Устройства приема и обработки сигналов

Напряжение на выходе частотного детектора равно:

, (11.4)

где Sд крутизна характеристики частотного детектора, f частотное отклонение сигнала относительно средней частоты спектра ЧМсигнала.

11.1 Помехоустойчивость ЧМприема при гармонической помехи

Векторная диаграмма соответствует случаю большого отношения сигнал/шум, т.е.:

, (11.5)

где Uс амплитуда сигнала, Uп амплитуда помехи.

Конец результирующего вектора будет двигаться по окружности с частотой F1, равной:

, (11.6)

где fс частота сигнала, fп частота помехи.

Таким образом, под действием помехи результирующий сигнал оказывается промодулированным как по амплитуде, так и по фазе.

Наибольший угол отклонения результирующего вектора, являющийся индексом паразитной частотной модуляции, равен:

. (11.7)

При достаточно большом превышении сигнала над помехой (К>>1) последнее выражение можно представить в виде:

, (11.8)

так как при малых индексах паразитной модуляции справедливо соотношение .

Паразитная амплитудная модуляция устраняется ограничителем.

Определим величину отношения сигнал/шум на выходе частотного детектора, считая, что сигнал промодулирован по частоте гармоническим сигналом с индексом модуляции равным с.

В соответствии с определением индекса частотной модуляции, девиация частоты за счет полезной и паразитной частотных модуляций можно представить следующим образом:

,

. (11.9)

Отношение сигнал/помеха на выходе частотного детектора при этом равно:

. (11.10)

Благодаря ограничителю отношение сигнал/помеха на выходе частотного детектора в fc/F1 раз больше, чем на входе приемника ЧМсигналов.

Можно оценить величину выигрыша в отношении сигнал/помеха как отношение сигнал/помеха на выходе приемника к отношению сигнал/помеха на входе:

. (11.11)

Величина выигрыша обратно пропорциональна разности частот сигнала и помехи.

Разность частот F1 за счет фильтрации сигнала до частотного детектора не может быть больше Fmax, поэтому минимальная величина выигрыша равна:

. (11.12)

Таким образом, минимальная величина выигрыша равна индексу частотной модуляции.

Основным недостатком при применении ЧМ является снижение отношения сигнал/помеха с увеличением разностной частоты между сигналом и помехой. С целью того, чтобы обеспечить хорошее отношение сигнал/помеха при приеме ЧМсигналов применяется метод предискажений. Для этого на передающем конце повышают уровень высоких частот в передаваемом сигнале, другим словами за счет предискажений увеличивается отношение сигнал/помеха на высоких частотах. При приеме сигналов для того, чтобы обеспечить его неискаженный прием, устанавливают на выходе частотного детектора интегрирующее звено, с помощью которого снижают уровень высоких частот. Тем самым устраняются предварительные искажения сигнала.

За счет применения предварительных искажений отношение помеха/сигнал остается на одном и том же уровне в области высоких частот (на рисунке эта зависимость показана пунктирной линией).

11.2 Помехозащищенность при флуктуационной помехе

Предположим, что помеха представляет собой белый шум с нормальным распределением амплитуд и постоянной спектральной плотностью B в полосе приема ЧМсигналов.

Элементарную помеху в бесконечно малом интервале частот df можно рассматривать как синусоидальную. Такая помеха вызывает паразитную частотную модуляцию (как это было показано выше), для которой квадрат девиации частоты равен

. (11.13)

Квадрат эффективного напряжения помехи на выходе частотного детектора равен (переход от амплитудного значения к эффективному, обуславливает коэффициент равный 2 в знаменателе):

. (11.14)

Интегрируя полученное выражение в полосе от -Fmax до Fmax, получим:

. (11.15)

Эффективное напряжение шума на выходе частотного детектора можно представить следующим образом:

. (11.16)

Эффективное напряжение сигнала на выходе частотного детектора:

,

отношение сигнал/помеха на входе

,

. (11.17)

Таким образом, при применении широкополосной частотной модуляции выигрыш в отношении сигнал/шум пропорционален индексу модуляции.

Получить аналитические формулы для оценки выигрыш в отношении сигнал/шум при изменении отношения сигнал/шум в широких пределах практически невозможно. Поэтому для малых отношений сигнал/шум мы приведем основные зависимости на основании экспериментальных данных.

