"תכנן וייצור מקלט משדר אלחוטי המבצע שידור מעורב של אותות דיגיטלי-אנלוגי באותו ערוץ. ביניהם, האות הדיגיטלי מורכב מקבוצה של 4 מספרים מ-0 עד 9; האות האנלוגי הוא אות קולי עם טווח תדרים של 100 הרץ עד 5 קילו-הרץ. באמצעות שידור אלחוטי, טווח התדרים של הספק הוא 20~30MHz, רוחב הפס של הערוץ אינו עולה על 25kHz, ומרחק השידור הקצר ביותר בין ציוד מקלט המשדר הוא לא פחות מ-100 ס"מ.
"
התחרות האלקטרונית של סטודנטים במכללה השנה הסתיימה, להלן ניתוח של השאלות E.
1. משימה
תכנן וייצור מקלט משדר אלחוטי המבצע שידור מעורב של אותות דיגיטלי-אנלוגי באותו ערוץ. ביניהם, האות הדיגיטלי מורכב מקבוצה של 4 מספרים מ-0 עד 9; האות האנלוגי הוא אות קולי עם טווח תדרים של 100 הרץ עד 5 קילו-הרץ. באמצעות שידור אלחוטי, טווח התדרים של הספק הוא 20~30MHz, רוחב הפס של הערוץ אינו עולה על 25kHz, ומרחק השידור הקצר ביותר בין ציוד מקלט המשדר הוא לא פחות מ-100 ס"מ.
קצה המשדר של מקלט המשדר משלים את העיבוד המשולב של האות הדיגיטלי והאות האנלוגי, ומאפנן ומשדר באותו ערוץ.
קצה הקליטה של מקלט המשדר משלים את הקבלה והדה-מודולציה, ומפריד בין האות הדיגיטלי לאות האנלוגי. האות הדיגיטלי מוצג באמצעות צינור דיגיטלי, והאות האנלוגי נצפה באמצעות אוסילוסקופ.
2. דרישות
1. דרישות בסיסיות
(1) מימש שידור אות אנלוגי. האות האנלוגי הוא אות קולי של 100 הרץ עד 5 קילו-הרץ, וצורת גל האות האנלוגי המפורק בקצה המקבל נדרשת ללא עיוות ברור. כאשר רק אותות אנלוגיים משודרים, התצוגה הדיגיטלית בצד המקבל כבויה.
(2) לממש שידור אות דיגיטלי. תחילה הקלד בקבוצה של 4 מספרים מ-0 עד 9 ואחסן ו תצוגה אותם בקצה השליחה, ולאחר מכן לחץ על לחצן השליחה כדי להעביר באופן רציף ומחזורי את האות הדיגיטלי. האות הדיגיטלי מפורק בקצה המקבל ומוצג דרך 4 צינורות דיגיטליים. זמן התגובה הנדרש כדי להתחיל לשלוח לתצוגת הצינור הדיגיטלי אינו עולה על 2 שניות. כאשר השולח לוחץ על כפתור העצירה, מסתיימת שידור האותות הדיגיטלי, ובמקביל, תצוגת המספרים המועברים מתנקה על השולח, וממתינים לקלט מספרים חדשים.
(3) לממש את השידור המעורב של אותות דיגיטליים-אנלוגיים. הזן קבוצה של מספרים באופן שרירותי, ערבב וסונן עם אותות אנלוגיים לשידור. הקצה המקבל נדרש כדי להיות מסוגל לבטל את האות הדיגיטלי ואת האות האנלוגי בצורה נכונה, התצוגה הדיגיטלית נכונה, ולצורת גל האות האנלוגי אין עיוות ברור.
(4) רוחב הפס של הערוץ של מקלט המשדר אינו עולה על 25kHz, וטווח תדרי הספק הוא 20~30MHz. נדרש שניתן לבחור ולהגדיר את המשדר בלא פחות מ-3 תדרי נשאים, ותדר הנשא הספציפי נקבע מעצמו.
2. לשחק חלק
(1) לאחר הפסקת שידור האות הדיגיטלי בקצה המשדר, התצוגה הדיגיטלית בקצה המקבל תכבה אוטומטית לאחר עיכוב של 5 שניות.
(2) בהנחה של עמידה בדרישות הבסיסיות, ככל שצריכת החשמל של מקלט המשדר נמוכה יותר, כך ייטב.
(3) בהנחה של עמידה בדרישות הבסיסיות, טווח התדרים של האות האנלוגי המשודר על ידי מקלט המשדר מורחב ל-50Hz~10kHz.
