Радіоприймальний пристрій радіолокаційних сигналів з розрахунком підсилювача високої частоти

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПОВІТРЯНИХ СИЛ

КУРСОВА РОБОТА

Тема: «РАДІОПРИЙМАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ РАДІОЛОКАЦІЙНИХ СИГНАЛІВ З РОЗРАХУНКОМ ПІДСИЛЮВАЧА ВИСОКОЇ ЧАСТОТИ»

з навчальної дисципліни «Приймання та оброблення сигналів»

Харків - 2014

Зміст

Вступ

1. Призначення радіоприймальних пристроїв

1.1 Основні якісні показники радіоприймальних пристроїв

2. Вибір та обґрунтування структурної схеми РПП

3. Розрахунок структурної схеми РПП

3.1 Розрахунок смуги пропусконна РПП та розподіл її між окремими блоками

3.2 Розрахунок коефіцієнту шуму РПП та вибір типу схеми перших каскадів РПП

3.3 Розрахунок коефіцієнта підсилення РПП

3.4 Вибір проміжної частоти і типу підсилювача проміжної частоти (ПВЧ)

4. Розробка та обгрунтування блока, що розробляється

5. Розрахунок принципової схеми блока, що розробляється

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

радіоприймальний пристрій підсилювач частота

Завдання

Завданням курсового проекту є:

- Розробка структурної схеми радіоприймального пристрою (РПП);

- Попередній розрахунок РПП;

- Розробити принципову схему підсилювача високої частоти (ПВЧ);

- Електричний розрахунок принципової схеми ПВЧ.

Графічні матеріали:

- Радіоприймальний пристрій (схема структурно-електрична);

- ПВЧ схема принципова електрична;

- Перелік елементів принципової схеми ПВЧ.

Вихідні данні:

- Вид сигналу - імпульсний ЛЧМ радіоімпульс;

- Тривалість імпульсу - ;

- Частота сигналу ;

- Девіація частоти ;

- Гранична чутливість ;

- Швидкість цілі V < 2000 км/год.;

- Ослаблення по сусідньому каналу прийому ;

- Ослаблення дзеркального каналу ;

- Динамічний діапазон Д= 60 дБ;

- Вихідна напруга приймача ;

- Вхідний опір ППЧ .

1. Призначення радіоприймальних пристроїв

ГОСТ 24375-80 визначає РПП як пристрій, який виділяє сигнали із радіовипромінювання. Його призначено для приймання радіовипромінювання і перетворювання його до виду, який дозволяє виділити та використати зосереджену у ньому інформацію. РПП є нерозривною частиною таких РТС, як системи радіолокації, радіонавігації, радіозв'язку, радіотелеуправління, радіотелеметрії, радіорозвідки. Радіоприймальною системою називають сукупність елементів та пристроїв,призначених для перетворення енергії поля електромагнітних хвиль у місці прийому з метою вилучення з них корисної інформації, що переноситься. Для виконання зазначених функцій будь-яка приймальна система містить приймальну антену, безпосередньо радіоприймач і кінцевий пристрій (рис.1.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.1. Структурна схема приймальної системи

До складу системи входять джерело радіовипромінювання, лінія передачі та радіоприймальний пристрій. Джерело радіовипромінювання може удавати з себе або радіопередавальний пристрій або пасивний відбивач, що опромінюється спеціальним радіопередавальним пристроєм. Лінія передачі уявляє собою середовище, через яке проходить поширення радіохвиль від джерела радіовипромінювання до радіоприймального пристрою. У літературі радіоприймальним пристроєм називають пристрій, який складається з приймальної антени, радіоприймача і кінцевого пристрою. В приймальній антені під впливом поля вільних електромагнітних хвиль, що випромінюються передавачем або іншими джерелами природного або штучного походження, збуджуються електричні струми високої частоти.

Радіоприймач із всієї сукупності електричних коливань, які надходять від антени, виділяє корисні коливання, послабляє завади, підсилює та перетворює корисні коливання таким шляхом, щоб забезпечити найменші втрати інформації, зосередженої у прийнятому коливанні, та нормальну працю кінцевих пристроїв.

