Зволит в среднем уменьшить энергопотребление и увеличить срок рабо­ты батарей питания

Синтезатор частоты с узкой полосой пропускания замкнутой петли ФАПЧ предполагает использование петлевого ФАПЧ с предельно узкой полосой пропускания. Этот вариант реализуется в том случае, ко­гда совместные шумы опорного генератора и микросхемы синтезатора в полосе частот соседнего канала больше, чем шумы ГУН (рис. 1.42). При узкой полосе пропускания петли ФАПЧ управляемый генератор «отсле­живает» сигнал и шум опорного генератора и микросхемы синтезатора только в узкой полосе частот, непосредственно примыкающей к несущей частоте. На частоте соседнего канала ГУН уже является автономным устройством, так что шумы выходного сигнала синтезатора определяют­ся шумами ГУН и в минимальной степени зависят от шумов опорного генератора и шумов микросхемы синтезатора. Недостатком такой схемы является высокие требования к фазовым шумам ГУН, что несовместимо с широким диапазоном резонансной частоты ГУН. Простейшим спосо­бом расширения рабочей полосы частот в синтезаторе с узкой полосой является использование коммутируемых узкодиапазонных управляемых генераторов на ЬС-элементах. Практически без особенных больших за­трат реализуется 2-3 относительно узких поддиапазона, в которых шумы ГУН удовлетворяют требованиям ЭМС по фазовым шумам. Ограниче­ние использования этого метода, очевидно, определяются количеством различных поддиапазонов и шириной каждого отдельного поддиапазона. Наличие значительного по количеству банка коммутируемых малошу- мящих ГУН, каждый из которых работает в узком частотном диапазоне, приводит к недопустимому увеличению габаритов изделия.
Частично фазовые шумы в выходном сигнале синтезатора могут быть уменьшены работой ГУН в заведомо более высокочастотном диа­пазоне, чем требуемая несущая частота. При каждом делении частоты генерированного сигнала на два теоретически происходит уменьшение фазовых шумов со скоростью 6 дБ/октаву. При использовании этого ме­тода следует учитывать, что делители частоты, особенно делители час­тоты с низким потреблением, сами могут вносить немалые шумы. Кроме того, с переходом в высокочастотный диапазон увеличивается абсолют­ная величина перестройки синтезатора, что опять приводит к увеличе­нию крутизны управления ГУН и повышению уровня шумов.
Разумным вариантом исполнения ГУН, совмещающим возмож­ность использования делителей высокого порядка, низкий уровень фазо­вых шумов и большой диапазон перестройки, является использование управляемого ЖИГ-резонатора. В частности, предлагается ЖИГ- резонатор с диапазоном перестройки 2... 18 ГГц при уровне фазовых шумов -120 дБ/Гц при отстройке на 100 кГц. Использование минималь­ного делителя на 8 теоретически дает дополнительное уменьшение фа­зового шума на 18 дБ; относительный уровень шумов менее -130 дБ/Гц обычно достаточен для обеспечения избирательности приемника по со­седнему каналу в узкополосных системах связи.

3. 
   Антенно-фидерные устройства
   

Элементы антенно-фидерного тракта программно-конфигурируе- мого радио, работающие в широкой полосе частот, являются одними из самых сложных устройств для реализации. Особенно это относится к собственно антеннам, эффективность работы которых непосредственно зависит от их геометрических размеров, всегда ограниченных по услови­ям эксплуатации. В приложении к сухопутной мобильной радиосвязи нет необходимости рассматривать БтаП-антенны, фазированные антен­ные решетки или сложные многодиапазонные конструкции, применимые только для многофункциональных стационарных базовых радиостанций. Реально в мобильной УКВ радиосвязи используются различные комби­нации вибраторных антенн, спиральные антенны радиального излуче­ния, малогабаритные печатные антенны (в диапазоне, близком к СВЧ). Значительно реже используются петлевые антенны и антенны с магнит­ными сердечниками, которые в большинстве случаев могут работать только как приемные.
Рабочая полоса частот антенны ограничивается следующими ос­новными факторами: сохранением требуемой диаграммы направленно­сти антенны, минимально допустимой эффективной длиной (площадью) антенны и максимально допустимым КСВ антенны.
В мобильной радиосвязи диаграмма направленности антенны и по­ляризация не является критическим параметром. Наиболее распростра­ненные типы укороченных малогабаритных антенн имеют диаграмму направленности, приближающуюся к всенаправленной. Кроме того, в условиях многочисленных отражающих объектов приемник получает копии излученного сигнала с различных направлений. Проблемы возни­кают только при очень большом эффективном размере антенны по от­ношению к длине волны. В этом случае диаграмма направленности ста­новится многолучевой (изрезанный главный лепесток), что означает значительное уменьшение излученной (принимаемой) мощности в от­дельных направлениях. Требования к поляризации УКВ антенн также практически отсутствуют. В условиях многочисленных искусственных и естественных препятствий с комплексным коэффициентом отражения исходная поляризация излученного сигнала все равно не сохраняется и в лучшем случае остается «преобладающей».
Важность обеспечения заданного КСВ антенны в рабочей полосе частот определяется режимом работы антенны. Для приемника антенна является идеальным генератором с ЭДС, равной произведению дейст­вующей высоты (эффективной площади) антенны на напряженность по­ля в области приема; внутреннее сопротивление генератора ЭДС равно сопротивлению излучения антенны. И действующая высота, и сопротив­ление излучения антенны определяются только геометрией самой антен­ны и рабочей частотой и не зависят от нагрузки (входного сопротивле­ния приемника). При идеальном генераторе величина мощности в нагрузке зависит только от степени рассогласования внутреннего сопро­тивления генератора (антенны) и нагрузки (приемника). Можно пока­зать, что при действительных сопротивлениях генератора и нагрузки уменьшению мощности на нагрузке (принимаемого сигнала) в два раза соответствует КСВ « 5, что практически никогда не бывает в реальной аппаратуре. Следовательно, в режиме приема допустимо значительное рассогласование импеданса антенны и входного сопротивления прием­ника без существенного уменьшения дальности радиосвязи или качества приема. Определяющим параметром для антенны в режиме приема явля­ется ее действующая высота (эффективная площадь), от которой непо­средственно зависит величина наведенной ЭДС на входе приемника (ам­плитуда принимаемого сигнала).
В режиме передачи антенна является пассивной нагрузкой, на кото­рую работает неидеальный генератор - усилитель мощности передатчи­ка. Величина выходной мощности усилителя, особенно повышенной мощности, критически зависит от нагрузки (рассогласования в антенно­фидерном тракте) и рабочей частоты. Уменьшение излученной мощно­сти при изменении рабочей частоты обусловлено не столько рассогласо­ванием выходного импеданса усилителя и входного импеданса антенны, сколько прямым уменьшением собственной выходной мощности усили­теля при работе на рассогласованную нагрузку. Поэтому определяющим фактором для максимально допустимой величины КСВ антенны в режи­ме передачи является способность усилителя мощности работать на рас­согласованную нагрузку без существенного падения выходной мощно­сти. Как правило, КСВ нагрузки усилителя менее 2 не приводит к существенному падению выходной мощности усилителя, максимально допустимый КСВ оценивается величиной 3...3,5.
Не менее важным фактором, ограничивающим диапазон рабочих частот антенны передатчика, является КПД антенны, определяемый как отношение сопротивления излучения антенны к сумме сопротивления излучения и сопротивления омических потерь в антенне. С увеличением рабочей длины волны λ при неизменном геометрическом размере ан­тенны lсопротивление излучения антенны уменьшается пропорцио-


