Модуль усилителя промежуточной частоты

Модуль усилителя промежуточной частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к приемному тракту радиолокационных или аналогичных систем и предназначено для обеспечения высокопроизводительной первичной цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени.

Одним из основных блоков в радиолокационных станциях является усилитель промежуточной частоты, от характеристик которого зависит помехоустойчивость всего приемного тракта [П.А.Бакулев. Радиолокационные системы, «Радиотехника», 2004, с.45]. В бортовых радиолокационных станциях также определяющими являются массогабаритные характеристики.

Известен усилитель радиочастотных импульсов (патент РФ №2199179, МПК Н 04 В 1/10, 15/00, Н 03 F 3/189, 2003), содержащий тракт рабочего сигнала, состоящий из предварительного усилителя радиочастоты, широкополосного полосового фильтра, узкополосного полосового фильтра, амплитудного детектора сигнала, тракта помехи, второго каскада усиления радиочастоты, устройства регулировки задержки радиочастоты, управляемого высокочастотного аттенюатора, третьего каскада усиления радиочастоты.

Наиболее близким аналогом является оконечная часть широкополосного сигнального тракта (Ред Э.Т. Схемотехника радиоприемников, Москва, Мир, 1989, с.55, глава 7.3, с.56, рис.7.3), содержащая первый, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй переключатели, фиксированный аттенюатор, усилитель и дискретный управляемый аттенюатор.

Однако схемно-конструктивно в известных устройствах не предусмотрено программно регулируемое усиление, управляемая частотная селекция сигналов, поступающих на промежуточной частоте с СВЧ-приемника бортовой радиолокационной станции.

Технический результат, на который направлено изобретение, - расширение функциональных возможностей, а именно: программно регулируемое усиление, управляемая частотная селекция сигналов, поступающих на промежуточной частоте с СВЧ-приемника бортовой радиолокационной станции, улучшение помехоустойчивости и чистоты спектра выходных сигналов, а также конструктивное исполнение в габаритах «Евромеханика 3U» для размещения в корпусе бортового вычислительного комплекса.

Технический результат достигается тем, что модуль усилителя промежуточной частоты (УПЧ) содержит канал рабочего сигнала, который содержит первый, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй переключатели, фиксированный аттенюатор, усилитель, дискретный управляемый аттенюатор, управление которым производится со второго выхода устройства управления, при этом первый выход первого переключателя соединен с входом второго полосового фильтра, выход которого соединен с первым входом второго переключателя, выход которого соединен с входом усилителя, при этом устройство управления выполнено с возможностью обмена управляющей информацией на первом входе по магистрали от центрального процессора и обеспечения преобразования последовательного кода управляющей информации в параллельный код управляющих сигналов, а также согласования управляющих сигналов по уровню, при этом выход первого полосового фильтра соединен с входом дискретного управляемого аттенюатора, выход которого соединен с первым входом первого переключателя, управляющий вход которого объединен с управляющим входом второго переключателя и соединен с первым выходом «режим узкая полоса пропускания» и «режим широкая полоса пропускания» устройства управления, второй выход первого переключателя соединен с входом фиксированного аттенюатора, а выход фиксированного аттенюатора соединен со вторым входом второго переключателя, выход усилителя соединен с входом третьего полосового фильтра, выход которого является выходом канала рабочего сигнала.

Для обеспечения встроенной системы контроля исправности модуля УПЧ в канал рабочего сигнала введены третий переключатель и пороговый детектор, при этом первый вход третьего переключателя является первым входом канала рабочего сигнала, второй вход третьего переключателя является входом контрольного сигнала и соединен с четвертым выходом устройства управления, на который подается контрольный сигнал в режиме встроенного контроля, при наличии команды, поступающей с третьего выхода устройства управления на управляющий вход третьего переключателя, а выход третьего переключателя соединен с входом первого полосового фильтра, при этом выход третьего полосового фильтра соединен с входом порогового детектора, выход которого является выходом сигнала исправности канала рабочего сигнала, соединенного с вторым входом устройства управления, где сигнал кодируется как сигнал исправности и преобразовывается в последовательный код для передачи по магистрали в центральный процессор.

Модуль усилителя промежуточной частоты может содержать n-каналов рабочего сигнала, где n≥2, при этом управляющие входы, входы контрольного сигнала и выходы сигнала исправности каналов рабочего сигнала соединены с соответствующими входами и выходами устройства управления, а устройство управления содержит средство передачи управляющей информации в n каналов рабочего сигнала.

На фиг.1 представлена функциональная схема одноканального модуля УПЧ, на фиг.2 - то же с встроенной системой контроля, на фиг.3 представлена функциональная схема модуля УПЧ, содержащего два канала рабочего сигнала и встроенную систему контроля.

