ЧАСТОТНЫЙ КОНВЕРТОР Российский патент 2025 года по МПК H04B1/40 H04B7/15 

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в составе систем радиосвязи и передачи данных в качестве высоколинейных трактов приема и передачи, позволяющих передавать и принимать сигналы с высокими видами модуляции для организации радиорелейных линий связи.

Известна широкополосная система радиосвязи с частотным дуплексом (RU 2632818), содержащая цифровой модем, приемопередатчик, включающий в себя передающий тракт, приемный тракт, причем передающий тракт образован передающим конвертором, а приемный тракт образован приемным конвертором.

Недостатком известной системы является длительная настройка фильтра ППФ, сложности в обеспечении повторяемости компонентов перестраиваемого фильтра передатчика, и как результат к повторяемости параметров фильтра.

Известен блок приемопередатчика (ЕА 035206), содержащий волновод, фильтр, модем, конвертор приемника, конвертор передатчика и блок питания. При этом конвертор приемника (КПРМ) представляет собой самостоятельное устройство в составе приемопередатчика и включает малошумящий усилитель приемника, смеситель, полосовой фильтр, усилитель, аттенюатор, детектор, синтезатор частот и опорный генератор, конвертор передатчика (КПРД) также представляет собой самостоятельное устройство в составе приемопередатчика и включает выходной усилитель, аттенюатор, смеситель, усилитель, первый полосовой фильтр, детектор, блок управления, синтезатор частот.

Недостатком известного устройства является ограничение диапазона частот блока приемопередатчика, невысокий объем передаваемой информации, сложность схемы, высокое энергопотребление, высокие масса-габаритные показатели.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является частотный понижающий конвертор (RU 9107), включающий смеситель, гетеродин (синтезатор частот), усилитель сверхвысокой частоты (СВЧ) с регулируемым коэффициентом усиления, полосовой фильтр, и представляющий собой приемный конвертор.

Недостатком наиболее близкого аналога является то, что он представляет собой только приемную часть конвертора, тогда как на практике может быть востребован конвертор, содержащий как приемную часть, так передающую. При этом в известном устройстве на входе использован СВЧ усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, имеющий больший коэффициент шума в отличие от малошумящего усилителя СВЧ.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей частотного конвертора, расширение диапазона рабочих частот, увеличение объема передаваемой информации, снижение потребляемой мощности и уменьшение габаритных размеров.

Технический результат достигается тем, что в частотном конверторе, содержащем смеситель, синтезатор частот, полосовой фильтр, частотный конвертор включает приемный тракт 1 и передающий тракт 2, размещенные в едином корпусе на одной плате, и синтезатор частот 3 выполненный единым для приемного 1 и передающего 2 трактов, при этом приемный тракт 1 дополнительно содержит вентиль 4, вход которого является входом сигнала высокой частоты (ВЧ) частотного конвертора, а выход соединен со входом малошумящего усилителя 5, выход которого соединен со входом ВЧ управляемого аттенюатора 6, выход которого соединен с ВЧ входом балансного смесителя 7, второй вход балансного смесителя 7 подключен к одному из выходов синтезатора частот 3, два квадратурных выхода балансного смесителя 7 соединены с двумя входами ответвителя 8, выход которого соединен со входом полосового фильтра 9 на промежуточную частоту (ПЧ) приемного тракта 1, равную разнице частот входного сигнала и сигнала синтезатора частот 3, выход полосового фильтра 9 соединен со входом первого управляемого аттенюатора ПЧ 10, выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ 11, выход которого соединен со входом полосового фильтра ПЧ 12, выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ 13, выход которого соединен со входом управляемого аттенюатора ПЧ 14, выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ 15, выход которого является выходом приемного тракта 1, управляемые аттенюаторы 6, 10, 14 соединены с шиной управления SPI, передающий тракт 2 содержит полосовой фильтр 16, который является входом частотного конвертора по промежуточной частоте передачи (ПЧ), выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ 17, выход которого соединен со входом ответвителя 18, два выхода которого соединены с квадратурными входом балансного смесителя 19, третий вход которого соединен с одним из выходов синтезатора частот 3, ВЧ выход балансного смесителя 19 соединен со входом управляемого аттенюатора 20, выход которого соединен со входом усилителя сигнала ВЧ 21, выход которого подключен ко входу модуля усиления мощности 22, в котором ответвитель 23 делит сигнал на два, выходы которого соединены с входами усилителей сигнала ВЧ 24 и 25, выходы которых соединены с входами ответвителя 26, выход которого соединен со входом вентиля 27, выход которого соединен с входом проходного детектора 28, ВЧ выход которого является выходом ВЧ частотного конвертора, низкочастотный выход детектора 28 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 30 узла контроля и обработки сигналов 29, включающего также цифровой датчик температуры 31, ключ защиты 32, которые соединены также с шиной управления, управляющие выходы ключа защиты 32 соединены с усилителем сигнала ПЧ 17 и усилителями сигнала ВЧ 21, 24 и 25, а синтезатор частот 3 состоит из генератора опорной частоты 33, выход которого соединен со входом микросхемы синтезатора 34, выход которой соединен со входом СВЧ усилителя сигнала синтезатора частот (СЧ) 35, выход которого соединен со входом делителя мощности сигнала СЧ 36, один выход которого соединен со входом балансного смесителя 7 приемного тракта 1, а второй соединен со входом балансного смесителя 19 передающего тракта 2, микросхема синтезатора 34 соединена с шиной управления SPI.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структурная схема частотного конвертора.

