Любой преобразователь частоты состоит из:
- смесителя;
- гетеродина;
- полосового фильтра.
Применим двухдиодный балансный смеситель, который имеет наилучшие характеристики по сравнению с другими схемами в СВЧ-диапазоне. Смеситель будет состоять из СВЧ моста и смесительной секции – СВЧ устройства, содержащее смесительный диод, в который вводятся мощности сигнала и гетеродина и на выходных зажимах которого выделяется напряжение промежуточной частоты преобразованного сигнала.
В качестве СВЧ моста будем использовать двухшлейфный квадратный мост.
Рассчитаем мост, считая исходными следующие параметры:
- несущая частота f0=9700 МГц;
- сопротивление подводящих линий W0=50 Ом;
- материал проводников – медь;
- подложка из поликора с 
- толщина подложки h=0.5 мм.
Определим волновое сопротивление основной линии:
Для шлейфов волновое сопротивление равно сопротивлению подводящих линий Wшл=W0=50 Ом.
Найдём ширину полоски основной линии и шлейфа:
мм
мм
Вычислим длину четвертьволновых отрезков для основной линии:
Для шлейфов: 
Эквивалентная схема рассчитанного двухшлейфного квадратного моста:
Для смесительной секции выберем диоды с барьером Шоттки (ДБШ) типа АА112Б в микростеклянном корпусе. Приведем параметры этого диода:
| Тип корпуса |  , см
| Lпрб, дБ | rвых СД, Ом | Fнорм, дБ | KстUmax | PГ, мВт | Ppac max, мВт | Pи рас max, мВт |
| 3.2 | 440-640 | 1.8 |
Рассчитаем параметры высокоомного четвертьволнового шлейфа для замыкания входного вывода на корпус для тока ПЧ и постоянного тока. Его сопротивление принимаем W=90 Ом.
Ширину полоски рассчитаем по формуле:
|
|
Длина шлейфа:
Определим размеры низкоомных разомкнутых четвертьволновых шлейфов, при этом волновое сопротивление примем W=20.
Ширина полоски:
Длина шлейфа:
Топологическая схема спроектированного преобразователя приведена в приложении 3 (рисунок 6).
Определим разброс параметров диодов в паре. Для проектируемого БС полагаем, что диоды подобраны с разбросом 
и разбросом 
дБ. Находим rБС ср=0.5rвых СД ср=270 Ом; пусть LБС max=Lпрб max=6 дБ. Разбаланс амплитуд 
дБ определяем на основе количественных данных о параметрах двухшлейфных мостов.
Рассчитаем разбаланс амплитуд:
По графику с использованием этого значения найдем коэффициент подавления шума гетеродина – SШ=26 дБ.
В предположении, что оптимальная мощность гетеродина равна паспортной, т.е. Р Г ОПТ=3 мВт, найдем необходимую мощность гетеродина на входе БС:
Определим шумовое соотношение гетеродина:
где 
- относительная спектральная плотность мощности шума, которая обычно лежит в пределах –(100...180) дБ/Гц. Возьмем среднее значение 
.
Гетеродин в схеме приёмника формирует вспомогательное гармоническое напряжение, необходимое для преобразования частоты. Для гетеродина возьмем генератор на полупроводниковом диоде Ганна – тонкую пластинку из GaAs n-типа, на обе поверхности которого наносятся выпрямляющие контакты. В диодах Ганна энергия постоянного тока непосредственно преобразуется в СВЧ энергию при приложении к ним постоянного напряжения. Выбор гетеродина подобного типа обусловлен значениями относительной нестабильности приборов, требованием к миниатюризации устройства и требованием к малому уровню амплитудного шума.
|
|
Выберем ГДГ VSX-9011, т.к. рабочая частота такого гетеродина лежит в пределах 8-14 ГГц, что удовлетворяет частоте сигнала и промежуточной частоте. Напряжение питания UНОМ Г=10 В; ток питания IP Г=300 мА. Механической перестройкой установим исходную частоту гетеродина равной fГ=9800 Гц.
Расчёт системы АПЧ.
В качестве системы АПЧ будем применять двухканальную систему, которая может работать даже при отсутствии сигнала на входе приёмного устройства. В этом случае для подстройки частоты гетеродина используется второй канал, который включает дополнительный смеситель. Обычно в смесителях сигнала и АПЧ используют один и тот же тип диодов, поэтому для АПЧ будем также использовать ДБШ на диоде АА112Б.
Рабочий уровень мощности гетеродина:
РГ=9 мВт
Рабочий уровень мощности сигнала:
РС=10РГ=90 мВт
Сопротивление нагрузки БС АПЧ:
Пусть LБС=Lпрб MAX=6 дБ, тогда потери преобразования малого сигнала найдём по формуле:
Из графика обобщённых амплитудных характеристик диодного смесителя для РГ=9 мВт найдём 
В/Ом1/2. Отсюда можем узнать входное напряжение БС АПЧ:
Расчёт УПЧ и ФСС.