Модуль усилителя промежуточной частоты (УПЧ) (фиг.1), содержащий канал рабочего сигнала 1, который состоит из первого 2, второго 5 и третьего 9 полосовых фильтров, первого 4 и второго 7 переключателей, фиксированного аттенюатора 6, усилителя 8, дискретного управляемого аттенюатора 3, управление которым производится со второго выхода устройства управления 10, при этом первый выход первого переключателя 4 соединен с входом второго полосового фильтра 5, выход которого соединен с первым входом второго переключателя 7, выход которого соединен с входом усилителя 8.

Устройство управления 10 выполнено с возможностью обмена управляющей информацией на первом входе по магистрали SMI (Serial Management Interface) от центрального процессора и обеспечения преобразования последовательного кода управляющей информации в параллельный код управляющих сигналов, а также согласования управляющих сигналов по уровню. Выход первого полосового фильтра 2 соединен с входом дискретного управляемого аттенюатора 3. Выход управляемого аттенюатора 3 соединен с первым входом первого переключателя 4, управляющий вход которого объединен с управляющим входом второго переключателя 7 и соединен с первым выходом «режим узкая полоса пропускания» и «режим широкая полоса пропускания» устройства управления 10. Второй выход первого переключателя 4 соединен с входом фиксированного аттенюатора 6. Выход фиксированного аттенюатора 6 соединен со вторым входом второго переключателя 7. Выход усилителя 8 соединен с входом третьего полосового фильтра 9, выход которого является выходом канала рабочего сигнала 1.

Канал рабочего сигнала 1 модуля УПЧ (фиг.2) может содержать третий переключатель 12 и пороговый детектор 11. Третий переключатель 12 предназначен для переключения на режим контроля исправности. Пороговый детектор 11 используется для одноуровневого контроля выходного контрольного сигнала. Первый вход третьего переключателя 12 является первым входом канала рабочего сигнала 1. Второй вход третьего переключателя 12 является входом контрольного сигнала и соединен с четвертым выходом устройства управления 10, на который подается контрольный сигнал в режиме встроенного контроля при наличии команды, поступающей с третьего выхода устройства управления 10 на управляющий вход третьего переключателя 12. Выход третьего переключателя соединен с входом первого полосового фильтра 2. Выход третьего полосового фильтра 2 соединен с входом порогового детектора 11, выход которого является выходом сигнала исправности канала рабочего сигнала 1, соединенного со вторым входом устройства управления 10, где сигнал кодируется как сигнал исправности и преобразовывается в последовательный код для передачи по магистрали в центральный процессор.

Модуль усилителя промежуточной частоты (фиг.3) может содержать n-каналов рабочего сигнала, где n≥2, при этом управляющие входы, входы контрольного сигнала и выходы сигнала исправности каналов рабочего сигнала соединены с соответствующими входами и выходами устройства управления 10. Устройство управления 10 содержит средство передачи управляющей информации в n каналов рабочего сигнала.

Работает одноканальныи модуль усилителя промежуточной частоты следующим образом (фиг.1). Входной сигнал с СВЧ-приемника поступает на первый полосовой фильтр 2 и далее на дискретный управляемый аттенюатор 3. Управление аттенюатором 3 производится с устройства управления 10 в зависимости от управляющей информации, поступающей по магистрали SMI от центрального процессора радиолокационной станции. При отсутствии команды, поступающей с первого выхода устройства управления 10 на управляющие входы первого 4 и второго 7 переключателей (режим - "узкая полоса пропускания"), рабочий сигнал проходит последовательно через первый переключатель 4, второй полосовой фильтр 5, второй переключатель 7, усиливается усилителем 8, проходит через третий полосовой фильтр 9 и поступает на выход канала рабочего сигнала.

При наличии команды, поступающей с первого выхода устройства управления 10 на управляющие входы первого 4 и второго 7 переключателей (режим - "широкая полоса пропускания"), первый 4 и второй 7 переключатели устанавливаются в нижнее положение; рабочий сигнал проходит последовательно через первый переключатель 4, фиксированный аттенюатор 6, через второй переключатель 7, усиливается двухкаскадным усилителем 8, проходит через третий полосовой фильтр 9 и поступает на выход канала рабочего сигнала.

Работает одноканальный модуль усилителя промежуточной частоты с встроенной системой контроля следующим образом (фиг.2). Входной сигнал поступает на вход канала рабочего сигнала 1, далее последовательно проходит третий переключатель 12, первый полосовой фильтр 2, дискретный управляемый аттенюатор 3, первый переключатель 4, второй полосовой фильтр 5 - при режиме "узкая полоса пропускания" или фиксированный аттенюатор 6 - при режиме "широкая полоса пропускания", второй переключатель 7, усилитель 8, третий полосовой фильтр 9 и поступает на выход канала рабочего сигнала.