нально {l/λ²) , в то время как сопротивление омических потерь остается практически постоянным. В результате к потерям мощности излучения вследствие уменьшения мощности передатчика при работе на рассогла­сованную нагрузку и потерям на отражение части полезной мощности от рассогласованной нагрузки добавляются тепловые потери мощности передатчика в самой антенне.
В принципе расширение рабочей полосы частот антенны может быть достигнуто двумя способами - построением собственно широкопо­лосной антенны или широкополосных антенно-согласующих устройств для относительно узкополосной антенны.

1. 
   Широкополосное согласование антенн
   

Широкополосное согласование антенн предполагает реализацию относительно узкополосной антенны и антенно-согласующего устройст­ва, которые совместно обеспечивают необходимую (максимально дос­тижимую) полосу согласования [19, 20]. Широкополосное согласование узкополосных антенн значительно проще в реализации, чем построение сверхширокополосной антенны, но позволяет стабилизировать только КСВ антенны при значительном изменении собственных параметров антенны (КПД, сопротивления излучения, действующей высоты) в рабо­чей полосе частот. В частности, в режиме приема антенна, как генератор, будет согласована с нагрузкой (приемником), но величина принятого сигнала (ЭДС эквивалентного генератора) будет уменьшаться с умень­шением рабочей частоты пропорционально уменьшению действующей высоты антенны. Аналогично в режиме передачи входной импеданс ан­тенны, как нагрузка усилителю мощности, будет оставаться почти по­стоянным в полосе частот, что гарантирует и постоянную мощность на выходе передатчика. Но одновременно при уменьшении рабочей часто­ты будет уменьшаться сопротивление излучения, что приведет к умень­шению КПД антенны. Можно утверждать, что максимальная полоса час­тот согласования антенны определяется не столько возможностью схемы согласования, сколько допустимым изменением сопротивления излуче­ния (мощности передатчика в эфире) и действующей высоты антенны (чувствительности приемника по полю) в полосе частот.
К основным методам согласования антенн относится

• 
  построение широкополосных цепей согласования на ЬС-элементах и трансформаторах на основе длинных линий;
  
• 
  коммутация диапазонных цепей согласования;
  
• 
  коммутация геометрических размеров антенны.
  

Как правило, широкополосное согласование диапазонной антенны эффективно в пределах полосы частот примерно октава, что соответст­вует относительному изменению сопротивления излучения и электриче­ской длины менее, чем в четыре раза. В такой полосе совмещается КСВ антенны менее 3,5 и разумное конструктивное исполнение согласующе­го устройства и антенны.
При определении полосы согласования антенны следует принимать во внимание, что сухопутная мобильная радиосвязь разрешена на фраг­ментарных ограниченных участках спектра, а не во всей полосе частот КВ и УКВ диапазона. Следовательно, в радиостанции могут использо­ваться коммутируемые согласующие устройства и коммутируемые эле­менты антенны для оперативной реконфигурации антенно-фидерного тракта в соответствии с выбранным частотным диапазоном. В частности, диапазонная антенна может быть неотъемлемой частью многоканально­го передатчика рис. 1.35.