Обоснование технического облика




КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Устройства приема и обработки сигналов»

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИЕМНИКА УКВ РАДИОСТАНЦИИ

 

Выполнила: студентка группы 4092/12 Сивачева К.Г.

 

Проверил: доцент кафедры РТ и ТК Ветринский Ю.А.

 

Санкт-Петербург

2012 г.

Техническое задание

Спроектировать УКВ приемник радиостанции с параметрами: диапазон частот 400.. 470 МГц, число каналов - 32, шаг - 25 кГц, ЧМ модуляция, девиация частоты - 2,5 кГц, чувствительность – 0,5 мкВ, избирательность по ЗК, СК, ПЧ – 60 дБ.

Обоснование технического облика

Выбор схемы построения. Приемные устройства строятся по схеме прямого усиления и супергетеродинной схеме, а также существует частный случай гетеродинной схемы – приемник прямого преобразования. Схемы прямого усиления могут быть рекомендованы при проектировании приемников для работы в ДВ и начале СВ диапазона частот при невысоких требованиях к избирательности по соседнему каналу (< 40 дБ) и чувствительности (³ 10 мкВ). Таким образом, по условиям технического задания схема прямого усиления не подходит по интересующим параметрам. Главной причиной выбора другой схемы является то, что схема прямого усиления не обеспечит необходимую чувствительность по соседнему каналу. В качестве структурной схемы проектируемого приемного устройства предварительно выбирается супергетеродинная схема (рис. 1.2 [1]).

Расчет полосы пропускания. Полоса пропускания линейного тракта приемника на уровне 0,707 должна обеспечивать свободное прохождение составляющих частотного спектра принимаемого сигнала с запасом на доплеровский сдвиг несущей из-за взаимного перемещения приемника и передатчика, нестабильность частот и неточность настроек:

 

,

 

где - доплеровский сдвиг; и - нестабильности частот сигнала и гетеродина; и - неточности настроек частот гетеродина и УПЧ.

Расчет ширины спектра модулированного радиосигнала для УКВ при ЧМ модуляции может быть проведен по формуле:

 

кГц,

 

где - девиация частоты.

Максимальный доплеровский сдвиг несущей частоты принимаемого сигнала , обусловленный взаимным перемещением источника сигнала и приемника с радиальной скоростью , рассчитывается по формуле:

 

Гц,

 

где м/c - скорость распространения радиоволн в пространстве.

Проектируемая радиостанция предназначена для связи во время передвижения, поэтому предполагаем максимальную скорость перемещения равной 110 км/ч, как максимальную разрешенную скорость автомобиля.

Относительная нестабильность частоты транзисторных гетеродинов, используемых в диапазонах ДВ…УКВ, определяется по табл. 1.4 [1]. Выбираем многокаскадный гетеродин с умножением частоты и кварцевой стабилизацией.

 

кГц.

 

При отсутствии в задании сведений о нестабильности частоты сигнала в расчете могут быть использованы для подвижных радиостанций. Таким образом:

 

кГц.

 

При определении нестабильности гетеродина исходим из того, что по формуле (1.14) должна быть около и выбираться из табл. 1.9 [1]. Предварительно примем кГц, а МГц. Неточности настроек частот гетеродина и тракта усиления промежуточной частоты рассчитываются по эмпирическим формулам:

 

МГц,

Гц.

 

Получим:

 

МГц.

 

Видно, что из-за различных нестабильностей полоса пропускания преселектора расширяется и в нее будут попадать боковые участки частотных спектров соседних радиостанций.

Нам необходимо обеспечить высокую чувствительность приемника, поэтому в качестве способа сужения полосы пропускания линейного тракта возьмем введение ФАПЧ. Таким образом, полоса пропускания становится:

 

кГц.

