Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Интеграция блока свч для диаграммообразующей системы передающей афар 13
1.1 Функциональная схема блока 13
1.2. Квазимонолитная схема быстродействующего 3-х дискретного фазовращателя С-диапазона 26
ГЛАВА 2. Низкочастотная часть блока и ее функции 32
2.1 Стробовый и пакетный режимы работы блока 32
2.2 Прием команд управления и схемы хранения фазовых программ 40
2.3 Генератор двоичной псевдослучайной последовательности 46
2.4 Управление арсенид-галлиевыми переключающими транзисторами 67
ГЛАВА 3. Пакетный режим работы низкочастотной части комплексного блока СВЧ 71
3.1 Формирование группового сигнала 71
3.2 Способы скремблирования и дескремблирования в низкочастотной части комплексного блока СВЧ быстрого переключения луча АФАР С-диапазона 80
ГЛАВА 4. Реализация комплексного блока свч быстрого переключения луча афар 88
4.1 Конструктивное решение комплексного блока 88
4.2 Использование программно-аппаратных средств при разработке низкочастотной части комплексного блока СВЧ быстрого переключения луча АФАР 100
4.3 Быстрое переключение луча АФАР в стробовом режиме и модуляция 0- на частоте несущей 103
Заключение 112
Список литературы 115
Приложение 120
- Квазимонолитная схема быстродействующего 3-х дискретного фазовращателя С-диапазона
- Генератор двоичной псевдослучайной последовательности
- Способы скремблирования и дескремблирования в низкочастотной части комплексного блока СВЧ быстрого переключения луча АФАР С-диапазона
- Быстрое переключение луча АФАР в стробовом режиме и модуляция 0- на частоте несущей
Введение к работе
Актуальность проблемы.
В современных системах спутниковой связи (ССС), системах связи нового поколения, ретрансляторах космического базирования, использующих активные фазированные антенные решётки (АФАР), возникла необходимость создания многоканальных модулей для многолучевых приемных и передающих АФАР с целью снижения массогабаритных характеристик и возможностью решения выполнения сложных тактико-технических требований решеток. В связи с этим при разработке бортовой аппаратуры космических систем связи встает задача повышения интеграции и многофункциональности узлов АФАР.
В данной работе рассматривается быстродействующая многолучевая передающая АФАР С-диапазона для космического ретранслятора, который осуществляет полную обработку сигнала на борту и ретрансляцию сигналов от всех типов абонентов в сети связи. Известно, что основными характеристиками любого канала связи являются помехоустойчивость и пропускная способность. Пропускная способность канала определяется как максимально возможная скорость передачи сообщений при заданных характеристиках канала связи. Если имеется N изолированных лучей системы с шириной полосы частот В в каждом, то полная скорость передачи информации в этом случае увеличивается в N раз и соответствует N*B.
Традиционно формирование многолучевых диаграмм направленности передающих АФАР с независимым управлением пространственным положением лучей осуществляется обычно применением диаграммообразующей системы для каждого луча диаграммы направленности. Однако, если ставится задача многоканальной работы со своими поднесущими частотами при формировании предельных энергетических характеристик решетки (работа усилителей в режиме насыщения), то одновременное существование нескольких лучей диаграммы направленности при общей активной апертуре (многочастотная работа выходных усилителей мощности) приводит к возникновению спектра паразит- ных интермодуляционных частотных составляющих, что вносит значительные искажения в передаваемую информацию. Подавление их осуществляется переводом усилителей в линейный режим работы, но это приводит к уменьшению выходной мощности усилителей.
Поэтому для устранения указанных недостатков в данной работе предлагается принцип излучения кратковременных периодических посылок радиоимпульсов, при котором включение каждого луча должно осуществляться со скважностью равной числу лучей. В нашем случае время установления луча в зону не более 10 нС. Таким образом, предлагаемый принцип включения лучей передающей АФАР и быстрое время установления лучей позволяют увеличить скорость передачи данных без наличия возникновения нелинейностей на борту ретранслятора. Помимо этого режима работы, в рассматриваемой передающей АФАР космического ретранслятора с полной обработкой сигнала на борту должен быть осуществлен пакетный режим передачи информационных данных. В пакетном режиме работы используется кодовременное уплотнение канала связи. При кодовременном уплотнении для излучения сигналов выделяется оп- . ределенный, периодически повторяемый временной интервал. Интервалы излучения всех станций взаимно синхронизованы, в силу чего перекрытие их не происходит. Все это в работе рассматриваемой передающей АФАР направленно на увеличение скорости передачи данных и увеличение активных абонентов сети.
