ББК 32.849 Р15 УДК 621.396.62 : 621.3.04.77(031) Р15 Авторы: В. Н. Банков, Л. Г. Барулин, М. И. Жод- зишский, И. В. Малышев, В. В. Петрусинский. Радиоприемные устройства / В. Н. Банков, Л. Г. Барулин, М. И. Жодзишский и др.; Под ред. Л. Г. Барулина. — М.: Радио и связь, 1984. — 272 с., ил.— (Проектирование радиоэлектронной аппаратуры ла интегральных микросхемах). 1 р. 40 к. Справочное пособие посвящено проектированию мчкроэлектронных ра- диоприемных устройств и их узлов, построенных на современной элемент- ной базе — полупроводниковых и гибридных интегральчых микросхемах. Рассмотрены методы частотной фильтрации, проанализированы некоторые способы цифровой обработки сигналов в приемных устройствах. Приве- дены примеры проектирования на основе микросхем, выпускаемых про- мышленностью. Для инженерно-технических работников, занимающихся проектирова- нием радиоприемных устройств. Может быть полезно студентам вузов. , 2402020000-034 11-83 046(01)-84 ББК 32.849 6Ф2.12 Редколлегия: А. Г. Алексенко, С. С. Бадулин, И. Н. Букреев, А. А. Васенков, Б. Ф. Высоцкий (отв. редактор), Е. И. Гальперин (зам. отв. редактора), Ю. И. Конев, С. В. Яку бовский Р Е. ц Е м з Е и т: Б.Ф. ВЫСОЦКИЙ ДОКТОР ТЕХНИЧЕСКИХ . НАУК ПРОФЕССОР^ Редакция литературы по радиотехнике Владимир Николаевич Банков, Лев Григорьевич Барулин, Марк Исаакович Жодзишский, Игорь Васильевич Малышев, Виктор Вячеславович Петрусинский РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА Редактор Э. М. Горелик Художественный редактор Л. Н. С и л ь я и о в Технически!'! редактор Г. И. К о'л о с о в а Корректор Т. Г. 3 а х а р о в а ИБ № 522 Сдано в набор 29.09.83. Подписано в печать 19.12.83. Т-23630 Формат 60Х90/16. Бумага тип. № 3. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 17,0. Усл. кр.-отт. 17,0. Уч.-изд. л. 20,61 Тираж 34 000 экз. Изд. .V» 19865. Зак. № 1805. Цена 1 р. 40 к. Издательство «Радио и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693 Московская типография № 4 «Союзполиграфпрома» при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфин и книжной торговли. Москва, И-41, Б. Переяславская, 46 © Издательство «Радио и связь», i984 ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящая книга является одним из томов серии «Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на интегральных микросхемах» и по- священа радиоприемным устройствам (РПУ). Теория РПУ формирует- ся под воздействием, с одной стороны, общих разделов радиоэлектро- ники, с другой — прикладных отраслей, определяющих элементную базу приемных устройств и тесно связанных с технологией производст- ва радиоэлектронной аппаратуры и современными средствами автома- тизации проектирования и производства. На теорию РПУ влияют: ' 1. Разнородность задач, решаемых приемными устройствами. Мож- но перечислить следующие области применения радиосистем, в которых используются приемные устройства [2]: радиосвязь, радиовещание, телевидение, наземные радиорелейные линии, спутниковые радиоре- лейные линии, космическая связь, радиолокация, радионавигация, радиоуправление, радиотелеметрия, радиометеорология и др. 2. Увеличение функциональной сложности современных приемных устройств, интеграция ряда функций смежных устройств. Помимо традиционных задач усиления, избирательности и преобразования по частоте сигнала в РПУ производятся поиск'и обнаружение сигнала, демодуляция, синхронизация по несущей, поднесущей и тактовой ча- стотам, слежение за задержкой, оптимальное выделение сигнала из смеси с шумом или другими мешающими сигналами, адаптация к не- известному. сигналу, управление активной антенной решеткой и т. п. В состав современных РПУ, в том числе и вещательных, входят синте- заторы, устройства цифрового управления и отображения информации, микропроцессоры. 3. Широкое использование в РПУ больших интегральных микро- схем (БИС), являющихся сложными (крупноблочными) функциональ- но законченными изделиями с заранее заданными параметрами. 4. Разнородность элементной базы. 5. Использование технологии микроэлектроники при производст- ве части узлов приемных устройств. 6. Непрерывное обновление элементной базы. Уровень интеграции изделий микроэлектроники в среднем за год возрастает вдвое. Средний срок «жизни» ИС не превышает 10 лет [14]. 7. Внедрение цифровой обработки сигнала. 8. Существенное углубление и систематизация теоретических зна- ний практически по всем направлениям радиотехники. 9. Многовариантность задачи проектирования (существует, как правило, несколько внешне равноценных способов реализации сфор- мулированных в техническом задании условий). 3 10. Повышение роли вычислительных методов при проектировании приборов, механизация и автоматизация процессов проектирования м производства. Перечисленные факторы привели к изменению содержания теории радиоприемных устройств, а также к дифференциации ее на узкие "направления, такие как системотехника приемных устройств, схемо- техника интегральных микросхем, микросхемотехника СВЧ устройств, активные RC- и LC-фильтры, цифровая обработка сигнала и т. п. Дифференциация теории РПУ нее тесная связь со смежными при- кладными отраслями знаний затрудняет компактное изложение этой теории. Тем не менее в ней можно выделить четыре основополагающих раздела, изложению которых, с большей или меньшей полнотой, и посвящена настоящая книга. Первый раздел — системотехника радиоприемных устройств.— со- держит изложение теории синтеза структурной схемы устройства и входящих в него функциональных блоков на основе идеализирован- ных функциональных узлов, оптимизацию этой схемы с учетом реаль- ных характеристик узлов, особенностей конструкции и требований технического задания; содержит описание типовых структурных схем и задач РПУ. Этот раздел по мере появления новых теоретических ис- следований углубляется и расширяется, но не меняется качественно. Второй раздел. — микросхемотехника узлов РПУ — отражает до- стигнутый на сегодня уровень развития прикладных отраслей знаний и технологии и изменяется вместе с этим уровнем. Раздел содержит описание типовых ИС и функциональных устройств, их обобщающие характеристики, методику их применения в узлах РПУ, схемотехни- ку микрссборок, в частности схемотехнику СВЧ узлов. Третий раздел — элементы конструкторско-технологического про- ектирования РПУ — тесно связан со вторым, так как электрические параметры узлов РПУ, особенно в диапазоне СВЧ, существенно За- висят от конструктивного исполнения и использованной технологии. Четвертый раздел посвящен оптимизации методов проектирования и производства РПУ. Он в частности включает вопросы автоматизации и механизации процессов проектирования, конструирования и конт- роля изделий в процессе производства. Из-за специфичности мате- риала последний раздел в настоящем томе не освещен. Авторы стремились в первую очередь более полно обрисовать об- щие принципы создания приемных устройств 3-го и 4-го поколений (выполненных на ИС и БИС), тенденции развития этих принципов, а также проиллюстрировать их на примере проекгирования отдельных типичных узлов аппаратуры. Для получения более исчерпывающих сведений по узким вопросам проектирования и смежным отраслям зна- ний везде, где это возможно, читателям рекомендуются специальные публикации. Главы 1,2 (кроме § 2.6, 2,8, написанных совместно с М. И. Жодэиш- ским), 5 (кроме п. 5.3.5, написанного совместно с В. В. Петрусинским), 6, а также § 4.1, 4.2 (кроме п. 4.2.2), 4.7 написаны Л. Г. Барулиным; остальной материал гл. 4 — И. В. Малышевым; гл. 3 — М. И. Жодзиш- ским; гл. 7 — В. Н. Банковым; гл. 8 — В. В. Петрусинским. Глава I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА В ЦЕЛОМ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УКРУПНЕННОЙ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ, 1.1. ВВЕДЕНИЕ Современное приемное устройство представляет собой сложную систему, характеризуемую большим числом взаимосвязанных пара- метров, поэтому на всех стадиях его проектирования целесообразно использовать системный подход. Он заключается в применении опре- деленной последовательности проектирования и использовании мето- дов синтеза и оптимизации [3, 4], позволяющих получить оптимальную - систему при определенных (заданных) критериях ее качества. Разработка РПУ ведется, в соответствии с системной иерархией от более сложного к простому, от более общего представления к детали- зации. Б прикладном понимании радиотехнической системой называет- ся сложный комплекс радиоэлектронной аппаратуры, предназначен- ный для решения определенных задач. Согласно иерархии составные части радиотехнической (и любой другой) системы располагаются в порядке проектирования сверху вниз по степени убывания сложности, например: система (5-й уровень иерархии), устройство (4-й), функцио- нальный блок (3-й), типовой функциональный узел (2-й), операцион- ное звено (1-й уровень иерархии). Исходные данные для проектирования РПУ формулируются в про- цессе разработки системы, в которую это устройство входит. Рассмо- трим несколько характерных примеров' современных радиосистем и приемных устройств. Основу бортовой радиосистемы космического орбитального аппара- та Tiros N [1381, предназначенной для определения местоположения и сбора данных с неподвижных и свободно плавающих метеорологиче- ских буев, воздушных зондов и наземных платформ, составляет РПУ (рис. 1.1), включающее усилительный тракт (УТ), четыре блока вы- деления информации (БВИ), систему вхождения в связь (СВС), логи- ческое управляющее устройство {ЛУУ). Наземные буи излучают на частоте 401,650 МГц короткие (меньше 0,5 с) сигналы с периодом пов- торения около 50 с, которые принимаются РПУ, работающим в режиме прямого доступа. Сигнал манипулирован по фазе цифровым двоичным кодом с индексом фазовой модуляции 1,1 рад и скоростью передачи символов кода 400 Бод. За счет эффекта Доплера изменение частоты сигнала на входе РПУ может составлять ± 8800 Гц, с учетом неста- бильности задающего генератора передатчика буя неопределенность частоты ± 12 кГц. Блок СВС обнаруживает входные сигналы, измеряет их несущие частоты и уровни, и передает информацию ЛУУ. В свою очередь ЛУУ проверяет, являются ли обнаруженные сигналы новыми или они уже принимаются одним из БВИ, достаточно ли разнесены по частоте сигналы от разных буев с точки зрения исключения взаимных помех. В случае положительного решения свободный БВИ подключа- ется к выходу УТ, а на входящую в БВИ систему фазовой автоподстрой- 5 ки частоты (ФАП) передаются от ЛУУ целеуказания на один из вновь обнаруженных сигналов. Вся процедура обнаружения сигнала в СВС, принятия решения в ЛУУ и синхронизация ФАП должны выполняться за время не более 160 мс, в течение которых в начале сигнала, излучаемого буем, переда- ется немодулированная несущая. Поэтому в СВС используется схема ускоренного обнаружения сигнала, параметры петли ФАП оптимизи-, руются с помощью ЛУУ в зависимости от уровня входного сигнала. В процессе захвата несущей в системе ФАП в три этапа сужается полоса пропускания. Рис. /./.