РЭС ЗИ / ЛЕКЦИЯ №11

ЛЕКЦИЯ №11

5.9. Выносной дистанционно управляемый конвертер АРК-КНВ4

Преобразователь радиосигналов АРК-КНВ4 работает в составе комплексов широкополосного автоматизированного радиомониторинга и выявления технических каналов утечки информации по радиоканалам. Он предназначен для переноса радиосигналов диапазона частот 1...18 ГГц на промежуточные частоты 299,2 или 708,8 МГц. Конвертер может использоваться как носимое или как стационарное устройство, устанавливаемое на мачте или штативе. Конвертер подключается к ЦР-ПУ АРК-ЦТ1, АРК-ЦТ2, АРК-ПР5.

Характеристики преобразователя радиосигналов АРК-КНВ4

Диапазон принимаемых частот, ГГц; при работе от внутренней антенны.3...18

при работе от входа внешней антенны.........................1...18

Частота выходного сигнала, МГц................................299 или 708,6

Относительная нестабильность гетеродина, не хуже.............2 10^-7

Полоса пропускания по уровню -3 дБ, не менее, МГц...... 10

Чувствительность конвертера по полю при работе от внутренней

антенны в полосе пропускания 10 кГц, мкВ/м, не хуже...........50

Коэффициент передачи при работе от внешней антенны, дБ.....0

Погрешность коэффициента передачи при работе от внешней

антенны, дБ, не более...........................................6

Относительный уровень интермодуляционных помех 3-го порядка при расстройке между сигналами 10 МГц для полосы пропускания 120 кГц приемника, дБ, не более..64

Подавление побочных каналов приема при работе от внутренней

антенны, дБ, не более...........................................45

Коэффициент шума (без учета коэффициента передачи антенной

цепи), дБ, не хуже...............................................14

Средний уровень собственных шумов в полосе пропускания

120 кГц, Вт, не более............................................4 10^-11

Динамический диапазон, дБ.....................................70

Неравномерность сквозной АЧХ, не более, дБ...................±6

Фазовый шум при расстройке на 10 кГц, дБ/Гц, не более........-80

Точка пересечения интермодуляции третьего порядка, дБм......-5

КСВ по входу внешней антенны, при входном сопротивлении 50Ом, не хуже..2

КСВ по выходу, не хуже.........................................3

Питание, В......................................................12±3,0 или 27±3,0

Потребляемая мощность, не более, ВА..........................19

Габаритные размеры (ширина х высота х глубина), не более, мм .. 250x220x90

Масса, не более, кг.............................................2,0

Рабочий диапазон температур, °С...............................-10...+50

Относительная влажность окружающей среды, %, не более......80.

Внешний вид конвертера АРК-КНВ4 показан на рис. 5.42, а на рис. 5.43 показано размещение конвертера на штативе и диэлектрической мачте совместно с рупорной измерительной антенной.

Структурная схема конвертера АРК-КНВ4 приведена на рис. 5.44. Конвертер АРК-КНВ4 состоит из блока активных антенн, блока преселектора и 1-й УПЧ, синтезатора, смесителя, двух синтезаторов, блока второй ПЧ, опорного генератора и устройства управления.

Встроенная антенная система АРК-КНВ4 содержит 8 диапазонных активных антенн, реализованных по схеме фазированной антенной решетки с линейной поляризацией сигнала. Сигнал с выхода антенной системы, соответствующей частоте настройки коммутатора, с помощью коммутатора через групповой тракт поступает на смеситель. Девятый вход коммутатора используется при переходе в режим работы от внешней антенны. Коэффициент передачи сигнала от входа для внешней антенны до выхода ПЧ составляет 0 дБ. Таким образом, конвертер АРК-КНВ4 совместно с измерительной антенной можно использовать для измерения напряженности поля.

