Дипломная работа: Комплекс измерения параметров обратного канала
- Частотный диапазон измеряемого сигнала: 5–865 МГц.
- При работе в составе комплекса измерений параметров обратного канала ЦИУ‑01:
- измеряет пилот-сигналы от генераторов ГПС‑01;
- ведёт поиск, работающих в сети генераторов ГПС‑01;
- измеряет спектр обратного канала;
- измеряет АЧХ обратного канала;
- принимает текстовые комментарии от генераторов ГПС‑01;
- передаёт данные всех измерений в цифровом виде в прямом канале для их последующего приёма ИТ‑08;
- по запросу передаёт данные измерений в компьютер.
- Диапазон выходного уровня сигнала передатчика: от 60 до 115 дБмкВ
- Частотный диапазон выходного сигнала: 110–1000 МГц.
- Для измерений в прямом канале доступны следующие режимы:
- режим гистограмм, в котором производится измерение уровней несущих телевизионного радиосигнала, а также отношений Видео / Звук и Сигнал / Шум;
- режим измерения спектра с изменяемой полосой сканирования.
Рисунок 3.5.1 – Структурная схема центрального измерительного устройства
Измеритель предназначен для работы в составе комплекса измерения параметров обратного канала, который позволяет измерять АЧХ распределительных приёмных систем телевидения, производить настройку и контролировать работоспособность кабельной сети в диапазоне частот прямого и обратного канала.
3.6 Технические характеристики ЦИУ
|
Параметры входа: |
||
| Диапазон рабочих частот при работе в обратном канале, МГц | 5–65 | |
| Диапазон рабочих частот при работе в прямом канале, МГц | 46–865 | |
| Входное сопротивление в диапазоне рабочих частот, Ом | 75 | |
| Входное сопротивление на постоянном токе, кОм | 10 | |
| Допустимое суммарное значение переменного напряжения на входе, В | 3 | |
| Допустимое значение постоянного напряжения на входе, В | 50 | |
| Ослабление встроенного входного аттенюатора, дБ | 20, 40 | |
| Затухание несогласованности на входе, дБ, не менее | 16 | |
| Диапазон измеряемых уровней: | ||
| с выключенным аттенюатором, дБмкВ | 40–90 | |
| с включенным аттенюатором 20 дБ, дБмкВ | 60–110 | |
| с включенным аттенюатором 40 дБ, дБмкВ | 80–126 | |
| Разрешение по измеряемому уровню, дБ | 0,1 | |
| Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения на частоте настройки, дБ | ±2,0 | |
| Полоса пропускания канала измерения по уровню -3дБ, кГц | 260 ± 30 | |
| Ослабление сигнала в полосе задержания фильтра низких частот при работе в обратном канале, дБ, не менее | 40 | |
| Полоса пропускания сигнала фильтра низких частот при работе в обратном канале, МГц | 5–70 | |
|
Параметры выхода: |
||
| Диапазон рабочих частот, МГц | 110 – 1000 | |
| Диапазон уровней выходного сигнала, дБмкВ | 60–115 | |
| Тип выходного разъёма | BNC | |
| Номинальное выходное сопротивление, Ом | 75 | |
|
Временные параметры при работе с генератором пилот-сигналов: |
||
| Время обнаружения генератора пилот-сигналов, сек., не более | 60 | |
| Период измерения спектра обратного канала, сек., не более | 15 | |
| Количество одновременно измеряемых пилот-сигналов ГПС‑01 | до 8‑ми | |
| Интерфейс для подключения измерителя к компьютеру | RS‑232 девяти-контактный | |
| Питание прибора осуществляется | от сети переменного тока напряжением 220 В | |
| Габаритные размеры, мм, не более | 483x156x133 | |
| Масса, кг, не более | 3,2 | |
| Рабочие условия эксплуатации, °С | от +10 до +40 | |
4. Формирователь потока данных
4.1 Назначение формирователя
Разрабатываемый модуль является составной частью всего измерительного комплекса (рис. 4.1.1). Формирователь не выполняет никаких анализирующих и измерительных функции, а только формирует необходимый поток данных для трансляции в сеть на любом свободном диапазоне частот прямого канала, то есть выполняет роль модема прямого канала.
Функции формирователя:
- ЧМ модуляция кодовой информации
- Генерация необходимой несущей частоты передачи
- Регулировка выходного уровня
Передаваемые данные содержат информацию об измеренных параметрах обратного канала и передаются в закодированном виде. Для обеспечения помехоустойчивости используется ЧМ модуляция, так как при этом сигнал наиболее защищён от внешних помех. При этом девиация частоты составит +50кГц, согласно техническому заданию. Так как необходимо генерировать сигнал в широком диапазоне частот (110 – 1000 МГц), то весь диапазон можно поделить между четырьмя генераторами, работающими на соответствующих частотах:
110 – 190 МГц
190 – 330 МГц
330 – 570 МГц
570 – 1000 МГц
Работа всех генераторов регулируется микроконтроллером. То есть одновременно 4 генератора работать не могут. В дальнейшем сигнал фильтруется от ненужных побочных частот, усиливается и передаётся в канал. А уже на стороне абонента прибором ИТ‑08 считываются и отображаются измеренные параметры.