Частотный конвертор включает приемный тракт 1 и передающий тракт 2, размещенные в едином корпусе на одной плате, и синтезатор частот 3, выполненный единым для приемного 1 и передающего 2 трактов.

Приемный тракт 1 содержит вентиль 4, вход которого является входом сигнала высокой частоты (ВЧ) частотного конвертора, а выход соединен со входом малошумящего усилителя 5, выход которого соединен со входом ВЧ управляемого аттенюатора 6, выход которого соединен с ВЧ входом балансного смесителя 7, второй вход балансного смесителя 7 подключен к одному из выходов синтезатора частот 3, два квадратурных выхода балансного смесителя 7 соединены с двумя входами ответвителя 8, выход которого соединен со входом полосового фильтра 9, выход полосового фильтра 9 соединен со входом первого управляемого аттенюатора ПЧ 10, выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ 11, выход которого соединен со входом полосового фильтра ПЧ 12, выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ 13, выход которого соединен со входом управляемого аттенюатора ПЧ 14, выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ 15, выход которого является выходом приемного тракта 1, управляемые аттенюаторы 6, 10,14 соединены с шиной управления SPI.

Передающий тракт 2 содержит полосовой фильтр 16, который является входом частотного конвертора по промежуточной частоте передачи (ПЧ), выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ 17, выход которого соединен со входом ответвителя 18, два выхода которого соединены с квадратурными входом балансного смесителя 19, третий вход которого соединен с одним из выходов синтезатора частот 3, ВЧ выход балансного смесителя 19 соединен со входом управляемого аттенюатора 20, выход которого соединен со входом усилителя сигнала ВЧ 21, выход которого подключен ко входу модуля усиления мощности 22, в котором ответвитель 23 делит сигнал на два, выходы которого соединены с входами усилителей сигнала ВЧ 24 и 25, выходы которых соединены с входами ответвителя 26, выход которого соединен со входом вентиля 27, выход которого соединен с входом проходного детектора 28, ВЧ выход которого является выходом ВЧ частотного конвертора, низкочастотный выход детектора 28 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 30 узла контроля и обработки сигналов 29, включающего также цифровой датчик температуры 31, ключ защиты 32, которые соединены также с шиной управления, управляющие выходы ключа защиты 32 соединены с усилителем сигнала ПЧ 17 и усилителями сигнала ВЧ 21, 24 и 25.

Синтезатор частот 3 содержит генератор опорной частоты 33, выход которого соединен со входом микросхемы синтезатора 34, выход которой соединен со входом СВЧ усилителя сигнала синтезатора частот (СЧ) 35, выход которого соединен со входом делителя мощности сигнала СЧ 36, один выход которого соединен со входом балансного смесителя 7 приемного тракта 1, а второй соединен со входом балансного смесителя 19 передающего тракта 2, микросхема синтезатора 34 соединена с шиной управления SPI.

