Исследование возможностей по усовершенствованию радиостанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство воздушного транспорта

Красноярский филиал ФГБОУ ВПО СПбГУГА ГА

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Радиостанции «Полет-1» и возможности по её изменению

Разработал

О.Ю. Антюшин

Руководитель

В.С. Мамонтов



Содержание

Введение

1. Общие сведения

1.1 Общий вид радиостанции

2. Выбор и обоснование структурной схемы радиостанции Полет-1

3. Назначение блоков Полёт-1

3.1 Работа блока сопряжения

3.2 Антенно-фидерное устройство

3.3 Синтезатор

3.4 Усилитель мощности

3.5 Блок управления

3.6 Блок питания

3.7 Усилитель высокой частоты

3.8 УПЧ-УНЧ

4. Выбор полупроводниковых приборов

4.1 Выбор диодов

4.2 Выбор транзисторов

5. Разделение частотных искажений

6. Выбор схемы детектора

7. Эскизный расчет тракта

8. Расчет энергетического плана

9. Выбор смесителя

10. Краткое описание работы принципиальной схемы

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Важнейшим функциональным элементом радиотехнических систем является радиоприемное и радиопередающее устройство, способное воспринимать радиосигналы и преобразовывать их к виду, обеспечивающему использование содержащейся в них информации. В состав радиоприемного устройства входят собственно радиоприемник, антенна и оконечное устройство. Антенна воспринимает энергию электромагнитного поля и преобразует ее в радиочастотное напряжение. Приемник выделяет из спектра входных колебаний полезные сигналы; усиливает их за счет энергии местного источника питания; осуществляет обработку, ослабляя действие помех, присутствующих во входном колебании и собственных шумов радиостанции; детектирует радиочастотные сигналы, формируя колебания, соответствующие передаваемому сообщению. В оконечном устройстве энергия выделяемых сигналов используется для получения требуемого выходного эффекта - звукового, визуального, механического и т.д. Оконечное устройство может быть совмещено с приемником или представлять собой отдельное устройство.

Достижения и тенденции техники радиоприема в последние годы обусловлена взаимосвязанными процессами развития интегральной микроэлектроники, внедрения методов и средств цифровой обработки сигналов и вычислительной техники и дальнейшего освоения микроволновых диапазонов. Цифровые интегральные модули средней и большой степени интеграции обеспечивают повышение технических и эргономических показателей приемников.

Радиоприёмное устройство является неотъемлемой частью практически любой радиотехнической системы. В настоящее время существует большое разнообразие радиоприемных устройств, определяемое различием радиотехнических систем, в состав которых они входят.

Несмотря на такое многообразие, все радиоприемные устройства связывает общность построения структурной схемы и ряд функций характерных для любой радиостанции.

Функции радиостанции вытекают из условий приема и передачи сигналов:

- наличие помех;

- малая мощность сигнала;

- наличие передаваемого сообщения в преобразованном виде, в форме модуляции несущих колебаний радиочастоты.

Соответственно в приемнике должно происходить:

- выделение нужного сигнала из спектра колебаний, создаваемых внешними полями в антенне;

- усиление сигнала;

- преобразование радиосигнала в ток, изменяющийся по закону модуляции несущих колебаний, позволяющий воспроизвести сообщение, которым модулирован передатчик корреспондента (детектирование).

Поскольку при детектировании меняется частотный спектр подводимого сигнала, очевидно, что этот процесс требует применения нелинейной или параметрической цепи. Кроме того, уже продетектированный сигнал требует дополнительного усиления.

Первые приемники-приемники прямого усиления. Приемники прямого усиления работают на относительно низких частотах из-за ухудшения избирательных свойств с повышением частоты.

Преобразователи частоты были впервые применены еще в начале 20-го века в связи с переходом в телеграфных радиопередатчиках от искровых к дуговым и машинным генераторам. Они служили для преобразования в радиостанциях колебаний радиочастоты в колебания тональной частоты, пригодные для слухового приема. Такие приемники получили название гетеродинных.

Позже, дополнительно было введено предварительное преобразование радиочастоты в промежуточную частоту, приемники работающие по такой схеме стали называть супергетеродинными.

В дальнейшем это название сохранилось для всех приемников с преобразованием частоты в усилительном тракте до детектирования.

Основное усиление и избирательность приёмника обеспечивает так называемый усилитель промежуточной частоты (УПЧ). Напряжение с промежуточной частотой образуется в одном из первых каскадов радиостанции - в преобразователе частоты (ПЧ).

