555_Innovatsii_inauchno-tekhnicheskoe_tvorchestvo_molodezhi2014_

БЛОК КОНТРОЛЯ ДЛЯ ПОВЫШЕННОГО УРОВНЯ МОЩНОСТИ

Дубов В.А.

СибГУТИ, ОАО «НПО НИИИП-НЗиК», Новосибирск e-mail: waispapir@rambler.ru

Научный руководитель – Вайспапир В.Я., ОАО «НПО НИИИП-НЗиК», СибГУТИ

Блок контроля применяется для управления работой аппаратуры сверхвысоких частот, а также для измерения уровня падающей и отраженной мощности.

Из-за большой мощности передаваемого сигнала по основному тракту блок контроля выполнен на основе волноводного направленного ответвителя.

Схема блока контроля содержит три связанных волновода, два направленных ответвителя, ответвляющих мощность в двух противоположных направлениях, две поглощающие нагрузки и два коаксиально-волноводных перехода. Конструктивно блок представляет собой основной волновод, к широким стенкам которого приварены дополнительные волноводы, связанные с основным волноводом через ответвители, выполненные в виде четырех отверстий связи. Один направленный ответвитель настроен на падающую волну, другой – на отраженную.

Принцип работы блока контроля заключается в следующем: распространяющееся по основному волноводу электромагнитная волна в прямом направлении проходит через отверстия связи первого направленного ответвителя в дополнительный волновод и далее через коаксиальноволноводный переход поступает на вход измерительной аппаратуры падающей мощности. Отраженная от нагрузки электромагнитная волна распространяется в обратном направлении по основному волноводу проходит через отверстия второго направленного ответвителя во второй дополнительный волновод и далее через коаксиально-волноводный переход поступает на вход измерительной аппаратуры отраженной мощности. Поглощающие нагрузки используются для компенсации неоднородности внутри блока контроля.

Схема блока контроля выполнена в соответствии с рисунком.

Рисунок – Схема блока контроля

201

ОБЗОР ПРИМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ В СИСТЕМАХ ОХРАНЫ ПЕРИМЕТРА

Каменев А.В. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: avknsk@gmail.com

Научный руководитель – Енов П.Ю., ст.преподаватель СибГУТИ

Необходимость в системах охраны периметра, на сегодняшний день, достаточно высока. Стратегически важные объекты нуждаются в повышенных мерах безопасности. Такие объекты, как правило, защищены различными системами охраны периметра. Патрулирование и традиционные методы мониторинга периметра при помощи сенсоров, как правило, ненадежны, дороги

инеэффективны. Некоторые из этих методов имеют высокий уровень ложных срабатываний. Другие же методы не обладают достаточной чувствительностью для обнаружения реальных вторжений. В итоге, подобные системы дополняются вторичными средствами, например, патрулированием территории

иустановкой систем видеонаблюдения, что приводит к удорожанию общей охраны периметра и неэффективному использованию материальных и человеческих ресурсов. Использование оптических датчиков в системах охраны периметра способствует устранению этих недостатков [1,2].

Различают 3 основных принципа действия оптических датчиков:

Интерференционный метод. Оптический сигнал от лазерного диода (рисунок, LD) расщепляется под действием разветвителя (Coupler) и распространяется по замкнутому в кольцо оптическому волокну в двух разных направлениях. На приемном конце оба луча образуют интерференционную картину. Механические воздействия на чувствительный кабель приводят к изменениям интерференционной картины, которая регистрируется фотодиодом (PD)[2].

Рисунок – Принцип действия оптического датчика основанного на интерференционном методе

Метод регистрации межмодовой интерференции. Лазер излучает несколько десятков близких по частоте спектральных линий (мод) с определенным распределением энергии по спектру. При механическом воздействии на оптический кабель спектр излучения меняется и это регистрирует анализатор[3].

202

Метод регистрации спекл-структуры. На выходе многомодового оптоволокна наблюдается так называемая «спекл-структура», представляющая собой нерегулярную систему светлых и темных пятен. При деформациях или вибрациях волокна спекл-структура

меняется. Для детектирования деформаций кабеля здесь применяют пространственно-чувствительные фотоприемники[4].

На сегодняшний день на мировом рынке существует несколько крупных организаций, предоставляющих решения по охране периметра на базе оптических датчиков[2].

На российском же рынке данные системы представлены лишь одной организацией – ООО «Прикладная радиофизика» с комплексом «ВОРОН»[5].

