Расчет радиоприёмного устройства

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Радиоприемные устройства входят в состав радиотехнических систем связи, т.е. систем передачи информации с помощью электромагнитных волн.

Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства предназначенного для воспроизведения сигналов. Радиоприемники можно классифицировать по ряду признаков, из которых основными являются: тип схемы, вид принимаемых сигналов, назначение приемника, диапазон частот, вид активных элементов, используемых в приемнике, тип конструкции приемника.

По типу схем различают приемники детекторные, прямого усиления (без регенерации и с регенерацией), сверхрегенеративные и супергетеродинные приемники, обладающие существенными преимуществами перед приемниками других типов и широко применяемые на всех диапазонах приемников.

Принимаемые сигналы служат для передачи сообщений или измерения положения и параметров относительного движения объектов. Сигналы могут передавать сообщения от одного источника или нескольких. Для передачи информации используется изменение одного из параметров сигнала по закону изменения информационного сигнала. Используются: непрерывные колебания с изменяемой (модулированной) амплитудой, частотой или фазой; колебания, скачкообразно изменяемые (манипулированные) по амплитуде, частоте, или разности фаз; колебания с изменяемой амплитудой, частотой или фазой, которые обусловлены видеоимпульсами с амплитудной, широтной, временной, или дельта-модуляцией, а также кодовыми группами видеоимпульсов.

По назначению различают приемники связные, радиовещательные, телевизионные, радиорелейных и телеметрических линий, радиолокационные, радионавигационные и другие. Связные радиоприемники чаще всего служат для приема одноканальных непрерывных сигналов с АМ (с несущей и боковыми полосами), ОБП (однополосной) и ЧМ или дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией, частотной или фазовой. Радиовещательные приемники (монофонические) принимают одноканальные непрерывные сигналы с АМ на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах. Приемники черно-белых телевизионных программ принимают непрерывные сигналы с АМ и частичным подавлением одной боковой полосы частот и звуковые сигналы с ЧМ. Приемники цветных телевизионных программ принимают также сигналы, создающие цветное изображение. Приемники оконечных станций радиорелейных и телеметрических линий обычно предназначены для приема и разделения каналов многоканальных сигналов с частотным и временным уплотнением.

Приемники промежуточных станций радиорелейных линий (наземных и спутниковых) отличаются от приемников оконечных станций тем, что в них не происходит разделения многоканальных сигналов.

Импульсные радиолокационные приемо-передающие станции обычно излучают зондирующие радиоимпульсы с фиксированными периодами следования, длительностью импульсов, амплитудой и несущей частотой. Приемники таких станций служат для приема части энергии зондирующих сигналов, отраженной от целей. Отраженные сигналы могут быть импульсными или непрерывными, причем информация о целях может содержаться в изменении во времени амплитуды (или отношения амплитуд) и частоты (или спектре) сигналов.

Согласно рекомендации МККР (Международного консультативного комитета по радио) спектр радиосвязи делится на диапазоны. Наиболее широко распространенные приемники работают в диапазоне 30 кГц - 300 ГГц (на волнах 10 км - 1мм).

В качестве активных элементов каскадов приемников, работающих на частотах 30 кГц - 300 МГц, используются полупроводниковые приборы и электронные лампы. Предпочтение отдается полупроводниковым приборам благодаря их преимуществам (малые габаритные размеры и масса; низкие напряжения и токи питания; большой срок службы и механическая прочность).

Приемники конструктивно выполняются из отдельных (навесных) активных и пассивных элементов с печатным или объемным монтажом или из готовых интегральных микросхем, представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целые приемники.

1. Технические требования к проектируемому устройству

Приемник радиовещательный переносной

Таблица 1. Таблица входящих компонентов

ЧМ	АМ	УНЧ
0	0	0

Состав и границы диапазонов:

ДВ - 148,0...285,0 кГц ( 2027,0...1050,0 м );

СВ - 525,0...1607,0 кГц (571,4...186,7 м);

КВ1 - 3,95...6,00 МГц (75,95...50,0 м);

КВ2 - 6,0...6,2 МГц (50,0...48,4 м);

КВ3 - 7,15...7,30 МГц (41,96...41,10 м);

КВ4 - 9,50...9,78 МГц (31,57...30,67 м);

КВ5 - 11,70...11,98 МГц (25,64...25,04 м);

УКВ - 65,8…74,0МГц (4,56-4,06 м)

Промежуточная частота : 465 2 кГц (АМ тракт), 10,7 0,1 МГц (ЧМ тракт).