Структурная схема бортовой радиосистемы космического аппарата Полученный на выходе фазового детектора демодулированный сиг- нал поступает на устройство синхронизации и регенерации (УСР), с. помощью которого выделяются тактовая частота кодово-импульс- ного сигнала и синхрослово, передаваемое в начале информационной части сигнала, а сам сигнал подвергается оптимальной фильтрации и регенерации. Одновременно с приемом информации происходит изме- рение частоты, несущей с точностью 0,3 Гц при помощи счетчика ча- стоты Доплера (СЧД) и фиксация времени приема сигнала. После поступления в ЛУУ сигнала наличия захвата от ФАП и сигнала наличия синхрослова от УСР вся принятая информация в ви- де цифрового двоичного кода через буферный регистр (БР) выводится из РПУ и записывается в запоминающее устройство (ЗУ). Во время пролета спутника над станцией сбора информации все записанные сигналы формируются в блоке формирования (БФ) в кадр и через пе- редатчик (ПРД) транслируются на землю. На земле производятся об- работка принятой информации и вычисление координат буя по времени приема сигналов, известной траектории спутника и ходу кривой из- менения частоты Доплера в процессе пролета спутника над буем. В качестве второго примера рассмотрим упрощенную схему ре- транслятора современной цифровой линии связи (рис. 1.2) [54, 55]. Принятый и усиленный фазоманипулированный сигнал преобразует- /> ся в смесителе частоты в сигнал промежуточной.частоты. На промежу- точной частоте сигнал демодулируется в фазовом детекторе с помощью системы ФАП, способной работать по сигналу без остатка несущей (на- пример, с помощью схемы Костаса или схемы с обратной связью по решению [491), фильтруется и регенерируется в устройстве регене- рации (УР). Регенерированный сигнал модулирует в модуляторе сиг- нал второго генератора и после усиления в усилителе мощности излу- чается в направлении следующего ретранслятора. Особенностями современных цифровых линий связи являются высокие скорости пе- редачи информации (в перспективе до 100 ... 500 Мбит/с), применение новых видов модуляций, в частности 16-уровневой амплитудно-фазо- вой, для сужения полосы излучаемого сигнала (при некоторой потере Рис. 1.2. Структурная схема ретранслятора цифровой радиорелей- ной линии связи помехоустойчивости). Большие скорости передачи информации при- водят к необходимости использовать высокие несущие частоты (до 14 ГГц), высокие промежуточные частоты (1,254 ГГц, 3,6 ГГц [55]). Иногда в ретрансляторах применяются приемники прямого усиления, Регенерация цифрового сигнала позволяет передавать информацию через большое число ретрансляторов без существенной потери помехо- устойчивости. В заключение приведем пример выполнения одной из современных моделей широковещательного переносного приемника AM—ФМ сиг- налов фирмы Sony (Япония) ICF-2001 [53]. Приемник снабжен цифро- вым синтезатором частоты гетеродина, кварцевой стабилизацией ча- стоты, микропроцессорным управлением, цифровой индикацией на- стройки. Управление приемником производится с помощью десятикно- почной цифровой клавиатуры, позволяющей устанавливать известную частоту радиостанции с необходимой точностью. В приемнике также имеется возможность автоматической перестройки по частоте с двумя скоростями и с автоматической (или ручной) остановкой при настройке на станцию, запоминание частоты выбранных станций, ав- томатическое включение и выключение по программе. Масса приемни- ка 1,8 кг. 1.2. ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА РАДИОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА Примерную структурную схему приемного устройства можно изо- бразить в виде пяти функциональных блоков (трактов, рис. 1.3, а). Усилительный (усилительно-преобразовательный УТ) тракт при- нимает сигнал (по возможности без потерь) от антенны, отфильтровы- вает его от помех, смещает спектр входного сигнала на промежуточную частоту, на которой производится основная обработка сигнала, усили- 7 вает его. Под обработкой сигнала здесь и далее мы будем понимать все преобразования сигнала (усиление, фильтрацию, ограничение, демо- дуляцию, регенерацию и т. д.), которые производятся в РПУ для вы- деления из сигнала заложенной в нем информации. В состав усилительного тракта могут входить вспомогательные узлы — система АРУ, ограничитель, логарифмический усилитель и т. п., влияющие на амплитудную характеристику усилительного трак- та, но не вносящие искажений в принимаемую информацию. Информационный тракт (ИТ) производит основную обработку сиг- нала. Он включает оптимальный фильтр, в значительной степени оп- ределяющий помехоустойчивость приемного устройства, демодулятор сигнала, а также цепи последетекторной обработки (фильтр нижней К антенн с Н патрсбчтслт К антенне Ф С) Капврнопу генератору чпенне \——| [—7^ —wz, к м Рис. 1.3. Примеры структурных схем 3-го (о), 2-го ((5) и 1-го (в) уровней иерар- хии радиоприемного устройства частоты, регенератор кода и т. п.). В состав информационного тракта могут также входить вспомогательные узлы — следящие системы авто- матической подстройки фазы или частоты (ФАП или ЧАП), улучша- ющие качество работы демодулятора сигнала, а также осуществляю- щие поиск и сопровождение сигнала по частоте, фазе, задержке. Синтезатор частот (СЧ) или гетеродинный тракт преобразует ча- стоту внешнего или собственного опорного генератора и формирует из него сетки частот, необходимые для работы преобразователей частоты УТ. Синтезатор позволяет перестраивать приемное устройство на дру- гую входную частоту. Отдельные синтезаторы могут входить в состав следящих систем. Кроме того, синтезатор может формировать сетки частот, необходимые для работы цифровых устройств обработки сиг- нала. Устройство управления и отображения (УУО) реализует в авто- номном режиме заданный алгоритм работы приемного устройства (включение и выключение, поиск и выбор сигнала, адаптацию к меняю- щимся условиям работы и т. п.), позволяет оператору вручную управ- лять приемным устройством и производит отображение состояния и качества работы устройства на соответствующих индикаторах. Наконец, вторичный источник питания (ВИП) предназначен для преобразования энергии первичного источника (сеть 220 В или борт- сеть 27 В) в форму, удобную для использования непосредственно в приемном устройстве (преобразование напряжения, выпрямление, фильтрация, стабилизация и т. п.). Если перейти на следующий уровень иерархии, то, например, структурную схему линейного тракта можно изобразить в виде сово- купности типовых функциональных узлов — усилителей, преобразо- вателей частоты, устройства АРУ и т. п. (рис. 1.3, б). Наконец, каждый типовой функциональный узел может быть пред- ставлен соединением нескольких операционных звеньев (элементар- ных функциональных узлов — рис. 1.3, в). Операционное звено — это устройство, производящее над электрическими сигналами операцию, соответствующую одной или нескольким алгебраическим операциям — умножение на постоянный коэффициент (усиление), перемножение двух сигналов, интегрирование и т. п. Примерами операционных звень- ев являются отдельный каскад широкополосного усилителя, частот- ный фильтр, инвертор, аналоговый перемножитель сигналов и т. п. В процессе синтеза функциональных узлов РПУ часто реальное операционное звено заменяется его идеальным аналогом — устройст- вом, параметры которого не зависят от источника сигнала и нагрузки, а функционирование описывается .алгебраическим выражением (рис. 1.3, в). Это позволяет синтезировать структуру типовых функциональ- ных узлов и блоков, не привязываясь к параметрам конкретных ИС, а в дальнейшем, учтя эти параметры, перейти к реальной оптимизирован- ной структуре прибора. Чем ближе будут характеристики реальной микросхемы и идеального'звена, тем лучше окажутся параметры узла или блока. ^ , Можно показать, что для построения всех операционных звеньев в аналоговой технике (при известном частотном ограничении) достаточ- но использовать два звена — усилитель с инвертированием выходно- го сигнала и перемножитель сигналов. Для придания этим звеньям свойств других звеньев к ним соответствующим образом подключают- ся линейные двухполюсники — активные или реактивные сопротив- ления. Для реализации разрывных функций (ограничения сигнала) необходим также нелинейный двухполюсник — идеальный диод. Пе- речисленная совокупность двух операционных звеньев в сочетании с линейным и нелинейным двухполюсниками образует минимальную функционально полную систему аналоговых звеньев, на которых можно реализовать (в идеальном случае) все функциональные узлы приемных устройств. Возможен и другой состав функционально полной системы. В качестве физических аналогов операционных звеньев используются обычно универсальные ИС, в частности, для двух исходных звеньев — операционный усилитель и аналоговый перемножитель. В цифровой технике минимальную функционально полную систе- му образуют логические схемы, производящие простейшие операции ма- тематической логики—операции конъюнкции (И), дизъюнкции (ИЛИ) и инверсии (НЕ) [И. 1.3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА ~ Разработка конкретной аппаратуры на каждом уровне иерархии (например, устройства) начинается с этапа внешнего проектирования — обоснования исходных (внешних, выходных) параметров устройства. Затем на этапе внутреннего проектирования производится разработ- ка устройства для сформулированных исходных данных на своем уровне иерархии и определяются внутренние данные (характеристики составных частей устройства), обеспечивающие заданные внешние параметры. Далее внутренние данные рассматриваются в качестве внешних параметров при проектировании составных частей устройства и т. д. Естественно, что проектирование не обязательно все время идет по нисходящей линии: система—устройство—блок и т. д. После оценки реализуемых параметров может возникнуть необходимость пересмо- тра структуры системы или внешних исходных данных устройства. Последовательность проектирования всего радиоприемного уст- ройства с учетом сказанного можно представить в следующем виде. L Обоснование исходных д'анных на разработку радиоприемного устройства. 2. Синтез структурной схемы. Определение требований к состав- ным частям. 3. Выбор метода обработки сигнала. 4. Синтез структурных схем функциональных блоков. 5. Синтез структурных схем типовых функциональных узлов и разработка требований к операционным звеньям и интегральным мик- росхемам. 6. Выбор элементной базы и проектирование типовых функциональ- ных узлов. Разработка принципиальных схем. Оценка'допусков на параметры ИС. 7. Разделение радиоприемного устройства на отдельные конструк- тивные узлы (микроблоки, ячейки, микросбор.ки). Разработка кон- струкции этих узлов. Разработка конструкции в целом. 8. Расчет надежности, стоимости, массы, объема и потребляемой мощности. 9. Выпуск полного комплекта технической документации на при- емное устройство с учетом требований ЕСКД. 10. Разработка технологии изготовления, регулировки и испыта- ний прибора. Практическая разработка идет с многократным возвратом от по- следующих пунктов к предыдущим и представляет собой цепь после- довательных приближений к оптимальному решению. Число этих приближений зависит от сложности задачи (достаточно улучшить из- вестные образцы аппаратуры или требуется принципиально новое реше- ние), используемых средств механизации и автоматизации проектиро- вания и эрудиции разработчиков. Такие пункты, как конструкторско- технологическая разработка, расчет надежности и стоимости, в дейст- вительности выполняются одновременно с проектированием электри- ческой схемы. 