Кінцевий пристрій переробляє та відображає прийняту інформацію. Кінцевим пристроєм в залежності від призначення радіоприймального пристрою може бути пристрій автоматичного виявлення радіолокаційних цілей та вимірювання їх координат, електронно-променева трубка, кінескоп, літеродрукуючий апарат (факсимільний), головні телефони тощо. Кінцеві пристрої можуть також служити для формування управляючих сигналів (аналогових та цифрових) для систем управління різного призначення. У літературі часто під радіоприймальним пристроєм розуміють сам радіоприймач, без антени та кінцевого пристрою. Приймальні антени та кінцеві пристрої в наш час являють собою самостійні області радіотехніки та радіоелектроніки.

Приймальні антени і кінцеві пристрої представляють до теперішнього часу самостійні області радіотехніки і радіоелектроніки. Тому теорію і принципи побудови цих пристроїв прийнято вивчати в суміжних навчальних дисциплінах. Приймальні пристрої складають основу й обов'язкову частину будь-якої радіотехнічної системи. Тому радіоприймальні пристрої є предметом вивчення в більшості вузів. Що готують військових інженерів, які призначені забезпечити виробництво, випробування, експлуатацію і бойове застосування радіоелектронного озброєння.

Складність і різноманіття різних радіотехнічних систем, що використовуються в народному господарстві і військовій справі, необхідність застосування практично у кожному з них приймальних пристроїв привели до розвитку різних галузей цієї області радіоелектроніки. Так у залежності призначення приймачі можуть входити складеними структурним елементами в системи радіомовлення, радіозв'язку, телебачення, навігації, радіолокації, телеметрії, телекерування, радіорозвідки,радіометрії і т.д. Радіоприймачі можуть служити для прийому безперервних та імпульсних сигналів. В свою чергу залежності від виду модуляції розрізняють приймачі амплітудно-модульованих, частотно-модульованих, фазо-і фазокодоманіпульованих сигналів комбіновану модуляцію, а також шумові і шумоподібні сигнали.

1.1 Основні якісні показники радіоприймальних пристроїв

До основних електричних якісних показників радіоприймальних пристроїв (РПП) належать: діапазон робочих частот, чутливість, параметри амплітудно-частотної характеристики, вибірність, динамічний діапазон, перешкодозахисність, якість відтворення сигналу, вихідна потужність.

Діапазоном робочих частот РПП називається смуга частот, в межах якої приймач може плавно або дискретно перестроюватись і здійснювати приймання сигналів, зберігаючи задані якісні показники.

Діапазон робочих частот приймача повинен бути узгодженим з діапазоном робочих частот передавача відповідно радіотехнічної системи. Діапазон робочих частот радіоприймачів, як і радіопередавачів, характеризують межевими частотами діапазону f_min, f_max, коефіцієнтом перекриття К = f_max/f_min, або відносною шириною діапазону

,

де f₀ - середня частота діапазону.

У зв'язкових та радіомовних приймачах, де застосовуються звичайно не спрямовані або слабко спрямовані антени, діапазон робочих частот може бути достатньо широким (коефіцієнт перекривання діапазону може становити К_д = 20 ... 30). Звичайно його розділяють на декілька піддіапазонівз коефіцієнтом перекривання К_пд = 2 ...3. В цьому випадку виявляється, що простіше забезпечити зберігання заданих значень якісних показників в усьому діапазоні робочих частот. У системах ближньої навігації і особливо в радіолокації, де використовуються антени спрямованої дії, діапазон робочих частот приймачів відносно не великий ( 10 %) і на під діапазони не розділяється.

Чутливість приймача - це міра його здатності приймати слабкі радіосигнали. Стандартом визначається три вида чутливості радіоприймача:

- чутливість, обмежена шумами;

- порогова чутливість;

- чутливість, обмежена підсилюванням;

Чутливість приймача, обмежена його внутрішніми шумами. Вона оцінюється таким мінімальним рівнем (амплітудою, потужністю) радіосигналу на його вході, при якому на виході приймача забезпечується заданий рівень сигналу і задане відношення сигнал-шум. Чутливість приймача, обмежена шумами, визначається експериментально.

Порогова чутливість - вона оцінюється таким мінімальним рівнем радіосигналу на вході, при якому відношення сигнал/шум на його виході дорівнює одиниці. З цього визначення виходить, що порогова чутливість є різновидом чутливості, обмеженої шумами.

Чутливість радіоприймача, обмежена підсилюванням - визначається таким мінімальним рівнем радіосигналу на вході радіоприймача, при якому досягається заданий рівень сигналу на його виході.

