курсач / материалы / Радиоприемные_устройства_систем_радиосвязи_и_радиодоступа_1_2_16

Аналогичным образом вычисляется эквивалентная добротность для заданной избирательности по ЗК:

каждый раз проверяем выполнение условия (11). Расчёт прекращается в случае, если нарушается условие технической реализации значении контуров ( Qэ прес 80 )

или не выполняется условие (11), или число контуров больше трех (n>3). При выполнении указанных условий сделайте вывод о возможности (целесообразности) конструктивной реализации преселектора с использованием дискретных фильтров (ОКК) или, например, полосковой конструкции на встречных стержнях.

выполняется, можно оценить реальную неравномерность в тракте радиочастоты и убедиться в том, что она не превосходит заданную:

51

целесообразно перейти к использованию вместо одиночных или связанных контуров фильтров к реализованным на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Основными параметрами, определяющими возможность их применения, являются центральная частота, полоса пропускания и степень подавления зеркального канала, а также неравномерность АЧХ и ослабление сигнала в полосе пропускания. ПАВ фильтры, выбранные по этим критериям, должны обеспечивать требования технического задания на КП (АЧХ выбранного фильтра на ПАВ приведите в приложении к КП).

Если один фильтр на ПАВ не обеспечивает подавление ЗК, указанное в ТЗ, то необходимо увеличить их число. Следует учесть, что второй фильтр с параметрами, идентичными применяемому в ВЦ, необходимо включать в нагрузку малошумящего усилителя (МШУ, см. рис. 8). Если ослабление ЗК не обеспечивается и в этом случае, то следует использовать дополнительно усилитель радиочастоты (УРЧ) с ПФ в нагрузке. Затухание, вносимое фильтрами, необходимо учитывать при расчете требуемого усиления радиотракта.

Примечание: фильтры на ПАВ с требуемыми показателями следует выбрать, обратившись к сайтам производителей компонентов для мобильных систем. При затруднениях в подборе фильтров следует использовать методику расчета фильтра на ПАВ [2, с. 475-486] с применением программы MicroCAP.

В заключение сделайте вывод о выбранном способе реализации фильтрующих систем с описанием основных технических показателей фильтров.

Опираясь на технические показатели фильтров на ПАВ, изобразите структурную схему преселектора, включающего ВЦ и МШУ (рис. 9), нагруженный на полосовой фильтр (ПФ) и совместно обеспечивающий требуемую Seзк.

Рисунок 9 Рисунок 10 При этом следует учесть, что фильтры должны быть разделены между собой

невзаимным компонентом – усилителем (МШУ).

Если два ПФ преселектора не обеспечивают Seзк, то необходимо включить дополнительный ПФ в нагрузку УРЧ (рис. 10).

52

2.2.2.2.Фильтрующая система тракта промежуточной частоты

2.2.2.2.1.Распределенная фильтрация с применением двухконтурных

фильтров

Селективность по СК SeСК обеспечивается, в основном, фильтрами в тракте

ПЧ, которые в приёмниках систем радиосвязи и радиодоступа могут быть реализованы либо в виде одного или нескольких двухконтурных полосовых фильтров, либо в виде многозвенного фильтра сосредоточенной избирательности (ФСИ) или с применением фильтров на ПАВ.

Вначале необходимо проверить, реализуется ли требуемая избирательность по СК и неравномерность в полосе пропускания тракта ПЧ n двухконтурными фильтрами. Расчёт проводится аналогично приведенному выше при расчете параметров преселектора на основании заданных SeСК , неравномерности

где Qэ нер пч – эквивалентная добротность каждого контура, исходя из заданной

неравномерности в полосе пропускания тракта ПЧ;

Qэ – эквивалентная добротность каждого из контуров;

Qэ СК – эквивалентная добротность каждого ОКК двухконтурного фильтра,

определенная исходя из заданной избирательности по СК.