При применении ЧМсигналов наблюдается пороговый эффект, который состоит в том, что при малых отношениях сигнал/шум частотная модуляция хуже амплитудной модуляции (это связано с тем, что в этом случае за счет ограничителя амплитуды не удается эффективно подавить паразитную амплитудную модуляцию за счет действия помехи). При достижении некоторого порогового значения отношения сигнал/шум при приеме ЧМсигналов наблюдается выигрыш по сравнению с приемом АМколебаний. Чем больше индекс частотной модуляции, тем больше величина выигрыша по отношению сигнал/шум по сравнению с АМмодуляцией и тем больше требуемое отношение сигнал/шум, при котором обеспечивается этот выигрыш.

11.3 Радиоприем одной боковой полосы частот

При радиопередаче с помощью обычного АМсигнала излучение состоит из трех видов колебаний: несущей и двух боковых. Распределение мощности при этом следующее:

при телеграфном сигнале. Если принять излучаемую мощность при передаче точке Рт за 100%, то мощность колебания несущей частоты Рн будет составлять 25% от этой мощности, т.е.:

(11.17)

Мощности верхней и нижней боковых полос Рвб и Рнб, всегда равны между собой и определяются, для случая максимального уровня, следующим выражением:

 (11.18)

При передаче АМсигналов сообщение заключается в боковых полосах. Колебание несущей частоты никаких сведений о передаваемом сообщении не несет, и, следовательно, с этой точки зрения бесполезно. Назначение несущей участвовать в процессе детектирования высокочастотного АМсигнала. При наличии несущей схема приемника получается значительно проще, чем в случае приема колебаний без несущей, т.е. колебаний в виде двух боковых полос или одной боковой полосы. Таким образом, наличие несущей при передаче сигналов удешевляет приемник, что вполне является оправданным для радиовещания, где каждую передающую станцию принимают сотни приемников индивидуального или коллективного пользования.

В радиосвязи, когда сигналы передатчика принимает всего лишь один приемник, стоимость приемника не может играть решающей роли и в этом случае отказ от излучения несущей оказывается целесообразным. Способ передачи без несущего колебания называется способом передачи с подавленной несущей или передачей на двух боковых.

Боковые полосы несут одну и ту же информацию, поэтому для передачи информации достаточно использовать лишь одну из боковых полос исходного АМсигнала. Переход к передачи информации на одной боковой позволяет уменьшить требуемую полосу пропускания канала в 2 раза, что является главным достоинством этого способа передачи. Следует при этом отметить, что при замираниях избирательного характера система с одной боковой имеет значительные преимущества перед обычной модуляцией. При наличие избирательных замираний может иметь место ослабление уровня несущей относительно уровня боковых. Это приводит к относительному углублению модуляции, а если в приемнике имеется система АРУ, то в этом случае наблюдается изменении уровня сигнала, но такие искажения сигнала не столь существенны.

При сильном ослаблении несущей наблюдается перемодуляция сигнала, что приводит к значительным искажениям сигнала. При приеме одной боковой колебание несущей частоты вырабатывается не в передатчике, а в приемнике, благодаря чему таких искажений при приеме сигналов быть не может.

Следовательно, однополосная передача при одинаковой установочной мощности лампы передатчика дает выигрыш по сравнению с амплитудной модуляцией от 8 до 16 раз по мощности. Кроме того, при однополосной модуляции отсутствуют большие нелинейные искажения, обусловленные избирательными замираниями несущей при обычной амплитудной модуляции.

Одним из преимуществ однополосной модуляции является скрытность передачи. Это обусловлено тем, что при приеме однополосного сигнала необходимо восстанавливать несущую на приемном конце. Требуемая точность восстановления несущей при передаче на двух боковых весьма высока. При приеме двух боковых с подавленной несущей необходимо точно восстанавливать не только частоту, но и фазу несущего колебания.

При передаче на одной боковой несущее колебание восстанавливается для радиовещания с точностью 12 Гц, а для телефонии 510 Гц.

В настоящее время применяются следующие методы восстановления несущей при приеме одной боковой полосы:

1. Использование стабильных генераторов;

2. Точная автоматическая подстройка частоты по не полностью подавленной несущей или по так называемому пилотсигналу.

Использование стабильных генераторов возможно лишь при работе на длинных и средних волнах, т.к. при стабильности 106 отклонение частоты на длине волны 1000 м составляет 10 Гц.

На коротких волнах восстановление несущей возможно лишь вторым способом. Для этого используется опорный сигнал, представляющий собой

- остаток несущего колебания (обычно 1020% от максимального уровня несущего колебания),

- специальный управляющий сигнал (пилотсигнал), расположенный обычно со стороны нижней границы низкочастотного спектра.

В случае пилотсигнала его расстройка относительно несущей частоты должна быть строго постоянной.

Введение в передатчике опорного сигнала для автоматической подстройки понижает эффективность системы связи на одной боковой, т.к. при этом мощность боковой полосы должна быть снижена.

