Введение

Современные радиочастотные (РЧ) приёмные тракты являются основой беспроводных коммуникационных систем, спутниковой связи, радиолокации и других технологий, где критически важны точность обработки сигналов, устойчивость к помехам и энергоэффективность. Проектирование таких систем требует глубокого понимания взаимодействия каскадных компонентов, их параметров и влияния на общие характеристики тракта. Данная статья создана для студентов радиоинженерных специальностей, осваивающих принципы расчёта и практической реализации РЧ-цепей, и направлено на формирование навыков работы с профессиональными инструментами проектирования, такими как программа-калькулятор ADIsimRF, а также на развитие компетенций в области экспериментальной верификации теоретических моделей.

Первая лабораторная работа посвящена проектированию приёмного тракта, состоящего из каскадно включённых компонентов: входного широкополосного усилителя (А1), цифрового регулируемого аттенюатора с диапазоном регулировки 31 дБ и двух последующих каскадов усиления. Эти элементы моделируют типовую структуру реальных РЧ-систем, где сочетаются усиление, управление уровнем сигнала и компенсация потерь.

Задачи

1. Анализировать теоретические основы работы каскадов РЧ-тракта, включая расчёты коэффициента усиления, шумовых характеристик, линейности и динамического диапазона.
2. Применять программу ADIsimRF или RxCalc для моделирования и оптимизации параметров каскадов, учитывая их взаимное влияние.
3. Практически собирать приёмный тракт из готовых СВЧ-блоков, проводить измерения ключевых характеристик (например, коэффициента шума, усиления, точки компрессии) с использованием лабораторного оборудования.
4. Сравнивать результаты моделирования с экспериментальными данными, анализируя возможные расхождения и их причины.

Пример 1 реализации приёмного тракта до 6 ГГц с регулировкой усиления

На рис. 2 приведена функциональная схема реализации широкополосного приёмного тракта до 6 ГГц на микросхемах серии К1324 с АЦП, подключенным к выходу приёмника.

Рис. 2 - Функциональная схема приёмного тракта с регулировкой усиления

Физическая реализация такой схемы была смоделирована с помощью конфигуратора и приведена на рис. 3.

Рис. 3 - Модель физической реализации приёмного тракта в конфигураторе СВЧ КИТ (файл проекта - СВЧКИТ_ПрМ1.json)

На рис. 4 приведена таблица результатов расчета основных параметров приёмного тракта по рис. 2, 3.

Рис. 4 - Результаты расчета приёмного тракта по схеме рис. 2, 3 в ADIsimRF (файл расчета - ПрМ1.sgc)

Пример 2 реализации приёмного тракта до 6 ГГц с регулировкой усиления

Второй пример реализации использует усилители и перестраиваемый аттенюатор в раздельных корпусах. Это увеличивает габаритные размеры конечного устройства, но добавляет в процесс разработки больше гибкости в плане настройки отдельных каскадов и выбора наиболее подходящих для решения задачи компонентов. На рис. 5 приведена функциональная схема предлагаемого приёмного тракта.

Рис. 5 - Функциональная схема приёмника с разделенным корпусами усилителей и перестраиваемого аттенюатора 

А на рис. 6 представлена его модель в конфигураторе СВЧ КИТ.

а)

б)

Рис. 6 - Внешний вид второго варианта реализации приёмного тракта на раздельных микросхемах усилителей и перестраиваемого аттенюатора в формате СВЧ КИТ (файл проекта - СВЧКИТ_ПрМ2_ПМ2-УВ7.json)

В таблице результатов расчета параметров видно, что благодаря выбору менее мощных усилителей, удалось снизить суммарную потребляемую мощность с 0,75 Вт до 0,55 Вт без существенного ущерба динамическим параметрам. 

Рис. 7 - Результаты расчета приёмного тракта по схеме рис. 5, 6 в ADIsimRF (файл расчета - ПрМ2_ПМ2-УВ7.sgc)

Указания к выполнению

1 Воспроизвести расчетные модели приёмного тракта в программе RxCalc, зафиксировать основные параметры в таблице для сравнения.

2 Определить набор требуемых кабельных сборок, проводов питания и управления, скомплектовать набор комплектующих для выполнения лабораторной работы.

3 Составить схемы проведения измерений основных параметров приёмного тракта с использованием стандартного измерительного оборудования.

4 Составить план проведения измерений (таблицы режимов, диапазонов измеряемых параметров).

5 Собрать приёмный тракт по схеме 1 и провести измерения измерение основных параметров с фиксацией действий и результатов в таблице для сравнения.

6 Аналогично провести сборку и измерение параметров по схеме 2.

7 Сравнить результаты расчета, измерения для схем 1 и 2. Сделать выводы о преимуществах и недостатках предложенных вариантов схем. 

Пример таблицы сравнения основных параметров схем 1 и 2

Рис. 1 - Диалоговое окно для каскадного расчета РЧ-трактов в RxCalc