Рисунок 4.1.1 – структурная схема измерительного комплекса
Формирователь состоит из 5 основных функциональных блоков (рис. 4.1.2):
Блок генераторов. Генераторы производят необходимую частоту из своего диапазона, а так же выполняют функции ЧМ модуляторов.
ФАПЧ – фазовая автоподстройка частоты. Служит для стабилизации частоты и разбиения диапазона на сетку частот.
Блок регуляторов выходного уровня. Позволяет управлять уровнем генерируемого сигнала путём усиления или ослабления в зависимости от требований сети.
Блок фильтрации. Отфильтровывает побочные частоты, возникающие в результате неидеальной генерации и нелинейности усиления.
Усилительный каскад. Усиливает сигнал до уровня 60 – 115 дБмкВ для трансляции в сеть.
Более подробно работа каждого блока описана ниже.
4.2 Блок генераторов
4.2.1 Принцип работы
Блок состоит из четырёх генераторов, каждый из которых работает в своём диапазоне частот. На принципиальной схеме они отличаются номиналами элементов в колебательном контуре. Поэтому достаточно рассмотреть принцип работы на примере одного.
Построен генератор на основе высокочастотного транзистора BFR93 и колебательного контура (С29, С37, С38, L1) с варикапом VD1 (см. рис. 4.2.1). Так как ёмкость варикапа зависит от приложенного к нему напряжения, то имеется возможность изменять резонансную частоту контура. Для подстройки частоты так же служит катушка индуктивности L1.
Рисунок 4.2.1 – Схема генератора
Таким образом, регулируя напряжение на входе «Tun», можно устанавливать необходимую резонансную частоту контура, то есть управлять генерацией частоты.
Если на вход «Mod» подавать какой-либо сигнал, то это вызовет смещение резонансной частоты контура, то есть происходит частотная модуляция. А рассчитав делитель (R17, R21), можно добиться смещения +/-50кГц. На схеме этим выводом генератор подключается к микроконтроллеру, который формирует кодовую последовательность из «1» и «0».
Рисунок 4.2.2 – Сигнал на входе «Mod» (сверху) и на выходе генератора(снизу)
Вход «Switch» предназначен для управления питанием генератора. Так программно возможно включать и выключать необходимый генератор.
4.2.2 Расчёт элементов контура
На рисунке 4.2.1 представлена схема первого генератора, работающего в диапазоне 110 – 190 МГц. Основным участком цепи является колебательный контур, образованный элементами L1, VD1, C29, C37, C38. Резонансная частота должна совпадать с средней частотой диапазона, то есть 150 МГц.
Значения ёмкостей выбираются согласно требованиям LC‑генераторов [1]. Для рассматриваемого генератора: 10пФ(C29) и два по 18пФ (C37, C38)
Ёмкость варикапа VD1 зависит от приложенного к нему напряжения (рис. 4.2.2.1).
Рисунок 4.2.2.1 – Вольт-фарадная характеристика варикапа ВВ131
Зная номиналы элементов, можно рассчитать резонансную частоту контура по формуле:
(4.1)
где 
= 
+
+
+
– сумма емкостей контура. 
– изменяемая ёмкость.
-
индуктивность катушки
резонансная частота контура
Совмещая формулу 4.1 и ёмкость 
при
различных напряжениях на варикапе 
,
получим таблицу генерируемых частот.
Таблица 4.1
|
|
|
|
| 0 | 3,60 | 96,90 |
| 1 | 3,31 | 101,04 |
| 2 | 3,04 | 105,42 |
| 3 | 2,83 | 109,39 |
| 4 | 2,65 | 113,01 |
| 5 | 2,43 | 117,89 |
| 6 | 2,25 | 122,47 |
| 7 | 2,11 | 126,62 |
| 8 | 1,94 | 131,84 |
| 9 | 1,84 | 135,67 |
| 10 | 1,72 | 140,20 |
| 11 | 1,59 | 145,68 |
| 12 | 1,50 | 150,01 |
| 13 | 1,41 | 155,05 |
| 14 | 1,36 | 157,89 |
| 15 | 1,28 | 162,65 |
| 16 | 1,22 | 166,21 |
| 17 | 1,17 | 170,14 |
| 18 | 1,11 | 174,50 |
| 19 | 1,02 | 182,05 |
| 20 | 0,94 | 189,17 |
| 21 | 0,93 | 191,14 |
| 22 | 0,91 | 193,19 |
| 23 | 0,86 | 198,33 |
| 24 | 0,85 | 199,90 |
| 25 | 0,80 | 205,80 |
| 26 | 0,78 | 208,54 |
| 27 | 0,76 | 211,42 |
| 28 | 0,75 | 212,42 |
| 29 | 0,74 | 213,43 |
| 30 | 0,74 | 214,46 |
| 31 | 0,73 | 215,51 |
| 32 | 0,72 | 216,59 |
| 33 | 0,71 | 217,68 |
, В
, пФ
, МГцИсходя из данных таблицы, видно, что генерируемая частота пропорциональна напряжению на варикапе на заданном участке зависимости. Требуемый диапазон частот перекрывается.