Эквивалентная добротность n двухконтурных фильтров, определяемая, исходя из заданной неравномерности в полосе пропускания тракта ПЧ пч ,

находится по формуле:

Эквивалентная добротность для заданной избирательности по СК:

определить требуемое число двухконтурных фильтров.

53

2.2.2.2.2. Сосредоточенная фильтрация

По конструктивным соображениям нет смысла устанавливать более трёх двухконтурных фильтров, поэтому в случае невыполнения условия (16) для n 3 в тракте ПЧ необходим более сложный и эффективный ФСИ, реализуемый, например, на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Устанавливается такой фильтр непосредственно после преобразователя частоты, а его требуемую эквивалентную добротность можно приближённо оценить по следующей формуле:

Параметрами, определяющими возможность применения ПАВ фильтра, являются центральная частота, равная, fпр , подавление соседнего канала SeСК ,

указанного в ТЗ, а также неравномерность АЧХ и ослабление сигнала в полосе пропускания и задерживания. Полоса пропускания по уровню минус 3 дБ должна быть не менее требуемой полосы Пк и не превышать ее больше чем на 10 ÷ 15%. ПАВ фильтры, выбранные по этим критериям, должны обеспечивать выполнение требований технического задания на подавление СК. Если ослабление СК не обеспечивается одним ПАВ фильтром, то необходимо ввести в

структуру тракта ПЧ усилитель на ИС с идентичным фильтром в нагрузке. Затухание, вносимое фильтрами, необходимо учесть при расчете требуемого усиления радиотракта.

Результаты расчетов должны быть сведены в таблицу, и сделан вывод о реализации фильтрующих систем с описанием основных технических показателей фильтров, выбранных из интернета или рассчитанных с применением программы МС12.

Приведите уточненную структурную схему радиотракта, дополнив структурную схему преселектора, обеспечивающего требуемую по ТЗ SeЗК

(разд. 2.2.2.1.2), преобразователем частоты и усилителями, нагруженными на ПФ, с идентичными характеристиками. Количество фильтров в тракте промежуточной частоты (ТПЧ) определяется техническими показателями выбранных интегральных схем (табл. 5). Сведения о выбранных в справочниках или интернете ИС должны быть внесены в таблицу использованных компонентов. В списке литературы должна быть сделана ссылка на источник.

Приведите уточненную структурную схему радиотракта, на которую будете опираться в дальнейших расчетах.

2.2.3.Оценка структурной схемы по требуемой чувствительности

2.2.3.1.Расчет допустимого коэффициента шума на входе приемника

Значение допустимого коэффициента шума, создаваемого внешним источником тепловых шумов (антенной), для заданного отношения С/Ш, пересчитанного к входу приемника, является показателем, определяющим его

54

реальную чувствительность. Величина NFдоп существенно влияет на выбор типа первых каскадов радиотракта и их параметры. Расчёт допустимого значения коэффициента шума, создаваемого антенной, выполняется по формуле:

са пропускания радиотракта для шумов; Dвх – коэффициент различимости, равный отношению сигнал/помеха на входе радиотракта.

Для обеспечения требуемой чувствительности реальный коэффициент шума радиотракта NFр, пересчитанный к входу радиотракта и определяемый его структурой, не должен превышать допустимого значения, т.е. должно

2.2.3.2. Расчет реального коэффициента шума радиотракта

Источниками шумов радиотракта являются компоненты, обладающие потерями (реальные и виртуальные резисторы), активные компоненты, являющиеся источниками тепловых шумов, токораспределения, избыточных шумов, нелинейных искажений.