Чувствительность АМ тракта, ограниченная шумами, при соотношении сигнал/шум не менее 20 дБ по напряженности, мВ/м, не хуже, в диапазонах:

ДВ - 1;

СВ - 0,5;

КВ - 0,1.

Односигнальная избирательность АМ тракта по соседнему каналу при рас стройке 9 кГц не менее 56 дБ.

Односигнальная избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее, в диапазонах:

ДВ (на частоте 200 кГц) - 60;

СВ (на частоте 1000 кГц) - 60;

КВ (на частоте 11,8 МГц) - 30.

Односигнальная избирательность АМ тракта по промежуточной частоте на частотах 280 кГц и 560 кГц, не менее 34 дБ.

Действие автоматической регулировки усиления в АМ тракте

- изменение уровня сигнала на входе - 60 дБ;

- изменение уровня сигнала на выходе - не более 6 дБ.

Диапазон воспроизводимых частот всего тракта по звуковому давлению при неравномерности 14 дБ в диапазоне СВ и 18 дБ в диапазоне ДВ - не уже 80...5000 Гц.

Коэффициент гармоник АМ тракта по электрическому напряжению на частотах модуляции свыше 400 Гц, не больше 2 .

Выходная мощность тракта УНЧ при питании от автомобильного источника постоянного тока - 1 Вт.

Диапазон воспроизводимых частот тракта УНЧ по электрическому напряжению на уровне 3 дБ - не менее 40 - 16000 Гц.

Коэффициент гармоник тракта УНЧ по электрическому напряжению на частоте 1000 Гц, не более 0,5 .

В трактах АМ и ЧМ должны быть предусмотрены следующие потребительские удобства:

- розетка для подключения внешней антенны;

- розетка для подключения магнитофона на запись;

- встроенная антенна;

- индикатор настройки;

- регулятор полосы пропускания по промежуточной частоте (“широкая - узкая”).

В тракте УНЧ должны быть предусмотрены следующие потребительские удобства:

- розетка для подключения головного телефона;

- регулятор тембра по низким и высоким звуковым частотам.

Дополнительно должны быть предусмотрены следующие свойства общего назначения:

- подсветка шкалы;

- индикатор включения;

- встроенный блок питания;

- указатель рабочего положения регуляторов.

Нормы на параметры входа для подключения внешних источников программ (“УНЧ - универсальный вход”):

- входное сопротивление - не менее 470 кОм;

- минимальная ЭДС источника сигнала не менее 0,2 В.

Нормы на параметры выходов трактов АМ и ЧМ для подключения магнитофона на запись:

- выходное сопротивление нагрузки - не более 150 кОм;

- номинальное сопротивление нагрузки - 47 кОм;

- минимальный выходной ток - не менее 0,2 мВ/кОм.

2. Выбор и обоснование структурной схемы

Структурные схемы приемников различаются построением тракта радиочастоты, в котором может осуществляться прямое усиление входных сигналов и усиление их с преобразованием частоты.

В приемниках прямого усиления тракт радиочастоты содержит входную цепь (ВЦ) и усилитель поступающего с антенны радиосигнала - так называемый усилитель радиосигнала (УРС). В этом случае все резонансные цепи настроены на частоту принимаемого радиосигнала, на которой и осуществляется усиление. Входная цепь обеспечивает предварительную частотную селекцию до первого каскада УРС, а сам УРС - основную частотную селекцию и до детекторное усиление сигналов. Резонансные контуры ВЦ и УРЧ перестраиваются в пределах нужного диапазона рабочих частот. Так как обычно необходима высокая избирательность и усиление, то может потребоваться несколько усилительных каскадов и резонансных контуров. Из-за конструктивной сложности реализации перестройки число контуров редко превышает 3...4. При этом усиление на радиочастоте может оказаться неустойчивым, а селективность недостаточной.

Для уменьшения числа усилительных каскадов и упрощения конструкции в тракте радиочастоты приемников прямого усиления используются регенеративные и суперрегенеративные усилители. В приемнике с регенеративным усилителем за счет положительной обратной связи в резонансный контур вносится отрицательное сопротивление, частично компенсирующее потери в нем, что увеличивает коэффициент усиления. Однако такие приемники обладают невысокой устойчивостью, так как работают в режиме близком к самовозбуждению. При этом возможно проникновение генерируемых колебаний в антенну, а их излучение ведет к усилению помех другим приемником, что крайне нежелательно с точки зрения электромагнитной совместимости.