В однополосном приемнике, как и в приемнике АМсигналов обязательно применение автоматической регулировки усиления. Особенностью системы АРУ однополосного приемника состоит в том, что она должна работать лишь по несущему колебанию (или пилотсигналу), а не по всему сигналу, так как в этом случае уровень боковой зависит не только от условий распространения сигнала, но и от уровня модуляции, а уровень несущего соизмерим с уровнем боковой.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис. 136 Структурная схема приемника с одной боковой полосой

Для детектирования однополосных сигналов на амплитудный детектор подается однополосный сигнал с выхода УПЧ и опорный сигнал с выхода генератора несущей. Сигнал с выхода УПЧ подается на вход узкополосного фильтра, который выделяет на выходе либо подавленную несущую или пилот сигнал. Этот сигнал подается в систему автоматической подстройки частоты и систему АРУ. В системе АПЧ на частотный детектор подается сигнал с выхода узкополосного фильтра и сигнал от генератора несущей. В результате сравнения этих сигналов на выходе частотного детектора вырабатывается сигнал управления, который в дальнейшем подается на управитель частоты гетеродина.

Система АРУ включает детектор АРУ и фильтр. Сигналы с фильтра подаются в УРЧ и первые каскады УПЧ.

11.4 Радиоприемники синхронного приема

В этом случае детектирование сигнала происходит с помощью синхронного детектора, при этом для того чтобы осуществить прием необходимо на приемном конце восстановить точно частоту и фазу несущего колебания. Таким образом осуществляется перенос сигнала в низкочастотную область ( промежуточная частота равна нулю).

Применение избирательного детектора позволяет получить почти идеальную Побразную форму кривой избирательности приемника, тем самым увеличив избирательность приемника в десятки и сотни раз.

Структурная схема такого приемника приведена на рисунке

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис. 137 Структурная схема синхронного приемника

С помощью цепей синхронизации частота колебаний гетеродина поддерживается точно равной несущей частоте принимаемого сигнала и обеспечивает совпадение по фазе колебаний гетеродина и несущей принимаемого сигнала.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) в избирательном детекторе служит для устранения из спектра выходного напряжения тех составляющих, которые получаются в результате детектирования биений спектральных составляющих мешающих сигналов с напряжением синхронного гетеродина.

Возможны три способа синхронизации гетеродина:

1. Выделение узкополосным фильтром напряжения несущей частоты принимаемого сигнала и использование его в качестве синхронного колебания.

2. Захватывание колебаний гетеродина несущей частотой принимаемого сигнала ( синхронизация гетеродина).

3. Применение автоматической подстройки частоты гетеродина.

Наилучшие результаты дает совместное применение методов захватывания и автоматической подстройки частоты.

Принципы синхронного приема могут быть использованы для приема двухкратной передачи с помощью фазовой селекции разделение различных сигналов одной и той же частоты, отличающиеся по фазе.

В синхронном приемнике можно разделить сигналы двух станций с перекрывающими боковыми полосами частот. Для этого приемник должен содержать два избирательных детектора. Первый избирательный детектор служит для подавления мешающего сигнала, второй для выделения принимаемого сигнала.

Фаза колебаний первого синхронного детектора при помощи специального фазовращателя ФВ сдвигается на 900 относительно мешающего сигнала. Таким образом, осуществляется подавление мешающего сигнала, так как в этом случае . Т.е. устраняется эффект детектирования мешающего сигнала. Но принимаемый сигнал оказывается сдвинутым относительно начала координат. Поэтому применяется второй гетеродин, который переносит полезный сигнал на нулевую промежуточную частоту. Таким образом, удается весьма эффективно подавить мешающую станцию.

XII. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ КАСКАДОВ.

12.1 Транзисторный преобразователь частоты для диапазона умерено высоких частот

Рассмотрим проектирование транзисторных преобразователей частоты с внешним гетеродином при простом преобразовании

Рис. 138 Транзисторный преобразователь частоты с внешним гетеродином

Смеситель построен на транзисторе Т1, который включен по схеме с общим эмиттером. Сигнал поступает на базу, а напряжение гетеродина подается на эмиттер транзистора. Фильтр Ф1 настроен на промежуточную частоту. Конденсаторы С1 и С3 - разделительные. С помощью сопротивлений R1 и R2 подается напряжение смещение на базу транзистора, необходимое для задания рабочей точки. Цепь R4C2 служит для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры окружающей среды (термостабилизация). Сопротивления R3 используется для подачи напряжения гетеродина в цепь эмиттера.