(4) אחרים.
שלוש, תיאור
(1) האותות הדיגיטליים והאנלוגיים חייבים להיות מעובדים על ידי המשולב מעגל תחילה, ולאחר מכן מאופנן ומשודר באותו ערוץ. שיטת האפנון ודרגת האפנון נקבעות מעצמן. צריך להיות יציאת תצפית בקצה המוצא של המעגל המשולב כדי שהאוסילוסקופ יצפה בשינויי צורת הגל של האות המשולב.
(2) אסור שיהיה כל קשר בין המשדר למקלט של המקלט.
(3) קצה המשדר של מקלט המשדר והאנטנה מחוברים באמצעות תקעי SMA, קצה המשדר הוא ראש F (נקבה), וקצה האנטנה הוא ראש M (זכר). אורך האנטנה אינו עולה על 1 מטר.
(4) גם הקצה המשדר וגם הקצה המקבל של מקלט המשדר מופעלים על ידי ספק כוח סוללה יחיד, ולמעגל אספקת החשמל בקצה המשדר צריך להיות יציאת בדיקה לאספקה מתח ושוטף.
(5) יש לבחור את תדר הנשא של מקלט המשדר ככל האפשר כדי למנוע הפרעות של גלי רדיו סביבתיים.
(6) רוחב הפס של הערוץ בנושא זה מוסכם להיות רוחב הפס של -40dB של האות המאופנן, הנמדד על ידי מנתח ספקטרום. הפרטים מוצגים באיור למטה.
ניתוח נושא ועיצוב פרויקטים
נושא זה הוא מערכת משדר אלחוטית מלאה יחסית הדורשת שידור סימולטני של אותות אנלוגיים ודיגיטליים.
על פי תיאור דרישות העברת האות האנלוגי בכותרת, האות האנלוגי מאמץ את שיטת השידור האנלוגי. טווח התדרים של האות האנלוגי שצריך לשדר הוא 50 הרץ עד 10 קילו-הרץ. אם נעשה שימוש באפנון AM, רוחב הפס הנדרש של הערוץ הוא 20 קילו-הרץ.
האות הדיגיטלי שצריך לשדר הוא מספר עשרוני בן 4 ספרות, בתוספת מידע מיותר כמו כותרת הסנכרון וקוד הבדיקה של מסגרת הנתונים, מספר הביטים שצריך לשדר לא יעלה על 40. הכותרת גם קובעת שהזמן מתחילת השידור לתצוגת הטרמינל לא יעלה על 2 שניות, כך שקצב סיביות השידור בפועל יכול להיות נמוך עד 20bps. לפי המשפט של שאנון, כל עוד יחס האות לרעש של הערוץ אינו רע במיוחד, רוחב הפס של הערוץ הנדרש להעברת נתונים צר ביותר, שהוא כמעט זניח בהשוואה לאותות אנלוגיים.
רוחב הפס של הערוץ שמצוין בכותרת הוא 25kHz, האות האנלוגי תופס את ה-20kHz האמצעיים, ורוחב הפס של 2.5kHz נותר משני הצדדים, והערוץ הדיגיטלי הנ"ל די והותר. לכן, אתה יכול לבחור תדר נשא משנה בין 10kHz~12.5kHz (לדוגמה, 11.2kHz, שהוא הממוצע הגיאומטרי של 10kHz ו-12.5kHz), ולוונן נשא משנה זה עם אות דיגיטלי כדי לקבל אות דיגיטלי מאופנן (האפנון הפשוט ביותר השיטה היא אפנון OOK).
לבסוף, האות המאופנן הדיגיטלי והאות האנלוגי מונחים על גבי, והאות המעורב המשולב מאופנן עם אפנון AM על הספק, מוגבר ולאחר מכן נשלח לאנטנה לשידור. מבנה הספקטרום הכולל הוא כדלקמן:
מבנה המעגל של תכנית זו מוצג באיור שלהלן.
בסכימה זו, המסנן שמבדיל בין שני האותות הוא המפתח.