Синтезатор частот 3 является гетеродином для приемного тракта 1 и возбудителем частот для передающего тракта 2. Высокочастотный сигнал в требуемом диапазоне частот формируется микросхемой синтезатора 34 с использованием генератора опорной частоты 33, усиливается до необходимого уровня усилителем сигнала СЧ 35. Делитель мощности сигнала 36 делит сигнал на два и обеспечивает согласованные тракты для подачи в приемный тракт 1 (сигнал гетеродина) и передающий тракт 2 (сигнал возбудителя).

Работа в режиме приема осуществляется следующим образом.

Принятый от антенны сигнал поступает в приемный тракт 1, проходит через вентиль 4, где обеспечивается стабильная согласованная нагрузка по входу. Далее сигнал поступает на малошумящий усилитель 5 приемного тракта 1, имеющий низкий коэффициент шума и высокую линейность, в котором происходит усиление входного сигнала, после чего сигнал поступает на первый управляемый аттенюатор 6, обеспечивающий регулировку уровня сигнала высокой частоты на входе балансного смесителя 7. Синтезатор частот 3 формирует высокочастотные сигналы, служит гетеродином для переноса сигнала в приемном тракте 1 с рабочей частоты на промежуточную. Затем балансный смеситель 7 переносит входной сигнал с помощью сигнала гетеродина на промежуточную частоту приемного тракта 1. Микросхема балансного смесителя 7 имеет на входе встроенный квадратурный делитель, который обеспечивает разность фаз двух выходных сигналов ПЧ в 90° при входных частотах ВЧ выше частот гетеродина и минус 90° - при входных частотах ниже частот гетеродина. Два выходных сигнала балансного смесителя 7 подаются на ответвите ль 8, выполняющий роль квадратурного сумматора. В зависимости от того, в каком диапазоне частот - нижнем или верхнем, работает приемный тракт 1, выходной сигнал квадратурного сумматора снимается с нужного выхода. Выход, на котором сигналы ПЧ вычитаются, соединяют с нагрузкой для обеспечения согласования по всем входам сумматора. Далее сигнал поступает на полосовой фильтр 9, в котором обеспечивается выделение сигнала промежуточной частоты и фильтрация паразитных продуктов преобразования сигнала высокой частоты на промежуточную частоту. Полученный сигнал промежуточной частоты поступает на управляемый аттенюатор ПЧ 10, который обеспечивает стабильность выходного уровня сигнала ПЧ в заданных пределах и исключает блокирование в требуемом динамическом диапазоне по уровню входного сигнала. Затем сигнал ПЧ усиливается усилителем ПЧ 11 и фильтруется полосовым фильтром ПЧ 12, обеспечивающим совместно с полосовым фильтром 9 шумовую полосу выходного сигнала. Далее сигнал усиливается усилителем ПЧ 13, поступает на управляемый аттенюатор ПЧ 14, который также участвует в обеспечении стабильного уровня выходного сигнала, и усиливается до необходимого уровня усилителем ПЧ 15.

Управление установкой частоты синтезатора 3, величиной затухания управляемых аттенюаторов 6, 10, 14 осуществляется по шине SPI.

Работа в режиме передачи осуществляется следующим образом.