Анализ имеющихся решений в области использования оптических датчиков в системах охраны периметра подтвердил множественные преимущества перед традиционными системами охраны периметра.

В настоящее время на российском внутреннем рынке практически не представлено подобных систем, однако ряд зарубежных компаний с успехом наладил их производство и инсталляцию. Исходя из огромного количества стратегически важных промышленных и военных объектов на территории нашей страны, можно сделать вывод о том, что такие системы востребованы на внутреннем рынке.

Литература:

1.http://www.corning.com

2.http://www.aflglobal.com

3.Куликов А.В. Волоконно-оптическая система охраны приметра на Брэгговских решетках, как перспективный метод мониторинга безопасности объекта // Ползуновский альманах, №2, 2010

4.Куликов А., Игнатьев А. Обзор волоконно-оптических систем охраны периметра // Алгоритм безопасности, №4, 2010

5.http://www.neurophotonica.ru/

ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ

Туриков А.Р., Илларионов С.В. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: waispapir@rambler.ru

Научный руководитель – Вайспапир В.Я., ОАО «НПО НИИИП-НЗиК», СибГУТИ

Данное устройство предназначено для формирования последовательности пакета импульсов (синхрогруппы) и передачи синхрогруппы и команд управления с блока запуска на спецвычислители 1 и 2.

Основным элементом блока является цифровое устройство (субблок), формирующее последовательность импульсов. Временное положение импульсов (расстановка) зависит от команд управления, подаваемых с

203

помощью переключателей ПРОГРАММА и ПР, а также подаваемых на формирователь с блока запуска через разъем.

Конструктивно формирователь представляет собой корпус с крышкой, внутри которого, расположена 2-х сторонняя печатная плата с микросхемами и другими радиоэлементами, соединяемая с формирователем при помощи разъёма. На боковых сторонах корпуса расположены вилки и розетки. На передней части корпуса находятся два переключателя.

На рисунке изображен блок со снятой крышкой, в него входят: корпус 1, субблок формирователя 2, разъём 3, переключатель 4, вилка 5-6, розетка 7.

Рисунок – Формирователь последовательности импульсов

По итогам проектирования был изготовлен макет, который показал приемлемые результаты.

БЛОК ПИТАНИЯ МОДУЛЯТОРА

Фахурдинов Э.Р., Кизенков В.С. СибГУТИ, ОАО «НПО НИИИП - НЗиК», Новосибирск

e-mail: waispapir@rambler.ru

Научный руководитель - Вайспапир В.Я., ОАО «НПО НИИИП - НЗиК», СибГУТИ

Блок питания применяется для преобразования электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания модулятора.

Данный блок формирует стабилизированное постоянное напряжение величиной от 7 до 12 кВ при токе нагрузки (40±3) мА. Входное питающее напряжение - сеть 400 Гц 220 В. Уровень пульсаций выходного напряжения не превышает величину 0,12 В. Общая нестабильность (одновременное

204

воздействие временных, температурных, нагрузочных факторов, изменения питающих напряжений) не более 3%.

Схемное построение блока питания основано на принципе использования отрицательной обратной связи. В качестве регулирующего элемента была применена электровакуумная лампа - пролетный пентод (титрон), которая обеспечивает оптимальные характеристики по стабильности и уровню пульсаций в сравнении с её аналогами. Формирование постоянного высокого напряжения обеспечивается высоковольтным трансформатором и 3-х фазным выпрямителем, построенным по схеме Ларионова. Трансформатор и выпрямитель скомплектованы в единый узел высоковольтного выпрямителя. На выходе выпрямителя для снижения пульсаций установлен ёмкостной фильтр. Остальные элементы реализованы на резистивных делителях и усилителях постоянного тока.

По сравнению с аналогичными блоками питания, в данном блоке была применена схема защиты, обеспечивающая работу блока питания при величинах, двукратно превышающих номинальное значение тока нагрузки.

Разработанное устройство было рассчитано и спроектировано под технологию производства на базовом предприятии.

АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ ГЕНЕРАТОРОВ СВЧ

Шиплюк И.С. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: te.sibsutis@gmail.com, тел.: 8 (383) 269-82-55

Научный руководитель – Игнатов А.Н., профессор СибГУТИ

Системы вещания и связи, работающие в СВЧ диапазоне, продолжают находить широкое применение, несмотря на получившие в последнее десятилетие мощное развитие оптические телекоммуникационные системы. Особенно существенна роль систем, работающих в СВЧ диапазоне, в районах с малой плотностью населения и сложным рельефом.