Реальный коэффициент шума NFр всего радиотракта связан с коэффициентами шума отдельных его каскадов, пересчитанных к входу приемника, следующим соотношением [1]:

где NF1, NF2, NF3, … – коэффициенты шума каскадов; Kф – номинальный коэффициент передачи по мощности антенного фидера. Для расчётов можно принять Kф 0,95...0,99 , как и значения коэффициента передачи входного

радиочастотного модуля КВЧРМ и дуплексного фильтра КДФ;

KP1, KP2, KP3, … – номинальные коэффициенты передачи по мощности

При выборе ИС, включаемых в радиотракт, необходимо учитывать возможность их применения в заданном рабочем диапазоне (по ТЗ), коэффициент усиления (передачи) и шума, центральную частоту и ширину полосы рабочих частот (пропускания), а также ослабление ЗК и СК на соответствующих частотах (для полосовых фильтров).

55

Расчет реального коэффициента шума (23), создаваемого радиотрактом и пересчитанного к его входу, выполняется для схемы (рис. 8) приемника с уточнением (разд. 2.2.2.2.2). Основные показатели применяемых каскадов вносятся в табл. 5.

Таблица 5

При выборе ИС необходимо учитывать, что все они должны питаться от общего источника с одинаковой для всех величиной напряжения питания.

Справочные величины, указанные в децибелах, перед подстановкой в

(23) необходимо перевести в относительные единицы, учитывая, что: Кр = 100,1 Кр,дБ, NF = 100,1NF,дБ. После вычисления значения NFр следует проверить

выполнение условия (21) и сделать вывод о пригодности принятой структуры. Если условие (21) не выполняется, необходимо дополнительно включить в преселектор каскад УРЧ и таким образом уменьшить реальный коэффициент

56

шума приемника. При этом нагрузкой каскада УРЧ будет входное сопротивление Rвх каскада ПpЧ, равное стандартному волновому сопротивлению микрополосковой линии ρ = 50 Ом. Для расчета коэффициента шума NFр новой структуры необходимо использовать выражение (24)

Если соотношение (21) не обеспечивается при указанных в табл. 5 параметрах интегральных компонентов, необходимо заменить ИС малошумящего усилителя и УРЧ на другие с меньшим коэффициентом шума и повторить расчет (24) NFр или перейти к реализации радиотракта с двукратным преобразованием частоты.

2.2.4. Расчёт коэффициента усиления радиотракта приемника и распределение его по трактам высокой и промежуточной частоты

чувствительности приемника по ЭДС. Для режима согласования с антенной,

Для достижения устойчивого режима преобразования входного сигнала в цифровом сигнальном процессоре (ЦСП), реализующего дискретное

При расчете реального коэффициента усиления КР радиотракта необходимо учитывать коэффициент усиления ЦС, составляющий: КрЦСП = 7,5 дБ.

57

2.2.5. Окончательная структурная схема приемника системы радиодоступа LTE

Выполнение условий (21) и (27) обеспечивает реализацию приемной части трансивера АТ (БС), обладающего требуемой чувствительностью при заданном значении отношения С/Ш для указанного в ТЗ подавления побочных каналов приема и преобразования.

Окончательный вид архитектуры радиотракта, являющийся развитием уточненной структурной схемы (разд. 2.2.2.2.2), должен включать названия каскадов и ИС из табл. 5. Образец оформления структурной схемы приемного тракта приведен на рис. 11.

Рисунок 11

Результирующий коэффициент усиления по мощности (в дБ) получают алгебраическим сложением коэффициентов усиления Кр и затухания L отдельных компонентов (или как произведение безразмерных величин).

3. Разработка структурной схемы радиотракта приёмника стандарта LTE/LTE Advanced с двукратным преобразованием частоты

3.1. Расчёт полосы пропускания радиотракта в случае построения приёмника по схеме с двойным преобразованием частоты (рис. 12) осуществляется аналогично описанной выше методике.

Рисунок 12

58

Следует лишь принять во внимание некоторое увеличение полосы запаса, вызванное наличием двух трактов ПЧ и двух генераторов (гетеродинов):

fзап 2 fс макс с 2 fг1макс г 2 fг2 г 2 fпр1 пр 2 fпр2 пр 2 , (28)

где индексы 1 и 2 относятся к трактам первой и второй ПЧ соответственно ( fпр1 const , следовательно, fг2 const ).