Поскольку смеситель должен обладать большими значениями частоты сигнала, крутизны и малый коэффициент шума при их проектировании выбирают те же транзисторы, что и для усилителей радиочастоты (УРЧ). Коэффициент передачи и резонансную характеристику преобразователя частоты можно рассчитывать по тем же формулам, что и УРЧ, однако нужно учитывать, что:

(12.1)

где -соответствующий параметр транзистора в режиме усиления: на частоте сигнала , а на частоте гетеродина.

Исходный режим в цепи термостабилизации смесителя рассчитывают, как и для каскада УРЧ. Для того чтобы ослабить побочные каналы приема смеситель должен работать без отсечки коллекторного тока, т.е. при токе коллектора , напряжении гетеродина , напряжении сигнала . Коэффициент шума преобразователя должен быть в 1,53 раза больше, чем для усилителя, при одинаковом питании транзистора.

Пример. Рассчитать основные характеристики транзисторного преобразователя частоты с двухконтурным полосовым фильтром в нагрузке. Частота сигнала , промежуточная частота . Принципиальная схема преобразователя приведена на рис. 12.1.

1. Коэффициент передачи преобразователя определим по формуле :

(12.2)

где m и n-коэффициенты включения фильтра на входе и выходе, -крутизна характеристики транзистора в режиме преобразователя частоты,



-характеристическое сопротивление первого контура, -резонансная частота, -коэффициент передачи двухконтурного полосового фильтра:

, (12.3)

где -

обобщенная добротность, -добротность первого контура фильтра, -добротность второго контура фильтра, -обобщенный коэффициент связи между контурами,

-

обобщенная расстройка.

Коэффициент передачи преобразователя на резонансной частоте () при критической связи между контурами определяется:

. (12.4)

Исходя из условия:

, (12.5)

выбираем в качестве активного элемента смесителя транзистор ГТ313А. По характеристикам транзистора ГТ313А для схемы с общим эмиттером (для тока

на частоте ) находим активную и реактивную компоненты прямой проводимости. После чего получаем:

(12.6)

Емкость первого контура фильтра:

, (12.7)

где -емкость конденсатора контура, -выходная емкость транзистора, -емкость монтажа. Берем ,

,

тогда , а

.

Задаемся параметрами и определяем коэффициент передачи смесителя на резонансной частоте:

. (12.8)

2. Нормированная частотная характеристика определяется по формуле:

. (12.9)

Для случая критической связи между контурами () имеем:

, где . (12.10)

Для нахождения полосы пропускания смесителя получаем ; тогда , откуда

. (12.11)

3. Коэффициент шума преобразователя частоты оценим приближенно по коэффициенту шума транзистора:

. (12.12)

Из справочника находим, что , тогда . Цепи питания и термостабилизации рассчитываются так же, как для отдельного усилителя.

Напряжение гетеродина на входе смесителя полагаем равным .

4. Переходим к уточнению параметров двухконтурного полосового фильтра Ф1.

12.2 Диодный балансный смеситель СВЧ диапазона

В современных радиоприемных устройствах СВЧ в большинстве случаев применяют двухдиодные балансные смесители (БС). Схема БС (рис. 12.2) включает два смесительных диода Д1 и Д2 и СВЧ мост (квадратный или кольцевой). К двум плечам моста (например, 3 и 4) подключают смесительные секции, а к двум другим (1 и 3) подводят мощность сигнала и гетеродина.

Рис. 139 Диодный балансный смеситель

Волновые сопротивления составляющих мост отрезков и подводящих линий (W), основных линий (Wл) и шлейфов (Wш) находятся в следующем соотношении:

. (12.13)

Длина основной линии моста и шлейфа

вычисляется на средней частоте рабочего диапазона волн.

В БС применяют подобранные пары разнополярных диодов с малым разбросом параметров в паре. Наибольшее распространение получили простые широкополосные БС (рис.12.2) с относительной полосой до 20%.

Основными параметрами БС являются:

– потери преобразования ;

– шумовое отношение ;

– выходное сопротивление ;

– коэффициент подавления шума гетеродина ;

– коэффициент шума БС .

Исходными данными для расчета являются:

– параметры смесительных диодов (потери преобразования , шумовое отношение , выходное сопротивление );

– параметры СВЧ моста (потери , амплитудный и фазовый разбаланс).

Пример: Рассчитать параметры балансного смесителя со следующими исходными данными: рабочая частота , относительная полоса , коэффициент шума . Подложка БС выполнена из полистирола (; ) толщиной . Волновое сопротивление подводящих линий . Развязка между сигналом и гетеродином не менее . Материал проводников - золото с удельной проводимостью . Коэффициент шума УПЧ .

1. Выбираем смесительные диоды с барьером Шотки типа АА112Б, для которых , потери преобразования , шумовое отношение , .

