полосу частот 10,95…11,75 ГГц. К выходу фильтра подключен смеситель 3, на который подается усиленный МШУ сигнал и напряжение гетеродина 4 с частотой 10 ГГЦ (другое типичное значение – 9,75 ГГц). Смеситель может быть балансным на диодах с барьером Шоттки (на основе двух-, трехшлейфных направленных ответвителей) или небалансным (например, на ПТШ). Фильтр промежуточной частоты (ФПЧ) 5 выделяет сигнал первой промежуточной частоты ПЧ1 на выходе смесителя. Напряжение ПЧ1 подается на усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 6, усиливающий его до значения, необходимого для работы ресивера.

Упрощенная структура ресивера показана на рис. 3.3. Входной усилитель 1 обеспечивает развязку смесителя и входа ресивера и неизменность сигнала ПЧ1 на входе смесителя 2 (благодаря автоматической регулировке усиления), что позволяет реализовать его наилучшие характеристики. Кроме того, в состав входного усилителя входит перестраиваемый фильтр, подавляющий зеркальную частоту. На выходе смесителя, на который подаются напряжения ПЧ1 и гетеродина 3, выделяется напряжение второй промежуточной частоты ПЧ2. Это осуществляется фильтром, входящим в состав УПЧ 4. Он может быть реализован как на основе колебательных контуров, так и с применением

фильтров на поверхностных акустических волнах. Значения частот ПЧ2 могут быть различными (например, 470 МГц).

С выхода УПЧ усиленное напряжение ПЧ2 поступает на частотный детектор 5, на выходе которого формируется ДС. Через видеоусилитель 6 он поступает на выход ресивера (см. рис. 3.1). Кроме того, ДС может поступать на радиочастотный модулятор метрового или дециметрового диапазона для передачи по коаксиальному кабелю.