В (28) учтено, что, поскольку генераторы, вырабатывающие опорные напряжения, однотипные, их относительные нестабильности можно принять равными. Также ориентировочно можно считать одинаковыми величины относительного отклонения частоты пр1 и пр2 , определяющие неточности

настроек на первую и вторую ПЧ. Значение fг1макс рассчитывается как

fг1макс fс макс fпр1 , а fг2 fпр1 fпр2 .

Выбор промежуточных частот в схеме с двукратным преобразованием частоты осуществляется из условия реализации заданных селективностей по побочным каналам. Первая ПЧ, как правило, выбирается достаточно высокой (сотни МГц) для обеспечения заданной избирательности по зеркальному каналу относительно частоты первого гетеродина, например, fпр1 374 МГц. Вторая ПЧ

обычно более низкая (десятки МГц), её значение определяется требованиями по подавлению СК, например, fпр2 70 МГц. Конкретное значение каждой из

выбираемых промежуточных частот определяется предложениями производителей ИС.

3.2. Выбор типов и расчет параметров селективных цепей проводится в основном по методике, описанной выше. Неравномерность АЧХ всего радиотракта приёмника с двукратным преобразованием частоты в полосе пропускания радиотракта определяется

где ПЧ1,дБ , ПЧ2,дБ – неравномерности трактов ПЧ1 и ПЧ2.

Поскольку в полосе пропускания радиотракта РЧ ПЧ2 , то можно принятьРТ ПЧ1 ПЧ2 и оценивать неравномерность в полосе пропускания радиотракта по неравномерности в тракте низшей ПЧ.

Проведите расчет преселектора при выбранных значениях промежуточных частот и убедитесь в возможности применения простых резонансных фильтров (одиночных колебательных контуров) для достижения требуемой SeЗК1.

Назначение фильтра на выходе СМ1 идентично используемому в преселекторе, но его включение обеспечивает подавление зеркального канала по второй промежуточной частоте. Выполните расчет числа и параметров одиночных колебательных контуров, обеспечивающих требуемое значение SeЗК2, равное указанному в ТЗ, и сделайте вывод о возможности их применения.

Селективность по СК всего радиотракта определяется следующим образом:

где SeПЧ1,дБ , SeПЧ2,дБ – селективность, обеспечиваемая в трактах ПЧ1 и ПЧ2. Селективность по СК SeСК обеспечивается, в основном, фильтрами в тракте

ПЧ2, которые рассчитываются по методике, описанной выше.

3.3. Оценка структурной схемы радиотракта по требуемой чувствительности

Оценку целесообразно, как и ранее, проводить применительно к конкретному набору микросхем, взятых из Приложения или интернета, используя в качестве исходной приведенную на рис. 6.

Для структуры радиотракта (рис. 6) выражение для коэффициента шума приёмника, пересчитанное к его входу без учёта последних каскадов, выглядит следующим образом:

3.4. Расчёт реального коэффициента усиления радиотракта и распределение его по трактам высокой и промежуточной частоты также проводится с учётом выбранной элементной базы.

Кроме узлов, содержащихся в приемнике с однократным преобразованием (рис. 6), параметры которых уточняются для значений рабочих частот, в радиотракт включаются дополнительные каскады тракта ПЧ2. Их количество и показатели определяются требованиями на выполнение условий SeСК реал SeСК ТЗ

и КР = (1,5…2) KТР.

Конкретный тип ИС, включаемой в радиотракт приемника, выбирается из условий ее применимости в интересующем рабочем диапазоне частот, NF и КР, из приведенных в спецификации или рассчитывается с применением программы

MicroCAP [2, с. 475-486].

Окончательно структурная схема выглядит аналогично, приведенной на рис. 11 с учетом указанных уточнений (28)…(31).

60