Для обеспечения передачи информации применяются различные виды модуляции сигнала несущей частоты, который как раз и является результатом работы генератора СВЧ. Таким образом, характеристики генератора СВЧ во многом определяют потенциал всей системы. За почти вековую историю генераторы СВЧ прошли путь от электронных ламп до твёрдотельных полупроводниковых приборов, и в настоящее время номенклатура генераторов СВЧ, применяемых на телекоммуникационных системах, достаточно обширна. Но, несмотря на это, все генераторы СВЧ можно свести к нескольким типам приборов.

Один из этих приборов – отражательный клистрон (ОК). ОК был создан в

СССР в 1939 году группой учёных под руководством Девяткова Н. Д. и независимо от них Коваленко В. Ф. Хотя область применения ОК была существенно сокращена полупроводниковыми генераторами СВЧ, они всё

205

равно находят применение в силу большого разнообразия конструкций и относительной простоты генераторов СВЧ на их основе. В настоящее время ОК могут использоваться для получения частот до 250 ГГц. Важным свойством ОК является практически безынерционная электронная перестройка частоты. Новый виток в развитии ОК был вызван появлением минитронов (миниатюрных ОК), которые по массе и габаритам сопоставимы с полупроводниковыми приборами, а по выходной мощности могут и превосходить последние.

Другим важнейшим прибором, выступающим в качестве генератора СВЧ является лампа обратной волны типа О (ЛОВ типа О). ЛОВ типа О создана в США в 1952 году Рудольфом Компфнером. ЛОВ типа О в отличие от ОК обладают нерезонансной колебательной системой и поэтому для них характерен очень широкий диапазон электронной перестройки частоты. В настоящее время при помощи ЛОВ типа О могут быть получены частоты до 1500 ГГц и экспериментально доказана возможность работы на частотах до 3000 ГГц. Поэтому ЛОВ типа О практически не имеют конкурентов в верхней части СВЧ диапазона и в нижней части оптического диапазона и остаются перспективными приборами.

Из генераторов СВЧ на основе полупроводниковых приборов наиболее мощными и высокоэффективными являются генераторы на лавинно-пролётных диодах (ЛПД). ЛПД был создан в СССР в 1959 году Тагером А. С. Генераторы на ЛПД могут работать на частотах до 300 ГГц. Выходная мощность может составлять до единиц киловатт в импульсном режиме в нижней части СВЧ диапазона, правда рабочие напряжения ЛПД могут оказаться существенными, что в ряде случаев может ограничивать их применение в составе интегральных генераторных модулей СВЧ.

Другим типом генераторов СВЧ на основе полупроводниковых приборов является генератор на диоде Ганна (ДГ). ДГ был создан в США в 1963 году Джоном Ганном. Генераторы на ДГ могут работать на частотах до 200 ГГц. Генераторы на ДГ обладают более низкой выходной мощностью и КПД по сравнению с генераторами на ЛПД, но требуют меньших рабочих напряжений и больших рабочих токов.

Кроме перечисленных генераторов СВЧ применяются генераторы СВЧ на основе усилителей СВЧ с цепями положительной обратной связи: генераторы на основе триодов, тетродов, пролётных клистронов, ламп бегущей волны типа О (ЛБВ типа О) и транзисторов. Также существуют генераторы СВЧ на основе приборов типа М, данные генераторы обладают колоссальными значениями выходной мощности (до сотен мегаватт в импульсном режиме), но они находят крайне ограниченное применение на телекоммуникационных сетях.

206

Секция 8

РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ВНЕШНЕГО АУДИО ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Артамонов К.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Шушнов М.С., доцент СибГУТИ

В последнее время с развитием цифровых систем звукозаписи все большую актуальность популярность приобретают форматы высокого разрешения с разрядностью до 24 бит при частоте дискретизации до 192 кГц. Распространению цифровых аудиоматериалов способствует бурное развитие Интернет-технологий продажи аудио записей. Поэтому персональный компьютер для многих уже стал единственным хранилищем личной аудиотеки.

Для воспроизведения аудио с персонального компьютера требуется высококачественное аудиоустройство, интегрировать которое в системный блок персонального компьютера не всегда возможно из-за проблем с обеспе6чением качественной развязки питающих цепей. Поэтому использование внешнего аудио ЦАП представляется чуть ли не единственным решением. Подключение ЦАП к компьютеру можно осуществлять либо по

SPDIF, либо по шине USB.