В литературе отсутствуют сведения о зарубежном аналоге такого космического ретранслятора с полной обработкой сигнала на борту. Отечественных аналогов нет. .Для реализации предлагаемого принципа формирования лучей для быст- . родействующей многолучевой передающей АФАР в стробовом режиме работы и для осуществления работы в пакетном режиме рассматриваемого космического ретранслятора С-диапазона возникла необходимость создания комплексного СВЧ блока диаграммообразующей системы, в котором необходимо осуществить интеграцию СВЧ части блока с низкочастотной частью многофунк- ционального назначения. Такая интеграция позволяет обеспечить выполнение требований по заданному времени установления лучей в стробовом и пакетном режимах работы, по массогабаритным характеристикам, по помехозащищенности передаваемой информации и высокой степени ее достоверности.
Таким образом, научно-техническая проблема, которая решается в данной работе, связана с разработкой концепции создания и реализации комплексного СВЧ блока диаграммообразующей системы для быстродействующих многолучевых АФАР, формирующих узкие лучи высокой мощности, космических ретрансляторов с полной обработкой сигнала на борту.
Существенный вклад в область повышения эффективности использования систем спутниковой связи внесли российские ученые: Ю.Б. Зубарев, Г.Я. Гуськов, Л.Я. Кантор, М.Г. Локшин, И.М. Тепляков.
Объектом исследования являются быстродействующие передающие активные фазированные антенны С-диапазона для ретрансляторов космического базирования.
Предметом исследования является метод создания многофункционального комплексного СВЧ блока диаграммообразующей системы многолучевой быстродействующей передающей активной фазированной антенной решетки С-диапазона.
Цель и задачи работы
Целью диссертационной работы является решение научно технической проблемы создания многофункционального комплексного СВЧ блока для диаграммообразующей системы многолучевой быстродействующей передающей активной фазированной антенной решетки С-диапазона ретранслятора космического базирования с полной обработкой сигнала на борту.
Цель достигается путем решения следующих задач:
1. Исследование основных принципов интеграции составных компонентов комплексного СВЧ блока и разработка функциональной схемы блока, обеспе- чивающей работу блока с заданными требованиями по быстродействию в стробовом и пакетном режимах.
Определение конструктивно-технологических требований по разложению СВЧ части и по миниатюризации низкочастотной части комплексного блока.
Определение варианта схемы быстродействующего 3-х дискретного фазовращателя для СВЧ части блока. Проведение исследований по выбору активного элемента, обеспечивающего работу фазовращателя в статическом и динамическом режимах по управлению.
Определение критериев для осуществления реализации генератора двоичной псевдослучайной последовательности в составе комплексного блока.
Осуществление бинарной фазовой модуляции 0- тс на частоте несущей 180-и градусным дискретом быстродействующего фазовращателя в стробовом режиме работы комплексного блока.
Формирование группового сигнала и реализация модулированного СВЧ сигнала в составе передающей АФАР ретранслятора для комплексного СВЧ блока в пакетном режиме работы.
Определение требований к выбору схем скремблера и дескремблера при работе комплексного СВЧ блока в стробовом и пакетных режимах для обеспечения заданной достоверности передаваемой информации.
Методы исследований
При проведении исследований в диссертационной работе использовался математический аппарат, основанный на классических методах линейной алгебры и теории цепей, методы компьютерного моделирования и натурного эксперимента.
Научная новизна.
1. Впервые предложены принципы интегрирования узлов передающей быстродействующей многолучевой АФАР С-диапазона космического ретрансля- тора с полной обработкой сигнала на борту в многофункциональный комплексный блок СВЧ для диаграммообразующей системы с целью повышения пропускной способности каналов связи.
Формирование лучей быстродействующей передающей АФАР на основе излучения кратковременных периодических посылок радиоимпульсов, при которых включение каждого луча осуществляется со скважностью равной числу лучей.
Осуществление бинарной фазовой модуляции 0-л; на частоте несущей 180-и градусным дискретом быстродействующего фазовращателя для стробо-вого режима работы комплексного блока.
Реализация 4-х генераторов псевдослучайных последовательностей Гол-да при максимальной их минимизации в составе комплексного СВЧ блока с учетом определения сочетания характеристических многочленов М-последовательностей, дающие оптимальные значения взаимокорреляционной функции в ПСП Голда.
Формирование группового сигнала и реализация модулированного СВЧ сигнала для многофункционального комплексного СВЧ блока диаграммообразующей системы передающей АФАР ретранслятора космического базирования в пакетном режиме работы.