Для визначення чутливості приймача, обмеженої підсилюванням, необхідно встановити максимальний коефіцієнт підсилювання приймача і подати від генератора сигналів на його вхід сигнал такої величини, щоб на виході приймача отримати потрібний рівень сигналу. Показання приладу генератора сигналів при цьому будуть чисельно дорівнювати чутливості приймача, обмеженої підсилюванням.

Всі види чутливості приймачів дециметрових і більш короткохвильових діапазонів вимірюють в одиницях потужності (ватах) або в децибелах відносно одного вата.

Всі види чутливості приймачів дециметрових і більш короткохвильових діапазонів вимірюють в одиницях потужності (ватах) або в децибелах відносно одного вата. Значення чутливості можуть мати значення 10^-10 ... 10^-16 Вт (або мінус 100 ... мінус 160 дБ/Вт). Чутливість приймачів метрового і більш довгохвильових діапазонів вимірюється в одиницях напруги (вольтах) і має значення одиниці - десятки мікровольт.

В метровому і більш коротких діапазонах хвиль зовнішні завади слабкі і можливість прийому слабких сигналів визначається власними шумами приймачів. Тому здатність приймачів цих діапазонів приймати слабкі сигнали оцінюють чутливістю, обмеженій шумами, і пороговою чутливістю. В декаметровому і більш довгохвильових діапазонах, навпаки, зовнішні завади (атмосферні, космічні, індустріальні) суттєво перевищують внутрішні шуми приймачів. Тому здатність приймачів приймати слабкі сигнали оцінюють, в основному, чутливістю, обмеженою підсилюванням.

Параметри амплітудно-частотної характеристики. Від форми і параметрів частотної характеристики приймачів залежить відношення сигнал/завада на його виході і якість відтворення сигналу. В радіолокаційних і навігаційних системах якість відтворення сигналу не має суттєвого значення. Основними показниками якості приймання є імовірність виявлення сигналів і точність вимірювання координат об'єктів. Для отримання високих значень цих якісних показників приймач повинен забезпечити на виході максимально можливе відношення сигнал/завада. В зв'язкових радіомовних приймачах важливим показником є якість (точність) відтворення прийнятого сигналу.

Вибірність - це міра здатності приймача виділяти корисні сигнали і подавляти заважаючи коливання (завади). Добра вибірність приймачів необхідна для забезпечення високої перешкодозахисності і електромагнітної сумісності радіоелектронних засобів.

Вибірність приймання реалізується на основі використовування різниці в параметрах корисних сигналів і завад.

Сигнал може відрізнятись від завад напрямком приходе електромагнітної хвилі, поляризацією, частотою, амплітудою, фазою, часом приймання, статистичною структурою. В залежності від того, за яким з параметрів здійснюється відділення сигналу від завад , реалізуються такі види вибірності: просторова, поляризаційна, частотна, амплітудна, фазова, часова, статистична.

Завадозахищеність - під завадозахищеністю приймача розуміють його здатність зберігати задані якісні показники в умовах дії завад. Висока завадозахищеність особливо важлива для РПП військового призначення, бо ворог безперервно удосконалює засоби утворення завад радіоелектронним засобам і способи їх застосування. Висока завадозахищеність від завад, частота яких відрізняється від частоти корисного сигналу, досягається за рахунок доброї частотної вибірності приймача. Для подавлення завад, спектри яких частково або повністю перекриваються зі спектром корисного сигналу, використовуються інші види вибірності (просторова, часова тощо) і спеціальні види обробки коливань в приймачах. Детальніше питання завадозахищеність радіоелектронних засобах ви будете вивчати в спеціальних дисциплінах.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Динамічний діапазон приймача характеризує діапазон рівнів вхідних сигналів (від мінімального до максимального), при яких спотворення сигналів при обробці в приймачі не перевищують допустимих. Він визначається з амплітудної характеристики приймача

U_вих = f(U_вх).

Амплітудна характеристика має дві характерні ділянки: лінійну (початкову) і нелінійну. Під час роботи на лінійній ділянці (при U_вх U_{вх max} або P_вх P_{вх max}) обробка сигналів іде або без спотворення, або спотворення не перевищують допустимих значень. Якщо ж U_вх > U_{вх max}

(P_вх > P_{вх max}), то в приймачі настає перевантаження, спотворення сигналу перевищують допустимі, може мати місце повна втрата прийнятого сигналу.