2. Расчет начинаем с проектирования СВЧ моста. Учитывая то, что полоса частот является неширокой, выбираем двухшлйфный квадратный мост (рис.12.2) Определяем волновое сопротивление основной линии:

. (12.14)

Для шлейфов .

Находим ширину полоски основной линии и шлейфа :

(12.15)

Эффективную диэлектрическую проницаемость вычислим по формуле:

. (12.16)

Для основной линии , для шлейфов .

Длину четвертьволновых отрезков основной линии и шлейфов находим по формуле:

, (12.17)

где -длина волны в воздухе:

.

(12.18)

Рассчитаем потери в основной линии и шлейфах моста.

а) Потери проводимости.

Толщина скинслоя в полосках:

. (12.19)

Поверхностное сопротивление проводника:

. (12.20)

Полные потери проводимости оцениваются по формуле:

. (12.21)

Для основной линии и шлейфа имеем:

(12.22)

Потери проводимости отрезка основной линии и шлейфа соответственно равны:

(12.23)

б) Диэлектрические потери.

Погонные диэлектрические потери в подложке микрополосковой линии рассчитываются по формуле:

Диэлектрические потери в основной линии и шлейфе:

(12.25)

в) Полные потери шлейфа и основной линии моста соответственно равны:

(12.26)

г) Коэффициент стоячей волны (КСВ) входных плеч моста:

. (12.27)

Развязка изолированного плеча (развязка между сигналом и гетеродином):

. (12.28)

Потери моста:

. (12.29)

На этом проектирование квадратного моста можно считать законченным.

3. Находим необходимую мощность гетеродина на входе БС, полагая оптимальную мощность гетеродина, равной паспортной () и пренебрегая потерями моста:

. (12.30)

4. Считаем, что смесительные диоды подобраны в паре, тогда:

(12.31)

5. Определим шумовое отношение гетеродина по формуле:

. (12.32)

Величина зависит от типа гетеродина, частоты гетеродина и величины промежуточной частоты и лежит в пределах от единиц до нескольких десятков . Полагаем , тогда:

. (12.33)

6. Общий коэффициент шума балансного преобразователя частоты определяется по формуле:

. (12.34)

Полагая коэффициент подавления шума гетеродина равным , находим:

. (12.35)

На этом можно считать расчет БС законченным.

Однако в схему БС необходимо включать высокочастотный дроссель (короткозамкнутый шлейф) для замыкания постоянной составляющей тока диода.

12.3 Расчет детектора радиоимпульсов

Для детектирования радиоимпульсов, т.е. для преобразования их в видеоимпульсы, используют последовательные диодные детекторы, выполненные по схеме

Рис.140 Последовательный диодный детектор

Видеоимпульсы с выхода детектора поступают на видеоусилитель, включенный по схеме с ОЭ.

Расчет детектора состоит в определении величин сопротивлений нагрузки детектора , емкости , коэффициента передачи детектора , входного сопротивления , переднего и заднего фронтов продетектированного импульса.

Пример: Рассчитать видеодетектор радиоимпульсных сигналов длительностью с частотой . Длительность переднего фронта видеоимпульса , длительность заднего фронта импульса не более 0,2 мкс. 1. Выберем детекторный диод Д10Б с параметрами .

2. Емкость конденсатора нагрузки берем равной:

. (12.36)

Сопротивление нагрузки определяем по формуле:

. (12.37)

кругляем до ближайшего значения из нормального ряда .

Проверяем соотношение:

(12.38)

3. Находим отношение:

(12.39)

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис.141 Зависимость

По графику на рис.12.4 находим коэффициент передачи детектора .



Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис.142 Зависимость

По графику на рис. 12.5 находим отношение . Откуда входное сопротивление детектора равно .

4. Из расчета последнего каскада УПЧ известно:

.

Длительность переднего фронта видеоимпульса находим по формуле:

. (12.40)

Итак, передний фронт продетектированного видеоимпульса равен , что соответствует заднему фронту.

5. Дроссель находится по формуле:

, (12.41)

где -собственная емкость дросселя.

, (12.42)

XIII. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

13.1 Цели и задачи курсовой работы

Выполнение курсовой работы является заключительным этапом изучения курса.

Её основной целью является:

закрепление и углубление теоретических знаний;

получение практических навыков расчета и конструирования современных радиоприемных устройств, их узлов и элементов;

накопление опыта составления и оформления инженерной документации: пояснительной записки, чертежей электрических схем;

развитие умения публично докладывать результаты своей работы и защищать самостоятельно принятые в ней технические решения.

Техническое задание на курсовую работу должно быть получено у преподавателя в течение первого месяца второго семестра.