Входной модулированный сигнал промежуточной частоты (ПЧ) поступает на полосовой фильтр 16 для подавления паразитных составляющих модулированного сигнала и далее поступает на вход усилителя сигнала ПЧ 17, где сигнал усиливается и далее поступает на вход квадратурного направленного ответвителя 18 для деления мощности пополам и сдвигом фазы на 90° для одного из них, и поступает на двойной балансный смеситель 19. Синтезатор частот 3 формирует высокочастотные сигналы, служит возбудителем для переноса сигнала в передающем тракте 2 с промежуточной частоты на рабочую частоту. Сдвиг фазы одного из двух сигналов ПЧ определяет в каком диапазоне частот - верхнем или нижнем, будет работать частотный конвертор передающего тракта 2. Преобразованный в балансном смесителе 19 сигнал рабочей частоты поступает на вход цифрового управляемого аттенюатора 20, который управляется по шине SPI, для регулировки уровня выходной мощности и далее передается в усилитель ВЧ 21. После усиления мощности, сигнал рабочей частоты поступает на вход модуля усиления мощности 22. Модуль усиления мощности построен на двух микросхемах по балансной схеме. Для деления и суммирования мощности используются 3 дБ квадратурные направленные ответвители 23, 26, для усиления сигнала используются усилители ВЧ 24 и 25. Для защиты от обрыва и короткого замыкания нагрузки установлен СВЧ вентиль 27. Усиленный сигнал необходимого уровня мощности через детектор мощности 28 поступает на выход частотного конвертора. Детектор мощности 28 выдает постоянное напряжение Uпад, пропорциональное уровню выходной мощности. Uпад поступает на АЦП 30, расположенный в узле контроля и обработки сигналов 29, который преобразует его в цифровой сигнал и передает его для дальнейшей обработки. В узле контроля и обработки сигналов также расположен цифровой датчик температуры 31 и ключ защиты по цепи питания 32. Ключ выполнен на основе полевой N-канальной транзисторной сборки. При отсутствии запирающего отрицательного напряжения ключ защиты отключает напряжения питания усилителя 17 и усилителей ВЧ 21, 24, 25 для предотвращения выхода их из строя. Также на основе ключа защиты реализовано отключение указанных усилителей при переводе частотного конвертора в дежурный режим. Техническое решение обеспечивает:

- прием сигнала в диапазонах рабочих частот от 10,7 до 11,7 ГГц, перенос принятых сигналов на промежуточную частоту 480 МГц, фильтрацию, усиление до необходимого уровня и передачу в модем для дальнейшей обработки;

- формирование сигнала рабочей частоты передачи путем сложения частоты синтезатора и модулированного сигнала промежуточной частоты 1010 МГц, его дальнейшего усиления до необходимого уровня мощности в непрерывном режиме работы.

Таким образом, благодаря размещению в частотном конверторе приемного 1 и передающего 2 трактов в едином корпусе на одной плате, и использование единого синтезатора частот 3 позволяет расширить функциональные возможности устройства и уменьшить габаритные размеры устройства.

Причем введение в схему приемного тракта дополнительно вентиля 4; ответвителя 8, полосового фильтра 12, управляемого аттенюатора ПЧ 10; усилителей 13 и 15, введение в схему передающего тракта 2 дополнительно ответвителей 18, 23 и 26, модуля усиления мощности 22, усилителей ВЧ 24 и 25, вентиля 27, а также наличие узла контроля и обработки сигналов 29, включающего аналого-цифровой преобразователь 30, цифровой датчик температуры 31, ключ защиты 32, позволяет расширить диапазон частот и увеличить объем передаваемой информации, снизить потребляемую мощность.

Применение малошумящего усилителя 5 на входе устройства и управляемого аттенюатора 6 вместо СВЧ усилителя с регулируемым коэффициентом усиления позволяет уменьшить коэффициент шума частотного конвертора и тем самым улучшить чувствительность и соответственно увеличить дальность связи радиосистемы.

Благодаря наличию ключа защиты 32 повышается надежность работы устройства, путем отключения напряжения питания усилителей мощности (усилителя ПЧ 17 и усилителей ВЧ 21, 24, 25) при отсутствии запирающего отрицательного напряжения, для предотвращения выхода их из строя, а также отключения указанных усилителей мощности при переводе частотного конвертора в дежурный режим.