Динамічний діапазон характеризує протяжність лінійної ділянки амплітудної характеристики уздовж осі абсцис і визначається відношенняммаксимального рівня сигналу, при якому спотворення не перевищують допустимих(U_вхmax, P_{вх max}), до порогової чутливості приймача (U_{вх пор}, P_{вх пор}). Звичайно динамічний діапазон приймача задають в децибелах

.

Щоб забезпечити обробку з допустимими спотвореннями сигналів з будь-якими можливими рівнями на вході динамічний діапазон приймача повинен бути не менше за динамічний діапазон вхідних сигналів. Розрахунки і практика показують, що динамічний діапазон вхідних сигналів може становити 80 ... 100 дБ, а інколи і 120 дБ та й більше. Отже, таким повинен бути і динамічний діапазон приймача.

2. Вибір та обгрунтування структурної схеми РПП

При розробці структурної схеми РПП необхідно прагнути до, як умога повного забезпечення потреб технічного завдання на весь радіоприймальний пристрій.

Види структурних схем, як правило визначаються типом схеми РПП.

Для радіолокаційної техніки характерними є три схеми РПП: детекторна, прямого підсилення та супергетеродинна, які представленні на рис 2.1.

Серед представлених типів схем найбільш вдосконаленою є супергетеродинна схема РПП, яка і буде використана при розробці РПП.

Структурна схема супергетеродинного приймача показана на рис.2.2. Підсилювач проміжної частоти (ППЧ) по відношенню до детектора є підсилювачем високої частоти приймача прямого підсилення, що не перебудовується.

Для попередної частотної селекції за додатковими каналами прийому, що виникають в супергетеродинному приймачі, на вході перетворювача ставлять смуговий фільтр - преселектор.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Роль преселектора може виконувати також і резонансний підсилювач високої частоти разом з пасивними вхідними колами, що з'єднують його вхід з антеною. Блок перетворювача частоти складається з трьох елементів: нелінійного елемента - змішувача, генератора високочастотних коливань - гетеродина, і фільтра проміжної частоти, роль якого виконує ППЧ.

Коливання, що надходять від антени, фільтруються вхідним колом і ПВЧ, підсилюються ПВЧ і надходять до входу перетворювача частоти. Останній складається із змішувача, смугового фільтра та гетеродина.

Гетеродин - це малопотужний автогенератор. Він генерує синусоїдальні коливання, частота яких відрізняється від частоти сигналів f_c, які приймаються на деяку порівняно невелику проміжну частоту f_п, яку називають проміжною. Частоту гетеродина може бути обрано нижче або вище за частоту f_c.

або

у першому випадку приймач носить назву приймача з нижньою настройкою гетеродина, а в другому - з верхньою настройкою гетеродина.

При впливі на змішувач коливань сигналу і гетеродина в складі його струму виникає безліч комбінаційних частот

Одна з різницевих частот (звичайно при К = 1) вибирається як проміжна

при нижній настройці, або

при верхній настройці гетеродина.

Смугові фільтри перетворювача частоти і ППЧ настроєно на цю частоту. Тому коливання проміжної частоти ними виділяються і передаються далі, а коливання інших комбінаційних частот подавляються. Таким чином здійснюється перетворення сигналів, які приймаються, на проміжну частоту. При виділенні в смуговому фільтрі перетворювача одної із комбінаційних частот і ефективному подавленні всіх інших частот операція перетворення частоти є у відношенні до сигналу лінійною операцією, тобто перетворення частоти створюється без зміни (спотворення) форми спектра сигналу, або, іншими словами, без зміни (спотворення) закону його модуляції.

Під час перестроювання приймача в діапазоні робочих частот одночасно перестроюються вхідне коло, ПВЧ і гетеродин. При цьому частота гетеродина завжди відрізняється від частоти настройки вхідного кола і ПВЧ на проміжну частоту. Таке перестроювання має назву сполученого, бо спряженого. Завдяки цьому проміжна частота при перестроюванні приймача залишається незмінною у всім діапазоні його робочих частот і перестроювання смугових фільтрів змішувача і ПВЧ не потрібне. ППЧ і ПВЧ в супергетеродинному приймачі створюють однакові операції: підсилювання і фільтрацію коливань. Проте мети цих операцій, тобто функції, які покладаються на ППЧ і ПВЧ, та якісні показники цих елементів приймача істотно відрізняються один від одного. Це обумовлено значною різницею в частотах, на які їх настроєно, і в їх розміщенні у високочастотному тракті приймача: ПВЧ розташований перед перетворювачем частоти і створює підсилювання і фільтрацію коливань на радіочастоті, а ППЧ розташовано після змішувача і створює підсилювання і фільтрацію коливань проміжної частоти. ПВЧ виконує у приймачі дві функції: основне стійке підсилювання коливань та основну вибірність, тобто подавлення близьких від частоти сигналу (сусідніх) частотних каналів, розташованих поз смугою пропускання приймача. Основна вибірність реалізується внаслідок квазіоптимальної фільтрації, яка створюється у тракті ППЧ. Указані функції покладаються на ППЧ, а не на ПВЧ з таких причин.