Содержание и объем курсовой работы

Пояснительная записка должна содержать:

подлинник бланка задания;

введение с анализом поставленной задачи и обзором литературы;

расчет структурной схемы приемника из условия обеспечения чувствительности, избирательности и требуемого усиления;

электрический расчет всех каскадов радиотракта, начиная от входной цепи, и кончая детектором. Расчет гетеродина не обязателен;

структурную и принципиальную электрическую схему приемника;

перечень элементов рассчитанной схемы;

список используемой литературы.

Требования к оформлению отчета

Предъявляемая к защите курсовая работа выполняется в виде пояснительной записки объемом не более 3040 листов формата А4. Бланк задания и титульный лист пояснительной записки должны быть подписаны автором и консультантом. В тексте записки обоснование принятых решений должно содержать ссылки на используемую литературу. Сам текст должен быть разбит на соответствующие разделы. Чертежи должны быть выполнены аккуратно и в соответствии с ЕСКД.

Защита курсовой работы

Защита курсовой работы происходит не позднее, чем в сроки, указанные в графике (в конце семестра). На защиту предъявляется полностью оформленная пояснительная записка.

13.2 Последовательность расчета радиоприемного устройства

Проектирование приемника состоит из следующих основных этапов:

анализ задания и подбор литературы;

выбор и расчет структурной схемы;

электрический расчет отдельных каскадов;

уточнение структурной схемы и составление принципиальной электрической схемы приемника.

13.3 Анализ задания и подбор литературы

Работу следует начинать с анализа задания и предварительного изучения литературы. При этом необходимо определить достаточно ли в задании данных для начала проектирования. В противном случае следует самостоятельно выбрать недостающие данные на основе рекомендаций и используемых руководств, или уточнить их у руководителя. Перечень литературы для проектирования приведен в конце раздела. Литература расположена в порядке ее значимости. Более подробные методические указания к проектированию.

13.4 Расчет структурной схемы

Структурная схема приемника выбирается в зависимости от предъявляемых к нему требований: чувствительности, избирательности, типу входного и выходного сигнала, эксплуатационных особенностей приемника. Расчет следует начинать с расчета необходимой полосы пропускания линейного тракта.

Расчет полосы пропускания

Полоса пропускания приемника П складывается из ширины спектра сигнала Пс, нестабильностей в тракте и неточности настроек Пн и доплеровского сдвига частоты fд (для приемников СВЧ).

П=Пс+Пн+fд (13.1)

Ширина спектра сигнала определяется типом используемого сигнала в линии связи. Например, для импульсного радиосигнала длительностью и:

.

Нестабильность учитывается следующим образом:

(13.2)

где fc - нестабильность частоты передатчика (сигнала); fг - нестабильность частоты гетеродина приемника; fнач - начальная неточность установки частоты гетеродина; fпч - неточность настройки контуров УПЧ.

Доплеровский сдвиг частоты учитывается только в тех случаях, когда передатчик или приемник расположены на подвижном объекте, перемещающимся со скоростью v.

для приемников РЛС;

для приемников импульсной связи.

Если нестабильности в тракте велики, то полоса пропускания приемника П чрезмерно расширяется. Если при этом реализовать заданную чувствительность затруднительно, используют автоматическую подстройку частоты (АПЧ). При этом:

(13.3)

где КАПЧ = 1530 - коэффициент автоподстройки.

Можно избрать и другие пути для уменьшения нестабильности в тракте, например, кварцевую стабилизацию частоты передатчика и гетеродина приемника.

После определения полосы приступают к определению чувствительности приемника.

Обеспечение чувствительности приемника.

Если чувствительность приемника (Ри) задана, обеспечить её можно выбором (расчетом) соответствующих коэффициентов шума отдельных каскадов и всего приемника в целом:

для приемников СВЧ

для приемников умеренных частот

В этих выражениях вх - соотношение сигнал/шум; k - постоянная Больцмана; Т0 - абсолютная температура по Кельвину; Ra - сопротивление антенны (обычно задано в задании); Пш=1,1 П - шумовая полоса; Та - шумовая температура антенны.

Итак, расчет чувствительности сводится к определению коэффициента шума приемника N. По методике определяют сначала допустимый коэффициент шума:

(13.5)

Затем необходимо синтезировать коэффициент шума приемника по коэффициентам шумов составляющих его каскадов. Например, для супергетеродинного приемника синтез проводится по формуле:

(13.6)

Далее можно проверить чувствительность по выше приведенной формуле. Если она получается завышенной, то можно упростить схему, например, исключив усилитель высокой частоты.

Обеспечение избирательности.