Отличительной особенностью радиостанции является то, что независимо от частоты принимаемого сигнала промежуточная частота фиксирована, а величина ее выбирается так, чтобы обеспечить требуемое усиление и избирательность. Таким образом, приемник представляет своего рода комбинацию из преобразовательного каскада и радиостанции прямого усиления, работающего на фиксированной частоте. Роль такого радиостанции выполняет УПЧ и последующие за ним каскады.

Постоянство промежуточной частоты и возможность преобразования ее ниже в радио частоты позволяет получить ряд больших преимуществ:

1) Резонансные цепи УПЧ не требуется перестраивать. Это сильно упрощает конструкцию и увеличивает надежность радиостанции.

2) Благодаря фиксированной настройке колебательных контуров, УПЧ имеет неизменную АЧХ и постоянный коэффициент усиления. Поэтому общая АЧХ радиостанции, а также его общий коэффициент усиления мало зависят от частоты настройки.

3) При усилении сигналов на пониженной (промежуточной) частоте емкостные и индуктивные обратные связи проявляются слабее, и это позволяет увеличить коэффициент усиления без опасности самовозбуждения.

4) На промежуточной частоте проще осуществить качественную фильтрацию, чем на радиочастоте.

Следует отметить, что обладая большими принципиальными достоинствами, радиостанции Полет-1 не лишены некоторых недостатков. В первую очередь, это наличие паразитных каналов приема. Основной паразитный канал носит название зеркального или канала симметричной станции. Ослабление помех, действующих на частоте зеркального канала, возможно только с помощью избирательных систем, включенных до преобразователя, т.е. с помощью ФРЧ и входной цепи.

Степень подавления помех, действующих на частоте зеркального канала, можно повысить, увеличив промежуточную частоту. Однако при этом надо иметь ввиду, что увеличение ПЧ может привести к недопустимому расширению полосы пропускания УПЧ и снижению избирательности по соседнему каналу. В указанном обстоятельстве заключено основное противоречие при выборе между высокой и низкой промежуточной частотой. Обычно удается выбрать компромиссное значение ПЧ, которое обеспечивает требуемую избирательность как по соседнему, так и по зеркальному каналу.



1. Общие сведения

Передатчик предназначен для работы В МВ диапазоне от 100 до 149,975Мгц с сеткой частот через 25 кГц. Стабилизация частоты осуществляется с помощью цифрового синтезатора.

Выпускается две модификации передатчика, отличающихся стабильностью частоты:

- для работы в системе без смещения несущей;

- для работы в системе со смещением несущей;

В передатчике, предназначенном для работы в системе со смещением несущей, предусмотрена возможность смещения несущей частоты относительно номинальной частоты канала на минус (8; 7,5; 4; 2,5) или 0; 2,5; 4; 7,5; 8 кГц

Передатчик позволяет осуществлять выбор любого из 2000 каналов без предварительной настройки или одной из 10 заранее установленных на блоке сопряжения частот.

Модуляция при передачи телефонных сообщений может осуществляться сигналом от динамического микрофона или сигналом, подаваемым по симметричной двухпроводной линии. При передачи данных модулирующий сигнал от модема попадает на "вход данных" передатчика. Питание передатчика может осуществляться от сети переменного тока 220В или от источника постоянного тока напряжением 27В.Включение питания передатчика, набор частоты, включение в режим "передача" может осуществляться с передней панели передатчика (местное управление) или дистанционно через блок сопряжения (дистанционное управление).Все блоки передатчика охвачены системой встроенного контроля. Система встроенного контроля автоматически осуществляет непрерывный контроль работоспособности передатчика.



2. Выбор и обоснование структурной схемы радиостанции Полет-1

Высокочастотный сигнал рабочего диапазона частот передатчика формируется устройством синтеза частот- синтезатором. Усиление сигнала до требуемой мощности происходит в усилители мощности. В блоке усилителя мощности расположен модулятор, предназначенный для согласования низкочастотных входов передатчика и усиления низкочастотного сигнала до величины, обеспечивающей амплитудную модуляцию несущей.

Преобразователь формирует из постоянного напряжения 27В напряжение 5,2В; минус 15В; 30В для питания каскадов и устройств передатчика. В блоке питания происходит преобразование переменного напряжения 220В 50Гц в постоянное 27В, которое поступает на преобразователь. При питании от источника постоянного тока напряжение поступает непосредственно на преобразователь через защитный диод.