ЦАП находятся в начале аналогового тракта любой системы, поэтому параметры ЦАП во многом определяют параметры всей системы в целом. Основными характеристиками ЦАП являются: разрядность, частота квантования, нелинейные искажения и динамический диапазон.

РАЗРАБОТКА SDR-ПРИЕМНИКА

Бабушкин И.В. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель - Показаньева Т.Я., доцент СибГУТИ

Технология SDR долгое время была привлекательной для производителей, операторов беспроводной связи и военных служб, поскольку одна аппаратная платформа может быть приспособлена к большому количеству форм сигналов, которые добавляются программно в процессе работы. Под общим термином «форма сигнала» понимаются новые типы модуляции и связанные с ними процедуры.

Достоинство SDR технологии заключается в простоте аппаратной части. Стандартные радиочастотные схемы сокращаются до минимума, их стоимость снижаются. Сигнальный процессор берет на себя большую часть функций, которые раньше выполнялись в аналоговых схемах. Это позволяет устранять

207

неисправности, изменять и дополнять функционал устройства и улучшать его характеристики с минимальными затратами.

Вдокладе приводится общий обзор SDR-технологии, ее преимущества и проблемы, связанные с реализацией, рассматриваются возможные способы построения аппаратной части. При проектировании подобных приемников используются две основные архитектуры: SDR-приемник прямого преобразования и супергетеродинный SDR-приемник.

Супергетеродинная структура более распространена. Это связано с тем, что она обеспечивает хорошие характеристики на довольно большом диапазоне частот. Супергетеродинные схемы обладают хорошей селективностью и чувствительностью на всём диапазоне. Приёмники прямого преобразования более просты и характеризуются малой степенью интеграции. Они применяются там, где требования к характеристикам системы не очень жёсткие.

Вдокладе рассматривается принцип работы, аппаратная часть, приводится элементная база SDR-приемника.

РАЗРАБОТКА СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТ МОБИЛЬНОГО АППАРАТА СЕТИ UMTS

Бахарев Ю.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Шушнов М.С., доцент СибГУТИ

С развитием и распространением Интернет, для мобильных устройств, был разработан WAP – протокол беспроводного доступа к ресурсам глобальной сети Интернет непосредственно с мобильных телефонов.

Растущая потребность пользователей мобильной связи в использовании Интернет стало основным толчком для появления сетей, поколения 2,5G, которые стали переходными между 2G и 3G.

3G – это стандарт мобильной цифровой связи, который под аббревиатурой

IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) объединяет пять стандартов – W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT, UWC-136.

Стандарт W-CDMA, известный также как UMTS (Universal Mobile Telecommunication System – универсальная система мобильной связи) – это один из стандартов, разрабатываемый Европейским Институтом Стандартов Телекоммуникаций (ETSI) для внедрения 3G в Европу. UMTS является полностью сетью 3G. Часть базовой сети системы UMTS надежно базируется на сетях GSM, которая эволюционировала из телефонной сети с коммутацией каналов в глобальную платформу для мобильных услуг с пакетной передачей, таких как передача коротких сообщений, просмотр ресурсов Интернета и мобильный доступ к электронной почте. С переходом на системы третьего поколения в существующих сетях GSM добавляется новые компоненты и интерфейсы к базовой сети. Новые сети предоставляют лучшее использование спектральной полосы по сравнению с технологией GSM. Это позволяет

208

обеспечить более высокие скорости передачи дынных, большую пропускную способность, а, следовательно, обслуживать большее количество абонентов.

Стандарт UMTS теоретически обеспечивает обмен информацией на скоростях до 2048 кбит/с. В сетях WCDMA используют разделение сигнала по кодово-частотному принципу, т.е. идентификация пакетов информации передаваемых абонентами производится не только по уникальному идентификатору, но и по частоте. Для передачи данных протоколы UMTS используют частоты 1885-2025 МГц для передачи данных от мобильного терминала к базовой станции и 2010-2200 МГц для передачи данных в режиме от станции к терминалу. В данном стандарте используется квадратурная фазовая модуляция (QPSK). Пропускная способность системы 5 МГц (у GSM 200 кГц). Благодаря этому становится возможным передавать информацию любого типа (мультимедийные приложения, загрузка из интернета, видео и аудио) при высокой (до 2 Мбит/с) скоростью передачи.

