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技术资料
超声波液位计 探讨(二十三)
文章作者:大连瑞利声纳    如想转载请注明出处

超声波液位计不论是在研发、生产还是在维修中,有四项rf电气指标肯定是必须测量的,中有三项是发射指标,即:射频输出功率、频率误差、相位误差,还有一项是接收指标即灵敏度。相位误差(pe)是一项非常重要的指标。 
2   pe的定义
 
    要想提高某项指标的水平,首先是必须了解那一项指标的定义。pe的定义是:它是指i路(同相)与q路(正交)之间的相位平衡度(phase balance),换句话说即是:i与q之间的正交性误差(

    max {pe (j)} ≤20º
    rms {pe (j) } = {∑nj =1pe2 (j)/n}1/2 ≤5º ,
    j=1,2,3,… n,n≥294          (1)
超声波液位计综测仪在测量和计算pe时,采样时间一般取当前的10个突发(burst)长度(一个burst长度等于 577微秒)。
发射部分的方案考虑
    目前主要有两种方案:一种是上变频方案;另一种是0ffset频率方案。这两种方案的差别在于rf已调信号的形成方法:前者是通过传统的由if到rf的频谱搬迁,而后者则是通过增加一个if pll,用其输出来控制一个专用的发射vc0,从而达到实现rf调制信号的目的。从性能来看,后一方案的频率误差和pe较小;从电路的复杂程度来看,前一方案简单;从综合的性能价格比来看,后一方案具有优势,故现在绝大多数的超声波液位计都采用offset频率方案,这有利于减小频率误差 和pe。详细的方案可参阅有关的技术文献,在此不再进一步地说明。


3.2  频率合成器参考频率fr的选择
    θ=ωt , dθ=t•dω+ω•dt , ω=2πf
    从上式可以看出:在频率误差dω相同的情况下,降低频率有利于减小dθ,因而可减小pe。超声波液位计的fr有两种选择:13mhz或26mhz,从减小pe的角度来考虑,选13mhz为好。
3.3  在i/q正交调制器的输入端采用lpf
    该lpf一般采用无源rc型lpf。在gsm体制中,传输每一个bit的时间是3.69微秒,故传输速率是1000/3.69=270.8kbps。在理论上,理论和实际测量都表明:在此带宽内的频谱已包含了绝大部分的能量,因此选lpf的截止频率为330khz是合 适的。我们可采用图1所示的一阶rc lpf电路。其截止频率的计算公式为:
    τ=rc=2×1000×220×10-12=0.44μs
    截止频率=1000/(2π·τ)=1000/(6.28 × 0.44)=362khz
    (注:在工作频段内,电容呈现的阻抗应为几千欧姆左右)
3.4  1/q正交调制器采用双端输入、输出方式
    与单端方式相比较,双端方式可以降低串话(cross-talk)干扰,减小噪声和pe。要采用双端输入、输出方式,肯定会遇到单端与双端之间的转换问题,为了降低成本,一般均用无源 器件来完成转换,常采用的电路是lg网络或balun(一种平衡——不平衡转换传输线变压器)。现介绍一下如何设计lg型单端←→双端转换电路。电路如图2所示。该电路的特点是:共用了7个lg元件,其成本比采用balun要低,但指标比采用balun要差一点。  具体采用何种电路,得由设计者根据情况来确定。在图2中,由ll、cl组成lpf,其输出的电压滞后于电流;l2和c2组成hpf,其相位输出特性与lpf相反,即输出电压超前于电流;c3、c4在工作频率范围内呈现交流短路,同时隔离直流电压;l3对中心工作频率的阻抗等于与它相匹配器件的阻抗。对于e-gsm体制,发射的工作频率为880~915mhz,中心频率为897.5mhz。由lg一阶lpf和hpf截止频率的计算公式:
    fc=1/〔2π(lc)1/2〕=915mhz(lpf)
    fc=1/〔2π(lc)1/2〕=880mhz(hpf)
    若取c1=2.2pf(并臂阻抗取一百至数百欧姆左右),则l1=13.76nh。若取c2=c1,则l2=14.88nh。取值处理:对于lpf为了保证有一定的频率设计余量,fc应加大一点即l1要减小一点,而对于hpf则相反。在工程中我们可取l1为12nh,l2为15nh。对于900mhz工作频段,可取c3=c4=22pf(呈交流短路几个欧姆)。若无特别说明,一般双端rf的阻抗为2×50ω=100ω,由此可算出:
    l3=zl/2πf=100/(2×3.14x×897.5×106)
      =17.74nh(实际可取18nh)
    对于工作在其它频率点的转换电路,同样可采用上述方法计算出各个元件的参数。http://www.rlsonar.com/

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