Управление частотой передатчика, режим (передача - дежурный режим), а также выбор вида управления (местное- дистанционное) осуществляется с передней панели блока управления.

Высокие требования к электрическим характеристикам современных профессиональных радиостанций предопределяют их построение по схеме супергетеродина.

Произведем расчет средней частоты диапазона:

Расчет числа каналов:

Реальная ширина спектра определяется следующим образом:

где - коэффициент модуляции,

- девиация частоты, - максимальная частота манипуляции.



=5100 Гц;

Выбор числа преобразований частоты и номиналов промежуточных частот

- верхняя частота диапазона радиостанции;

а - параметр рассогласования антенно-фидерной системы и входа радиостанции (a=1);

- добротность контуров в тракте сигнальной частоты;

- требуемое техническим заданием подавление зеркального канала;

- число контуров в тракте сигнальной частоты, в том числе во входном устройстве (n=2)

По ТЗ =68 дБ, значит

зависит от типа схемы и числа каскадов в тракте основной ПЧ. Ее значения лежат в пределах 0.5…1 для каскадов с двухконтурными фильтрами, с двойками и тройками расстроенных контуров.

Анализируя полученные значения величин и , делаем вывод, что необходимо использовать два преобразования частоты.

С точки зрения ослабления влияния комбинационных каналов приема предпочтителен выбор по крайней мере в 5…10 раз ниже ,т.е.:

По возможности следует выбирать стандартизованные значения основных промежуточных частот, в соответствии с которыми создаются типовые блоки и необходимая измерительная аппаратура.

В профессиональных радиостанциях применяются значения промежуточных частот: 85, 128, 215, 300, 465, 500, 915, 1222 кГц; 12.8, 10.7, 37.8, 42.8 МГц

Перенос спектра ниже минимальной частоты диапазона резко упрощает схему радиостанции, так как при этом уменьшается количество преобразований частоты, облегчается получение в каскадах, стоящих после преобразователя, высоких коэффициентов усиления и высокой избирательности. Однако при этом более трудно получить сильное подавление побочных каналов приема по зеркальной и промежуточной частотам.

Тогда:

Ориентировочное число контуров в тракте, необходимое для обеспечения заданных требований ослабления побочных каналов первого преобразования.



3. Назначение блоков Полёт-1

3.1 Работа блока сопряжения

Блок сопряжения предназначен для сопряжения передатчика с аппаратурой АКДУ и позволяет производить выбор одной из 10 заранее набранных частот, а также дистанционное включения и выключения питания. Блок сопряжения состоит из диодной матрицы, переключателей набора кода частоты и реле дистанционного включения питания.

3.2 Антенно-фидерное устройство

В зависимости от варианта исполнения изделия комплектуется микрофоном и антенно-фидерным устройством, в состав которого входит дискоконусная антенна с сопротивлением излучения 50 Ом. Антенна является диапазонной и представляет собой вертикально поляризованный полуволновой несимметричный вибратор дискоконусного типа. В горизонтальной плоскости антенна является ненаправленной.

Конструктивно антенна состоит из корпуса, образованного восемью лучами, и веерообразного металлического диска, укрепляемого в изоляторе у вершины корпуса. Диск соединяется с центральной жилой высокочастотного кабеля, проходящего внутри трубы, на которой смонтирована вся антенна. В нижнюю часть трубы вмонтирован разъем для подключения кабеля, питающего антенну. Для увеличения дальности связи дискоконусная антенна устанавливается на 5-метровой мачте.

3.3 Синтезатор

Синтезатор предназначен для формирования сетки частот в диапазоне 100- 149,975 МГц с шагом 25 кГц и состоит из генератора управляемого напряжением (ГУН), широкополосных усилителей (ШУС), делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД), частотно-фазового детектора (ЧФД), генератор опорной частоты, делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД), схема контроля и преобразователь кода.

Генератор управляемый напряжением (ГУН) -это перестраиваемый автогенератор вырабатывающий колебания, которые подаются через коммутатор на передатчик или на приемник.

Широкополосный усилитель предназначен для использования в качестве малошумящего предварительного усилителя при измерении радиочастотных помех малой интенсивности. Применение ШУС в комплекте с измерительными приемниками и анализаторами спектра любых типов позволяет увеличить отношение сигнал / шум и тем самым повысить их чувствительность.