Впервые создан многофункциональный комплексный блок СВЧ, для диаграммообразующей системы, обеспечивающий стробовый и пакетный режимы работы многолучевой передающей АФАР С-диапазона космического ретранслятора с полной обработкой сигнала на борту.
Основные научные результаты и положения, выносимые на защиту.
1. Принципы построения многофункционального комплексного СВЧ блока для диаграммообразующей многолучевой передающей АФАР с целью увеличения быстродействия, пропускной способности и уменьшения массогабаритных характеристик данной АФАР.
Выбор в качестве варианта схемы 3-дискретного быстродействующего фазовращателя квазимонолитной схемы на ключевых арсенид-галлиевых транзисторах с барьером Шотки.
Решение вопросов по минимизации низкочастотной части комплексного блока диаграммообразующей системы для работы в стробовом и пакетном режимах.
Формирование группового сигнала передающей АФАР для работы в пакетном режиме.
Результаты разработки и экспериментальных исследований созданного многофункционального комплексного СВЧ блока для диаграммообразующей многолучевой быстродействующей передающей АФАР.
Практическая значимость полученных положений.
Разработана концепция построения многофункционального многоканального комплексного блока СВЧ для многолучевой передающей АФАР, адаптированная к серийному производству. Построение комплексного блока с использованием данной концепции позволило реализовать бортовую передающую АФАР изделия 14Р512 с высокими техническими и массогабаритными характерне ками.
Предложен принцип формирования лучей быстродействующей передающей АФАР на основе излучения кратковременных периодических посылок радиоимпульсов, при котором включение каждого луча осуществляется со скважностью равной числу лучей.
Формирование группового сигнала и реализация модулированного СВЧ сигнала для осуществления работы многофункционального комплексного блока СВЧ передающей АФАР в пакетном режиме.
Достоверность результатов диссертационной работы.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается: комплектностью проведенных исследований, с использованием современных средств компьютерного моделирования; экспериментальной проверкой теоретических результатов; обсуждениями на научно-технических конференциях, ссылками в технической литературе; - положительными результатами использования результатов в изделии 14Р512.
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы в виде конструкторских и технологических документов внедрены на предприятиях ГУП НПЦ «Спурт» г. Зеленоград и ОАО «Ижевский радиозавод» г. Ижевск.
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях:
Микроэлектроника и информатика-2000: Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов;
Микроэлектроника и информатика-2004: Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов.
Публикации.
Основные результаты диссертации изложены в 6 работах. Из них 3 статьи опубликованы в научно-технических журналах РФ из перечня ВАК Минобразования.
Личный вклад.
Все выносимые на защиту результаты и положения, составляющие основное содержание диссертационной работы разработаны и получены лично авто- ром или при его непосредственном участии. Интерпретация основных научных результатов осуществлялась вместе с соавторами публикаций.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 54 наименований и приложений. Общий объем работы без учета приложений составляет 120 страниц, диссертация содержит 43 рисунка и 15 таблиц.
Содержание работы
Во введение обосновывается актуальность темы исследований, сформулированы цель и задача диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость, положения, выносимые на защиту, определяется структура и объем диссертационной работы.
В первой главе рассматривается концепция интегрирования узлов, входящих в состав многофункционального многоканального комплексного блока СВЧ диаграммообразующей системы многолучевой передающей АФАР С-диапазона. Рассмотрена функциональная схема комплексного блока с учетом технических требований, предъявляемых блоку.
Рассмотрено разложение СВЧ плат и микросборок в СВЧ части блока, дано обоснование выбора в качестве схемы быстродействующего 3-х дискретного фазовращателя квазимонолитной схемы с использованием полевого ключевого транзистора на арсениде галлия с барьером Шотки ЗП388А-3. Данная схема позволяет обеспечить работу фазовращателя в статическом и динамическом режимах по управлению. Приведены расчетные данные, электрические схемы и топологии отдельных устройств, входящих в СВЧ часть комплексного блока.
Вторая глава посвящена формированию низкочастотной части комплексного блока для обеспечения работы его в стробовом и пакетном режимах. Рассмотрены прием команд управления фазовых программ и схемы хранения фазовых программ. Определена структурная схема М-последовательности генератора двоичной последовательности, правильность выбора которой подтвержде- на расчетом автокорреляционной функции. Выбраны характеристические многочлены М-последовательностей, при которых взаимокорреляционная функция наиболее оптимальна. Проектирование 4-х генераторов Голда, входящих в состав комплексного блока СВЧ, проведено с учетом того, что им отведено не более 15% от общего числа логических блоков низкочастотной части блока. Рассмотрена малогабаритная схема управления с выходным потенциалом минус 6В для квазимонолитных схем быстродействующих фазовращателей.
Третья глава посвящена вопросам реализации пакетного режима работы низкочастотной части комплексного блока СВЧ. Рассмотрено формирование группового сигнала в блоках кодовременного уплотнения (КВУ) устройства обработки сигнала (УОС) в составе передающей АФАР и поступление модулированного СВЧ сигнала на вход комплексного блока при работе в пакетном режиме. Рассмотрены способы скремблирования дескремблирования в блоках КВУ и низкочастотной части комплексного блока СВЧ.
В четвертой главе рассмотрены вопросы реализации комплексного блока СВЧ быстрого переключения луча АФАР. Приведено конструктивное решение комплексного блока как для части СВЧ части, так и для низкочастотной части-блока. Рассмотрено использование программно-аппаратных средств, при разработке низкочастотной части комплексного блока.
Приведены полученные технические параметры реализованного комплексного блока СВЧ для стробового режима работы блока, когда бинарная фазовая модуляция 0-71 на частоте несущей осуществляется внутри комплексного блока.
Заключение содержит основные выводы работы.
Квазимонолитная схема быстродействующего 3-х дискретного фазовращателя С-диапазона
Сложность построения рассматриваемого блока и функций, которые он должен выполнять потребовало выполнения повышенных требований к СВЧ части блока, которая должна быть оптимизирована по потерям и фазе, обеспечивать переключение всех 18-и каналов за время менее 10 нС, иметь минимальный разброс по потерям и фазе по всем 18-и каналам. Основу разложения СВЧ полотна на восемнадцать каналов комплексного блока передающей многолучевой АФАР составляют 3-х дискретный фазовращатель и делитель 1:3.
Фазовращатель должен отвечать следующим техническим требованиям: время переключения каждого разряда не более 8 нС, точность установки фазы дискретов 45, 90, 180 не более ±7; точность установки фаз разрядов 135, 225, 270, 315 не более ±12; минимальная вариация потерь по разрядам; минимальные потери; минимально возможное потребление. Отметим, что 180-градусный дискрет фазовращателя должен осуществлять еще и двухпозицион-ную фазовую модуляцию «0-я;», работать в динамическом режиме с тактовой частотой 2,5МГц.
Исходя из требований по быстродействию и минимального потребления, выбранный активный элемент для фазовращателя должен быть лучше не p-i-n диодом, а прибором с потенциальным управлением, полупроводниковая структура которого имела бы высокую подвижность, что позволяло бы выполнить требование по заданному быстродействию. В качестве такого активного элемента для фазовращателя выбран арсенид-галлиевый полевой транзистор п- типа с барьером Шотки, работающий в ключевом режиме (ЗП388А-3 АЕ-ЯР.432140.326ТУ), разработанный в ОКР «Дискретность - 1» ФГУП НЛП «Салют», г.Н. Новгород. В цепь затвора транзистора включен высокоомный резистор. Полевой транзистор с барьером Шотки и резистор выполнены в едином технологическом цикле. Арсенид-галлиевый кристалл имеет балочные выводы и при установке его в схему не требуется дополнительного размещения цепи управления для затвора транзистора. Ширина балок истока и стока 256 мкм, за твора 240 мкм. Габаритные размеры переключающего транзистора ЗП388А-3 1,1x1,2 мм2.
Специфика технических требований, предъявленных к фазовращателю комплексного блока передающей АФАР ретранслятора космического базирования, заставляет выбрать в качестве основного варианта исполнения схемы 3-х дискретного фазовращателя квазимонолитную схему, в которой пассивная часть выполняется на поликоре, а в качестве активного элемента используется арсенид-галлиевый переключающий транзистор ЗП388А-3. Использование известных арсенид-галлиевых монолитных схем фазовращателей, рассмотренных, например, в работах [53, 54] в нашем случае невозможно, так как данные схемы имеют большие потери и невысокую точность установки фазы. Установка в монолитной схеме с целью снижения потерь и уменьшения взаимного влияния дискретов фазовращателей однокаскадного усилителя на полевых транзисторах с барьером Шотки и аттенюатора приводит к снижению надежностных характеристик и к увеличению мощности потребления, что крайне нежелательно для космической аппаратуры. Как отечественные, так и зарубежные арсенид-галлиевые монолитные интегральные схемы фазовращателей имеют большие потери и не имеют высокой точности установки фазы. Но это один момент трудностей, второй, и более важный, связан с тем, что рассматриваемый фазовращатель в комплексном блоке должен работать как в статическом, так и в динамическом режимах по управлению, причем в динамическом режиме с высокой тактовой частотой, 2,5МГц.
Для обеспечения работы в динамическом режиме требуется высокая стабильность работы полевого транзистора с барьером Шотки, а для этого необходимы высокого качества исходные структуры арсенида галлия с наименьшим количеством глубоких уровней.
Для окончательного решения по выбору схемы фазовращателя в виде квазимонолитной схемы с переключающим транзистором ЗГТ388А-3 были проведены исследования по изменению величины потерь и фазы в зависимости от управляющего напряжения на затворе полевого транзистора с барьером Шотки на разных уровнях СВЧ сигнала. Эксперимент был проведен на микросборке быстродействующего фазового модулятора «O-ті», выполненной в виде квазимонолитной схемы с транзистором ЗП388А-3, на частоте 4,5 ГГц для статического режима управления затвором. Отметим, что микросборка фазового модулятора оптимизирована по потерям и фазе. Вариация потерь в состояниях фазы «О» и «ти» не более 0,2дБ, точность установки фазы 2-3. Измерения были проведены для уровней СВЧ сигнала 3 мВт и 100 мВт. Напряжение отсечки переключающегося транзистора ЗП388А-3 не более минус 4,5 В. В таблицах 1 и 2 приведены результаты проведенных исследований, таблица 1 для уровня входной мощности СВЧ сигнала 3 мВт, таблица 2 для уровня входной мощности 100 мВт. Отметим, что в таблице 1 приведена только одна величина потерь, так как на малом уровне сигнала оптимизация по потерям сохранялась независимо от величины напряжения на затворе транзистора.
Из экспериментальных данных, приведенных в таблице 2, можно заключить, что при уровне входного сигнала 100 мВт при напряжении отсечки переключающего транзистора ЗП388А-3 не более минус 4,5 В транзистор в нормальных климатических условиях начинает работать устойчиво при напряжениях на затворе с минус 6.5 В.
На вход комплексного СВЧ блока поступает СВЧ сигнал мощностью 2 Вт, в этом случае на вход фазовращателя поступает СВЧ сигнал мощностью 50-60 мВт. Таким образом, проведенные исследования позволяют использовать переключающий транзистор ЗП388А-3 в составе квазимонолитной схемы фазовращателя в комплексном СВЧ блоке быстрого переключения луча АФАР при подаче на затвор транзистора управляющего напряжения минус 6В.
Генератор двоичной псевдослучайной последовательности
Изначально метод расширенного спектра применялся при разработке военных систем управления и связи. Но в процессе исследования расширенному спектру нашлось и другое применение - снижение плотности энергии, высокоточная локация и использование при множественной локации. Методы расширенного спектра получили свое название, благодаря тому, что полоса, используемая для передачи сигнала, намного шире минимальной, необходимой для передачи данных. К системам связи с расширенным спектром относятся системы, в которых используемая полоса значительно шире минимальной, необходимой для передачи данных, расширение спектра производится с помощью, так называемого расширяющего сигнала, который не зависит от передаваемой информации и восстановление исходных данных приемником осуществляется путем сопоставления полученного сигнала и синхронизированной копии расширяющего сигнала.
Системы связи, использующие метод расширения спектра имеют ряд важных преимуществ: 1. Подавление помех. Наличие белого шума Гаусса (белый гауссов шум - это математическая модель шума бесконечно большой мощности, равно- . мерно распределенной по всему спектру частот) не обязательно означает отсутствие эффективной связи, поскольку интерферировать с сигналом могут лишь шумовые составляющие ограниченной мощности, находящиеся в сигнальном пространстве (другими словами имеющие те же координаты, что и компоненты сигнала). Для типичного видеосигнала это означает, что характеристики связи ухудшают только шумы, находящиеся в диапазоне сигнала. 2. Низкая вероятность детектирования. Системы связи с низкой вероятностью детектирования еще называют системы с низкой вероятностью перехвата. Основной особенностью этих систем является минимальная, вероят- . ность детектирования сеанса связи кем-либо, кроме определенного приемника, при использовании минимальной мощности сигнала и оптимальной схемы передачи. Следовательно, в контексте систем связи расширенного спектра распределение по множеству координат приводит к тому, что сигнал более равномерен и менее плотно (по сравнению с традиционными схемами модуляции) распределяется в заданной области спектра. Таким образом, не только повышается помехоустойчивость сигнала, но и снижается вероятность его перехвата. Для того, кто не располагает синхронизированной копией расширенного сигнала, данный сигнал будет теряться в шуме. 3. Хорошая временная разрешающая способность. Сигналы расширенного спектра могут использоваться для определения местоположения. Расстояние можно определить с помощью измерения задержки распространения импульсного сигнала. Погрешность такого измерения прямо пропорциональна времени нарастания сигнала, которое, в свою очередь, обратно пропорционально ширине полосы сигнала. Точность измерения расстояния может быть повышена за счет увеличения ширины полосы сигнала. При использовании гауссова канала результат, полученный путем одноразового измерения единичного импульсного сигнала, не будет достаточно точным. Метод расширенного спектра предполагает применение кодированного сигнала, состоящего из длинной последовательности изменений полярности. В приемнике полученная последовательность сопоставляется с локальной копией, и результаты такого сопоставления позволяют произвести точное измерение расстояния. [4]
Существует несколько методов расширения спектра, однако наибольшее распространение получило всего два: метод прямой последовательности и метод скачкообразной перестройки частоты.