В суперрегенеративном приемнике положительная обратная связь с УРС периодически изменяется с некоторой вспомогательной частотой, значительно превышающей частоту модуляции сигнала. Суперрегенеративному приемнику, как и регенеративному, свойственны искажения сигналов и интенсивные паразитные излучения, что не отвечает требованиям электромагнитной совместимости. Их достоинством является малая мощность источников питания при минимальных размерах и массе. Поэтому подобная структура используется для портативных приемников, допускающих большой уровень искажений.

Наибольшее распространение для подавляющего большинства радиосистем различного назначения получила супергетеродинная структура приемника с одно- или многократным преобразованием частоты.

Часть приемника - преселектор, включающий ВЦ и УРС, подобен структуре приемника прямого усиления и обеспечивает чувствительность и предварительную селекцию по частоте. С выхода преселектор напряжение сигналов и помех поступает на преобразователь частоты (ПЧ), где происходит изменение несущей частоты сигнала

Для этого сигнал и колебания местного генератора - гетеродина (Г) одновременно воздействуют на смеситель (См), представляющий собой нелинейный или параметрический элемент.

В результате на выходе смесителя возникает колебание, содержащие составляющие с частотой сигнала и его гармоник, гетеродина и его гармоник и большое число комбинационных составляющих с частотами (n,m=0,1,2...- целые числа). Одна из этих комбинационных частот и используется в качестве новой несущей частоты выходного сигнала, называется промежуточной частотой:

Поскольку сигнал несет в себе полезную информацию, в процессе преобразования частоты эта информация должна сохраняться, то есть ПЧ должен быть линейным. Таким образом, в процессе преобразования частоты происходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих. Частотно-избирательные блоки, расположенные за смесителем, настроены на частоту и называются усилителями сигналов промежуточной частоты (УСПЧ). Промежуточная частота всегда фиксирована, не зависит от частоты принимаемого сигнала и выбирается намного ниже частоты сигнала. Поэтому на частоте легко обеспечить требуемое устойчивое усиление. Так как УСПЧ не перестраивается по частоте, то это позволяет получить в супергетеродинном приемнике высокую частотную избирательность при неизменной полосе пропускания, а также реализовать оптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные фильтры на промежуточной частоте. Таким образом, в супергетеродинном приемнике устраняются основные недостатки приемника прямого усиления.

Предварительное проектирование приемника в диапазонах СВ, ДВ, КВ1,КВ2,КВ3,КВ4,КВ5,УКВ.

Определение ширины полосы пропускания тракта высокой частоты

Полоса пропускания высокочастотного тракта определяется по формуле:

Выбор блока КПЕ и проверка перекрытия диапазонов

Проверяем правильность выбора блока КПЕ для диапазона СВ, так как это диапазон с наибольшим коэффициентом перекрытия. Зададимся минимальным и максимальным значениями емкости КПЕ.

Границы диапазона СВ с обеспечением производственного запаса:

Коэффициент перекрытия с учетом запаса:

Вычисляем эквивалентную емкость схемы , включенной параллельно емкости КПЕ и ограничиваемой коэффициент перекрытия ВЦ или УРС:



где - емкость монтажа, - собственная емкость катушки контура, - емкость, вносимая в контур со стороны источника сигнала и нагрузки, - среднее значение емкости подстроечного конденсатора.

Определим требуемую емкость схемы , при которой выбранный блок КПЕ обеспечивает перекрытие диапазона:

Дополнительная емкость , которую необходимо включить в контур для получения заданного перекрытия:

Для данного диапазона рассчитываем минимальную и максимальную эквивалентные емкости контура, значения которых понадобятся при оценке требуемого усиления до детектора и в электрическом расчете:

Аналогично определим предельные значения эквивалентной емкости контуров на диапазоне ДВ. Границы диапазона ДВ с обеспечением производственного запаса:

Коэффициент перекрытия с учетом запаса:

Вычисляем эквивалентную емкость схемы , включенной параллельно емкости КПЕ и ограничиваемой коэффициент перекрытия ВЦ или УРС:

Определим требуемую емкость схемы , при которой выбранный блок КПЕ обеспечивает перекрытие диапазона:

Дополнительная емкость , которую необходимо включить в контур для получения заданного перекрытия:

Для данного диапазона рассчитываем минимальную и максимальную эквивалентные емкости контура:

Определяем емкость схемы:

Выбираем эквивалентную емкость схемы Границы диапазона КВ1 с обеспечением производственного запаса:

Коэффициент перекрытия с учетом запаса:

Определяем вспомогательный коэффициент:

где:

.