1.4. ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ Этот этап является продолжением этапа проектирования системы, в которую входит РПУ. После разработки структурной схемы системы уточняется связь РПУ со смежными устройствами и определяются «о исходные данные для его проектирования, т. е. те внешние параметры, которые в наибольшей степени характеризуют качество устройства. Эти данные составляют содержание технического задания (ТЗ) для проектирования РПУ. В ТЗ указываются общие требования к РПУ, электрические, конструктивные, механические, климатические, тех- нологические, экономические и эксплуатационные характеристики, а также надежность. Для радиовещательных приемников эти парамет- ры определяются ГОСТ 5651—76, на остальные — соответствующими межведомственными и внутренними нормалями или согласуются между разработчиком и заказчиком. Для удобства оптимизации системы исходные данные разделяют на четыре подгруппы: совокупность У = {Vi, ..., Ур} условий, определяющих назначе- ние системы, связь со смежными устройствами, воздействие внешней среды; совокупность Ос == {Ogi, ..., Ocq} ограничений, накладываемых на структуру и параметры'системы; совокупность и состав К = {Ki, ..., Km} показателей качества системы. Эта совокупность образует вектор, оптимальному значению которого соответствует некоторая область в пространстве показателей качества; совокупность О к = {0„i, ..., Окг} ограничений, накладываемых ра показатели качества. Вектор К включает совокупность тех показателей качества систе- мы, которые должны учитываться в процессе оптимизации системы и существенно влияют на качество изделия (чувствительность, быстро- действие, массу, габариты, стоимость и т. д.). При- формулировке исходных данных определяется лишь состав этой совокупности, чис- ленные же значения составляющих вектора-К зависят от структуры и параметров системы и в процессе оптимизации варьируются. На пара- метры системы (включая и показатели качества) в исходных данных накладываются ограничения Ос и 0ц типа равенств, неравенств и т. п. (полоса пропускания равна ..., масса меньше ... и т. д.). Часть показателей на первом этапе проектирования может быть не определена. Для синтеза и оптимизации системы необходимо установить кри- терий предпочтения (оптимальности) устройства в зависимости от значения показателя качества. Эта процедура в общем случае произ- водится эвристически. Обычно показатели качества нормируются отно- сительно какого-то значения, чтобы избавиться от размерности (вольты, килограммы, ватты и т. д.), и приводятся к стандартному виду. При этом все значения показателей лежат от нуля и выше, а лучшему каче- ству системы соответствует приближение показателя к нулю. Прямое математическое решение задачи векторного синтеза, когда оптимизация проводится по вектору показателей качества, достаточно трудоемко [4], поэтому векторный синтез стараются свести к скалярно- му, при котором учитывается единственный показатель. Одним из ме- тодов является использование при оптимизации только одного показа- теля, в то время как остальные переведены в разряд ограничений. 11 При другом методе формируется результирующий (комплексный) скалярный показатель качества из частных нормированных показате- лей, например следующими способами: Кр == KiKa ... Km или (1.1) Кр == С, Ki + С, К, +... + С„ К^, ^ С, = 1, С, > О, 1 (1.2) где С; —весовые коэффициенты, определяющие значимость тех или иных показателей качества. Коэффициенты устанавливаются, напри- мер, эвристически или методом экспертных оценок. Оптимальной счи- тается система с минимальным результирующим показателем. При оптимизации аппаратуры часто используется комплексный показатель качества (1.1) для оценки связи материальных показате- лей (масса, объем, надежность, стоимость, энергопотребление) с функ- циональными (усиление, быстродействие и т. д.), а также между собой. Находят применение следующие комплексные показатели (их обычно не нормируют): массогабаритный Кмо (масса, деленная на объем), функ- ционально-энергетический (например, усиление, деленное на потреб- ляемую мощность), массоэнер готический Кмэ (энергопотребление, де- ленное на массу), массоаппаратурный Кма (масса, деленная на число ИС) и т. д. Эти показатели также называют относительными. Другой пример комплексного показателя: усиление, умноженное на полосу пропускания (так называемая площадь усиления). Следует иметь в виду, что между собой и с параметрами устройства частные показатели обычно связаны сложной функциональной зависи- мостью. Поэтому указанные относительные показатели могут считать- ся постоянными для различных изделий лишь при определенных ограничениях. Относительные показатели определяются выбранной элементной базой, техническим решением, уровнем технологии и для конкретных реализации характеризуют научно-технический уровень в данной об- ласти. Так, например (цифры ориентировочные), Кмо лежит от 0,5 ... ...I г/см2 для блоков на цифровых ИС (ЦИС)до 5 ... 8 г/см3 для блоков на бескорпусных ИС с общей герметизацией и вторичных источников питания; Кмэ — от 0,5... 1 Вт/кг для блоков на КМОП ЦИС до 5 ... 10 Вт/кг для ЦИС эмиттерно-связанной транзисторной логи- ки; Кма — от 3 ... 5 г на одну микросхему (блоки на корпусных ЦИС) до 30 ... 100 г на микросхему (блоки на аналоговых ГИС малой сте- пени интеграции и СВЧ ИС). После разработки исходных данных проверяется корректность фор- мулировок ТЗ: наличие полного объема требований, характеризующих внешние параметры, отсутствие требований к внутренним параметрам (например, нормирование коэффициента шума при заданной чувстви- тельности и т. п.). Далее производится проверка реализуемости исход- ных данных, например, путем сравнения с параметрами прототипа (аналога) прибора. Прототип —это известный из литературы или лич- ного опыта разработчиков лучший вариант построения устройства, решающего задачи, близкие к заданным в исходных данных. Исполь- 12 зуя прототип (их может быть несколько), можно оценить основные трудности при проектировании и выполнимость тех или иных характе- ристик. Так, используя комплексный показатель качества в форме (1.1), можно записать выражения для оценки реализуемой массы .проекти- руемого прибора Мп = КсКтКмМа, где Мд —масса аналога. Осталь- ные сомножители — частные показатели, характеризующие относи- тельную сложность прибора Кс, качество технологии Кт> использова- ние новых конструкционных материалов Км> элементную базу, сте- пень интеграции и т. п. Например, если проектируемый прибор в два раза сложнее прото- типа (по числу используемых ИС, .Кс == 2), в нем применяется новая технология изготовления корпусов.^Кт == 0,7), используются новые конструкционные материалы (Км = 0,5),. то масса проектируемого прибора составит 0,7 от массы прототипа. Частные показатели опре- деляются эвристически, путем изучения новейших технологических и конструктивных достижений либо путем интерполяции и экстра- поляции результатов измерения параметров приборов-прототипов. 1.5. СИНТЕЗ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ Следующий этап проектирования — установление связи показате- лей качества с параметрами устройства (системы). Для этого создается расчетно-математическая модель проектируемой системы, отражающая основные закономерности ее функционирования и существенные свя- зи между составляющими частями в форме, пригодной для исследова- ния математическими методами. Соответственно иерархии систем существует иерархия моделей. При оптимизации электрических характеристик модель удобно пред- ставлять в виде структурной схемы прибора. Соответственно имеет ме- сто иерархия и структурных схем. Существует два метода решения задачи синтеза — эвристический и математический. При первом модель синтезируется эвристически на основе накоп- ленного опыта, анализа литературы, интуитивных соображений. Та- ких моделей может быть несколько. Далее на основе исходных данных создается модель (математическое описание) внешних воздействий. Проводится- анализ модели устройства (математический расчет. имитационное моделирование на ЭВМ, испытание макетов). В резуль- тате анализа модели определяются значения показателей качества в зависимости от параметров модели. Решая задачу поиска экстремума этой функции, получаем систему, оптимальную по заданному крите- рию в классе систем, соответствующих всем возможным значениям па- раметров. Недостатком описанного метода является необходимость оп- тимизации нескольких моделей, при этом отсутствует гарантия того, что среди предложенных моделей присутствует наилучшая. Тем не менее этот метод наиболее доступен и применим к системам любой слож- ности, особенно в сочетании с имитационным моделированием на ЭВМ или макетированием. 13 В общем случае для эвристического синтеза схемы можно рекомен- довать метод функционального наращивания [б]. На основе исходных данных составляется перечень функций, которые должно реализовать синтезируемое устройство. Далее изображается схема этого устройства путем соединения в соответствующем порядке узлов, реализующих эти функции. Для упрощения процедуры синтеза можно в качестве исходной ис- пользовать схему на рис. 1.3, а, где уже изображены основные функ- циональные блоки приемного устройства. Одновременно с синтезом структурной схемы на основе перечней типовых параметров функцио- нальных блоков (см. гл. 2) составляются исходные данные для. проекти- рования этих блоков. На этапе синтеза общей структурной схемы приемного устройства, предназначенной для оптимизации, функциональные блоки детализи- руются в минимальной степени. Так, усилительный тракт может пред- ставляться в виде линейного четырехполюсника, характеризуемого ко- эффициентом усиления, прямоугольной полосой пропускания и до- пустимым коэффициентом шума. Информационный тракт в этом слу- чае содержит минимальный набор необходимых операционных звеньев, Остальные функциональные блоки на этапе оптимизации часто не учитываются. При математическом синтезе оптимальной системы разработчик в результате математических выкладок получает некоторые соотно- шения, определяющие поведение (оператор) этой системы для заданной модели внешних воздействий и выбранного критерия. После этого пе- реходят к следующему этапу — реализации (построению модели, структурной, функциональной или электрической схемы системы). Математический синтез принципиально позволяет найти наилучшую из возможных систем и сокращает время проектирования, но лишь при существенном упрощении модели. Поэтому этот метод синтеза приме- няется обычно для относительно простых систем либо для получения предельных (потенциальных) характеристик сложных систем и нахож- дения пути создания реальной системы. На практике используются оба метода: с помощью математическо- го синтеза находится оптимальная структура системы для наиболее важного показателя качества, после чего структура оптимизируется для других показателей и изменяется для облегчения реализации; к ней наращиваются узлы, выполняющие не учтенные при синтезе функ- ции. Полученная более сложная модель анализируется и корректи- руется с учетом уже всех показателей качества. При оптимизации электронных цепей часто используется теория чувствительности, тесно связанная с расчетом допусков электронных схем [9]. Функцией