Так как выбранная схема приёмника содержит УРЧ, можно говорить о том, что усиление каскада УРЧ невелико, т.к. он только выполняет функции избирательности. Основное усиление сигнал получает в УПЧ, на вход которого поступают продукты преобразования, получаемые при смешивании колебаний гетеродина и сигнала в преобразователе, задачей которого является перенос спектра принимаемого сигнала, расположенного в районе радиочастоты, в область несущих колебаний со значением промежуточной частоты. Наиболее часто для УПЧ используются биполярные транзисторы, причем граничная частота крутизны в схеме с ОЭ должна в 2-3 раза превышать величину промежуточной частоты, а коэффициент шума должен быть минимальным.
|
|
Таким образом, из приложения 3 [1] выберем для УПЧ биполярный транзистор СВЧ ГТ330Д. Приведём параметры этого транзистора:
| fгр, МГц | h21Э | r’БСК | СК, пФ | IКЭ, мкА | Режим измерения | ||
| UКЭ, В | IК, мА | f, МГц | |||||
| 20-300 |
r’Б=15 Ом
В режиме IК=3 мА найдём Y-параметры:
| g21=60 мСм | b21=60мСм |
| g11=2 мСм | b11=4 мСм |
| g22=0.4 мСм | b22=1 мСм |
| g12=(0.15…0.2)g21 | b12=(0.2…0.3)b21 |
Требуемый коэффициент усиления УПЧ:
где k3 – коэффициент запаса, который учитывает старение электронных приборов в процессе эксплуатации; UВХ П – напряжение сигнала на входе первого каскада УПЧ при согласовании со смесителем:
где 
Тогда:
Зная это, найдем требуемый коэффициент усиления:
Учитывая небольшую полосу пропускания, а также отсутствие ограничений на требования к избирательности УПЧ, выберем УПЧ с одноконтурными каскадами, настроенными на одну частоту. Рассчитаем устойчивый коэффициент усиления:
Минимальное число избирательных систем для получения рассчитанного усиления:
Найдем минимально допустимое с точки зрения стабильности формы частотной характеристики отношение эквивалентной емкости контура каскада к емкости, вносимой в контур транзисторами:
где 
- относительное изменение входной и выходной емкостей транзистора (примем 0.1...0.3); 
для УПЧ с настроенными одноконтурными каскадами от 1.0 до 1.5.
Тогда:
Для n=7, используя таблицу 6.1 [1], найдем необходимое эквивалентное затухание контуров:
Критические значения эквивалентного затухания контуров промежуточных каскадов:
Режим максимального усиления, т.к. d’’>dЭ>d’, сможем реализовать при ограничении минимального значения эквивалентной емкости контура.
Коэффициент включения контура в цепь базы транзистора следующего каскада:
Эквивалентная емкость контура:
Коэффициент усиления каскада:
Т.к. 
, применим каскадное включение транзисторов по схеме ОЭ-ОБ. Коэффициент включения контура в цепь базы определим как:
Значение коэффициента включения полагаем равным m1=1.
Так как каскад УПЧ строим вместе с ФСС, рассчитаем параметры трезвенного фильтра, задавшись величиной номинального характеристического сопротивления W0=20 кОм.
Принципиальная схема одного каскада УПЧ с ФСС приведена в приложении 3 (рисунок 7).
Заключение.
В данной курсовой работе был произведён расчёт импульсного радиолокационного приёмника. Результаты расчёта нуждаются в дополнительной обработке и уточнении, сам приёмник нуждается в применении более современной элементной базы по сравнению с использованной.
В ходе проектирования были изучены исходные данные и проведён их анализ, рассчитаны основные параметры приёмника, сделан выбор и произведено обоснование структурой схемы приёмника.
Нельзя сказать, что спроектированный приёмник полностью удовлетворяет всем требованиям ТЗ, однако задачи, поставленные на начальном этапе работы, были решены.
5. Список литературы:
1. Проектирование радиоприёмных устройств / Под ред. А.П. Сиверса. Учебное пособие для вузов. М.: Сов.радио, 1976.
2. Проектирование радиолокационных приёмных устройств / Под ред. М.А. Соколова. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1984.
3. Трофимов Л.А. Расчёт полосовых фильтров: учебное пособие / Л.А. Трофимов. – Казань: Изд-во КГТУ, 2004.
4. Трофимов Л.А. Проектирование радиоприёмных устройств СВЧ / Л.А. Трофимов. – Казань: Изд-во КГТУ, 2005.
5. Белкин М.К. Справочник по учебному проектированию приёмо-усилительных устройств / М.К. Белкин, В.Т. Белинский, Ю.Л. Мазор. – М.: Высшая школа, 1988.
| Приложение 1. Номограммы для расчёта ВЦ. |
Рисунок 3.
| Приложение 1 (продолжение). Номограммы для расчёта ВЦ. |
Рисунок 4.
| Приложение 2. Усилитель CHA8100. |
Main characteristics.
Vc=9V, Ic (Quiescent)=2.1 A, Pulse width =100 
; Duty cycle=20%.
| Symbol | Parameter | Min | Typ | Max | Unit |
| Top | Operating temperature range (1) | -40 | +80 | 
| |
| F_op | Operating frequency range | 10.5 | GHz | ||
| P_sat | Saturated output power @25C | 12.5 | W | ||
| P_3dBc | Output power @3dBc @25 C | W | |||
| G_lin | Linear gain @25 C | 18.5 | dB |