Определим дополнительные емкости:

,

где:

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие:

.

Берем конденсатор КТ4-21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора:

.

Определяем максимальную и минимальную емкости контура:

,

,

.

Для диапазона КВ2.

Границы диапазона КВ2 с обеспечением производственного запаса:

Коэффициент перекрытия с учетом запаса:

Определяем вспомогательный коэффициент:

где:

.

Определим дополнительные емкости:

,

где:

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие:

.

Берем конденсатор КТ4-21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора:

.

Определяем максимальную и минимальную емкости контура:

,

,

.

Для диапазона КВ3.

Границы диапазона КВ3 с обеспечением производственного запаса:



Коэффициент перекрытия с учетом запаса:

Определяем вспомогательный коэффициент:

.

где:

.

Определим дополнительные емкости:

,

где:

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие:

.

Берем конденсатор КТ4-21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора:

.

Определяем максимальную и минимальную емкости контура:

,

,

.

Для диапазона КВ4.

Границы диапазона КВ4 с обеспечением производственного запаса:

Коэффициент перекрытия с учетом запаса:

Определяем вспомогательный коэффициент:

где:

.

Определим дополнительные емкости:

,

где:

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие:

.

Берем конденсатор КТ4-21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора:

.

Определяем максимальную и минимальную емкости контура:

,

,

.

3. Распределение заданной неравномерности усиления в полосе пропускания

В соответствии с ГОСТ 5651-82 неравномерность по звуковому давлению в номинальном диапазоне воспроизводимых частот не должна превышать 14дБ в диапазоне СВ и 18дБ в диапазоне ДВ. С учетом производственного запаса 2...3 дБ, допустимая неравномерность АМ тракта (ослабление на краях полосы) составляет 11...12 дБ в диапазоне СВ и 15...16 дБ в диапазоне ДВ. Это ослабление распределяем между трактом радиочастоты (РЧ), трактом промежуточной частоты (ПЧ) и детектором АМ сигнала. Распределение ослабления на краях полосы пропускания приведено в таблице 2.

Таблица 2

Диапазон	Ослабление на краях полосы, дБ
	Всего тракта	Тракта РЧ	Тракта ПЧ	Детектора
ДВ	15	8	7	1
СВ	11	3	7	1
КВ	12	2	7	1

4. Определение добротности и числа контуров тракта радиочастоты

Расчет ведется отдельно на диапазонах ДВ,СВ, КВ1..5,УКВ. Исходными данными к расчету являются избирательность по зеркальному каналу и ослабление на краях полосы пропускания тракта РЧ .

Расчёт диапазона ДВ.

.

Выбираем одноконтурную ВЦ с индуктивной связью с антенной и резонансный УРС. Тогда число контуров n=2.

Определяем максимально допустимую добротность контуров, обеспечивающую заданное ослабление на краях полосы :

.

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу :

,

где:

,

для диапазона ДВ.

Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

, , .

Выбираем .

Поскольку , то расчет произведен правильно.

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей:

где:

, при .

По вышеописанной методике осуществим предварительный расчет для диапазона СВ.

.

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу :

,

где:

для диапазона CВ.

Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

, ,

Выбираем .



Поскольку , то расчет произведен правильно.

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей:

где: .

.

.

, при .

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ1.

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу :

,

где:

,

для диапазона КВ1.

Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

, , .

Выбираем .

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей:

.

Заключение

импульсный конденсатор радиочастота

В данном курсовом проекте согласно заданию разработали радиовещательный переносной приемник нулевой группы сложности.

Произвели расчет основных качественных показателей и полный электрический расчет блоков приемника для диапазона СВ. Выполнили конструктивный расчет магнитной антенны.

Разработанный РВП отвечает требованиям технического задания и обеспечивает необходимую чувствительность, избирательность и диапазон воспроизводимых частот.

Литература

1. Радиоприёмные устройства. Учебник для вузов/ Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др.; Под ред. Н.Н. Фомина. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 520с.

2. Головин О.В. Радиоприемные устройства. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 384с.

3. Онищук А.Г., Забеньков И.И., Амелин А.М. Радиоприёмные устройства. Уч. пособие. Минск, ООО «Новые знания», 2005. - 240с.

Размещено на Allbest.ru

...