Частотно-фазовый детектор (ЧФД) служит для формирования управляющего сигнала с целью подстройки ГУН к требуемой частоте. В ЧФД происходит сравнение фаз поделенного сигнала ГУН и поделенного сигнала опорного генератора, тем самым определяется их частотное несоответствие.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) - электронный или любой другой фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже некоторой частоты (частоты среза) и уменьшающий (подавляющий) частоты сигнала выше этой частоты. Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра.

Рисунок 7 Фильтр нижних частот

Опорный генератор (ОГ) служит для создания опорной частоты. Рабочая частота генератора определяется параметрами внешнего кварцевого резонатора и номиналами внешних компонентов. Генератор может работать на первой либо третьей гармонике кварцевого резонатора.

Рисунок 8 Опорный генератор

Буферный усилитель- усилитель, предназначенный для согласования выходного сопротивления источника сигнала с входным сопротивлением нагрузки.

Буферный усилитель напряжения понижает выходное сопротивление источника, в идеале являясь генератором напряжения с нулевым выходным сопротивлением. Выходное напряжение такого усилителя, как правило, равно входному; такие буферные усилители называют повторителями. В простейшем случае эмиттерного повторителя выходное напряжение даже несколько меньше входного.

Буферный усилитель тока, напротив, повышает выходное сопротивление относительно низкоомного источника - в идеале, до бесконечности, при этом буферный усилитель тока является генератором тока. Если выходной ток такого устройства (управляемого генератора тока) равен входному, его называют повторителем тока (в частных случаях -токовым зеркалом).



3.4 Усилитель мощности

Усилитель мощности - это специальное электронное устройство, разработанное для преобразования небольшого по мощности электрического сигнала, который поступает от источника, в более мощный сигнал. Ведь для управления электроакустическими приборами-преобразователями, например, наушниками или же громкоговорителями, необходим мощный исходный сигнал без искажений, а источник часто не может представить нужную мощность сигнала либо искажает его нежелательными влияниями.

Модулятор -устройство, изменяющее параметры несущего сигнала в соответствии с изменениями передаваемого (информационного) сигнала. Этот процесс называют модуляцией, а передаваемый сигнал модулирующим.

Рисунок 9 Модулятор

Транзисторный ключ (переключатель, выключатель) - электрический коммутационный аппарат, служащий для замыкания и размыкания электрической цепи. радиостанция синтезатор диод транзистор



Схема контроля предназначена для объединения сигналов контроля синтезатора и усилителя мощности, а также формирование команды «запуск генератора» для включения генератора меандра, расположенного в блоке усилителя мощности.

Стабилизатор напряжения - электромеханическое или электрическое (электронное) устройство, имеющее вход и выход по напряжению, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.

Аттенюатор - устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний, как средство измерений является меройослабления электромагнитного сигнала, но одновременно, его можно рассматривать и как измерительный преобразователь.

Коэффициент передачи идеального аттенюатора как четырёхполюсника имеет не зависящую от частоты АЧХ, значение которой меньше единицы, и линейную ФЧХ.

Аттенюатор - это электронное устройство, которое уменьшает амплитуду или мощностьсигнала без существенного искажения его формы.



3.5 Блок управления

Включение передатчика в режим «передача» осуществляется командой «тангента», поступающей с передней панели, или с контактов реле, расположенного в усилителе мощности. При поступлении команды «тангента» на схему управления последняя формирует команды «передача 1», «передача 2», «передача 3». Команда «передача 1» предназначена для включения стабилизатора 24В, питающего выходные каскады усилителя мощности; команда «передача 2» переводит в режим «передача» синтезатор; команда «передача 3» предназначена для переключения внешних устройств (внешнего усилителя мощности, антенных реле и т.д.).

Усилитель микрофонный предназначен для усиления сигнала динамического микрофона, подключаемого к разъему, до уровня, необходимого для работы модулятора.

3.6 Блок питания

Блок питания- преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания узлов радиостанции. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение 220 В, 50 Гц в постоянные напряжения 27В.

Выходной фильтр - предназначен для защиты сети от помех радиостанции.

Выпрямитель-преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток

Преобразователь электрической энергии - это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала). Для реализации преобразователей широко используются полупроводниковые приборы, так как они обеспечивают высокий КПД.