Рис. 5.42. Конвертер АРК-КНВ4 на штативе

Рис. 5.43. Конвертер АРК-КНВ4 на диэлектрической мачте

Рис. 5.44. Структурная схема конвертера АРК-КНВ4

С выхода смесителя сигнал проходит через блок первой ПЧ. Здесь сигнал усиливается и ограничивается по полосе. Далее сигнал первой ПЧ поступает на блок второй ПЧ, который осуществляет дополнительную частотную селекцию, усиление и перенос сигнала на выходную частоту второй ПЧ. Синтезаторы и формируют сигналы, необходимые для смесителей.

После фильтрации, усиления и преобразования частоты сигналы с выхода АРК-КНВ4 на промежуточной частоте 299,2 или 708,8 МГц поступают на вход ЦРПУ. Значение ПЧ определяется частотой настройки АРК-КНВ4 в соответствии с принятым при разработке частотным планом.

Блок управления принимает команды от внешних устройств по последовательной шине RS-485, передает данные в блок активных антенн, блоки синтезаторов и блок второй ПЧ. Блок управления АРК-КНВ4 имеет энергонезависимое ЗУ, в котором хранятся подстроенные параметры - коэффициенты коррекции частоты тактового генератора, юстировки аттенюаторов и т.п. Эти параметры автоматически загружаются после включения конвертера или подачи сигнала аппаратного сброса.

Выносной дистанционно управляемый конвертер радиосигналов АРК-КНВ4 внесен Государственным стандартом Российской Федерации в реестр средств измерений [2].

5.10. Цифровое радиоприемное устройство АРК-ПР5 «Аргамак»

Цифровое радиоприемное устройство АРК-ПР5 «Аргамак» [2] по сравнению с АРК-ЦТ1 и АРК-ЦТЗ имеет уменьшенные в несколько раз массу и габаритные размеры. При этом его параметры по точности, чувствительности превосходят АРК-ЦТЗ, а время настройки синтезатора по частоте уменьшено и составляет не более 2 мс. Конструкция приемника состоит из двух модулей: ВЧ-ОВЧ-СВЧ преобразователя радиосигналов АРК-ПС5 и модуля цифровой обработки сигналов АРК-ЦО, как показано на рис. 5.45.

Рис. 5.45 Укрупненная структурная схема ЦРПУ «Аргамак».

Каждый из модулей размещается на многослойной печатной плате размером 100x160 мм. Исполнение каждого из двух модулей делает возможным их совместное или раздельное использование в аппаратуре. Важной особенностью ЦРПУ является возможность его применения без каких-либо доработок в многоканальных когерентных системах. Кроме того, ЦРПУ имеет стабильные характеристики, возможность подключения внешнего опорного генератора, что позволяет использовать его в качестве измерительного средства. Еще одной полезной особенностью является возможность выбора полосы пропускания приемника из значений 2, 5 или 10 МГц.

Рис. 5.46. ЦРПУ АРК-ПР5: а — вид спереди; б — вид сзади

Рис. 5.47. ЦРПУ АРК-ПР5 в защитном кейсе с резервным аккумулятором

В зависимости от полосы пропускания приемника совместно с ним используются модули цифровой обработки сигналов АРК-ЦО2, АРК-ЦО5 и АРК-ЦО10 с полосой пропускания 2, 5 и 10 МГц соответственно.

В зависимости от варианта исполнения ЦРПУ «Аргамак» может размещаться в отдельном корпусе, как показано на рис. 5.46, в защитном кейсе (рис. 5.47) или встраиваться непосредственно в аппаратуру, например, в антенную систему пеленгатора «Артикул-П», в корпус ручного радиопеленгатора АРК-РП4 и т.п.

ЦРПУ «Аргамак» имеет аналоговые выходы ПЧ с шириной полосы 2, 5 или 10 МГц для подключения к нему различной декодирующей или демодулирующей аппаратуры.

Технические характеристики ЦРПУ АРК-ПР5 «Аргамак»

Рабочий диапазон частот базового комплекта, МГц............0,009.-.3000

Входной аттенюатор, дБ..........................................................0...30 с шагом 2

Максимально допустимый сигнал на входе, дБм.................23

Коэффициент шума, дБ, в диапазоне, МГц, не более:

25...1000.....................................................................................12

свыше 1000................................................................................14

Нестабильность частоты опорного генератора.................5٠10^-7

Относительная погрешность установки частоты (-20...+50 °С) . 5٠10^-7

Время настройки синтезатора, мс, не более...................2

Фазовый шум гетеродина при расстройке на 10 кГц, дБ/Гц, в диапазоне, МГц:

25...1000......................................................................... -.95

свыше 1000..........................................................................- 85

Избирательность и нелинейные искажения: точка пересечения по интермодуляции 3-го порядка 1Р3, дБмО ослабление помехи промежуточной частоты, не менее, дБ ....................................................... 70

избирательность по зеркальному каналу, дБ..................70

динамический диапазон по интермодуляции 3-го и 2-го порядков, дБ.....75

неравномерность коэффициента передачи в рабочем диапазоне частот не более, дб…………………±3

Сигнал промежуточной частоты:

частота аналогового сигнала ПЧ, МГц........................10,7 или 41,6

полоса пропускания до выхода ПЧ, МГц......................2, 5 или 10

Блок цифровой обработки сигналов: дискретность установки частоты настройки демодулятора, Гц …1

встроенный демодулятор .........................AМ, ЧМ, ФМ, ОМ, ЧТ

детекторы для измерения уровня сигнала ...................пиковый, квазипиковый, среднеквадратический

Скорость вычисления спектра при использовании, МГц/с:

модуля цифровой обработки АРК-ЦО2.......................600

модуля цифровой обработки АРК-ЦО5.......................1500

модуля цифровой обработки АРК-ЦО10......................3000

Выходы, интерфейса управления и передачи данных:

низкочастотный выход звука.................................Имеется

выход звука на наушники....................................Имеется

интерфейс управления и передачи данных ..................USB 2.0

Интервал рабочих температур, °С.............................-20…+50

Напряжение питания, В........................................9...16

Потребляемая мощность, ВА..................................15

Габаритные размеры (ширина х высота х глубина), мм..........108x42x200

Масса, кг, не более...........................................1,5

Модуль цифровой обработки АРК-ЦО имеет звуковой линейный и регулируемый выходы из цифрового демодулятора сигналов, получение команд и передача данных в ПЭВМ осуществляется по последовательному интерфейсу USB 2.0. В ПЭВМ передаются вычисленные спектральные панорамы или временные выборки сигналов. Скорость получения спектральной панорамы зависит от полосы пропускания приемника и блока цифровой обработки и может превышать 3000 МГц/с при полосе пропускания 10 МГц. Возможна передача в ПЭВМ непрерывной временной выборки произвольной длительности для принимаемого сигнала с полосой до 2 МГц. Для полосы сигнала 5 МГц и 10 МГц передаются временные выборки ограниченной длительности.

Достижение малых массы и габаритных размеров ЦРПУ стало возможным за счет использования современных пассивных радиоэлектронных компонентов типоразмеров 0402, 0603 и 0805 и микросхем в безвыводных корпусах MLP, QFN, при использовании которых плотность поверхностного монтажа составила более 10 элементов на квадратный сантиметр.

На плату приемника АРК-ПР5 размером 100 х 160 мм установлено около 1800 элементов. В топологии печатных плат предусмотрены реперные знаки для автоматической сборки, имеются контрольные точки для автоматизированной регулировки. Для производства многослойной печатной платы использовались материалы FR-4 и RO4350, что позволило обеспечить повторяемость параметров от образца к образцу, учесть эти параметры в математических моделях. На всех этапах проектирования широко применялось математическое моделирование, позволившее сбалансировать характеристики узлов приемника, выбрать наилучшее расположение компонентов печатного монтажа без изготовления опытных образцов.

Модуль ВЧ-ОВЧ-СВЧ АРК-ПС5 представляет собой устройство размером 100 х 160 x 20 мм, размещенное на одной плате в стандарте Euro-board. Модуль предназначен для приема радиосигналов в диапазоне частот 9 кГц...3 ГГц. Выходным сигналом является сигнал ПЧ на частоте 10,7 или 41,6 МГц. Выбор значения ПЧ для каждого из двух выходов осуществляется программно. Для приема в УКВ диапазоне 25...3000 МГц при выходной ПЧ 41,6 МГц используется два преобразования частоты, при выходной ПЧ 10,7 МГц — три преобразования.

Для приема в KB диапазоне 0,009...30 МГц при выходной ПЧ 41,6 МГц используется одно преобразование частоты и два при выходной ПЧ 10,7 МГц.

Сигнал выходной ПЧ поступает на два независимых выходных разъема, для каждого из которых можно назначить свое значение ПЧ,

Для организации синхронной работы гетеродинов приемника в составе комплекса из нескольких АРК-ПР6 на его плате размещены четыре разъема. Используя их, можно обеспечить следующие режимы синхронизации:

1) полностью автономная работа от внутреннего опорного генератора частотой 12,8 МГц с точностью 5٠10^-7;

2) автономная работа синтезаторов частоты от внешнего опорного генератора, сигнал которого подается на один из четырех разъемов синхронизации с целью повышения точности установки частоты и для частотной синхронизации комплекса из нескольких модулей АРК-ПС5;

3) автономная работа от внутреннего опорного генератора с выдачей сигнала опорной частоты на один из четырех разъемов синхронизации для частотной синхронизации комплекса из нескольких модулей АРК-ПС5;

4) работа синтезаторов от внутреннего опорного генератора с выдачей сигналов гетеродинов на четыре внешних разъема для обеспечения синхронизации частот нескольких АРК-ПС5 с точностью до фазы (например, работа в составе пеленгаторных комплексов);

5) режим полностью ведомых гетеродинов с отключенными внутренними опорными генераторами и синтезаторами частот для обеспечения синхронизации нескольких изделий АРК-ПС5 с точностью до фазы (например, работа в составе пеленгаторных комплексов).

Во всех указанных режимах настройка преселекторов и других узлов обеспечивается по шине управления независимо для каждого изделия АРК-ПС5 в соответствии с командами от управляющей ПЭВМ или другого устройства.

Структурная схема ВЧ-ОВЧ-СВЧ преобразователя радиосигналов АРК-ПС5 ЦРПУ «Аргамак» приведена на рис. 5.48.

На входе блоков преселекторов ВЧ и ОВЧ-СВЧ установлены блоки аттенюаторов, предназначенные для ослабления входных сигналов в пределах 0...30 дБ с шагом 2 дБ,

Блок преселекторов тракта 25...3000 МГц предназначен для предварительной селекции с целью подавления сигналов на побочных каналах приема и улучшения отношения сигнал-шум на входе первого смесителя. Входной сигнал через входной коммутатор поступает на входы перестраиваемых фильтров, которые осуществляют селекцию входного сигнала в заданных диапазонах частот. Имеются семь перестраиваемых диапазонных фильтров (ППФ1-ППФ7), переключаемых входным и выходным коммутаторами, для интервалов частот: 25...53; 53...110; 110...225; 225...465; 465...850; 850...1600; 1600...3000 МГц. В пределах этих интервалов каждый фильтр перестраивается варикапами, управление которыми осуществляется от ЦАП.

Блок преселекторов тракта 9 кГц...30 МГц состоит из четырех полосовых фильтров для поддиапазонов частот 9...1500 кГц, 1,5...4,5, 4,5... 12, 12...30 МГц. При этом фильтр для нижнего поддиапазона является неперестраиваемым, три других фильтра — перестраиваемые с полосой пропускания 1 или 2 МГц.

Управление ЦАП и коммутаторами преселекторов обеспечивается микропроцессорным блоком управления. Индивидуальные настройки преселекторов для каждого экземпляра сохраняются в энергонезависимом запоминающем устройстве, что позволяет получить малую неравномерность коэффициента передачи как в полосе пропускания, так и во всем рабочем диапазоне.