По-перше, на більш низькій проміжній частоті технічно простіше, ніж на високій, одержати потрібну, звичайно вузьку у порівнянні з несучою частотою сигналу смугу пропускання, тобто простіше реалізувати квазіоптимальну фільтрацію.

По-друге, у відміні від ПВЧ підсилювач проміжної частоти настроєний на фіксовану частоту і тому не потрібен в перестроюванні. Через те в ППЧ простіше, ніж в ПВЧ, одержати форму АЧХ, близьку до прямокутної за допомогою фільтрів зосередженої вибірності (ФЗВ). Застосування ФЗВ, які не треба перестроювати, дозволяє зберігати форму АЧХ і смугу пропускання ППЧ і приймача в цілому незмінними у всьому діапазоні робочих частот.

По-третє, на проміжній частоті можна простіше (при меншій кількості каскадів), ніж на високій частоті, одержати потрібне підсилювання і забезпечити стійкість роботи тракту.

Можливість достатньо просто одержати потрібні частотні характеристики і коефіцієнт підсилювання приймача і їх постійність у діапазоні робочих частот є достоїнством супергетеродинних приймачів у порівнянні з приймачами прямого підсилювання.

ПВЧ у супергетеродинному приймачі виконує такі функції:

По-перше, разом із вхідним колом здійснює так звану попередню вибірність. З назви цієї функції вхідне коло й ПВЧ вкупі називають преселектором приймача. Необхідність у попередній (перед змішувачем) вибірності викликано суттєвим недоліком супергетеродинного приймача - наявністю побічних частотних каналів приймання. На рис. 2.4. показано основний канал приймання (частота f_c), канал проміжної частоти (f_п), дзеркального каналу (f_дз=f_г-f_п) та інші канали (f_пбк = kf_г f_п).

Якщо коливання на будь-якій з вказаних частот надійде до входу змішувача, у складі струму змішувача виникає коливання проміжної частоти, а потім підсилюється в ППЧ.

Най небезпечним з побічних каналів є дзеркальній канал, оскільки його частота найближча до частоти сигналу, ніж частоти інших побічних каналів. У приймачах, які працюють у діапазонах низьких частот і мають верхню частоту настройки гетеродина, може виявитися більш небезпечним канал проміжної частоти.

Подавлення побічних каналів приймання здійснюється преселектором, який установлено перед змішувачем. Для того, щоб не пропустити до входу змішувача завади на частотах побічних каналів, преселектор повинен мати достатньо вузьку (менш ніж значення проміжної частоти) смугу пропускання. З іншого боку, смугу пропускання, навіть при наявності такої можливості, не можна вибирати дуже вузькою (близькою до ширини спектра сигналу). Інакше зміни смуги пропускання і форми АЧХ пре селектора, які виникають при перестроюванні приймача, можуть завдати істотний впливна смугу пропускання і форму АЧХ всього приймача. Для того, щоб смуга пропускання і форма АЧХ приймача визначалися відповідними характеристиками ППЧ і не змінювались під час перестроювання приймача, необхідно, щоб смуга пропускання преселектора на будь-якій з робочих частот .

Для того, щоб АЧХ приймача визначалася АЧХ ППЧ і не змінювалась при перестроюванні, необхідно, щоб смуга пропускання преселектора перевищувала смугу пропускання ППЧ не менш ніж у 3...5 разів перевищувала смугу пропускання ППЧ. При цьому преселектор забезпечує вибірність на побічних частотних каналах, але не забезпечує вибірність на сусідніх частотних каналах, тобто не подавляє коливання на частотах, близьких до частот корисного сигналу. Вибірність на сусідніх частотних каналах, яку називають основною вибірністю, як було указано раніше, здійснює ППЧ.

По-друге ПВЧ забезпечує високу чутливість, обмежену шумами. Для цього він повинен бути малошумлячим і мати високий коефіцієнт підсилювання потужності К_р.