הדרישה של מסנן המעבר הנמוך של האות האנלוגי היא: יש כמות די גדולה של הנחתה ליד תדר הספק המשנה של האות הדיגיטלי, וההנחתה ב-12.5kHz צריכה להיות גדולה מ-40dB. על פי שתי הדרישות הללו, זוהי בחירה טובה יותר להשתמש במסנן אליפטי מסדר גבוה ולתכנן את תדר האפס הראשון של המסנן בסמוך לתדר נושא המשנה של האות הדיגיטלי. לדוגמה, שימוש במסנן סגלגל נמוך מסדר 7 עם תנודת פס של 0.5dB, ההנחתה ב-11.2kHz (תדר נשא דיגיטלי) ויותר מ-12.5kHz יכולה להיות גדולה מ-45dB.
הדרישה של מסנן המעבר הפס של האות הדיגיטלי היא: צריכה להיות הנחתה מספקת ב-10kHz ו-12.5kHz. מכיוון שרוחב הפס של האות הדיגיטלי נמוך במיוחד, שילוב של מסננים נקודתיים מרובים היא השיטה הפשוטה ביותר. לדוגמה, אם שלושה מסננים נקודתיים עם תדר מרכזי של 11.2kHz וערך Q של 25 משולבים, רוחב הפס הכולל שלהם הוא כ-20Hz, וההנחתה ב-10kHz ו-12.5kHz היא כ-45dB.
החלק הקולט הוא מבנה מקלט סופרהטרודין טיפוסי, שבו קליטת האות האנלוגית זהה בעצם לזו של מקלט AM רגיל.
למעגל המגבר הבינוני צריך להיות פונקציית AGC כדי להבטיח שהמשרעת של אות המוצא לא תשתנה הרבה כאשר תנאי הקליטה משתנים, כדי להקל על דה-מודולציה של האות הדיגיטלי.
מבנה המפענח של חלק הקליטה הדיגיטלית משתנה בהתאם לשיטת האפנון. אם מדובר באפנון OOK, משרעת האות לאחר מסנן מעבר הפס היא ה-1 וה-0 של אות פס הבסיס, וניתן לשלוח אותו למיקרו-מעבד לפענוח כל עוד הוא מעוצב מחדש על ידי המשווה. אם מדובר בשיטת אפנון אחרת, ייתכן שיהיה צורך לשחזר את הספק המשנה כאות סנכרון לפני ביצוע פענוח סנכרון.
ברור שבמצב שבו רוחב הפס של שני האותות בנושא זה רחב והשני צר, כל עוד הספקטרום מסודר בצורה סבירה, ערכת השידור ההיברידית הנ"ל יעילה והמעגל פשוט יחסית. מהפרמטרים הנתונים והדרישות הבסיסיות 1, תיאור 1 ותנאים אחרים, ניתן לנחש כי נראה כי ההצעה מבוססת על ערכת שידור מעורבת זו.
התחרות האלקטרונית של סטודנטים במכללה השנה הסתיימה, להלן ניתוח של השאלות E.
1. משימה
תכנן וייצור מקלט משדר אלחוטי המבצע שידור מעורב של אותות דיגיטלי-אנלוגי באותו ערוץ. ביניהם, האות הדיגיטלי מורכב מקבוצה של 4 מספרים מ-0 עד 9; האות האנלוגי הוא אות קולי עם טווח תדרים של 100 הרץ עד 5 קילו-הרץ. באמצעות שידור אלחוטי, טווח התדרים של הספק הוא 20~30MHz, רוחב הפס של הערוץ אינו עולה על 25kHz, ומרחק השידור הקצר ביותר בין ציוד מקלט המשדר הוא לא פחות מ-100 ס"מ.
קצה המשדר של מקלט המשדר משלים את העיבוד המשולב של האות הדיגיטלי והאות האנלוגי, ומאפנן ומשדר באותו ערוץ.
קצה הקליטה של מקלט המשדר משלים את הקבלה והדה-מודולציה, ומפריד בין האות הדיגיטלי לאות האנלוגי. האות הדיגיטלי מוצג באמצעות צינור דיגיטלי, והאות האנלוגי נצפה באמצעות אוסילוסקופ.
2. דרישות
1. דרישות בסיסיות
(1) מימש שידור אות אנלוגי. האות האנלוגי הוא אות קולי של 100 הרץ עד 5 קילו-הרץ, וצורת גל האות האנלוגי המפורק בקצה המקבל נדרשת ללא עיוות ברור. כאשר רק אותות אנלוגיים משודרים, התצוגה הדיגיטלית בצד המקבל כבויה.