В техническом задании на супергетеродинный приемник обычно задается два вида избирательности: избирательность по зеркальному каналу Sзк, избирательность по соседнему каналу Scк. Они обеспечиваются различными цепями: Sзк - обеспечивается преселектором (входная цепь и усилитель высокой частоты), промежуточной частоты.

Для расчета Sзк существуют номограммы, упрощающие расчет [8,стр.21]. В соответствии с этой методикой задаются числом контуров в преселекторе. Если промежуточная частота задана, то обобщенную расстройку определяют по формуле:

при

при (13.7)

где частоты гетеродина и сигнала соответственно; затухание контура (=0,001 - 0,002).

По номограмме находят избирательность Sзк.

Если промежуточная частота fп не задана, то по выбранной схеме преселектора и заданной Sзк определяют обобщенную расстройку (по номограмме), а затем рассчитывают fп по формуле:

(13.8)

Если Sзк не обеспечивается или fп получается слишком большой, то увеличивают число контуров преселектора. Заданная избирательность по соседнему каналу в УПЧ. В выбранной схеме построения УПЧ (с распределенной или с сосредоточенной избирательностью) при расчете колебательных цепей определяется величина ослабления соседнего канала Scк.

Если фильтры получаются слишком сложные (количество звеньев больше 5) или Scк. обеспечить на заданной fп невозможно, переходят на второе преобразование частоты.

Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта

Теперь можно приступить к расчету коэффициента усиления всего приемника и отдельно взятых каскадов. Если чувствительность приемника Ри (Uи) задана, то усиление всего линейного тракта (до детектора) равно:

для приемников умеренных частот

для приемников СВЧ (13.9)

Поскольку структурная схема приемника к этому времени уже определилась, можно корректировать коэффициент усиления отдельных каскадов.

Преселектор

Для приемников умеренных частот

(13.10)

Коэффициент передачи входной цепи (КВЦ), усилителя высокой частоты (КУВЧ) и смесителя (Ксм) рассчитываются:

; ;

(13.11)

Для СВЧ приемников коэффициент усиления считается по мощности:

; ; (13.12)

Здесь n - количество усилительных каскадов УВЧ.

Напряжение на выходе смесителя (на входе УПЧ) равно:

для приемников умеренных частот;

для СВЧ приемников (13.13)

Требуемый коэффициент усиления УПЧ определяется по формуле:

(13.14)

где з=23 - коэффициент запаса;

Uвых УПЧ=1В при диодных детекторах;

Uвых УПЧ=25мВ при транзисторных детекторах.

Покаскадный расчет коэффициента усиления УПЧ

Общий коэффициент усиления УПЧ определен выражением (13.15). Найдем необходимый коэффициент усиления каждого каскада. Методика расчета зависит от выбранной схемы УПЧ.

(13.15)

Здесь К0ФСС - коэффициент каскада с ФСС; К0 - коэффициент широкополосного каскада УПЧ; Кок - коэффициент усиления оконечного каскада УПЧ.

(13.16)

К0мш - коэффициент усиления первого малошумящего каскада УПЧ; Кфсс - коэффициент передачи ФСС (из расчета ФСС).

Количество широкополосных каскадов (или микросхем) определяются по формуле:

(13.17)

Выводы

Изложенная выше методика расчета структурной схемы приемника позволяет ориентировочно определить требования к параметрам каждого каскада приемника. Это дает возможность приступить теперь к более точному, детальному, расчету принципиальной электрической схемы каждого каскада. Если данные, полученные при таком расчете схемы, не совпадают с ранее выбранными ориентировочными данными, то необходимо их уточнить и скорректировать при необходимости схему приемника.

Составление принципиальной электрической схемы приемника.

Принципиальная электрическая схема всего приемника составляется на основании детального расчета электрической схемы каждого каскада. Схема должна содержать входной ВЧ (или СВЧ) разъем для ввода в приемник напряжений питания, входных сигналов, регулировок и т.д. В цепях питания должны быть предусмотрены фильтры и развязки. Номиналы резисторов и конденсаторов должны соответствовать нормальному ряду. Обозначения элементов должны соответствовать ЕСКД.

После разработки принципиальной схемы составляется перечень элементов.

Рекомендованная литература

1. Куликов Г.В. Радиовещательные приемники: уч. пособие для студ. вузов. М.: Горячая линия Телеком 2011

2. Радиоприемные устройства: учебник для вузов / Н.Н. Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Головин и др.; Под ред. Н.Н.Фомина. изд.3е, стереотип. -- М.: Горячая линия - Телеком,, 2006. - 240с. - 12 экз.

3. В.А.Каплун, Ю.А. Браммер, С.П. Лохова, И.В. Шостак. Радиотехнические устройства и элементы., М.; Высшая школа. 2005.