чувствительности называют меру изменения функ- ции электронной цепи (например, передаточной характеристики) Ф (л-i, х^, ..., л'„) к изменению одного из параметров цепи х,. Ее пред- ставляют обычно в абсолютной форме Sxi = дф/дх, = S xi (Ф, Xi) или в относительной 5S == д In Ф/д In x, -= л'(5эс(/Ф. и Отклонение функции цепи в результате изменений всех параметров N цепи равно ДФ == ^ Sxi^x,. Относительное отклонение АФ/Ф = ==^SФi^Xilxl. Используя чувствительность 1-го порядка, можно оценить изме- нение функции цепи в зависимости от небольшого изменения парамет- ров цепи, а используя чувствительности высших порядков, — полу- чить измерение функции цепи и при больших изменениях параметров. Соответственно по допустимому изменению показателя качества (функ- ции цепи) можно оценить допустимые изменения параметров цепи (например параметров микросхем). Так как обычно желательна малая зависимость функции цепи от изменения параметров входящих в цепь элементов, то при оптимизации цепей часто в качестве показателя ка- чества используется сама чувствительность, которая в процессе синте- за дожна быть минимизирована. . Важное значение для приемоусилительной техники имеет теория чувствительности также благодаря связи чувствительности цепи с характеристикой устойчивости (удаленностью от возбуждения) актив- ных цепей. Чем больше чувствительность, тем меньше запас устойчи- вости. Поэтому, уменьшая чувствительность, мы одновременно с повы- шением стабильности функции цепи повышаем и устойчивость цепи. 1.6. ВЫБОР МЕТОДА ОБРАБОТКИ СИГНАЛА Если в РПУ 1-го и 2-го поколений (выполненных на лампах и тран- зисторах) использовался в основном традиционный аналоговый метод обработки сигнала, то в приборах 3-го и 4-го поколений часто" приме- няется цифровая, обработка сигнала, а также широко употребляются различные изделия функциональной электроники (функциональные устройства). Выбор способа обработки сигнала, типа элементной базы влияет на структурную схему РПУ и производится на начальных эта- пах проектирования. Особенностью цифровой обработки сигнала являются обязатель- ная дискретизация аналогового сигнала во времени, квантование зна- чений и преобразование дискретных выборок в числа. Преобразованию может подвергаться как сигнал целиком, так и его отдельные парамет- ры (амплитуда, фаза и др.), необходимые для дальнейшего выделения заложенной в сигнале информации. Далее все операции производятся уже над полученными в результате преобразования числами. При цифровой обработке сигнала реализуются высокая точность вычислений, которую можно повысить до любого необходимого значе- ния путем усложнения аппаратуры, высокая стабильность характе- ристик за счет отсутствия свойственных аналоговым цепям параметри- ческих уходов, возможность запоминания (задержки) на неограничен- ное время больших массивов информации и быстрого ее воспроизведе- ния. В синхронном режиме работы стабильность временных последова- тельностей цифровых блоков определяется стабильностью опорного генератора. На цифровых схемах оптимальные и квазиоптимальные 15 алгоритмы обработки сигнала реализуются проще чем на аналоговых. Цифровая аппаратура не требует настройки, ее соединения регулярны, элементная база однородна (имеется закономерная повторяемость эле- ментов структуры и связей между ними). Цифровые цепи позволяют лег- ко осуществлять адаптацию устройства к сигналу или внешнее изме- нение алгоритма работы, на них просто реализуются всевозможные логические функции. Цифровые ИС обладают вцсокой надежностью, хорошей схемотехнической проработкой, имеют высокий уровень интеграции. Наконец, цифровые цепи значительно проще, чем ана- логовые, приспособить. к автоматизированному проектированию и моделированию. Рцс. 1.4. Структурная схема циф- рового радиоприемного ,уетройст- ва Рис. 1.5. Структурная схема циф- рового радиоприемного устройст- ва с единой магистралью обмена \озч д д ПЗУ 40 Однако цифровым узлам присущи и некоторые недостатки. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой необходимо его пред- варительное усиление до нескольких вольт. Цифровые узлы имеют меньшее быстродействие,.большую аппаратурную сложность, им прин- ципиально присущи шумы квантования, автоколебания в замкнутых системах за счет дискретности регулирования. Потребляемая мощность и габариты изделий на ЦИС иногда оказываются большими. Приемные устройства с цифровой обработкой сигнала по количе- ству узлов, выполненных на ЦИС, можно разбить на две группы. К первой относятся аналого-цифровые РПУ, в которых на ЦИС реализованы отдельные узлы: часть информационного тракта (демоду- лятор, фильтр, следящие системы, схемы поиска сигнала и т. п.), АРУ, синтезатор частоты, устройство у правления и отображения и т. п. Ко второй группе относятся цифровые радиоприемные устройства (ЦРПУ, рис. 1.4)."Усилительный тракт УТ производит предваритель- ную частотную фильтрацию сигнала, усиление и смещение его по ча- стоте. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует анало- говый сигнал в цифровой код, который подается уже на собственно цифровой радиоприемник. Последний представляет собой цифровой процессор (ЦП), осуществляющий обработку сигнала (дополнитель- ное преобразование по частоте, фильтрацию, поиск сигнала, демодуля- цию и т. п.) по заданному алгоритму. После процессора может стоять цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), если в результате обра- ботки сигнала должна появиться информация в аналоговой форме. 16 При достаточном запасе по быстродействию процессор может ис- пользоваться в режиме временного уплотнения для обработки несколь- ких сигналов, которые подключаются к нему по очереди один раз за период частоты" дискретизации. Цифровой процессор выполняется по двум различным методам организации,алгоритма. При так называемой аппаратной реализации последовательность обработки сигнала в ЦП определяется электриче- скими соединениями между отдельными ИС (обычно средней степени интеграции). Отсюда следует другое определение этой организации — жесткая логика. Каждый узел ЦП предназначен для выполнения кон- кретной операции. Поэтому в таком ЦП можно найти узлы, соответст- вующие по функциям узлам в аналоговом РПУ (смеситель, фильтр, генератор" и т. п.). Такая реализация позволяет достигнуть наибольшего быстродейст- вия при наименьших потребляемой мощности и массе. Ее недостатком является невозможность изменения , алгоритма обработки сигнала в приборе без его существенной переделки, трудоемкость разработки аппаратных средств, относительно большие габариты из-за исполь- зования ИС средней степени интеграции [10]. При программной реализации в качестве ЦП используется ЭВМ, которая в зависимости от объема вычислительной задачи и назначе- ния прибора может быть общего назначения или специализированной, разработанной для решения конкретной задачи. Преимуществом такой реализации ЦП является простота изменения алгоритма обработки сигнала, а также большая легкость аппаратурной разработки, так как • .используется либо готовая ЭВМ, либо микропроцессорный комплект ИС, .являющийся набором микросхем большой степени интеграции. Однако появляется необходимость в написании и отладке программы работы ЦП, которая может составлять до 70% общей трудоемкости разработки прибора. При программной реализации структурная схе- , ма приемного устройства видоизменяется (рис. 1.5). Наличие единой цифровой магистрали обмена М (для увеличения быстродействия число магистралей можно увеличить до двух-трех) .позволяет существенно сократить число соединений между блоками, придать им регулярный характер и унифицировать их. Магистральная'организация позволяет легко наращивать аппаратуру при ее модернизации, производить диагностику при обработке или ремонте, замену блоков [10]. Однако для высокочастотных соединений (например, выхода синтезатора и входа смесителя УТ) приходится сохранять индивидуальную связь в обход магистрали. В состав ЦРПУ могут быть введены следующие устройства: управ- ления УУ, отображения УО, контроля УК (для автоматической диаг- ностики), контроллеры К01 и, К02 (для связи УТ и потребителей с магистралью) /другие, уже упоминавшиеся ранее. Программная реализация алгоритма обработки сигнала на универ- сальной ЭВМ часто требует больших затрат машинного времени, что может затруднить ее осуществление в реальном масштабе. Это объясня- ется малым быстродействием ЭВМ общего назначения при выполнении спеццфически-х для 'обработки сигналов алгоритмов (преобразования 17 Фурье, фильтрация и т. п.). Поэтому для сложных алгоритмов обра- ботки сигнала с высокими требованиями к быстродействию и габари- там часто применяется смешанная реализация ЦП,' при которой операции, требующие больших затрат машинного времени, выносятся из ЭВМ общего назначения и выполняются в виде либо аппаратно реализованных цифровых узлов либо отдельной ЭВМ, специально за- программированной для решения данной задачи. В настоящее время в состав микропроцессорных наборов входят дополнительные устрой- ства — арифметические расширители, предназначенные для быстрого выполнения некоторых математических операций, например матрич- ные перемножители [10]. Из сказанного ясно, что между быстродействием интегральных микросхем (максимальной тактовой частотой) и быстродействием ЦП (скоростью выполнения заданной операции) нет однозначного соот- ветствия. Она зависит от сложности операции, последовательной или параллельной организации вычислений, применяемых аппаратных средств. Для типичных радиотехнических задач (например, частотная филь- трация), если не принимаются специальные меры для ускорения вы- числений, быстродействие аппаратно реализованного цифрового про- цессора снижается на один-два порядка по сравнению с максимальной тактовой частотой ИС, для микро-ЭВМ быстродействие снижается на два-три порядка. Из сказанного следует, что цифровую обработку следует применять при сложных алгоритмах, работы приемного устройства, необходимости адаптации к сигналу, высокой точности оценки параметров сигнала, необходимости запоминания (длительной задержки) сигнала и т. п. при условии ограниченного быстродействия проектируемых узлов, не пре- вышающего возможностей элементной базы. В настоящее время широкое распространение получили цифровые каналы радиосвязи, состоящие из обычного непрерывного (аналогового) канала, к которому на входе (в передатчике) подключено устройство формирования и кодирования цифровых сигналов, а на выходе (в приемнике) — решающее устройство. Последнее служит для опозна- вания переданных сигналов. Включение решающего устройства в ка- нал вызвано тем, что под воздействием помех на выходе канала свя- зи образуется непрерывное множество сигналов, преобразуемое ре- шающим устройством в дискретное множество сигналов. Таким обра- зом, вид канала связи (аналоговый или цифровой) в принципе никак не связан с методом обработки сигнала в приемном устройстве. Пре- образование сигнала в цифровую форму в ЦРПУ (т. е. на выходе ка- нала связи) происходит независимо от того,'какую, информацию несет сигнал в канале связи: цифровую или аналоговую. Функциональные устройства обладают большими потенциальными возможностями [62, 73, 132, 60 и др.], однако на сегодняшний день в силу ряда причин они не могут полностью заменить аналоговые и цифровые средства^ а лишь являются добавлением к ним. В первую очередь отметим изделия пьезотроники, которые широко применяются в усилительном тракте, синтезаторе, а также в информационном трак- 18 те, особенно при обработке сигнала на высоких частотах и в широкой полосе частот. Эти изделия (высокочастотные генераторы и фильтры, дисперсионные линии задержки и т. п.) позволяют существенно изме- нить структурную схему приемного устройства по сравнению с тра- диционной и получить при этом более высокие качественные характе- ристики. Достоинством пьезотронных -изделий является их конструк- тивная и технологическая совместимость с изделиями микроэлектро- ники. Изделия на приборах с переносом заряда (ППЗ) работают с дискре- тизированным во времени входным сигналом, в чем оказываются похожи с устройствами цифровой обработки. С помощью ППЗ реали- зуются многие алгоритмы, характерные для цифровой обработки, при этом ППЗ не требуют наличия на входе АЦП. При- боры с переносом заряда целесообразно применять в информационном тракте и синтезаторе (фильтрация, коммутация, задержка сигнала, спектральный анализ, преобразование вида сигнала и т. п.). До- „ стоинством ППЗ является изготовление ° их методами интегральной .полупровод- никовой технологии, высокая степе'нь интеграции, возможность внешнего про- граммирования режимов работы. Прин- ципиально применение ППЗ позволяет выполнить все "РПУ или большинство его блоков в виде нескольких . монолитных БИС. К недостаткам относятся ограниченная номенклатура выпу- скаемых изделий, невысокие на сегодняшний день рабочая частота (тактовая частота — единицы мегагерц) и динамический диапазон (50 ... 60 дБ). Проиллюстрируем последовательность проектирования РПУ на упрощен- ном примере с условными исходными данными на проектирование. 1. Составляем перечень данных группы У (условия). .Назначение: авиа- ционная техника (самолет). Тип устройства: приемное устройство радиолока- ционной станции для обнаружения объекта по переизлученному запросному сигналу и измерения скорости объекта (по доплеровской частоте). Условия экс- плуатации (климатические воздействия, механические воздействия, срок служ- бы и т. д.) в ТЗ задаются обязательно. В данном упрощенном примере они не ис- пользуются и не конкретизируются. Связь с внешними устройствами: входной сигнал подается от антенны по кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом, шу- мовая температура антенны — 300 К. Переизлученный сигнал непрерывный, немодулированный. Изменение частоты за счет эффекта Доплера Д/д не более 10 кГц. _Также должны быть заданы центральная частота сигнала и его динамиче- ский диапазон, частота и напряжение внешнего опорного генератора, требова- ния к выходному сигналу со стороны устройства — потребителя и т. п. 2. Записываем ограничения, накладываемые на структуру и параметры (группа Ос). В эту группу, в частности, попадают те параметры устройства, ко- торые не будут оптимизироваться' в процессе проектирования: разрешающая способность по частоте Д/ sSa 100 Гц, вероятность ошибки типа ложной тревоги Рлт $э Ю-2, вероятность ошибки типа пропуска цели рцр < \0~3. Могут быть 19 Рис. 1.6. График для выбо- ра оптимальных парамет- ров радиоприемного уст- ройства сформулированы требования к дисперсии оценки частоты, надежности РПУ за срок службы, потребляемой мощности и т. д. 3. Составляем перечень показателей качества (группа К). Функциональ- ные показатели: чувствительность РПУ Pomim время обнаружения /об! мате- риальные показатели: масса РПУ М. 4. Перечисляем ограничения показателей качества (Он): Pymin ^— ^0 дБ-Вт (10-14 Вт), /об < 100 мс, М ^ 2 кг. Для простоты данные не нормируем. 5. Формируем математическую модель РПУ, для чего связываем с помощью уравнений данные подгруппы Ор и К. Временно материальные показатели не рассматриваем. Используя предыдущий опыт и литературные данные выбираем за основу первого варианта системы структурную схему от-канального оптимального обнаружителя сигналов (см. гл. 2, рис. 2.18), состоящего из т параллельно включенных полосовых фильтров с полосой пропускания /7ф, расположенных по частоте равномерно в пределах Д/д. Соседние фильтры перекрываются по частоте на уровне — 3 дБ. Считаем, что время обнаружения /од определяется временем появления отклика сигнала на выходе фильтра. Расчетные соотно- шения: in), /об» 1/Пф,' Ф(Р.т, Рпр, т)=(У1пт+1п(1/рлт)+У1"(1/Рпр)— 1,4)2. /7ф<-Д/> Pomin^ Оо/7ф. т = Д/д/Яф, Qo='/'omln М. Из двух оставшихся выбираем вариант, соответствующий оптимальному соот- ношению между Pomla, <об, /Ип. Глава 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВ 1 2.1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В соответствии с основными принципами системотехники (гл. 1) последовательность проектирования функциональных блоков можно представить в следующем виде: "' 1. Обоснование исходных данных для проектирования. 2. Составление перечня функций, выполняемых блоком. 3. Синтез структурной схемы методом функционального наращи- вания на основе опыта разработчиков и литературных данных. 4. Математический синтез отдельных узлов функционального бло- ка, решающих новые задачи и не исследованных ранее. 5. Анализ синтезированной структурной схемы и ее оптимизация по выбранным критериям. , 6. Разработка требований к функциональным узлам следующего иерархического уровня. 2.2. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ ТРАКТ Существует ограниченное число вариантов выполнения структур- ной схемы усилительного тракта, и все они- в общем виде достаточно детально исследованы [11, 13, 19, 23 и др.]. Поэтому структурная схема усилительного тракта синтезируется, как правило, методом функцио- нального наращивания с последующим анализом и оптимизацией синтезированной схемы. Следует заметить, что исчерпывающий ана- лиз конкретной схемы достаточно трудоемок. Известную сложность может также представлять выбор интегральных микросхем и частот- ных фильтров из-за противоречивых требований к усилительному тракту. 21 2.2.1. Исходные данные для проектирования Исходными данными для проектирования усилительного тракта являются его внешние параметры, частично задаваемые ТЗ на РПУ, частично определяемые в процессе внутреннего проектирования всего приемного устройства. В "формализованном виде примерный пере- чень исходных данных можно разбить на четыре группы (см. § 1.4) четвертая группа содержит конкретные требования — совокупность ограничений показателей качества — и поэтому не приводится. 1. Группа У (условия): параметры входного сигнала (несущая ча- стота и диапазон ее изменения, параметры модуляции или полоса спектра входного сигнала); характеристики помех (тип, уровень,ча- стота или диапазон частот, занимаемый помехой); эквивалент антенны или волновое сопротивление антенного фидера и КСВ выхода; шумовая температура антенны; сопротивление нагрузки тракта. 2. Группа О (ограничения): вид амплитудной, амплитудно-частот- ной и амплитудно-фазовой характеристик; параметры выходного сиг- нала (несущая частота и диапазон ее изменения, диапазон изменения уровня выходного сигнала, минимальное отношение сигнал-шум, ста- бильность коэффициента усиления тракта) и т. п. 3. Группа К (показатели качества): чувствительность; динамиче- ский диапазон по входному сигналу; частотная избирательность; по- грешность настройки частоты; характеристики искажений выходного сигнала; КСВ входа; габариты, масса, потребляемая мощность. Часть показателей качества может переходить в разряд ограниче- ний и наоборот. В результате проектирования усилительного тракта должны быть определены его структурная схема, внутренние параметры и разрабо- таны требования к типовым функциональным узлам. Приведем пример- ный перечень внутренних параметров: полоса пропускания, спектраль- ная плотность входных шумов или коэффициент шума, частоты гете- родинов, промежуточные частоты, общий коэффициент усиления, рас- пределение усиления по тракту,.распределение избирательности и глубина регулирования усиления. Чувствительность усилительного тракта при условии малого уров- ня внешних помех и достаточного усиления всецело определяется вхо- дными каскадами этого тракта. Спектральную плотность входных шумов при флуктуационных по- мехах можно вычислить в соответствии с выражением [48] No == k {ТА -т- + 7\xAl), ГДе Гвх = Л + T^IK^ + Тз//С„ом1/<ном.2 + ..., k — постоянная Больцмана; Tg-n —шумовая температура входа приемни- ка (градусы Кельвина); Ti, Тг,...—шумовая температура первого, вто- рого и т. д. каскадов усилителя, включая и преобразователь частоты; ТА—шумовая температура антенны; ^цом1' ^номг' •••—номиналь- ные коэффициенты усиления по мощности первого, второго и т. д. уси- лительных каскадов; T] — коэффициент передачи тракта (фидера) ан- тенна—вход РПУ. Иногда используют другую запись: Л/о == k7\F^, где Гц, — ко- эффициент шума, Ту = 293 К. 22 • При включении РПУ с эквивалентом антенны Гд == То, л == 1, в этом случае коэффициент шума J7^ = T^lTy +1. Используя выражение для Ny, можно рассчитать энергетический потенциал радиолинии Н = Рц/Ny (?с — номинальная мощность вход- ного сигнала РПУ на выходе антенны), отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума Q/Ny = fftn {ty — длительность сиг- нала), отношение сигнал-шум в заданной шумовой полосе /7,д (обыч- но определяемой полосой основного канала приема) Рс/Рщ = Н1Пщ; чувствительность усилительного тракта Рут mm прч заданной шу- мовой полосе и заданном отношении сигнал-шум В на выходе усили- тельного тракта Руг mm = BU^No. .(2, la) Если входной сигнал задается ЭДС в антенне, то чувствительность определяется другим образом; Яу^,п==2Ул^Ж^> (2-16) где /?вх — входное сопротивление усилительного тракта (согласован- ного с антенной). Общий коэффициент усиления усилительного тракта (включая ан- тенный кабель) определяется по формуле К.Р ==Рвы.х/-Рут1пГп ИЛИ /<[/== 2t/,,biX/?yT mm, (2.2) где ?вых> ^вых — заданные мощность или эффективное напряжение соответственно на выходе тракта; Рц — сопротивление нагрузки уси- лительного тракта. __ Очевидно К.и = YKpRJR^- Динамический диапазон усилительного тракта по входному сигналу определяется отношением D = Рут тах/^ут mtn или в децибелах D= 10 lg (Рут щах/Рут min), ' (2.3) где Рут шах — максимальная мощность входного сигнала, при ко- торой коэффициент нелинейных искажений выходного сигнала усили- тельного тракта меньше допустимого. Если основная помехоустойчивость РПУ определяется частотным фильтром усилительного тракта, чувствительность РПУ Pom in равна Рут т in- Если основная помехоустойчивость определяется оп- тимальным фильтром в информационном тракте, то Рот т == Оо/^и, где Qp — минимальная энергия сигнала, необходимая для заданного качества 'функционирования РПУ и зависящая от N„ (см. § 2.4). Оче- видно в этом случае Роют < Рут min и при расчете К,р и D в (2.1) следует подставлять В == 1. " Динамический диапазон сигнала с шумом на выходе усилительного тракта ^вых ут = (PC max + Л^/7„)/(Рс mm + Л^ш), (2.4) где Ре min и Ре max — заданные минимальный и максимальный вход- ные сигналы. Очевидно необходимо, чтобы Рс min ^ Py-s mtn или *с min f? «о mini ^вых ут ^ и' 23 Нелинейность амплитудной характеристики усилительного тракта (или отдельного каскада) вызывает нелинейные искажения сигнала, которые характеризуются следующими коэффициентами, зависящи- ми от сигнала 111, 86]: коэффициент сжатия &сж — изменение коэффициента усиления за счет нелинейности передаточной характеристики под влиянием ос- новного сигнала (знак коэффициента указывает направление изменения усиления); коэффициенты гармоник, огибающей 2-го и 3-го порядков A'gn. kyQ—отношение паразитного коэффициента .амплитудной модуляции выходного сигнала на второй или третьей гармоникетармонического модулирующего колебания к коэффициенту модуляции на основной частоте; коэффициенты гармоник k^, kyo — отношение амплитуд гармониче- ских составляющих в выходном сигнале с частотами, равными двум и трем частотам моногармонического входного сигнала, к амплитуде первой гармоники выходного сигнала. В общем случае коэффициент гармоник ^=У^о+^о+...+^о.^ Средний коэффициент усиления по напряжению усилительного тракта или отдельного каскада при большом входном сигнале Киср =3 = Ки (t + ^c;i;)> W Ku — коэффициент усиления того же тракта при малом входном сигнале. Аналогично записываются выражения для средней крутизны каскада и среднего коэффициента преобразования преобразователя частоты. Односигнальная частотная избирательность усилительного трак- та определяется отношением уровня сигнала на заданной частоте к его заданному уровню на частоте настройки при неизменном уровне сигнала на выходе УТ. Обычно односигнальная избирательность оце- нивается для внеполосного сигнала, находящегося за пределами полосы пропускания тракта (например, в соседнем канале). Под соседним ка- налом подразумевается полоса частот, равная полосе пропускания ос- новного канала приема и непосредственно примыкающая к полосе пропускания основного канала. Очевидно могут быть первый, второй и т. д. соседние каналы приема, отличающиеся удаленностью по ча- стоте от основного канала. Односигнальная частотная избирательность зависит от частотной расстройки сигнала относительно основного канала и определяется основным наиболее узкополосным частотным фильтром тракта. Нелинейность амплитудной характеристики и недостаточная из- бирательность входных цепей приводят также к появлению искажений полезного сигнала за счет влияния сигналов радиопомехи. Эти искаже- ния характеризуют многосигнальную избирательность УТ. Наиболь- шую опасность представляют следующие сигналы. 1. Один внепблосный сигнал помехи в соседнем канале приема. Этот сигнал попадает во входные каскады, и первый смеситель тракта за счет не очень хорошей избирательности входных цепей. Его влияние определяют два коэффициента: коэффициент блокирования /?бл — от" 24 ношение разности уровней сигнала на выходе УТ при отсутствии и при наличии радиопомехи на его входе к уровню этого сигнала при отсутст- вии помехи; коэффициент перекрестных искажений йддр — отношение коэффициента паразитной амплитудной модуляции выходного сигнала к коэффициенту амплитудной модуляции помехи при подаче на вход 'немодулированного полезного сигналами амплитудно-модулированно- го внеполосного сигнала помехи. В этом случае средний коэффициент усиления тракта усилительно- го каскада /<[/ср = Ки (1 + ^бл). Аналогично выглядят выраже- ния для средней крутизны или среднего коэффициента преобразования преобразователя частоты. 2: Два внеполосных сигнала помехи, с частотами /i и /а> образую- щих паразитный комбинационный сигнал вида /к ==/i ±/2 или /ц = 2/2 — /i, попадающий в основной или побочный (например, зер- кальный) канал приема. Первый случай опасен только при очень широкополосном УРЧ, во втором внеполосные сигналы могут нахо- диться в соседних каналах приема и практически не ослабляться филь- трами УРЧ. Эти искажения характеризуют следующие- величины: коэффициент интермодуляционных искажений второго порядка k^ — отношение амплитуды комбинационной составляющей /\ ± /а, приведенной к входу устройства при подаче на вход двух внеполосных гармонических сигналов с равными амплитудами, к амплитуде одного из этих сигналов на входе; коэффициент интермодуляционных искажений третьего порядка ^21 —отношение амплитуды комбинационной составляющей 2/з — fi при тех же условиях, что и выше, к амплитуде одного из этих сигна- лов. Для оценки влияния внеполосной помехи вводится понятие дина- мического диапазона тракта по соседнему каналу, определяемое как отношение максимального допустимого значения внеполосного сиг- нала помехи на входе, при котором искажения основного сигнала за счет внеполосной помехи не превышают нормы (Рпск). к минимальному входному сигналу, определяемому из (2.1а): D(;(, = Рпск/^ут mm- Помимо рассмотренных нелинейных искажений в усилительном тракте также существуют искажения другого характера: 1. Частотные искажения, вызываемые неравномерностью ампли- тудно-частотной характеристики в полосе пропускания основного ка- нала. 2. Фазовые искажения, вызываемые нелинейностью фазочастотной характеристики в полосе пропускания. 3. Искажения, вызываемые неидеальностью переходной характе- ристики (принципиальные при импульсных радиосигналах). 4. Паразитная амплитудная и частотная модуляция сигнала, вы- зываемая изменениями амплитудно- и фазочастотной характеристик под влиянием большого паразитного сигнала. Обычно в усилительном тракте допускаются нелинейные искажения не более единиц и долей процентов. Это позволяет определить соот- ветствующие искажения всего тракта как сумму искажений каждого 25 каскада в отдельности, например: ^сж общ = S ^сж t. ^перобщ^ == ^ ^пср г- ^ш.бщ = У ^!к, ^21,^= ^ ^21 г, где ^щ — соответст- вующий суммарный коэффициент всего тракта, ki — соответствующий коэффициент искажений /-го каскада тракта содержащего всего п каскадов. Так как все эти коэффициенты зависят от напряжения сигнала, при вычислениях ki необходимо оценивать уровни полезного и пара- зитного сигналов на входе соответствующих каскадов с учетом их уси- ления активными элементами и ослабления фильтрами (см. также § 5.3) [111. В усилительном тракте супергетеродинного радиоприемника вслед- ствие неидеальности преобразователей частоты появляются специфиче- ские неосновные .каналы приема — побочные, создающие дополни- тельные помехи приему полезного сигнала. Эти каналы характеризуют- ся их общим числом, частотой и частотной избирательностью по каждо- му побочному каналу, определяемой как ослабление сигнала, принято- го по побочному каналу, по отношению к сигналу, принятому по ос- новному каналу. В общем случае частота побочного канала определяется из равен- ства ± /"/ПК ± If О Bs /ПЧ, (2.5) где /пн, /о, /пч—частоты побочного канала, гетеродина и промежу- точной частоты соответственно; т, п—целые положительные числа (в том числе и нуль). Частота побочного канала может совпадать с ча- стотой основного канала, если приемник настроен на так называе- мую частоту фокуса, в этом случае промежуточная частота образуется при действии одного и того же сигнала как по основному, так и по по- бочному каналам одновременно. Помехой является сам полезный сиг- нал, проходящий по побочному каналу (и' не ослабляемый в УРЧ). Если побочный канал не совпадает с основным, то сигнал внеполос- ной помехи ослабляется входными цепями приемника. Погрешность настройки частоты определяется разностью между частотой настройки усилительного тракта f» и частотой полезного сигнала fc'- Л/ц == /с —/я. Неточность настройки в свою очередь при- водит к дополнительным искажениям 'сигнала. 2.2.2. Синтез структурной схемы и расчет основных параметров Рассмотрим конкретную последовательность проектирования уси- лительного тракта. Выбор структурной схемы. В настоящее время почти исключитель- но применяется супергетеродинная схема усилительного тракта, поз- воляющая осуществлять основное усиление и фильтрацию на низкой промежуточной частоте. Для реализации переменной настройки в супер- гетеродине достаточно изменять только частоту гетеродина при ши- 2в рокополосном УРЧ или частоты гетеродина и настройки УРЧ. Однако в некоторых случаях (фиксированная настройка, широкий спектр принимаемых сигналов, соизмеримый с несущей частотой) может при- меняться и приемник прямого усиления. Структурные схемы усилительных трактов супергетеродинов раз- .личаются числом и направлением преобразований радиочастоты, на- личием или отсутствием УРЧ. При выборе схемы супергетеродина следует руководствоваться следующими соображениями. В случае переноса спектра сигнала ниже входной частоты (рис. 2.1, а) (разностное преобразование) можно обойтись одним преобразо- ванием частоты, что упрощает схему тракта. Легко осуществить хо- I > fm ' fc -Enina- a) t/i fn4Z'- fnvl s ^\ s H7\ls ^1 > I sH—-*- ^——J \, . I I.—.., „I if) Рис. 2.1. Структурные схемы усилительного тракта с одним (а) и двумя (б) преобразованиями частоты рошую избирательность по соседнему каналу, используя традицион- ные средства селекции в тракте промежуточной частоты. Из-за малой промежуточной частоты частота зеркального канала оказывается близ- ко расположенной к частоте входного сигнала, ее хорошее подавление реализовать в такой структуре трудно. Поэтому в приемниках СВЧ, построенных по этой схеме, для лучшего подавления частоты зеркаль- ного канала обычно применяется несколько преобразований вниз ча- стоты входного сигнала, В случае переноса спектра сигнала выше входной частоты и разност- ном преобразовании существенно улучшается подавление частоты зер- кального канала, уменьшается число фокусов побочных каналов в диапазоне рабочих частот. Однако часто в соответствии с исходными данными для проектирования усилительного тракта требуется низкая частота выходного сигнала. Высокая промежуточная частота может ус- ложнить реализацию необходимого коэффициента усиления. Поэтому в такой структуре обычно имеется также одно или несколько преобра- зований частоты вниз. На входе каждого нового преобразователя ча- стоты должен стоять фильтр, обеспечивающий подавление образую- щихся в преобразователях частот зеркальных каналов (рис. 1.2,6). . При суммарном преобразовании также улучшается подавление ча- стоты зеркального канала, однако возрастает число других побочных 27 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Алексенко А. Г. Основы микросхемотехнпки. Элементы морфологии микро- электронной аппаратуры. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Сов. радио, 1977. — 408 с. 2. Гуткин Л. С. Современная радиоэлектроника и ее проблемы. — M.i Сов. радио, 1980. — 192 с. — (Библиотека радиоинженера «Современная радио- электроника»). 3. Конструирование и расчет больших гибридных интегральных схем, микро- сборок и аппаратуры на их основе: Учебн. пособие для вузов/ Г. В. Алек- сеев, В. Ф. Борисов, Т. Л. Воробьева и др.; Под ред. Б. Ф. Высоцкого. — М.; Радио и.связь, 1981.—216с. 4. Гуткин Л. С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. — М.: Сов. радио, 1975. — 368 с. 5. Проектирование радиоприемных устройств; Учебн. пособие для вузов/ С. М. Клич, А. С. Кривенко, Г. Н. Носнкова и др.; Под ред. А. П. Сиверса. — М.: Сов. радио, 1976. — 488 с. 6. Полковский И. М., Стыцько В. П., Рудберг Ю. Е. Схемотехника микроэлек- тронной аппаратуры. —М.: Радио и связь, 1981. —320 с.- 7. Гуткин Л. С. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуацион- ных помехах. — М.: Сов. радио, 1972. — 448 с. 8. Коржик В. И., Финк Л. М., Щелкунов К. Л. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: Справочник/Под ред. Л. М. Фин- ка.—М.: Радио и связь, 1981.—232 с. 9. Гехер К. Теория чувствительности и допусков электронных цепей: Пер. с англ./ Под ред. Ю. Л. Хотунцева. — М.; Сов. радио, 1.973. — 200 с. 10. Балашов Е. П., Пузанков Д. В. Микропроцессоры и микропроцессорные си- стемы: Учебн. пособие для вузов/ Под ред. В. Б. Смолова. — М.: Радио и связь, 1981. — 328 с. 11. Голубев В. Н. Эффективная избирательность радиоприемных устройств. — М.: Связь, 1978. — 240 с. . . 12. Щербаков Ю. Ф. Некоторые вопросы анализа комбинационных помех при преобразовании частоты. — Радиотехника, 1972, № 12, с. 7—17. 13. Горшелев В. Д., Красноцветова 3. Г., Федорцов Б. Ф. Основы проектирова- ния радиоприемников. — Л.: Энергия, 1977. — 384 с. 14. Средства связи за рубежом в 1977 г.: Обзор по материалам зарубежной пе- чати/ А. В. Валетов, А. Г. Васильев, В. И. Виноградов и др. — М.: ЦООНТИ «ЭКО&>, 1979. — 134 с. 15. Песгряков В. Б. Фазовые радиотехнические системы. — М.; Сов. радио, 1968. — 468 с. 16. Цифровые системы фазовой синхронизации/ М. И. ЖодзиШскнй, С. Ю. Сн- ла-Новицкий, В. А. Прасолов и др.: Под ред. М. И. Жодзишского. — M.i Сов. радио, 1980. — 208 с. 17. Пении П. И. Системы передачи цифровой информации. — M.i Сов. радио, 1976. -368 с. 18. Побережный Е. С. Цифровые коротковолновые радиоприемные устройства. — Радиотехника, 1978, т. 33, №5,. с. 15—17. 19. Чистяков Н. И. Радиоприемные устройства. — М.: Сов. радио, 1978. —• 152 с. 20. Вопросы обработки информации в фазовых измерительных радиосистемах; Сборник статей под ред. В. А. Вейцеля. — Труды МАИ, 1970, вып. 201. — 154 с. 21. Мизин И. А., Матвеев А. А. Цифровые фильтры. —М.: Связь, 1979. — 241 с. 22. Уидроу, Гловер, Кауниц л др. Адаптивные компенсаторы помех: Принци- пы построения и применения. — ТИИЭР, 1975, т. 63, № 12, с. 69—98. 23. Голубев В. Н. Оптимизация главного тракта приема радиоприемного уст- ройства. — М.: Радио и связь, 1982. — 144 с. 24. Кантор Л. Я., Дорофеев В. М. Помехоустойчивость приема ЧМ сигналов, -ч М.: Связь, 1977. — 336 с. 25. Клэппср Дж., Френкл Дж. Системы фазовой и частотной автоподстройкн •>вя частоты; Пер. с англ./ Под ред. А. Ф. Фомина. — M.i Энергия, 1977. — 439 с. 26. Винницкий А. С. Модулированные фильтры и следящий прием ЧМ сигна- лов. — М.; Сов. радио, 1969. — 547 с. 27. Манассевич В. Синтезаторы частот. Теория и проектирование.i Пер. с анг./ Под ред. А. С. Галина. — М.: Связь, 1979. — 384 с. 28. Чистяков Н. И. Декадные синтезаторы частот. — М.; Связь, 1969. — 80 с. 29. Шапиро Д. Н., Паин А. А. Основы теории синтеза частот. — М.: Радио и связь, 1981. —264 с. 30. Тузов Г. И. Выделение и обработка информации в допплеровских системах. . — М.: Сов. радио, 1967. — 400 с. 31. Функциональные усилители с большим динамическим диапазоном; Основы теории и проектирования./ В. М. Волков, А. В. Дмитриев, А. А. Ивань- ко и др.: Под ред. В. М. Волкова. — М.; Сов. радио, 1976. — 344 с. 32. Александров М. А., Жодзишский М. И. Анализ цифровых систем обработки квазигармонического сигнала в диапазоне частот. — Радиотехника и элек- троника, 1976, т. 21, №7, с. 1472. 83. Кинкулькин И. Е., Рубцов В. Д., Фабрик М. А. Фазовый метод определения координат. — М,: Сов. радио, 1979. — 280 с. 34. Березин Л. Б., Куприянов А. И., Рогачева Н. В. Экспериментальные ис- следования плотности распределения временного интервала до первого нуля случайного процесса. — Радиотехника и электроника, 1977, т. 22, № 6, с. 1285—1287. 35. Шляпоберский В. И. Основы техники передачи, дискретных сообщений. — М.: Связь, 1973. — 480 с. 36. Прагер Э., Шимен Б., Дмитриев В. П. Цифровая техника в связи/ Под ред. В. В.'Маркова. — М.: .Радио и связь, 1981.—280 с. 37. Алешин В. Г., Алехин Ю. И., Жодэишский М. И. Синтезаторы частоты.! Конспект лекций. — М.; МЭИ, 1978. — 52 с. 38. Кулешов В. Н., Пацекин М. П. О влиянии неидентичности транзисторов на характеристики двухтранзисторного активного элемента с источником тока в цепи эмиттера. — Труды МЭИ, 1977, вып. 317, с. 7—13. 39. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов; Пер. с англ./ Под ред. Ю. Н. Александрова. — М.: Мир, 1978. — 848 с. 40. Вейцель В. А., Жодзишский М. И. Цифровые системы вхождения в связь в когерентных радиолиниях комплексов ЛА.: — М.; МАИ, 1980. —36 с. 41. Витерби Э. Д. Принципы когерентной связи; Пер. с англ./ Под ред. Б.Р. Левина. — М,! Сов, радио, 1970. ~ 392 с. 42. Алябин Г. М., Глазов С. С., Жодзишский М. И. и др. Способ быстрого об- наружения сигнала и определения его частоты; Реферат. — ПТЙ, 1979, №3. 43. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. — M.i Сов. радио, , 1977. — 608 с. 44. Данилов Б. С., Штейнбок М. Г. Однополосная передача цифровых сигналов. — М.: Связь, 1974. — 136 с, , 45. Анцибор Н. М., Жодэишский М. И. Измерение частоты сигнала на фоне шума с помощью цифровых систем ФАПЧ. —. Радиотехника, 1979, т. 34, №5, с. 78. 46. Бош Б. Г. Гигабитовая электроника. — ТИИЭР, 1979, т. 67, № 3, с. 5—51. 47. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры,/ А. Р. Алексен- ко, С. С. Бадулин, Л. F. Барулин и др. Под ред. Б. Ф. Высоцкого. •— М.: Сов. радио, 1977. •— 362 с. -— (Серия «Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на интегральных микросхемах). 48. Айнбиндер И. М. Шумы радиоприемников. — М.; Связь, 1974. — 328 с. 49. Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении; Пер. с англ./ Под ред. Ю. Н. Бакаева и М. В. Капранова, — M.i Сов. радио, 1978. — 600 с. 50. Проектирование и применение операционных усилителей: Пер. с англ./ Под ред. Дж. Грэма, Дж. Тоби, Л. Хьюлсмана: Пер. под ред. И, Н. Теп- люка. -- М,: Мир, 1974. — 510 с, 267 1,. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. — М.; Сов. радио, 1979. — 368 с. 52. Алексенко А. Г., Коломвет Е. А., Стародуй Г. И. Применение презиционных аналоговых ИС.—М.: Сов. радио, 1980.—224 с. 53. Sony ICF-2001 AM/FM syHthesised receiver. — Electronics Australia, 1982, v. 44, № 2, р. 10—11. 54. Визель А. А., Ветюгов А. И. Цифровые радиорелейные линии связи. —' Зарубежная радиоэлектроника, 1977, № 11, с. 82—97. 55. Полежаев В. А., Виаель А. А. Высокоскоростные фазовые модуляторы и де- • модуляторы для цифровых систем передачи СВЧ диапазона. — Зарубеж- ная радиоэлектроника, 1980, №3, с. 61—71. 56. Справочник по линейным схемам: Пер. с англ./ Под ред. Д. Шейнголда! Пер. под ред. В. В. Малинина. — М.: Мир, 1977. — 523 с. 57. Кутыркин Ю. М., Савченко А. М., Зеболова И. М. Специализированные ин- ' тегральные схемы для частотных синтезаторов. — Зарубежная электронная техника, 1978, № 13, с. 57—67. 68. Интегральный синтезатор ВЧ и УКВ сигналов. — Электроника, 1980, № 10, т. 53, с. 21—22. 69. Банк М, . У. Аналоговые интегральные схемы в радиоаппаратуре. — М.; Радио и связь. 1981. — 136 с. 60. Речиикий В. И. Акустоэлектронные компоненты. — М.: Сов. радио, 1980. —' 262 с. 61. Ермолаев Ю. П., Пономарев М. Ф., Крюков Ю. Г. Конструкции ц техноло- гии миросхем (ГИС и БГИС): Учебн. для вузов./ Под ред. Ю. П. Еромолае- ва. — М.: Сов. радио, 1980. — 256 с. 62. Секен К., Томпсет М, Приборы с переносом заряда: Пер. с англ./ Под ред. В. В. Поспелова и Р. А. Суриса. — М.: Мир, 1978. — 328 с. 63'. Носов Ю. Р., Шилин В. А. Полупроводниковые приборы с зарядовой свя- зью. — М,: Сов. радио, 1976. — 141 с. 64. David F. Barbe, Dean Baker W., Kenneth L. Davis. Signal processing with charge-coupled devices. — IEEE J.. 1978, v. SC-13, № 1, p. 214—2)8. 65. Butler W. J., Engeler W. E., Goldberg H. S., Puckette C. M., Lobenstein H. Charge-transfer analog memories (or radar and ECMsistems. — IEEE Trans., 1976, у. ED-23, №2, p. 161—168. 66. Перестраиваемый фильтр с программируемой ПЗС-структуроГ). — Электро- ника, 1977, т. 50, №25, с. 7—8. 67. Герою А. Фильтры на приборах с переносом заря s.a. — ТИИЭР, 1979, т. 67, № 2, с/ 5—31. 68. Денайер П. В., Мейвор Дж., Артур Дж. У. Миниатюрные программируемые трансверсальные фильтры на ПЗС и МЛП приборах. — ТИИЭР, 1979, т. 67, № 1, с. 49—58. 69. Шварц H. 3. Линейные транзисторные усилители. СВЧ. —Сов. радио, 1980. .— 368 с. ' 70. Мейджилл Э. Г., Грико Д. М., Дик Р. X., Чжень П. С. И. Согласованные филь- тры па ПЗС для псевдослучайных сигналов. — ТИИЭР, 1979, т. 67, № 1, с. 59—72. 71. Королев В. И., Кучумов А. И. Усилители-ограничители. —М.: Энергия, 1976. — 128 с. 72. Попов В. П., Деркач Ю. П., Тимошенко H. А. Аналоговые характеристики приборов с зарядовой связью. — Микроэлектроника и полупроводниковые приборы./ Под ред. А. А. Васенкова, Я А. Федотова. — М.: Сов. радио, 1977. вып. 2, с. 243—253. 73. Тузов Г. И., Прутков В. И., Алференко В. А., Вяткин М. Г. Устройства об- работки сигналов на приборах с зарядовой связью. — Зарубежная радио- электроника, 1978, №9, с. 39—64. 74. Eversole W. L., Mayer D. J., Bosshart P. W. A completely integrated therty- two point chirp Z transform. — IEEE J., 1978, v. SC-13, № 6, p. 822—831. 75. Bhupendra К. Ahrja, Miles A. Copeland, Chong Horn Chan. A sampled analog . MOS LSI adaptive filter. — IEEE Trans., 1979, v. COM-27, № 2, p. 406—412. 76. Карсон Р. Высокочастотные усилители: Пер. с англ./ Под ред. В. Р, Маг- нушевского. '— М.: Радио и связь, 1981. —216 с. 77. Попов В. П. Коммутируемые емкостные фильтры. — Известия вузов СССР. Радиоэлектроника, 1974, т. 9, № 9, с. 36—42. 78. Попов В. П., Тимошенко H. А. Активные динамические емкостные фильтры нижних частот. Микроэлектроника и полупроводниковые приборы./ Под ред. А. А. Васенкова, Я. А.Федотова. — М.: Сов. радио, 1977, вып. 2, с. 234—242. 79. Домбровская С. И., Мирошниченко С. И. Особенности синтеза активных ем- \ костно-ключевых фильтров. — Известия вузов СССР. Радиоэлектроника, 1979, № 2, с. 30—32. 80. Бродерсен Р. У., Грей П. Р., Ходжес Д. А. МПД-фильтры с переключаемыми конденсаторами. — ТИИЭР, 1979, т. 67, № 1, с. -73— 88. 81. Allstot D. J., Brodersen R. W., Gray P. R. MOS switched capacitor lodder filter. — IEEE J., 1978, v. SC-13, №6, p. 806—813. 82. Справочник по радиолокации: Пер. с англ./ Под ред. М. Сколника. — Т. 1. Основы радиолокации/ Под ред. Я. С. Ицхоки. — М.: Сов. радио, 1976. —' 456 с. 83. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигнагяы: Пер. с англ./ Под ред. В. С. Кельзона.—М.: Сов. радио, 1971.—567 с. 84. Интегральные гибридные операционные усилители: Препринт — М.: Ин-т проблем управления, 1979. — 80 с. 85. Носов Ю. Р., Петросянц К. О., Шилин В. А. Математическое модели эле- ментов интегральной электроники. —М.; Сов. радио, 1976. —304 с. 86. Богданович Б. М. Нелинейные искажения в приемно-усилительных уст- ройствах. — М.: Связь, 1980. — 280 с. 87. Бруевич А. H., Евтянов С. И. Аппроксимация нелинейных характеристик и спектры при гармоническом воздействии. — М.: Сов. радио, 1965. — 344 с. 88. Барулин Л. Г. Резонансные усилители на транзисторах. — М.: Связь, 19)9. — 144 с. 89. Гетман В. П., Голованов А. И., Найдеров В. 3., Юсупов 3. Ф. Функцио- нальные устройства на интегральных микросхемах дифференциального уси- лителя./ Под ред. В. 3. Нандерова. — М.: Сов. радио., 1977. — 128 с, 90. Егудин А. Б., Чкалова О. В., Еленский В. Г. Малошумящие СВЧ полевые транзисторы с барьером Шоттки. — Зарубежная радиоэлектроника, 1980, № 10. с. 28—48. • 91. Ризкин И. X. Умножители и делители частоты. — М.: Связь, 1976. — 296 с. 92. Аралов М. С. Оптимальные умножители частоты на транзисторах. — Ра- диотехника, 1978, т. 33, № 6, с. 25—32. 