3.7 Усилитель высокой частоты

Усилителя высокой частоты в приемнике являются усиление колебаний высокой частоты, полученных в антенне под действием радиоволн, и повышение 'избирательности приемника.

В отличие от усилителей низкой частоты, которые служат для усиления колебаний во всем диапазоне звуковых частот, усилители высокой частоты должны усиливать колебания не всех частот сразу, а только одной определенной высокой частоты или некоторой сравнительно узкой полосы высоких частот.

Это достигается применением настроенных в резонанс колебательных контуров, и потому усилители высокой частоты иногда называют резонансными усилителями.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) - электронный или любой другой фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже некоторой частоты (частоты среза) и уменьшающий (подавляющий) частоты сигнала выше этой частоты. Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра.

Смеситель - в радиотехнике - устройство (обычно узел преобразователя частоты), в котором колебания принимаемого сигнала взаимодействуют (смешиваются) с колебаниями от вспомогательного генератора (гетеродина), в результате чего возникают колебания промежуточной (разностной, реже суммарной) частоты.

Рисунок 19 смеситель

3.8 УПЧ-УНЧ

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)-электронный усилитель сигнала промежуточной частоты.

Применяется в трактах радиоприёмных и радиопередающих устройств, измерительных приборов. Широко используются при построении систем связи, радиолокации, радионавигации. Благодаря применению УПЧ достигается полная развязка между каскадами усиления в многокаскадных усилителях. Без применения УПЧ даже слабые наводки, создаваемые верхними каскадами усилителя, попадая в нижние каскады, вызвали бы эффект самовозбуждения колебаний, сделав невозможной работу усилителя.

Основное назначение УНЧ - усиливать мощность сигнала, т.е. при подаче на вход УНЧ электрического сигнала малой мощности получать на нагрузке сигнал той же формы, но большей мощности. Для усиления мощности УНЧ преобразует энергию источника питания с помощью усилительных приборов. В некоторых случаях УНЧ имеет и вспомогательное значение -осуществляет коррекцию формы сигнала.

Полосно-пропускающий фильтр - фильтр, который пропускает частоты, находящиеся в некоторой полосе частот.

Полосовой фильтр - линейная система и может быть представлен в виде последовательности, состоящей из фильтра нижних частот и фильтра верхних частот.

Инвертор - устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины частоты и напряжения.

Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

Одновибратор - это устройство, которое по внешнему сигналу выдает один-единственный импульс определенной длительности, не зависящей от длительности входного импульса. Запуск происходит либо по фронту, либо по спаду входного импульса.

Автоматическая регулировка усиления - процесс, при котором выходной сигнал некоторого устройства, как правило электронного усилителя, автоматически поддерживается постоянным по некоторому параметру (например, амплитуде простого сигнала или мощности сложного сигнала), независимо от амплитуды (мощности) входного сигнала.

Подавитель шума - процесс устранения шумов из полезного сигнала с целью повышения его субъективного качества. Методы шумоподавления концептуально очень похожи независимо от обрабатываемого сигнала, однако предварительное знание характеристик передаваемого сигнала может значительно повлиять на реализацию этих методов в зависимости от типа сигнала.



4. Выбор полупроводниковых приборов

4.1 Выбор диодов

Основным критерием при выборе полупроводниковых приборов является рабочая частота. Остальные параметры оцениваются относительно технических требований к конкретному узлу, в котором они будут применены.

К детекторным диодам предъявляются следующие требования:

• их рабочая частота должна быть приблизительно на порядок (в 10 раз) выше промежуточной частоты радиостанции;

• их обратное сопротивление должно быть приблизительно на порядок (в 10 раз) выше сопротивления нагрузки детектора;

• их емкость должна быть не более 1,0 - 1,5пФ.

Обратное сопротивление диода влияет на входное сопротивление детектора. При малом обратном сопротивлении в значительной мере уменьшается входное сопротивление детектора, шунтируя контур выходного каскада тракта ПЧ, что ведет к ухудшению избирательности по соседнему каналу.

Емкость диода влияет на фильтрацию высокочастотной составляющей сигнала промежуточной частоты в низкочастотном выходном сигнале детектора. Чтобы эта высокочастотная составляющая сигнала не влияла на качество сигнала на выходе детектора, коэффициент фильтрации не должен превышать 0,05. Поэтому емкость диода должна быть не более 1,0 - 1,5пФ.

Поэтому выбираю кремниевый диод 2Д419А с барьером Шоттки, который предназначен для применения в линейных детекторах на частоте до 400 МГц.