В режиме встроенного контроля контрольный сигнал (КС), поступающий на устройство управления 10, передается на вход КС канала рабочего сигнала 1. При наличии команды, поступающей с третьего выхода устройства управления 10 на управляющий вход третьего переключателя 12, третий переключатель 12 устанавливается в нижнее положение. Контрольный сигнал последовательно проходит третий переключатель 12, первый полосовой фильтр 2, дискретный управляемый аттенюатор 3, первый переключатель 4, второй полосовой фильтр 5 - при режиме "узкая полоса пропускания" или фиксированный аттенюатор 6 - при режиме "широкая полоса пропускания", второй переключатель 7, усилитель 8, третий полосовой фильтр 9 и с выхода порогового детектора 11 поступает на второй вход устройства управления 10. Устройство управления 10 передает сигнал исправности канала рабочего сигнала 1 по магистрали SMI в центральный процессор.

Для подтверждения возможности реализации технического решения был изготовлен опытный образец модуля УПЧ с тактико-техническими характеристиками для конкретной БРЛС (бортовой радиолокационной станции).

Тактико-технические характеристики модуля УПЧ, содержащего два канала рабочего сигнала и встроенную систему контроля (фиг.3):

- полоса пропускания в режиме «узкая полоса пропускания» - 7 МГц;

- полоса пропускания в режиме «широкая полоса пропускания - 28 МГц;

- средняя частота настройки полосовых фильтров - 84 МГц;

- коэффициент передачи в режимах «узкая и широкая полоса пропускания» - 20 МГц;

- диапазон регулировки коэффициента передачи - 31 дБ;

- величина дискретности регулировки коэффициента передачи - 1 дБ.

Работает модуль УПЧ, содержащий два канала рабочего сигнала и встроенную систему контроля, следующим образом (фиг.3).

Входные сигналы по первому 1 и второму 13 каналам поступают из СВЧ-приемника на промежуточной частоте (84 МГц) по высокочастотным кабельным соединениям в модуле УПЧ на первые входы каналов рабочих сигналов.

В штатном режиме, при выключенной встроенной системе контроля, сигналы, поступающие на вход первого канала рабочего сигнала 1, проходят последовательно через третий переключатель 12, первый полосовой фильтр 2, дискретный управляемый аттенюатор 3 с диапазоном изменения ослаблений 31 дБ при величине дискрета 1 дБ и поступают на первый переключатель 4. Управление дискретным аттенюатором 3 производится по параллельной пяти разрядной шине от устройства управления 10 в зависимости от управляющей информации, поступающей по магистрали SMI от центрального процессора радиолокационной станции.

При отсутствии команды "включение широкой полосы", поступающей с первого выхода устройства управления 10 на управляющие входы первого 4 и второго 7 переключателей, рабочие сигналы проходят последовательно через первый переключатель 4, второй полосовой фильтр 5 с полосой пропускания 7 МГц, второй переключатель 7, усиливаются усилителем 8, проходят через третий полосовой фильтр 9, обеспечивающий дополнительное подавление гармоник сигнала, и по цепи, выполненной кабельным высокочастотным соединением, поступают на выход канала рабочего сигнала.

При наличии команды "включение широкой полосы" рабочие сигналы проходят последовательно через первый переключатель 4, фиксированный аттенюатор 6, обеспечивающий ослабление рабочего сигнала, равное ослаблению сигнала во втором полосовом фильтре 5 (для обеспечения одинаковых коэффициентов передачи в режимах узкой и широкой полос пропускания), и через второй переключатель 7 далее по каналу рабочего сигнала 1.

В режиме встроенного контроля по команде, поступающей с третьего выхода устройства управления 10 на управляющий вход третьего переключателя 12, третий переключатель 12 отключает от входа первого полосового фильтра 2 входные сигналы и подключает к входу первого полосового фильтра 2 контрольный сигнал, поступающий на вход КС канала рабочего сигнала с четвертого выхода устройства управления 10. Далее контрольный сигнал проходит по каналу рабочего сигнала аналогично рабочему сигналу и поступает на вход порогового детектора 11. При уровне контрольного сигнала, превышающем фиксированный порог порогового детектора 11, сигнал с выхода порогового детектора 11 поступает на второй вход устройства управления 10. В устройстве управления сигнал с выхода порогового детектора кодируется как слово «Исправность», преобразовывается в последовательный код и по магистрали SMI передается в центральный процессор как сигнал исправности первого канала модуля УПЧ.