Проте при великих К_р виникає небезпека самозбудження ППЧ і проникнення на вхід змішувача завад побічних частотних каналів. Через те з компромісних міркувань вибирають К_р = 10...100 (а коефіцієнт підсилювання напруги (К_u = 3...10). Для цього застосовують 1...3 каскади ПВЧ.

Оскільки коефіцієнт підсилювання напруги всього тракту високої частоти має становити 10⁵...10⁶, то коефіцієнт підсилювання напруги ППЧ повинен бути 10⁴...10⁵, а у випадку, коли коефіцієнт передачі змішувача менше, ніж одиниця, - 10⁵...10⁶. Для цього необхідно мати 4...8, а іноді і більше каскадів ППЧ.

Вхідне коло в супергетеродинному приймачі виконує такі ж функції, як і приймачі прямого підсилювання.

Різновидом супергетеродинних приймачів з однократним перетворюванням частоти є приймачі прямого підсилювання (які іноді називають також гетеродинними приймачами). У таких приймачах частоту гетеродина вибирають рівною частоті прийнятого сигналу, або в ціле число разів менше від неї (частіше за все в 2 рази). Для підтримування такого співвідношення частот сигналу і гетеродина застосовують систему автопідстройки частоти і фази гетеродин під частоту і фазу сигналу. У такому приймачі проміжна частота дорівнює нулю, тобто на виході змішувача виділяється коливання звукової частоти.

При рівності частот і фаз сигналу і гетеродина змішувач за суттю справи являє собою синхронний детектор.

Перевагою таких приймачів є відсутність дзеркального каналу приймання, висока стабільність роботи. Однак у порівнянні з супергетеродинними приймачами вони мають гіршу чутливість і частотну вибірність. У них важко отримати високий коефіцієнт підсилювання. Застосовуються в основному радіоаматорами для приймання передач місцевого радіомовлення. Вони незначно складніше детекторних приймачів, але мають у порівнянні з ними кращі характеристики, перш за все забезпечують менше спотворення сигналів.

3. Розрахунок структурної схеми РПП

3.1 Розрахунок смуги пропускання РПП та розподіл її між окремими блоками

Смуга пропускання супергетеродинного РПП визначається за виразом 3.1. [3. ст.15]:

(3.1.)

МГц - девіація частоти;

- ширина спектру приймального сигналу;

- коефіцієнт співпадання відхилених частот;

- коефіцієнт автопідстройки частоти;

- максимальне можливе відносне відхилення частоти передатчика;

- максимальне можливе відносне відхилення проміжної частоти;

- максимальне можливе відносне відхилення частоти гетеродина (на тунельному діоді,табл. 2.4 [3.ст 19]);

- частота Доплера;

- частота приймаємого сигналу;

- частота першого гетеродина;

- швидкість світла в вакуумі;

- проміжна частота;

- смуга пропускання РПП.

Розподіл смуги пропускання РПП між блоками

; - розподіл смуги пропускання на БВЧ;

; - розподіл смуги пропускання на БПЧ;

- розподіл смуги пропускання на БНЧ;

3.2 Розрахунок чутливості та вибір типу схеми перших каскадів РПП

Розрахунок коефіцієнта шуму радіоприймального пристрою розраховується за виразом 3.2. [3. ст.20].

(3.2.)

- постійна Больцмана;

- стандартна температура;

- смуга пропускання РПП;

- відносна шумова температура антени;

- коефіцієнт розрізнення;

- абсолютна шумова температура антени;

Вт - гранична чутливість РПП;

- коефіцієнт шуму РПП.

Вибір типу схеми перших каскадів

Враховуючи, що шумові характеристики перших каскадів визначають коефіцієнт шуму всього РПП, тоді по графіку рис. 2.1 [3. ст.24] можна вибрати тип першого каскаду РПП. для цього необхідно розрахувати шумову температуру за формулою 3.3. [3. ст.22].

(3.3.)

 - стандартна температура;

- коефіцієнт шуму РПП;

- шумова температура.

Відповідно до графіку, рис. 2.1 [3. ст.24], обираємо тип першого каскаду РПП - на ЛБХ К_р = 25….70 разів.

3.3 Розрахунок коефіцієнта підсилення РПП

Після вибору першого каскаду РПП необхідно визначити загальний коефіцієнт підсилення лінійної частоти РПП (до детектора).