(2) לממש שידור אות דיגיטלי. תחילה הקלד קבוצה של 4 מספרים מ-0 עד 9 ואחסן והצג אותם בקצה השליחה, ולאחר מכן לחץ על כפתור השליחה כדי לשדר באופן רציף ומחזורי את האות הדיגיטלי. האות הדיגיטלי מפורק בקצה המקבל ומוצג דרך 4 צינורות דיגיטליים. זמן התגובה הנדרש כדי להתחיל לשלוח לתצוגת הצינור הדיגיטלי אינו עולה על 2 שניות. כאשר השולח לוחץ על כפתור העצירה, מסתיימת שידור האותות הדיגיטלי, ובמקביל, תצוגת המספרים המועברים מתנקה על השולח, וממתינים לקלט מספרים חדשים.
(3) לממש את השידור המעורב של אותות דיגיטליים-אנלוגיים. הזן קבוצה של מספרים באופן שרירותי, ערבב וסונן עם אותות אנלוגיים לשידור. הקצה המקבל נדרש כדי להיות מסוגל לבטל את האות הדיגיטלי ואת האות האנלוגי בצורה נכונה, התצוגה הדיגיטלית נכונה, ולצורת גל האות האנלוגי אין עיוות ברור.
(4) רוחב הפס של הערוץ של מקלט המשדר אינו עולה על 25kHz, וטווח תדרי הספק הוא 20~30MHz. נדרש שניתן לבחור ולהגדיר את המשדר בלא פחות מ-3 תדרי נשאים, ותדר הנשא הספציפי נקבע מעצמו.
2. לשחק חלק
(1) לאחר הפסקת שידור האות הדיגיטלי בקצה המשדר, התצוגה הדיגיטלית בקצה המקבל תכבה אוטומטית לאחר עיכוב של 5 שניות.
(2) בהנחה של עמידה בדרישות הבסיסיות, ככל שצריכת החשמל של מקלט המשדר נמוכה יותר, כך ייטב.
(3) בהנחה של עמידה בדרישות הבסיסיות, טווח התדרים של האות האנלוגי המשודר על ידי מקלט המשדר מורחב ל-50Hz~10kHz.
(4) אחרים.
שלוש, תיאור
(1) האותות הדיגיטליים והאנלוגיים חייבים להיות מעובדים על ידי המעגל המשולב תחילה, ולאחר מכן מאפנן ומשודר באותו ערוץ. שיטת האפנון ודרגת האפנון נקבעות מעצמן. צריך להיות יציאת תצפית בקצה המוצא של המעגל המשולב כדי שהאוסילוסקופ יצפה בשינויי צורת הגל של האות המשולב.
(2) אסור שיהיה כל קשר בין המשדר למקלט של המקלט.
(3) קצה המשדר של מקלט המשדר והאנטנה מחוברים באמצעות תקעי SMA, קצה המשדר הוא ראש F (נקבה), וקצה האנטנה הוא ראש M (זכר). אורך האנטנה אינו עולה על 1 מטר.
(4) הן הקצה המשדר והן הקצה המקבל של מקלט המשדר מופעלים על ידי ספק כוח סוללה יחיד, ולמעגל אספקת החשמל בקצה המשדר צריך להיות יציאת בדיקה למתח וזרם אספקה.
(5) יש לבחור את תדר הנשא של מקלט המשדר ככל האפשר כדי למנוע הפרעות של גלי רדיו סביבתיים.
(6) רוחב הפס של הערוץ בנושא זה מוסכם להיות רוחב הפס של -40dB של האות המאופנן, הנמדד על ידי מנתח ספקטרום. הפרטים מוצגים באיור למטה.
ניתוח נושא ועיצוב פרויקטים
נושא זה הוא מערכת משדר אלחוטית מלאה יחסית הדורשת שידור סימולטני של אותות אנלוגיים ודיגיטליים.
על פי תיאור דרישות העברת האות האנלוגי בכותרת, האות האנלוגי מאמץ את שיטת השידור האנלוגי. טווח התדרים של האות האנלוגי שצריך לשדר הוא 50 הרץ עד 10 קילו-הרץ. אם נעשה שימוש באפנון AM, רוחב הפס הנדרש של הערוץ הוא 20 קילו-הרץ.
האות הדיגיטלי שצריך לשדר הוא מספר עשרוני בן 4 ספרות, בתוספת מידע מיותר כמו כותרת הסנכרון וקוד הבדיקה של מסגרת הנתונים, מספר הביטים שצריך לשדר לא יעלה על 40. הכותרת גם קובעת שהזמן מתחילת השידור לתצוגת הטרמינל לא יעלה על 2 שניות, כך שקצב סיביות השידור בפועל יכול להיות נמוך עד 20bps. לפי המשפט של שאנון, כל עוד יחס האות לרעש של הערוץ אינו רע במיוחד, רוחב הפס של הערוץ הנדרש להעברת נתונים צר ביותר, שהוא כמעט זניח בהשוואה לאותות אנלוגיים.