 

Обоснование структуры радиочастотного тракта. Основным назначением преселектора является обеспечение заданной чувствительности приемника и его избирательности по зеркальному каналу и каналу ПЧ. Для обеспечения заданного значения чувствительности приемника его собственные шумы не должны превышать порогового уровня, задаваемого предельным коэффициентом шума линейного тракта , вычисляемым по формуле:

 

,

 

где Дж/град - постоянная Больцмана; К - стандартная температура приемника; - активное сопротивление приемной антенны, значение которого складывается из сопротивления излучения и сопротивления потерь; - шумовая полоса линейного тракта приемника; - минимально допустимое отношение напряжения полезного сигнала к среднеквадратическому значению шума на выходе линейного тракта.

Шумовая полоса линейного тракта равна:

 

кГц.

 

Активное сопротивление антенны берем из таблицы 1.5 [1] равным 50 Ом. Сопротивление является стандартным для промышленных внешних антенн данного диапазона и не придется принимать дополнительных мер для ее согласования с входом системы. Так как значение не задано в ТЗ, то по таблице 1.6 [1] принимаем эту величину равной 12 дБ.

Допустимый коэффициент шума равен:

 

.

 

Так как имеются жесткие требования к чувствительности, рассчитанный предельно допустимый коэффициент шума оказывается достаточно мал, поэтому для его повышения необходимо,например, уменьшить полосу пропускания на несколько кГц или снизить выходное соотношение С/Ш.

При снижении отношения С/Ш при ЧМ имеется порог, когда приемник перестает работать, поэтому необходимо брать его не меньше 10 дБ. При дБ предельно допустимый коэффициент шума оказывается .

Для обеспечения заданной чувствительности проектируемого приемника коэффициент шума его линейного тракта не должен превышать допустимый коэффициент шума.

Коэффициент шума линейного тракта, состоящего из ВЦ, одного каскада УРЧ, преобразователя частоты и УПЧ, определяется по формуле:

 

,

 

где , , , - коэффициенты шума ВЦ, УРЧ, ПрЧ и УПЧ;

, , - коэффициенты передачи ВЦ, УРЧ и ПрЧ по мощности.

Так как приемник является переносным и карманным, то настроенная антенна будет находиться в непосредственной близости от приемника.

Ориентировочные значения коэффициентов передачи и шума элементов линейного тракта возьмем из таблицы 1.8 [1], где - коэффициент шума планируемого к использованию активного элемента (транзистора, микросхемы). Ограничение усиления каскада УРЧ величиной 100 (20 дБ) связано с необходимостью обеспечения его устойчивой работы.

Шумовые и усилительные параметры УПЧ не оказывают заметного влияния на общий коэффициент шума линейного тракта и в практических расчетах не учитываются. Если ПрЧ планируется реализовать на микросхеме, введение УРЧ необходимо также для усиления входного сигнала до требуемого уровня, обеспечивающего штатную работу микросхемы (0,7…10 мкВ). Так как без введения УРЧ достигнуть необходимого коэффициента, не превышающего предельный коэффициент шума, не удается, то используем следующую формулу:

 

.

 

Таким образом, если мы возьмем полевой транзистор с коэффициентом шума от 0,8 дБ (чтобы обеспечить запас) и ниже, то мы выполняем необходимое условие . По данным источника [2] существуют малошумящие полевые транзисторы с более меньшим коэффициентом шума, чем тот, который необходим для выполнения данного условия. Значит данная структура линейного тракта обеспечивает заданную чувствительность и может быть рассмотрена в качестве предварительной схемы.

Также введение УРЧ в преселектор может пригодиться для обеспечения избирательности по зеркальному каналу, если за счет селективных свойств одной ВЦ ее не обеспечить.

С помехами, связанными с ЗК и ПЧ необходимо бороться в преселекторе, так как в тракте ПЧ они будут проходить беспрепятственно. Поэтому необходимо спроектировать радиочастотный тракт так, чтобы проходящие через него помехи на частотах и ослаблялись до заданного уровня. Подавление ЗК может быть обеспечено повышением избирательности преселектора или за счет увеличения . Увеличение числа каскадов УРЧ снижает устойчивость приемника и усложняет перестройку по частотному диапазона, а повышение приведет к расширению полосы пропускания тракта УПЧ и снижению избирательности по соседнему каналу.