Частота несущей радиопередатчика в системах со скачкообразной перестройкой частоты прыгает с одного канала на другой в специальной специфической последовательности. Только в случае, когда предполагаемый получатель знает последовательность прыжков частоты передатчика, его приемник может следовать этим прыжкам частоты. Разные передатчики со скачкообразной перестройкой частоты используют различные последовательности прыжков, что и обеспечивает минимальные взаимные помехи. Может случиться, что два различных передатчика попытаются использовать одну и ту же частоту (канал) одновременно. В этом случае данные передадутся повторно на следующем в последовательности канале, а так как последовательности отличаются, передатчики "разойдутся" по своим частотам. [6-11]
В методе прямой последовательности для сдвига фазы несущей используется очень быстрый поток битов. Полоса расширяется искусственно за счет увеличения скорости передачи данных (увеличение количества передаваемых бит). Это сделано посредством замены каждого информационного бита пачкой из десяти или больше бит. При этом пропорционально расширяется и полоса частот. Такие битовые последовательности называются шумо-подобными (ШПС). Эти двоичные последовательности специально генерируются таким образом, чтобы в них количество нулей и единиц были приблизительно равны.
Выделение полезного сигнала на стороне получателя производится специальным устройством - коррелятором. Он свертывает широкополосный сигнал в обратную сторону до полосы переданных данных. Это делается посредством сопоставления соответствующего кода ШПС с полученным широкополосным сигналом, таким образом заменяя последовательность кодов на соответствующую последовательность бит.
Удаление кода ШПС позволяет сжать демодулированный сигнал в узкую полосу частот и отфильтровать его. Фильтрация помогает избавиться от помех, создаваемых другими передатчиками.
Среди шумоподобных сигналов особое место занимают сигналы, кодовые последовательности которых являются последовательностями максимальной длины или М-последовательностями. Такие последовательности обладают следующими свойствами.
Способы скремблирования и дескремблирования в низкочастотной части комплексного блока СВЧ быстрого переключения луча АФАР С-диапазона
Для обеспечения требуемых диапазонов выходных напряжений и для упрощения схемы питания всей схемы управления, и выдачи фазовых программ перенесли из положительного диапазона напряжения питания в отрицательный. То есть «земли» микросхем схемы управления и выдачи фазовых программ, или 0В, соединили с минус 6В источников питания, соответственно +6В соединили с «землей» блока (рис. 2.16). Это позволило упростить схему управления и выдачи фазовых программ и оперировать напряжениями требуемого диапазона.
Для повышения надежносных характеристик в блоке присутствует холодный резерв. Сигналы управления микросхемами «ОЕ» позволяют переключить выходы микросхем в третье состояние, это позволяет подключить выходы микросхем разных комплектов к одним и тем же фазовращателям. Но здесь в силу вступают ограничения самой микросхемы, ведь для получения третьего состояния на выходе микросхема должна находиться в рабочем состоянии, то есть питание на микросхеме должно присутствовать. Поэтому выходной каскад неработающего комплекта запитан, а на управляющей вход «ОЕ» подано напряжение соответствующее запиранию микросхемы. Для этого «минусы» микросхем разных комплектов объединены через резистор. Использование микросхем МС74АС244 при выдаче фазовых программ на СВЧ транзисторы позволило существенно снизить процесс регулировки комплексного блока, так как микросхемы не требуют дополнительной регулировки. К тому же использование связки из арсенид-галиевых транзисторов и малогабаритных микросхем МС74АС244 значительно уменьшает потребляемую мощность выходного каскада до 50 мВт на каждый из 18 фазовращателей, в то же время при использовании p-i-n диодов с усилителем- -формирователем потребляемая мощность составляет 170 мВт на каждый из 18 фазовращателей.