Коефіцієнт підсилення лінійної частоти РПрП визначається за виразом (3.4.) [3. ст.25]:

(3.4.)

- амплітуда напруги на вході детектора;

- амплітуда мінімальної ЕРС на вході РПрП;

- активний опір антени;

- чутливість РПрП;

- коефіцієнт підсилення РПрП.

3.4 Вибір проміжної частоти і типу перетворювача частоти

Вибираючи проміжну частоту необхідно дотримуватись наступних вимог:

- Проміжна частота повинна бути поза діапазоном робочих частот;

- Проміжна частота повинна забезпечувати задані ослаблення по сусідньому та дзеркальному каналам прийому;

- Проміжна частота повинна забезпечувати можливість конструктивної реалізації затухань контурів міжкаскадних кіл.

Згідно таблиці 2.1 [3. ст.13]. обираємо величину проміжної частоти, та мінімальне згасання контурів та ємностей монтажу на проміжній частоті:

№ з\п	Параметр	Значення	Розмірність
1	Частота приймаємого сигналу	4,4	ГГц
2	Проміжна частота	30	МГц
3	Мінімальне згасання контурів на проміжній частоті	0.006	-----
4	Ємність монтажу на проміжній частоті	1	пФ

Отже, в результаті попередніх розрахунків був обраний підсилювач на туннельному діоді з циркулятором (схема додаток №2).

4. Розробка та обґрунтування блока, що розробляється

Підсилювачем радіочастоти називають такий високочастотний підсилювач радіоприймача, в якому підсилювання та фільтрація проходить на частоті приймального сигналу.

В приймачі прямого підсилювання ПВЧ вмикається між вхідним колом і детектором, і є, як правило, багато каскадним пристроєм. Він здійснює основне підсилювання сигналів, які приймаються, і разом з вхідним колом здійснює їх квазіоптимальну фільтрацію, забезпечуючи вибірність приймача по сусідніх частотних каналах.

В супергетеродинних приймачах ПВЧ розміщається між вхідним колом та змішувачем. Він здійснює початкове підсилювання сигналів і разом з вхідним колом утворює преселектор. Преселектор здійснює фільтрацію сигналів у порівняно широкій смузі частот, в 3...5 разів і більше перевищуючій ширину спектра сигналів. Тому він забезпечує лише попередню вибірність із метою подавлення побічних каналів приймання, обумовлених використанням перетворювачів частоти. Квазиоптимальну фільтрацію, яка забезпечує основну вибірність (по сусідніх частотних каналах), а також основне підсилювання в супергетеродинних приймачах здійснює ПВЧ.

Таким чином, ПВЧ з вхідним колом виконують важливу роль в забезпеченні завадозахисності та електромагнітної сумісності радіоелектронних засобів (РЕЗ).

Крім указаних функцій ПВЧ виконує ще одну функцію, особливо важливу для приймачів НВЧ діапазону - забезпечує високу чутливість, обмежену шумами. Роль ПВЧ в забезпеченні високої чутливості (малого коефіцієнта шуму) обумовлено тим, що він є першим активним чотириполюсником приймача, розміщеним до того ж в супергетеродинних приймачах перед перетворювачем частоти, який є найшумлячим елементом приймача. Тому ПВЧ повинен мати малі власні шуми і достатньо великий коефіцієнт підсилювання потужності.

Отже, для розрахунку РПП був обраний двохконтурний напівпровідниковий параметричний підсилювач високої частоти схема додаток №2.

5. Розрахунок розробленого пристрою (ПВЧ)

Розрахунок двоконтурного напівпровідникового підсилювача на задану смугу пропускання:

Вихідні данні для розрахунку:

;

- смуга пропускання підсилювача;

- проміжна частота;

- сигнальний та холостий резонатори настроєні в резонанс;

- температура сигнального та холостого контурів ;

- власні втрати в холостому резонаторі;

Розрахунок підсилювача проводимо в наступному порядку:

1) На основі рекомендацій викладених в параграфі 3.2. [3. ст13] та додатку №2 вибираємо для підсилювача параметричний діод типу ІА40ІА з наступними параметрами , С_р=0,5 пФ, при Е_см= -3,0 В.

2) З метою зменшення впливу вищих гармонічних складових ємності параметричного діода вибираємо с=0,5, та визначаємо напругу накачки за виразом 4.1 [3. ст.116]:

(5.1)

В.