Работа второго канала рабочего сигнала 13 модуля УПЧ аналогична работе первого канала рабочего сигнала 1.

Реализация устройства управления 10 обеспечивается использованием ПЛИС (программируемой логической интегральной схемы). Устройство управления 10 обеспечивает преобразование последовательного кода управляющей информации, поступающей по магистрали SMI, в параллельный код управляющих сигналов, а также согласование управляющих сигналов по уровню.

Конструктивное исполнение модуля УПЧ выполнено в габаритах «ЕВРОМЕХАНИКА-3U». Функционально модуль УПЧ содержит два независимых канала, каждый из которых содержит входную аналоговую часть (переключатели, полосовые фильтры, аттенюаторы и усилители) и общую для обоих каналов часть (устройство управления). Стыковочный с внешними устройствами разъем использован стандарта DIN41612. Масса модуля не более 200 г.

Использование предлагаемого модуля усилителя промежуточной частоты позволяет улучшить тактико-технические характеристики БРЛС, а именно:

- повысить чувствительность приемника за счет улучшения сопряжения частотных характеристик приемника со спектром принимаемых сигналов, что достигается оперативным (программно-доступным) изменением ширины полосы пропускания;

- улучшить чистоту спектра выходных сигналов, то есть снизить уровень гармонических спектральных составляющих, возникающих в усилителе, что достигается введением полосового фильтра непосредственно по выходу канала рабочего сигнала, а также формированием частотной характеристики в режиме широкой полосы пропускания двумя полосовыми фильтрами;

- увеличить динамический диапазон приемника по уровню принимаемых сигналов и согласование уровня сигналов с амплитудной характеристикой АЦП, что достигается оперативным (программно-доступным) изменением коэффициента передачи модуля УПЧ управляемым аттенюатором;

- упрощение технического обслуживания в условиях эксплуатации, что достигается введением встроенной системы контроля исправности каналов модуля УПЧ, наличием переключателя сигналов на входе канала рабочего сигнала и цепи контрольного сигнала.

Существенным преимуществом предлагаемого модуля УПЧ является наличие устройства управления, обеспечивающего раздельное управление двумя (или n) каналами модуля УПЧ, а также связь с центральным процессором БРЛС по магистрали SMI.

1. Модуль усилителя промежуточной частоты (УПЧ), содержащий канал рабочего сигнала, который содержит первый, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй переключатели, фиксированный аттенюатор, усилитель, дискретный управляемый аттенюатор, управление которым производится со второго выхода устройства управления, при этом первый выход первого переключателя соединен с входом второго полосового фильтра, выход которого соединен с первым входом второго переключателя, выход которого соединен с входом усилителя, отличающийся тем, что устройство управления выполнено с возможностью обмена управляющей информацией на первом входе по магистрали от центрального процессора и обеспечения преобразования последовательного кода управляющей информации в параллельный код управляющих сигналов, а также согласования управляющих сигналов по уровню, при этом выход первого полосового фильтра соединен с входом дискретного управляемого аттенюатора, выход которого соединен с первым входом первого переключателя, управляющий вход которого объединен с управляющим входом второго переключателя и соединен с первым выходом «режим узкая полоса пропускания» и «режим широкая полоса пропускания» устройства управления, второй выход первого переключателя соединен с входом фиксированного аттенюатора, а выход фиксированного аттенюатора соединен со вторым входом второго переключателя, выход усилителя соединен с входом третьего полосового фильтра, выход которого является выходом канала рабочего сигнала.

2. Модуль усилителя промежуточной частоты по п.1, отличающийся тем, что в канал рабочего сигнала введены третий переключатель и пороговый детектор, при этом первый вход третьего переключателя является первым входом канала рабочего сигнала, второй вход третьего переключателя является входом контрольного сигнала и соединен с четвертым выходом устройства управления, на который подается контрольный сигнал в режиме встроенного контроля при наличии команды, поступающей с третьего выхода устройства управления на управляющий вход третьего переключателя, а выход третьего переключателя соединен с входом первого полосового фильтра, при этом выход третьего полосового фильтра соединен с входом порогового детектора, выход которого является выходом сигнала исправности канала рабочего сигнала, соединенного с вторым входом устройства управления, где сигнал кодируется как сигнал исправности и преобразовывается в последовательный код для передачи по магистрали в центральный процессор.

3. Модуль усилителя промежуточной частоты по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит n каналов рабочего сигнала, где n≥2, при этом управляющие входы, входы контрольного сигнала и выходы сигнала исправности каналов рабочего сигнала соединены с соответствующими входами и выходами устройства управления, а устройство управления содержит средство передачи управляющей информации в n каналов рабочего сигнала.