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в составе систем радиосвязи и передачи данных в качестве высоколинейных трактов приема и передачи, позволяющих передавать и принимать сигналы с высокими видами модуляции для организации радиорелейных линий связи. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей частотного конвертора, расширение диапазона рабочих частот, увеличение объема передаваемой информации, снижение потребляемой мощности и уменьшение габаритных размеров. Частотный конвертор содержит приемный тракт (1) и передающий тракт (2), размещенные в едином корпусе на одной плате, и синтезатор частот (3). Приемный тракт (1) содержит последовательно соединенные вентиль (4), малошумящий усилитель (5), управляемый аттенюатор (6), балансный смеситель (7), ответвитель (8), полосовой фильтр (9) на промежуточную частоту (ПЧ) приемного тракта (1), управляемый аттенюатор ПЧ (10), усилитель сигнала ПЧ (11), полосовой фильтр ПЧ (12), усилитель сигнала ПЧ (13), управляемый аттенюатор ПЧ (14) и усилитель сигнала ПЧ (15). Передающий тракт (2) содержит последовательно соединенные полосовой фильтр (16), усилитель сигнала ПЧ (17), ответвитель (18), балансный смеситель (19), управляемый аттенюатор (20), усилитель сигнала ВЧ (21) и модуль усиления мощности (22), а также узел контроля и обработки сигналов (29). Модуль усиления мощности (22) включает ответвитель (23), усилители сигнала ВЧ (24 и 25) и последовательно соединенные ответвитель (26), вентиль (27) и проходной детектор (28). Узел контроля и обработки сигналов (29) включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (30), цифровой датчик температуры (31) и ключ защиты (32). Синтезатор частот (3) содержит последовательно соединенные генератор опорной частоты (33), микросхему синтезатора (34), усилитель сигнала синтезатора частот (СЧ) (35) и делитель мощности сигнала СЧ (36). Синтезатор частот (3) является гетеродином для приемного тракта (1) изделия и возбудителем частот для передающего тракта (2). 1 ил.

Частотный конвертор, содержащий смеситель, синтезатор частот, полосовой фильтр, отличающийся тем, что частотный конвертор включает приемный тракт (1) и передающий тракт (2), размещенные в едином корпусе на одной плате, и синтезатор частот (3), выполненный единым для приемного (1) и передающего (2) трактов, при этом приемный тракт (1) дополнительно содержит вентиль (4), вход которого является входом сигнала высокой частоты (ВЧ) частотного конвертора, а выход соединен со входом малошумящего усилителя (5), выход которого соединен со входом ВЧ управляемого аттенюатора (6), выход которого соединен с ВЧ входом смесителя (7), второй вход смесителя (7) подключен к одному из выходов синтезатора частот (3), два квадратурных выхода смесителя (7) соединены с двумя входами ответвителя (8), выход которого соединен со входом полосового фильтра (9) на промежуточную частоту (ПЧ) приемного тракта (1), равную разнице частот входного сигнала и сигнала синтезатора частот (3), выход полосового фильтра (9) соединен со входом первого управляемого аттенюатора ПЧ (10), выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ (11), выход которого соединен со входом полосового фильтра ПЧ (12), выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ (13), выход которого соединен со входом управляемого аттенюатора ПЧ (14), выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ (15), выход которого является выходом приемного тракта (1), управляемые аттенюаторы (6, 10, 14) соединены с шиной управления SPI, а передающий тракт (2) содержит фильтр полосовой (16), который является входом частотного конвертора по промежуточной частоте передачи (ПЧ ПРД), выход которого соединен со входом усилителя сигнала ПЧ (17), выход которого соединен со входом ответвителя (18), два выхода которого соединены с квадратурными входом балансного смесителя (19), третий вход которого соединен с одним из выходов синтезатора частот (3), ВЧ выход балансного смесителя (19) соединен со входом управляемого аттенюатора (20), выход которого соединен со входом усилителя сигнала ВЧ (21), выход которого подключен ко входу модуля усиления мощности (22), в котором ответвитель (23) делит сигнал на два, выходы которого соединены с входами усилителей сигнала ВЧ (24 и 25), выходы которых соединены с входами ответвителя (26), выход которого соединен со входом вентиля (27), выход которого соединен с входом проходного детектора (28), ВЧ выход которого является выходом ВЧ частотного конвертора, низкочастотный выход детектора (28) соединен со входом аналого-цифрового преобразователя (30) узла контроля и обработки сигналов (29), включающего также цифровой датчик температуры (31), ключ защиты (32), которые соединены также с шиной управления, управляющие выходы ключа защиты (32) соединены с усилителем сигнала ПЧ (17) и усилителями сигнала ВЧ (21, 24 и 25), а синтезатор частот (3) состоит из генератора опорной частоты (33), выход которого соединен со входом микросхемы синтезатора (34), выход которой соединен со входом СВЧ усилителя сигнала синтезатора частот (СЧ) (35), выход которого соединен со входом делителя мощности сигнала СЧ (36), один выход которого соединен со входом балансного смесителя (7) приемного тракта (1), а второй выход соединен со входом балансного смесителя (19) передающего тракта (2), где микросхема синтезатора (34) соединена с шиной управления SPI.