3) По графікам, приведих на рис. 3.12 знайдемо відношення С₀/С_р=1,05 та m_с= С_І/С₀=0,25 та розрахуємо С₀ та С_І:

С₀= С_р 1,05 = 0,52пФ;

С_І=С₀ m_с=0,13 пФ.

4) Розрахуємо критичну частоту діода f_кр по формулі 4.2 [3. ст.116]:

(5.2)

 Ом

5) Розрахуємо значення холостої частоти із умови забезпечення мінімального коефіцієнта шуму по формулі 4.3 [3. ст.116]:

(5.3)

.

6) Знайдемо провідність втрат діода на сигнальній та холостій частотах за виразом 4.4 [3. ст.116]:

(5.4а)

(5.4б)

мСм;

мСм.

7) Розрахуємо частоту накачки f_н по формулі 4.5 [3. ст.117]:

(5.5)

ГГц.

8) Використовуючи данні додатку №5, вибираємо посріблені хвилеводи з розмірами(а х в):

- для частоти сигналу МЄК-40 (5,82 Х 2,91 см);

- для холостої частоти МЄК-140 (1,58Х0,8 см);

- для частоти накачки МЄК-130 (1,3Х0,65).

9) Розрахуємо за виразом 4.6 [3. ст.117] хвильову провідність хвилевода на частоті сигнала:

(5.6)

мСм.

10) Визначимо модуль від'ємної провідності за виразом 4.7 [3. ст.117]:

(5.7)

мСм.

11) Знайдемо довжину хвилі частоти сигнала в хвилеводі по формулі 4.8 [3. ст.117]:

(5.8)

10,45 см.

12) Коефіцієнт трансформації розрахуємо за виразом 4.9 [3. ст.117]:

(5.9)

13) Визначимо провідність сигнального резонатора за виразом 4.10 [3. ст.117]:

(5.10)

См.

14) Визначимо еквівалентну провідність та ємність сигнального резонатора за виразом 4.11 [3. ст.117]:

(5.11а)

(5.11б)

См;

пФ.

15) Розрахуємо резонансний коефіцієнт підсилення за формулою 4.12 [3. ст.117]:

(5.12)

;

раз.

16) Знайдемо мінімальний коефіцієнт шуму по формулі 4.13 [3. ст.117]:

(5.13)

;

.

17) За виразом 4.14 [3. ст.117] розрахуємо шумову температуру підсилювача :

(5.14)

К.

18) За виразом 4.15 [3. ст.117] розрахуємо вибірковість підсилювача по дзеркальному каналу:

(5.15)

96,18 раз, або 19,83 Дб.

Висновок

В процессі виконання курсового проектування був вибраний та обгрунтований тип структурної схеми радіоприймального пристрою (РПП) - супергетеродиний РПП. Даний тип РПП є найбільш вдосконалений, він дозволяє отримати високу вибірковість та смугу пропускання практично будь-якої величини: як широку (десятки МГц), так і дуже вузьку (сотні Гц). В залежності від смуги пропускання в РПП може бути реалізована чутливість 10^-12 10^-20 Вт.

Завданням курсового проекту було визначено - розрахувати підсилювач високої частоти (ПВЧ). В процесі розрахунків був обраний напівпровідниковий параметричний підсилювач високої частоти (принципова схема додаток №2), який забезпечує стійкий коефіцієнт підсилення при заданому коефіцієнті та мінімальному коефіцієнті шуму .

Проаналізувавши розрахунки можна стверджувати, що даний тип ПВЧ повністю задовольняє технічні вимоги завдання, оскільки забезпечується вибірковість по сусідньому каналу, смуга пропускання та коефіцієнт підсилення.

Отже вважаю, що завдання курсового проектування виконане в повному обсязі, оскільки в процесі проектування були повністю реалізовані технічні вимоги завдання.

Список використаної літератури

1. Орлов Е.І., Шимук С.С., Шеверталов Ю.Б. Правила виконання графічних і текстових документів: Посібник з дипломного і курсового проектування. - 3-е вид. перероб. І доп. - Харків: ХВУ, 1999. -100с.

2. Приемные устроцства радиолокационних сигналов / В.И. Гапон, В.Д. Молчанов, Л.К. Никонов и др.; Под ред. Ю.Н. Седышев. - Х.: ВИРТА, 1973. - 294с.

3. Радиоприемные устройства. Пректирование и расчет / Под ред. В.Е. Пустоварова. - ХВУ. 1999. с.

Размещено на Allbest.ru

...