Условие допустимого расширения полосы пропускания УПЧ с учетом предела добротности табл. 1.1 выражается формулой [1]:

.

 

Выбор радиочастотного тракта проводился с использование нормированных частотных характеристик преселекторов рис. 1.6 [1]. В данном случае подходят схемы 3-6,8-11. Более простые схемы не подходят, так как при расчете промежуточной частоты по формуле (1.14)

 

,

 

не выполняется предыдущее условие, связанно с ограничение частоты сверху. Чтобы не усложнять схему преселектора, воспользуемся схемой с двойным преобразованием частоты (рис.1.4) [1], а схему выберем для 3 случая, где дБ, так как она является наиболее простой и не имеет два фильтра в ВЦ, что при проектировании диапазонных приемников не является желательным из-за возникновения сложности их согласованной перестройки. При этом на преселектор будут возлагаться функции обеспечения чувствительности и избирательности по первому зеркальному каналу, далеко отстоящему от несущей частоты, вот поэтому он может быть выполнен достаточно простым. Избирательность по второму зеркальному каналу и соседнему каналу обеспечивается за счет двойного преобразования (рис.1.4) [1].

 

Обоснование структуры тракта ПЧ. Тракт ПЧ включает в свой состав ПрЧ и УПЧ и предназначен для переноса спектра принимаемого радиосигнала в область более низких частот, основного усиления сигнала и обеспечения избирательности приемника по соседнему каналу. Промежуточные частоты определяются из условий (1.14, 1.15) [1]:

 

≥ 10,7 МГц,

≥ 412,4 кГц.

 

Разрешенные ПЧ из табл. 1.9 [1] равны: = 10,7 МГц, = 465 кГц. При использовании зарубежной микросхемы ПрЧ вторая ПЧ обычно равняется 455 кГц. Частоты первого и второго гетеродинов равны, соответственно:

 

МГц,

МГц.

 

Тракт промежуточной частоты должен обеспечить ослабление соседнего канала на дБ. Высокие требования к избирательности не позволяют использовать распределенную схему построения тракта ПЧ, поэтому выбирается схема тракта ПЧ с фильтром сосредоточенной селекции ФСС, так как она имеет существенно более высокие возможности по ослаблению соседнего канала. При использовании двойного преобразования частоты ФСС устанавливаются в трактах ПЧ-1 и ПЧ-2. Предварительный выбор типа ФСС делается по табл. 1.11 [1].

Входная цепь будет представлять из себя полосой фильтр Чебышева или Баттерворта с постоянной характеристикой в полосе пропускания для всех станций. В этом случае не будет подавления боковых лепестков спектров из-за неравномерности АЧХ ВЦ.

Так как в качестве элементной базы тракта ПЧ приемника планируется использовать аналоговую интегральную микросхему, предпочтительными являются ФСС на основе пьезоэлектрических фильтров, которые совместимы с микросхемами по входным и выходным импедансам и не требуют цепей согласования.

Линейный тракт приемника должен усиливать напряжение сигнала уровня чувствительности до величины, требуемой для работы частотного детектора = 0,2 В (табл. 1.12) [1]. Коэффициент передачи линейного тракта равен по формуле (1.16) [1]:

 

.

 

 

Коэффициент передачи преселектора ориентировочно равен:

 

.

 

Полное усиление, которое должен обеспечивать тракт УПЧ, равно:

 

.

 

Таким образом, данное усиление может быть обеспечено 2-3 апериодическими УПЧ, установленными в каналах промежуточных частот после ФСС. Частотный детектор (ЧД) требует отсутствия паразитной амплитудной модуляции принимаемого сигнала, поэтому вводится амплитудный ограничитель (АО). Поскольку приемник предназначен для приема во время перемещения, то уровень принимаемого сигнала будет изменяться, поэтому необходимо вводить АРУ для компенсации изменения сигнала и стабилизации коэффициента усиления. Доплеровское смещение компенсируется ФАПЧ.

Структурная схема приемника. Cхема проектируемого приемника приведена на рисунке 1.

 

Рис.1 Структурная схема приемника УКВ радиостанции



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: