6.1.2 Структурные схемы и параметры приемных устройств зс
Задачи приемного устройства — предварительное усиление принятого СВЧ сигнала, разделение сигналов отдельных ВЧ стволов и преобразование их в промежуточную частоту (обычно 70МГц) для последующей обработки. Структурная схема включает малошумящий усилитель МШУ, распределительное устройство РУ, преобразователи частоты ПрЧ по числу принимаемых стволов и элементы тракта ПЧ.
рисунок 6.2 Обобщенная структурная схема приемного устройства.
Применение МШУ характерно для спутниковых линий связи и позволяет существенно увеличить чувствительность ЗС. К основным показателям МШУ относится шумовая температура, коэффициент усиления, полоса пропускания, надежность.
Эквивалентная шумовая температура усилителя ТМШУ должна быть минимальной, однако снижать ее целесообразно до значений, сравнимых с шумовой температурой антенны ТА.
В диапазоне 4ГГц оптимальное значение ТМШУ составляет 15 – 30К и в диапазоне 11 ГГц: 50 – 100 К. Коэффициент усиления МШУ обычно равен 40 – 50 дБ для многоствольных и 30 – 40 дБ для одноствольных станций. Для диапазона 4 ГГц общепринятым значением полосы пропускания является 500МГц, для диапазона 11 ГГц: 0,8 – 1 ГГц. Расчетная наработка на отказ современных МШУ без резервирования составляет: 10000 –50000 ч. Для достижения более высокой надежности применяется дублирование МШУ с автоматическим переключением на резервный комплект.
Первым малошумящим входным устройством, нашедшим широкое применение, был охлаждаемый параметрический усилитель ПУ («Орбита – 2»). Неохлаждаемые ПУ с шумовой температурой до 90 К выполнялись на варакторах с баръером Шотки, твердотельных генераторах накачки на диодах Ганна, циркуляторах с потерями 0,35дБ на плечо. Такие МШУ использовались в системах «Орбита – 2М», «Москва». В настоящий момент ПУ вытеснены значительно более простыми транзисторными усилителями ТрУ. Хорошие результаты получены при построении ТрУ на полевых транзисторах с барьером Шотки (ПТШ): шумовая температура МШУ 20 – 25 К в диапазоне 4 ГГц и 35 – 50 К в диапазоне 11 ГГц.
Распределение энергии СВЧ сигнала может осуществляться селективными или широкополосными устройствами. В первом варианте на вход каждого ПрЧ поступает сигнал только одного ВЧ ствола, что затрудняет оперативную перестройку на другой ствол, однако потери сигнала минимальны. В устройствах второго типа, используемых с перестраиваемыми преобразователями частоты, на входе каждого ПрЧ присутствуют сигналы всех ВЧ стволов. Потери сигнала в каждом плече одинаковы и составляют не менее 10 дБ.
Особенность построения преобразователя частоты – необходимость обеспечения высокой избирательности по побочным каналам приема, прежде всего по зеркальному каналу, отстоящему от основного на значение удвоенной ПЧ.
Гетеродин должен обладать высокой стабильностью частоты (не хуже 2-10-7) и низкого уровня паразитной частотной модуляции сигнала гетеродина.
Современным требованиям к гетеродинам удовлетворяют цепочки усилительных и умножительных каскадов на транзисторах и варакторах, задающим каскадом которых является генератор с кварцевой стабилизацией частоты. Во избежание возрастания шумов кратность умножения не должна быть большой, поэтому частоту задающего генератора выбирают в диапазоне 100 – 150 МГц, где кварцевые резонаторы еще сохраняют удовлетворительные параметры.
В перестраиваемых преобразователях частоты в качестве гетеродина используют синтезатор частоты, он содержит перестраиваемый генератор, частота которого сравнивается с частотой эталонного кварцевого генератора и стабилизируется с помощью петли фазовой автоподстройки частоты. Изменяя кратность деления частоты перестраиваемого генератора перед сравнением, можно в широких пределах перестраивать выходную частоту синтезатора, сохраняя высокую стабильность частоты и низкие фазовые шумы.
Тракты ПЧ приемников ЗС не имеют принципиальных отличий от аналогичных устройств других линий связи СВЧ-диапазона, например радиорелейных. После смесителя включается полосовой фильтр, обеспечивающий требуемую избирательность 25 – 50 дБ по побочным (соседним) каналам приема, расположенным вблизи основного канала. Для уменьшения линейных искажений сигнала неравномерность АЧХ фильтра в полосе пропускания 34 МГц не должна превышать 1 дБ. В то же время эквивалентную шумовую полосу фильтра, определяющую энергетику линии связи, стремятся сделать как можно меньше. Усилитель ПЧ представляет собой широкополосный усилитель с АРУ, содержащий обычно четыре-пять идентичных каскадов с коэффициентом усиления каждого 12 – 14 дБ. Разработаны интегральные схемы, выполняющие функции такого каскада. Особенность УПЧ спутниковых систем — необходимость получения низкочастотного управляющего сигнала для системы автосопровождения. Для этой цели используют сигнал АРУ или дополнительно усиленный и продетектированный пилот-сигнал, вводимый на передающей стороне.
Для повышения помехозащищенности по побочным каналам используют вторую и третью ПЧ, причем первый преобразователь расположен совместно с МШУ за зеркалом антенны.