4. Раманюк В.А. Основы радиосвязи, уч. пособие., М.; Юрайт Высшее образование, 2009

5. Бурканов, Владимир Николаевич. Устройства приема и обработки сигналов: учеб. Пособие по дисц. «Устройства приема и обработки сигналов», «Приемопередающие устройства» / В.Н.Бурканов; Саратов. Гос. Техн. Унт.--Саратов: Б.и., 2009.--171

6. Онищук А.Г., Забеньков И.И., Амелин А.М. Радиоприемные устройства: Учебное пособие для вузов. Изд.2, испр. М.: Новое Знание, 2007.240 с. 5 экз.

7. Головин О.В. Радиоприемные устройства: Учебник для техникумов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 384 с. 3 экз

8. Данилаев Д.П., Царева М.А., Васильев И.И. Основы радиосвязи (радиоприемные устройства): Учебное пособие. - Казань: ЗАО «Новое Знание», 2004. - 84с. - 60 экз

9. Г.И. Ильин, А.Г. Ильин, И.И. Нуреев, Л.А. Трофимов, М.П. Данилаев, И.И. Васильев, Н.Г. Хайруллин, Л.Г. Кесель, Р.М. Гадельшин / Устройства приема и обработки сигналов. Нелинейные каскады: Учебное пособие по курсу «Устройства приема и обработки сигналов». Казань: Издво Казан. гос. техн. унта, 2001, 118с.-120 экз

10. Трофимов Л.А. Расчет полосовых фильтров Учебное пособие. Для курсового проектирования. - Казань: Издво казан. гос. техн. унта, 2004г. - 40с. 100экз

11. Куликов Г.В., Парамонов А.А. Радиовещательные приемники. Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 2011 г. 2 экз.

12. В. Г. Выборный, Ю. С. Данич, М. Ю. Ключарев, И. Н. Никитина, А. С. Протопопов, Н. П. Русских. Расчет узлов радиоприемных устройств. Учебное пособие к практическим занятиям и курсовому проектированию по курсу М.: Издво МАИ, 1993. - 84

13. Аналоговые и цифровые устройства обработки сигналов: учеб. пособие / Храмченко Г.н.; СПб. гос. акад. аэрокосмического приборостроения.--СПб.: СПбГААП, 1995.--162 с.

14. Б.Ю. Семенов Современный тюнер конструируем сами: УКВ стерео + микроконтроллер. М.: СОЛОНР, 2004, 352с. - (Серия «Библиотека инженера»). 1 экз.

15. Палшков В.В. Радиоприемные устройства. Учебное пособие. - М.: Радио и связь, 1984. - 392 с. 10 экз.

16. Проектирование радиоприемных устройств. / Под. ред. А.П.Сиверса. Учебное пособие для вузов. М.: - «Сов. Радио», 1976. - 488с. 83 экз.

17. Сборник задач и упражнений по курсу «Радиоприемные устройства»: Учеб. Пособие для вузов / Ю.Н. АнтоновАнтипов, В.П. Васильев, И.В. Комаров, В.Д. Разевиг; Под. ред. В.И. Сифорова. - М.: Радио и связь, 1984. - 224с., ил. 36 экз.

18. Ильин А.Г., Ильин Г.И., Нуреев И.И., Трофимов Л.А., Данилаев М.П., Васильев И.И., Хайруллин Н.Г., Кесель Л.Г. Устройства приема и обработки сигналов: Линейные каскады: Учебное пособие по курсу «Устройства приема и обработки сигналов» для студентов заочной формы обучения. - Казань: Издво Казан. гос. техн. унта, 2000. 116с. 100 экз.

19. Проектирование радиолокационных приемных устройств: Учебное пособие для радиотехн. спец. вузов / А.П. Голубков, А.Д. Далматов, А.П. Лукошкин и др.; Под ред. М.А. Соколова. - М.: Высш. шк., 1984. - 335с., ил. 3 экз.

20. Горшелев В.Д., Красноцветова З.Г., Федорцев Б.Ф. Основы проектирования радиоприемников. Л.: Энергия, 1977. 10 экз.

21. Радиоприемные устройства / Под. ред. А.П. Жуковского. М.: Высшая школа, 1989. 341с. 25 экз

22. Чистяков Н.И., Сифоров В.И. Радиоприемные устройства. М.: Радио и связь, 1989. 408с. 10 экз

23. Радиоприемные устройства / Под. ред. Н.И. Чистякова. М.:Связь 1986. 319с. 10 экз

24. Журнал «Радио»

25. Журнал «Радиолюбитель»

Размещено на Allbest.ru

...