Составной частью любого мобильного терминала сотовой сети является синтезатор частот. Синтезатор частот – устройство для генерации электрических гармонических колебаний с помощью линейных повторений (умножением, суммированием, разностью) на основе одного или нескольких опорных генераторов. Синтезаторы частот служат источниками стабильных (по частоте) колебаний в радиоприемниках, радиопередатчиках, частотомерах, испытательных генераторах сигналов и других устройствах, в которых требуется настройка на разные частоты в широком диапазоне и высокая стабильность выбранной частоты. Стабильность обычно достигается применением фазовой автоподстройки частоты или прямого цифрового синтеза (DDS) с использованием опорного генератора с кварцевой стабилизацией. Синтез частот обеспечивает намного более высокую точность и стабильность, чем традиционные электронные генераторы с перестройкой изменением индуктивности или ёмкости, очень широкий диапазон перестройки без какихлибо коммутаций и практически мгновенное переключение на любую заданную частоту.

Проанализировав особенности разных вариантов построения систем синтеза частот, можно сделать вывод, что наиболее оптимальным вариантом является синтезатор на основе петли ФАПЧ.

Трудности с ограниченной полосой захвата в нашем случае не проявляются. Так как диапазон рабочих частот 90 МГц меньше 5% от 2ГГц.

Учитывая, что шаг сетки частот 5 МГц в синтезаторе можно ограничиться одной петлей ФАПЧ. Это позволит получить малое время перестройки.

Синтезатор на основе кольце ФАПЧ астатическая система, поэтому вероятность ошибки регулирования в ней стремится к нулю.

Системы на основе ФАПЧ могут быть построены с использованием цифровых ИМС.

Также преимуществом таких систем является малые габариты и низкое энергопотребление и простота реализации устройства.

209

РАЗРАБОТКА СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТЫ МУЛЬТИРЕЖИМНОГО МОБИЛЬНОГО АППАРАТА

Белов А.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Шушнов М.С., доцент СибГУТИ

Мультирежимный мобильный аппарат – это мобильное устройство, позволяющее работать с несколькими стандартами сотовой связи и имеющее возможность выбрать оптимальный.

Составной частью мобильного терминала сотовой сети является синтезатор частот, служащий для формирования вспомогательного колебания при переносе спектра радиосигнала в область низких частот или на промежуточную частоту. Чаще всего высокая стабильность частоты синтезируемого колебания достигается применением фазовой автоподстройки частоты или ее комбинации с частотной автоподстройкой при высоких требованиях к времени настройки.

Перечислим стандарты, с которыми должен работать проектируемый аппарат:

1)Самым известным стандартом 2G является GSM. Около 80% сетей сотовой связи по всему миру построены по этому стандарту. Сети GSM используются 3 миллиардами людей более чем в 212 странах мира. GSM-900, цифровой стандарт мобильной связи, работает в диапазоне частот 890-915 МГц (от телефона к базовой станции) и 935-960 МГц (от базовой станции к телефону). GSM-1800, модификация стандарта GSM-900, работает в диапазоне частот 1710-1785 МГц (от телефона к базовой станции) и 1805-1880 МГц (от базовой станции к телефону). Шаг между частотами 0,2 МГц.

2)Стандарт UMTS 3G нашел наибольшее распространение среди других стандартов этого поколения на территории Европы, в том числе и России. В России работает на частотах 1920 – 1980 МГц (от телефона к базовой станции)

и2110 – 2170 МГц (от базовой станции к телефону). Шаг между частотами 5 МГц.

Поскольку проектируемый синтезатор предназначен для работы в составе мобильного аппарата (приемная часть) с прямым преобразованием сигнала (преобразование на нулевую промежуточную частоту), то он должен вырабатывать три сетки частот:

GSM-900 – 935-960 МГц, шаг сетки 0,2 МГц; GSM-1800 – 1805-1880 МГц, шаг сетки 0,2 МГц; UMTS – 2110 – 2170 МГц, шаг сетки 5МГц.

Перекрыть диапазон частот 935-2170 МГц с использованием одного генератора управляемого напряжением (ГУН) сложно, т.к. потребуется высокая крутизна регулировочной характеристики (коэффициент перекрытия 2,32), что приведет к усложнению устройства. От этого требованию можно уйти, если запускать ГУН на удвоенной частоте для формирования сетки частот GSM-900, а на выходе синтезатора установить делитель частоты с коэффициентом 2. При

210