Электрические параметры:

- постоянное прямое напряжение UПР (IПР = 1мА), В не более 0,4

- постоянный обратный ток IОБР (UОБР = 15В), мкА не более 10

- рабочая частота fРАБ, МГц 400

- крутизна SД, мА/В 10

- общая емкость СД, пФ не более 1,5

Предельные эксплуатационные данные:

- постоянное обратное напряжение UОБР МАКС, В 15

- постоянный прямой ток IПР МАКС, мА 10

4.2 Выбор транзисторов

В качестве активных элементов гетеродина рекомендуется применять биполярные транзисторы, в качестве активных элементов преобразователя частоты и линейных каскадов усиления - полевые транзисторы, так как они имеют более высокое входное сопротивление и меньше шунтируют контура своим входным сопротивлением, повышая тем самым избирательность радиостанции.

Выбор транзисторов по их граничной частоте, которая должна быть приблизительно на порядок (в 10 раз) выше частоты , на которой работают каскады , в которых они применяются.

Поэтому я выбираю транзистор КТ3108В.

Кремниевый p-n-p транзистор с нормированным коэффициентом шума на частоте 100МГц, он применяется в линейных усилителях и генераторах высокой частоты.

Электрические параметры:

- граничная частота fГР коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером, МГц, не менее 300

- статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером h21Э



5. Разделение частотных искажений

Частотные искажения М всего радиостанции определяются суммой частотных искажений преселектора МПР (dИ ПР), тракта ПЧ МПЧ (dИ ПЧ) и тракта звуковой частоты МНЧ, т.е. М = МПР+МПЧ+МНЧ.

В этом пункте требуется распределить частотные искажения М всего радиостанции между преселектором МПР, трактом ПЧ МПЧ и трактом звуковой частоты МНЧ. При эскизном проектировании задаются частотными искажениями МПР и МНЧ и определяют МПЧ = М-(МПР+МНЧ).

Частотные искажения преселектора МПР зависят от частоты настройки преселектора, т.е. от частоты сигнала. При эскизном проектировании применяем МПР = 0,5 дБ в соответствии с минимальным значением частоты 11,6 МГц.

Частотные искажения тракта звуковой частоты МНЧ зависят от верхней частоты модуляции FВ, и поэтому принимаю МНЧ = 3 дБ.

Частотные искажения всего приёмника M=7,5 дБ.

Определяю частотные искажения тракта ПЧ:

MПЧ = М - (МПР + МНЧ) = 7,5 - (0,5 + 3) = 4 дБ



6. Выбор схемы детектора

Выбираю схему последовательного диодного детектора с разделенной нагрузкой, которая применяется практически во всех радиовещательных радиостанциях.

Выбираем схему последовательного диодного детектора с раздельной нагрузкой, так как она обладает лучшей фильтрацией напряжения промежуточной частоты и большим входным сопротивлением по сравнению с параллельной схемой.

Определить коэффициент передачи детектора.

Для эскизного расчета можно принять сопротивление нагрузки детектора равным Rн = 10кОм, крутизну вольтамперной характеристики диода принимаем равной Sд = 10мА/В.

По графику при Rн * Sд = 10 * 10 = 100, определяем коэффициент передачи детектора с неразделенной нагрузкой = 0,9.Тогда коэффициент передачи детектора с разделенной нагрузкой равен

.



7. Эскизный расчет тракта

В связи с развитием схемотехники целесообразно тракт звуковой частоты радиовещательных приемников выполнять на микросхемах. Преимущество тракта на микросхемах по сравнению с трактом на биполярных транзисторах заключается в том, что уменьшаются габариты радиостанции и, за счет высокого входного сопротивления микросхем, можно повысить коэффициент передачи детектора.

Эскизный расчет тракта звуковой частоты выполнить в следующем порядке.

Выбрать громкоговоритель или его сопротивление на звуковых частотах Rгр.

Выбираю громкоговоритель 0,5ГД-03

P = 0,5 Вт

Rгр = 16 Ом

0,3 Па - звуковое давление

F = 125 - 10000 Гц

Резонансная частота f = 125Гц

Определяем выходное напряжение тракта звуковой частоты Uнчвых, исходя из выходной мощности радиостанции Uнчвых= .

,

,

Определяем входное напряжение тракта звуковой частоты Uнчвх.