Блоки преобразователей частоты (БПЧ) предназначны для переноса сигналов радиочастот на промежуточные частоты, усиления и подавления зеркальных каналов и состоят из трех модулей и фильтров ПЧ.

Сигнал с блока преселекторов ОВЧ-СВЧ диапазонов поступают на вход БПЧ1, который осуществляет преобразование входного сигнала на промежуточные частоты 300 и 706,8 МГц в соответствии с частотным планом. Сигнал поступает на вход перового смесителя (СМ1), на другой вход смесителя поступает сигнал с перестраиваемого гетеродина. Сигнал от гетеродина подается через коммутатор от одного из трех источников: от внешнего гетеродина или с одного из двух внутренних генераторов ГУН 1.1 или ГУН 1.2, выбираемых в соответствии с частотным планом. В результате преобразования сигнала на выходе смесителя образуется сигнал первой промежуточной частоты ПЧ1 с частотой 300 или 706,8 МГц, который затем поступает на блок фильтров ПЧ1. Значения первой промежуточной частоты ПЧ1 и частоты перестраиваемого гетеродина БПЧ1 в зависимости от частоты приемника приведены в табл. 5.5.

Таблица 2.5 Значения первой промежуточной частоты и частоты гетеродина

Частота настройки, МГц	Частота гетеродина, МГц	ПЧ, МГц
25...464,8	731,8...1171,8	706,8
464,9... 1000	764,9...1300	300
1000,1...1599,1	1706,9...2305,9	706,8
1539,2...2600,6	1899,2...2300,6	300
2600,7... 3000	1893,9...2293,2	706,8

С выхода блока фильтров ПЧ1 сигнал подается на БПЧ2. Блок осуществляет преобразование сигнала первой ПЧ в сигнал второй ПЧ 41,6 МГц. Сигнал с блока фильтров ПЧ1 поступает на вход СМ2, на другой его вход поступает сигнал от одного из гетеродинов, выбранных в соответствии с частотным планом. С выхода СМ2 сигнал второй промежуточной частоты ПЧ2 частотой 41,6 МГц поступает на блок фильтров ПЧ2 и далее на БПЧ4 и на коммутатор выходов ПЧ.

Сигнал с блока преселекторов ВЧ диапазона поступает на БПЧЗ, где он преобразуется на ПЧ 41,6 МГц. БПЧ4 преобразует сигнал второй ПЧ в сигнал третьей ПЧ 10,7 МГц.

Сигнал выходной ПЧ поступает на два независимых выходных разъема, для каждого из которых можно программно назначить значение ПЧ 41,6 или 10,7 МГц.

Все гетеродины БПЧ выполнены на основе синтезаторов частоты. Единая опорная частота 12,8 МГц, поступающая на синтезаторы, вырабатывается термостатированным внутренним опорным генератором либо внешним опорным генератором с частотой 12,8 МГц.

Блок управления обеспечивает прием команд и передачу управляющих напряжений и команд в узлы приемника. Структурная схема блока управления приведена на рис. 5.49.

Блок управления состоит из узла микропроцессорного управления (МПУ) и двух цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП1 и ЦАП2). Команды от внешнего источника, например от модуля АРК-ЦО, поступают на блок управления по последовательной шине протокола RS-485, Блоки ЦАП формируют управляющие напряжения для преселекторов и кварцевого опорного генератора.

Блок питания приемника преобразует постоянное входное напряжения 9...16 В в набор постоянных выходных напряжений (-3; +5; +3,3; + 15 и +25 В), необходимых для питания блоков. Структурная схема блока питания приведена на рис. 5.50.

Рис. 5.49. Структурная схема блока управления

Рис. 5.50. Структурная схема блока питания

Блок питания состоит из вторичных источников питания (ВИП), входных и выходных фильтров питания (ФП), уменьшающих пульсации выходных напряжений, и стабилизатора (СТ), обеспечивающего дежурное питание микропроцессора.