Как следует из главы 2 для повышения многофункциональности в низкочастотную часть комплексного блока СВЧ введено два режима работы: стробовый и пакетный. На рис. 3.1 показана обобщенная структурная схема стробового режима работы, а на рис. 3.2 структурная схема пакетного режима работы. На этих схемах можно увидеть сходства и отличия между режимами работы блока, такие как: в стробовом режиме работы основой выдачи для переключения лучей АФАР является схема генератора стробов, которая отсутствует в пакетном режиме работы, а в пакетном режиме работы нет схем сложения по модулю 2 М-последовательностей и информации, соответственно нет схем генераторов двоичной последовательности Голда, так как они используются только в стробовом режиме работы, но в обоих режимах присутствуют ОЗУ для хранения ФП и устройство управления, схема дешифратора команд и мультиплексора, схема регистров обеспечения параллельной выдачи фазовых программ, схемы триггеров привязки. Существует еще два не менее важных отличия режимов работы блока: это количество направлений переключения луча АФАР и способ получения модулирующего сигнала.
Из описания в главе 2 стробового режима работы видно, что блок переключает луч АФАР по четырем направлениям, задаваемых из блока вычисления фаз. Переключение осуществляется по очереди с интервалом ЮОнС. Бинарная модуляция 0-тг осуществляется на частоте несущей СВЧ сигнала в самом блоке, когда передаваемая информация суммируется - по модулю 2 с ПСП Голда и поступает на 180-градусный дискрет фазовращателя. Информация в блок попадает через оптронные развязки из блока ФАГ (формирователь сигнала абонент гейзер) устройства УОС, как показано на рис. 3.1.
В пакетном же режиме число направлений переключения луча АФАР увеличено до 256, а получение модулирующего сигнала (группового сигнала) проходит вне блока, в блоках кодовременного уплотнения (КВУ) устройства обработки сигнала (УОС).
Для улучшения помехозащищенности, достоверности информации принимаемой приемной стороной в низкочастотную часть комплексного блока и в блоки KB У-1,2 устройства УОС введено сложение по модулю 2 передаваемой информации с ПСП Голда, еще этот процесс называется «скремблирование». Описание и способы скремблирования, использованные в низкочастотной части комплексного блока СВЧ быстрого переключения луча АФАР, а также способы дескремблирования полученного сигнала описаны в пункте 3.2.
Переключение направлений в пакетном режиме происходит по синхроимпульсам СИ1 и СИ2. Синхроимпульсы СИ1 и СИ2 поступают в низкочастотную часть комплексного блока СВЧ на оптронные развязки из устройства обработки сигнала УОС, а конкретнее из блоков КВУ-1 и КВУ-2 рис.3.3. По синхроимпульсу СИ1 комплексный блок сбрасывает все счетчики отсчитывающие количество направлений, в которые необходимо переключиться блоку, подготавливает первое направление, в которое блоку необходимо переключиться по приходу синхроимпульса СИ2, по синхроимпульсу СИ2 происходит последующая коммутация направлений. Сами же направления рассчитываются в блоке вычисления фаз (БВФ). Места появления сигналов СИ1 и СИ2 соответствуют моментам выдачи информации в виде группового сигнала блоками КВУ-1 и КВУ-2. На рис. 3.4
Быстрое переключение луча АФАР в стробовом режиме и модуляция 0- на частоте несущей
Конструкция блока представляет собой фрезерованный корпус из алюминиевого сплава. Внутри блока корпус разделен на две части: в верхней части блока расположена СВЧ часть блока, в нижней части - низкочастотная часть блока. На рис. 4.1 показан внешний вид комплексного блока СВЧ со стороны СВЧ части. СВЧ часть блока разделена центральным экраном на две половины, каждая половина закрыта своей крышкой. Крышки на СВЧ часть выполнены с фрезерованными ребрами жесткости с целью уменьшения массы блока.