רוחב הפס של הערוץ שמצוין בכותרת הוא 25kHz, האות האנלוגי תופס את ה-20kHz האמצעיים, ורוחב הפס של 2.5kHz נותר משני הצדדים, והערוץ הדיגיטלי הנ"ל די והותר. לכן, אתה יכול לבחור תדר נשא משנה בין 10kHz~12.5kHz (לדוגמה, 11.2kHz, שהוא הממוצע הגיאומטרי של 10kHz ו-12.5kHz), ולוונן נשא משנה זה עם אות דיגיטלי כדי לקבל אות דיגיטלי מאופנן (האפנון הפשוט ביותר השיטה היא אפנון OOK).
לבסוף, האות המאופנן הדיגיטלי והאות האנלוגי מונחים על גבי, והאות המעורב המשולב מאופנן עם אפנון AM על הספק, מוגבר ולאחר מכן נשלח לאנטנה לשידור. מבנה הספקטרום הכולל הוא כדלקמן:
מבנה המעגל של תכנית זו מוצג באיור שלהלן.
בסכימה זו, המסנן שמבדיל בין שני האותות הוא המפתח.
הדרישה של מסנן המעבר הנמוך של האות האנלוגי היא: יש כמות די גדולה של הנחתה ליד תדר הספק המשנה של האות הדיגיטלי, וההנחתה ב-12.5kHz צריכה להיות גדולה מ-40dB. על פי שתי הדרישות הללו, זוהי בחירה טובה יותר להשתמש במסנן אליפטי מסדר גבוה ולתכנן את תדר האפס הראשון של המסנן בסמוך לתדר נושא המשנה של האות הדיגיטלי. לדוגמה, שימוש במסנן סגלגל נמוך מסדר 7 עם תנודת פס של 0.5dB, ההנחתה ב-11.2kHz (תדר נשא דיגיטלי) ויותר מ-12.5kHz יכולה להיות גדולה מ-45dB.
הדרישה של מסנן מעבר הפס של האות הדיגיטלי היא: צריכה להיות הנחתה מספקת ב-10kHz ו-12.5kHz. מכיוון שרוחב הפס של האות הדיגיטלי נמוך במיוחד, שילוב של מסננים נקודתיים מרובים היא השיטה הפשוטה ביותר. לדוגמה, אם שלושה מסננים נקודתיים עם תדר מרכזי של 11.2kHz וערך Q של 25 משולבים, רוחב הפס הכולל שלהם הוא כ-20Hz, וההנחתה ב-10kHz ו-12.5kHz היא כ-45dB.
החלק הקולט הוא מבנה מקלט סופרהטרודין טיפוסי, שבו קליטת האות האנלוגית זהה בעצם לזו של מקלט AM רגיל.
למעגל המגבר הבינוני צריך להיות פונקציית AGC כדי להבטיח שהמשרעת של אות המוצא לא תשתנה הרבה כאשר תנאי הקליטה משתנים, כדי להקל על דה-מודולציה של האות הדיגיטלי.
מבנה המפענח של חלק הקליטה הדיגיטלית משתנה בהתאם לשיטת האפנון. אם מדובר באפנון OOK, משרעת האות לאחר מסנן מעבר הפס היא ה-1 וה-0 של אות פס הבסיס, וניתן לשלוח אותו למיקרו-מעבד לפענוח כל עוד הוא מעוצב מחדש על ידי המשווה. אם מדובר בשיטת אפנון אחרת, ייתכן שיהיה צורך לשחזר את הספק המשנה כאות סנכרון לפני ביצוע פענוח סנכרון.
ברור שבמצב שבו רוחב הפס של שני האותות בנושא זה רחב והשני צר, כל עוד הספקטרום מסודר בצורה סבירה, ערכת השידור ההיברידית הנ"ל יעילה והמעגל פשוט יחסית. מהפרמטרים הנתונים והדרישות הבסיסיות 1, תיאור 1 ותנאים אחרים, ניתן לנחש כי נראה כי ההצעה מבוססת על ערכת שידור מעורבת זו.
הקישורים: SKIIP39GA12T4V1 CM600DU-5F