93. Мужичков М. Б. Вариант реализации умножителя частот. — Электро- связь, 1976, №10, с. 64—67. 94. Зимин В. В. Идеальный умножитель частоты. — Радиотехника, 1974, т. 29, № 10, с. 91—92. 95. Григоров В. А. Прогрессивная техника уменьшения избыточности в микро- электронных делителях частоты.—Электронная техника. Сер. 10, 1979, • вып. 3, с. 13—23. 96. Григоров В. А. Частные амплитудные соотношения при генерации субгар- монического сигнала. — Электронная техника. Сер. 10, 1977, вып: 4, с. 58— 64. 97. Калихман С. Г., Левин Я. М. Радиоприемники на полупроводниковых при- борах: Теория и расчет. — М.: Связь, 1979. — 352 с. 98. Полупроводниковые параметрические усилители и преобразователи СВЧ/ В. С. Эткин, А. С. Берлин, П. П. Бобров и др.; Под ред. В. С. Эткина. — М.: Радио и связь, 198.3. — 303 с. 99. Заездный А. М., Воинов С. В., Шамарин А. Ф. Детектирование амплитудно- модулированных колебаний по их структурным свойствам. — Электросвязь, 1976, № 12, с. 63—66. 100. Klapper J., Kratt F. J. A. A new family of low-delay FM detectors. — IEEE, Trans., 1979, v. COM-27, №2, p. 419—429. 101. Балабанян H. Синтез электрических цепей. — М.: Госэнергоиздат, 1961. 102. Белецкий А. Ф. Основы теории линейных электрических цепей,—М.: Связь,' 1967. — 608 с-. 26» 103. Гплямичев Ю, П., Ланнэ А. А., Лундин В. 3., Петраков В. А. Синтез активных КС-цепей: Современное состояние и проблемы/ Под ред А А Ланнэ. — М.: Связь, 1975. — 296 с. 104. Кустов О. В., Лундин В. 3. Операционные усилители в линейных цепях — М.: Связь, 1978. — 144 с. 105. ХепнлеГж В. Е., Холмс В. X. Активные фильтры для интегральны-х схем: Основы и методы проектирования; Пер. с англ./ Под ред. Н. Н. Слеповч и- И. Н. Теплюка. — М.: Связь, 1980. — 656 с. 106. Масленников В. В., Сироткип А. П. Избирательные RC-усплители. — М : Энергия, 1980. — 216 с. 107. Алексеев Л. В., Знаменский А. Е., Лоткова Е. Д. Электрические фильтры метрового и дециметрового диапазонов. — М.: Связь. 1976. — 280 с. 108. Альбац М. Е. Справочник по расчету фильтров и линии задержки. — М.! Гссэнергопздат, 1,963. — 200 с. 109. Маклюков М. И. Инженерный синтез активных RC-фпльтров низких и инф- раннзких частот. —М.: Энергия, 1971. — 184 с. 110. Христиан Э., Эйзенман Е. Таблицы и графики по расчету фильтров: Пер. с англ./ Под ред. А. Ф. Белецкого. — М.: Связь, 1975. — 408 с. 111. Басв Е. Ф., Фоменко Л. А., Цымбалюк В. С. Индуктивные элементы с фер- ромагнитными сердечниками. — М.: Сов. радио, 1976. — 320 с. 112. Житников Е. И., Ионов В. Н., Морозов В. Н. Пленочные индуктивности в м'кроэлектронной аппаратуре. — Электронная техника. Сер. 10, 1977, вып. 3, с. 52—57. 113. Седов К. И. Введение в синтез активных цепей. — Л.: Энергия, 1973 —> 152 с. 114. Чернышев А. А., Иванов В. И., Галахов В. Д. и др. Диоды и тиристоры -^ М.: Энергия, 1980. — 176 с. 115. Белоус Ю. Т., Мунин П. И., Шер Ю. А. Методы проектирования индуктив- ных и резонансных пленочных элементов: Методические указания. — М • МИЭТ, 1977. - 52 с. 116. Знаменский А. Е., Лоткова Е. Д. Высокоизбирательные фильтры с тран- зисторами. — М.: Связь, 1867. 117. Шитулин В. А,, Белоус Ю. Т., Шер Ю. А. Активный фильтр на однород- ной RLC-cTpvKrype. — Сборник научных трудов по проблемам микроэлек- троники. — М.: МИЭТ, 1976, вып.. 26, с. 76—85. 118. Аристархов Г. М., Гуренко В. М., Вершинин Ю. П. Некоторые вопросы со- здания узкополос.ьых резонансных усилителей в интегральном исполне- нии. — Электронная техника. Сер. 10, 1978, вып. 3, с. 3—12. 119. Современная теория фильтров и их проектирование; Пер. с англ./ Под ред. Г. Темешэ и С. Митра: Пер. под ред. И. Н. Теплюка. —М.; Мир, 1977. — 560 с. 120. Тарбаев С. И. Параметрический фильтр с коммутацией конденсаторов и возможностью переноса спектра сигнала. —Радиотехника, 1978, т. 33 № 5 с. 24—31. 121. Ханзел Г. Справочник по расчету фильтров; Пер. с англ./ Под ред. А. Е. Знаменского. — М.: Сов. радио, 1974. — 288 с. 122. Справочник по кварцевым резонаторам/ В. Г. Андросова, В. Н. Банков, А. Н. Дикцджн и др.: Под ред. П. Г. Позднякова. — М.: Связь, 1978. -^ 288 с. 123. Великий Я. И., Гельмонт 3. Я., Зелях Э. В. Пьезоэлектрические фильтры. — М.: Связь, 1976. —396 с. 124. Филатов Г. А., Баев Е. Ф., Цымбалюк В. С. Малогабаритные низкочастот- ные механические фильтры. — М.: Связь, 1974. — 264 с. 125. Кантор В. М. Монолитные пьезоэлектрические фильтры. — М.: Связь 1977. — 151 с. 126. Алексеев А. Н., Орлов В. С., Бондаренко В. С. Интегральные пьезоэлектри- ческие фильтры. — Зарубежная электронная техника, 1978, № 5—6, с. 1—• 49 и 1—68. 127. Петров Г. В., Седлецкий В. Б. Интегральные схемы смесителей СВЧ диа- пазона с подавлением сигнала зеркальной частоты. -— Зарубежная радио- электроника, 1976, № 7, с, 69—80. 270 128. Альтшуллер Г. Б. Кварцевая стабилизация частоты. — М.; Связь, 1974. 129. Альтшуллер Г. В., Елфимов Н. Н., Шакулин В. Г. Экономичные миниатюр- ные кварцевые генераторы. — М.: Связь, 1979. —< 159 с. 130. Шитиков Г. Т., Цыганков П. Я., Орлов О. М. Высокостабильные кварцевые автогенераторы./ Под ред. Г. Т. Шитикова. — М.) Сов. радио, 1974. — 375 с. 131. Колобков В. Г., Матвеев В. В., Новиков Г, Н. Гармониковые кварцевые автогенераторы с селекцией мод. — Электронная техника. Сер. 10, 1978, вып. 4, с. 13—22. 132. Фильтры на поверхностных акустических волнах: Расчет, технология и применение. Пер. с англ./ Под ред. Г. Мэттьюза. Пер._под ред. В. Б. Акпам- бекова. —М.: Радио ч связь, 1981.—472 с. 133. Поверхностные акустические волны — устройства и применение. — ТИИЭР, 1976, т. 64, № 5, — 324 с. 134. Петров Г. В., Седлецкий В. Б. Интегральные схемы диодных смесителей СВЧ диапазона. — Зарубежная электронная техника, 1975, № 19, с. 3—38. 135. Данилин В. Н., Морозов А. А., Сметанина Д. И. и др. Гибридный интеграль- ный малошумящий транзисторный СВЧ усилитель. —В кн.: Микроэлек- троника и полупроводниковые приборы/ Под ред. А. А. Васенкова, Я. А. Федотова. — М.: Сов. радио, 1980, вып. 5, с. 77—78. 136. Иноземцев Г. М., Коваленко В. В., Поляков А. Б. и др. Малошумящий транзисторный усилитель сантиметрового диапазона. — Там же, с. 77—86. 137. Маттей Д. Л., Янг Л., Джонс Е. М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие .цепи и цепи связи в 2-х т.: Пер. с англ./ Под ред. Л..В. Алексеева и Ф. В. Куш- нира.—М.: Связь, 1971, 1972. — 439 с„ 494с. 138. Lugwig D., Ester В., Mouran Т. М. ARGOS project; Localization and data collection program design of the Tiros N random asess system. — 27 congress. IAF76, Anaheim, California USA, Oct. 10—16, 1976, p. 1—7. 139. Williams D. R., Lum W., Weinreb S. L-Band Qryogenically — Cooled GaAs. FET Amplifier. — Microwave J., 1980, v. 23, № 10, p. 73—76. 140. Diinkan J. D. Double balanced mixer using single ferrite core. —•№4,119914, cl 325/446, Okt. 10, 1978. 141. Neuf D. A„ Quiet mixer. —Microwave J., 1973, v. 16, №5, р. 29—32. 142.. Радиосистемы передачи информации; Учебн. пособие/ И. М. Тепляков, Б. В. Рощин, А. И. Фомин, В. А. Вейцель: Под ред. И. М. Теплякова. —' М.: Радио и связь, 1982. —264 с. 143. Бушминский И. П., .Морозов Г. В. Конструирование и технология пленоч- ных СВЧ миросхем. — М.: Сов. радио, 1978. — 144 с. — (Б-ка радиокоц- структора). 144. Abbo A. D., Cockrille J., Pengely R. S. Monolithic gallium arsenide circuits show great promise. -- Microwave Systems News, 1979, v. 9, № 8, p. 79—96 s ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ..•-••,••••.•• i .>... . . 3 Г'л а в а 1 Проектирование приемного устройства в целом. Проектирование укруп- ненной структурной схемы ........... 5 .1. Введение .................. . , 5 .2. Иерархическая структура радиоприемного устройства ....... 7 .3. Последовательность проектирования радиоприемного устройст".^ ..... 9 i .4. Обоснование исходных данных ............. 10 .5. Синтез структурной схемы .............. 13 .6. Выбор метода обработки сигнала ............. 15 Глава 2. Проектирование основных функциональных блоков ..... 21 2.1. Последовательность проектирования ........ . . . . 21 2.2. Усилительный тракт. ................ . . 21 , 2.3. Усилительный тракт цифрового радиоприемного устройства ... . . 36 ' 2.4. Информационный тракт .......... . . . . . 38 2.5. Оптимальные структурные схемы информационного тракта для некоторых ти- повых задач ................... 44 2.6. Тракт синтезаторов частоты . . . . . . . . . . ,. ... 58 2.7. Устройство управления и отображения ........... 62 2.8. Системы фазовой автоподстройки частоты ......'. . ' . .63 Глава 3. Проектирование функциональных блоков и узлов радиоприемного уст- ройства с цифровой обработкой сигнала ........ 68 3.1. Способы перехода от аналогового сигнала к цифровому ...... 66 3.2. Цифровые синтезаторы частоты . ........... 68 3.3. Цифровые системы вхождения в связь ... ^ ....... 80 3.4. Цифровые устройства АРУ .............. 84 3.5. Цифровые следящие демодуляторы квазигармонических колебаний ... 91 3.6. Цифровые следящие демодуляторы двоичных символов информации ... 95 Глава 4. Интегральные микросхемы, используемые в радиоприемных устройствах 9» 4.1. Выбор элементной базы ..... 7~ ......... 98 4.2. Интегральные микросхемы многофункциональных усилителей ..... 99 4.3. Аналоговые перемножители ........ . . . . . . 102 4.4. Широкополосные усилители ......... . . . . . . 104 4.5. Широкополосные усилитгли с электронной регулировкой усиления .... 106 4.6. Специализированные .интегральные микросхемы ... . .... 109 4.7. Приборы с переносом заряда ........... . . . 118 Глава 5. Проектирование типовых функциональных узлов и микросборок прием- ного устройства ............ . . . 128 5.1. Общие положения ................. 128 5.2. Особенности конструкции микросборок ....... . . ... 129 5.3. Проектирование усилителей ......... . . . . . 133 5.4. Ограничители амплитуды ... . ... ... .' . . . . 149 5.5. Преобразователи частоты .............. 151 5.6. Умножители частоты . . . . . . . . . ' . . . . " . . 159 5.7. Делители частоты ............ , . . . 166 5». Детекторы . . .............. ^ 167 Глава 0. Частотные фильтры ......... . • . . . 179 6.1. функции и способы реализации ............ 179 6.2. Исходные, данные для синтеза . . . . / . . . . . . , . 180 6.3. фильтры LC. технологически или конструктивно совместимые с микроэлектрон- ными изделиями ................. 183 6.4. Акгивные LC-фильтры .............. 188 6.5. Активные RC-фильтры .............. 189 6.6. Параметрические фильтры ............. 202 Глава 7. Фильтры и генераторы на основе изделий пьезотроники .... 203 7.1. Физические основы пьезотронных устройств . „ . . . . . . . . - 203 7.2. Пьезорезопаторы и пьезотрстнные фильтры ...... . . . , 204 7.3. Интегральные кварцевые генераторы ......... . . 212 7.4. Принцип работы и конструкция пьезотронных устройств на поверхност- ных акустических волнах ......... . . . . , . 217 " 7.5. Линии задержки, фильтры и другие изделия на поверхностных акусти- ческих волнах ................ 220 Глава 8. Входные СВЧ устройства усилительного тракта ...... 225 8.1. Основные характеристики входных устройств . ... . . . . . . 225 8.2. Схемотехника н особенности^ СВЧ входных устройств ...... 226 ' 8.3. Усилители СВЧ . --. . . . . . . . . . . . . . . 229 ; 8.4. Фильтры СВЧ .......,."....... 244 8.5. Смесители СВЧ ................ 251 Список литературы . ,, . . . . * ... . • ,* . • • 266