На рис. 4.2 приведена фотография СВЧ части блока. В центральном экране, который делит СВЧ часть на две половины сделаны отверстия под плату микроэлектронную 2-х канального коммутатора и под полосковую плату делителя 1:2. Размеры отверстий в экране рассчитаны с учетом электромагнитной совместимости всех составляющих СВЧ части комплексного блока. На рис. 4.2 показано разложение СВЧ полотна в комплексном блоке, функциональная схема которого была рассмотрена в главе 1. В каждой половине расположено по 9 котировочных фазовращателей по 9 3-х дискретных быстродействующих фазовращателей и по 4 делителя 1:3. Каждая секция, состоящая из юстировочного фазовращателя и 3-х дискретного фазовращателя, отделена одна от другой экраном. На рис. 4.3 показаны две таких секции.
В левой и правой половине СВЧ части блока установлены дополнительные экраны вдоль всей высоты блока (по оси Y). Крышки на СВЧ части имеют надежный контакт, как с экранами, так и корпусом блока, это достигается, использованием на внутренних сторонах крышек контактных пружинных прокладок. Наличие экранов позволило полностью избежать паразитных резонансных явлений в объеме СВЧ части блока. Внутренние экраны блока выполняются также фрезерованными. Надо отметить, что в связи с тем, что блок является многоканальным и чтобы обеспечить его ремонтно-способность во время проверки и настройки, крепление плат полосовых и микроэлектронных в СВЧ части блока механическое.
Основными задачами решаемыми при проектировании данного блока были: уменьшение массогабаритных характеристик, реализация заданного быстродействия и многофункциональности блока. Если рассматривать представленную СВЧ часть с точки зрения уменьшения массогабаритных характеристик, то создается впечатление, как бы и не очень где-то выиграли. Да, в СВЧ части использованы квазимонолитные схемы фазовращателей, но они позволили решить вопрос работы блока, как в статическом, так и динамическом режимах. Основную задачу, которую удалось решить, представляя так СВЧ полотно комплексного блока, это отсутствие паразитных резонансов в объеме, обеспечение заданного быстродействия и фазовой модуляции на частоте несущей с тактовой частотой 2,5 МГц.
А вопросы миниатюризации комплексного блока особо были рассмотрены и решены для низкочастотной части блока. Остановимся на этом более подробно.
С применением современной элементной базы стало возможным совмещать в одном конструктиве несколько блоков, выполняющих совершенно разные функции. В недавнем прошлом разработка вычислительных систем велась на дискретной элементной базе, что приводило к увеличению массо-габаритных показателей устройства, а также замедляла разработку, не говоря уже об отладке изготовленных устройств. Также это лишало гибкости в решении поставленных задач и реализации алгоритмов управления. Для уменьшения времени на разработку и отладку устройство, как правило, делилось на несколько более мелких блоков. Но это деление приводило к еще большему увеличению массогабаритных показателей, так как к самому весу раздельных блоков добавлялась еще масса кабелей. Плюс к массе кабелей добавлялись еще и помехи от устройств, рядом с которыми они проходили.
Применение же современной элементной базы позволяет избежать множества возникающих вопросов при разработке современных вычислительных устройств, если требования в системе ни столь «экзотичны», что вынуждало бы пользоваться дискретными элементами. Может сложиться мнение, что применение современной элементной базы решит все проблемы, но это не так, так как многие вопросы еще нельзя решить без использования дискретных элементов, особенно это актуально при совмещении в одном конструктиве несколько разных блоков. [21]
Низкочастотная часть комплексного блока быстрого переключения луча передающей АФАР с-диапазона представлена на рис. 4.4 своей «правой» стороной. На «правую» сторону блока установлены следующие разъемы: разъем «УТМ» - служит для передачи в блок БВФ оперативной телеметрии, управление вторичными источниками питания. Далее идет разъем «ПИТ-КОМ» - питания коммутатора, с него непосредственно идет питание для СВЧ коммутатора. Два разъема «20-1» и «20-2» - на них приходит опорная частота (20 МГц) необходимая для работы низкочастотной части комплексного блока. «ФП» - разъем предназначенный для передачи в блок фазовых программ и команд управления от блока БВФ. «40В» - разъем, на который подается напряжение питания из бортовой сети для работы блока. Далее расположен разъем «Тест» предназначенный для прошивки памяти блока.
С «Левой» стороны блока, показанного на рис. 4.5, находятся следующие разъемы: «ПИТ ФВ» - разъем вспомогательного питания фазовращателей, два разъема «ИНФ1-2» и «ИНФЗ-4» - по ним передается информация от блока ФАГ устройства УОС, которая используется в стробовом режиме и разъем «СИНХР» - на него поступают синхроимпульсы СИ1 и СИ2 от блоков КВУ 1,2 устройства УОС (работа этих блоков рассматривается в главе 4).