Оно равно Uнчвх = Кдет *

= 0,5 В;

Kдет = 0,675;



,

Определяем коэффициент передачи тракта звуковой частоты по напряжению

,

Выбираем микросхему усилителя низкой частоты (отечественную или импортную), удовлетворяющую всем требованиям тракта звуковой частоты (РВЫХ, КНЧ, RГР, RВХ НЧ ? 100кОм).

В качестве тракта звуковой частоты выбираем микросхему К174УН4А так как она удовлетворяет требованиям предъявляемым тракту.

Выбираем микросхему усилителя низкой частоты (отечественную или импортную), удовлетворяющую всем требованиям тракта звуковой частоты (РВЫХ, КНЧ, RГР, RВХ НЧ ? 100кОм).

В качестве тракта звуковой частоты выбираем микросхему К174УН4А так как она удовлетворяет требованиям предъявляемым тракту.



8. Расчет энергетического плана

Необходимо рассчитать отношение сигнал-шум на вход радиостанции и определить допустимый коэффициент шума радиостанции.

Считаем, что источником шумов на входе радиостанции являются тепловые шумы в антенне.

Напряжение входного сигнала (чувствительность по ТЗ)

Uвх = 5мкВ

Определим квадрат напряжения шума на входе радиостанции по формуле Найквиста:

Рассчитаем полосу пропускания радиостанции:

fдев- девиация частоты(ТЗ)

Fв.мод. - модулирующие частоты

Определим отношение сигнал-шум на входе радиостанции:

, где - чувствительность,

Отношение сигнал-шум на выходе радиостанции не менее: qвых = 9 дБ,

Допустимый коэффициент шума радиостанции, в дБ:

Кш(ТЗ) = qвх - qвых ,

Кш(ТЗ) = 38 - 9 = 29 дБ.

Значение реального коэффициента шума не должно превышать рассчитанного выше значения, то есть на выходе радиостанции должно обеспечиваться отношение сигнал-шум не ниже заданного в ТЗ.

Расчет коэффициента шума

Коэффициент шума радиостанции

Рассмотрим первые каскады радиостанции до смесителя, так как они вносят основную долю шумов.

,

Кш1=Кш.урч=1.8 дБ, тогда

Кш=1.2*1.8=2.16 дБ

Определим значение ОСШ на выходе радиостанции и сравним его с ТЗ:

qвых. дБ = qвх. дБ - Кш дБ = 38 - 2.16 = 35.84 дБ;

Полученное отношение сигнал/шум выше заданного по ТЗ (35.84 дБ>9 дБ), поэтому считаем требование выполненным.

Расчет избирательности радиостанции

Избирательность по зеркальному каналу обеспечивается фильтрами промежуточной частоты. Используем для этих целей фильтры на ПАВ, т.к. производитель имеет возможность произвести такой фильтр с любыми требуемыми параметрами. В данном случае требуется фильтр с fном=fпч1= МГц, полосой пропускания затухание вне полосы пропускания 30 дБ. Требуемая по ТЗ избирательность по соседнему каналу 75 дБ, поэтому используем три ПАВ фильтра.

Расчет усилительных свойств радиостанции

Чувствительность на входе микросхемы в единицах мощности:

Для нормальной работы приемного устройства сигнал на входе микросхемы MC13150FTA должен быть выше чувствительности данной ИМС, т.е. выше -100 дБм. Следовательно, каскады, предшествующие данной ИМС, должны обеспечить суммарное усиление большее, чем -100 - (-121) = 21 дБ.

Результат показывает, что выбранные элементы обеспечивают необходимый коэффициент усиления.



9. Выбор смесителя

Преобразователь частоты радиостанции Полет-1 осуществляет функцию перемещения спектра принимаемого сигнала. Это перемещение происходит в преобразователе без нарушения ширины спектра и с сохранением закона модуляции. Он обеспечивает практически линейную зависимость между амплитудой промежуточной частоты и амплитудой напряжения сигнала.

В качестве смесителя выбрана микросхема MC13142D.

Данная микросхема включает в себя усилитесь радиочастоты (УРЧ), первый смеситель (СМ1) и генератор управляемый напряжением (Г1).

Основные параметры:

- диапазон рабочих частот 0..1,8 ГГц

- диапазон частот ГУН 0..1,8 ГГц

- диапазон ПЧ 0..1,8 ГГц

- напряжение питания 2,7..6 В

- входное сопротивление УРЧ 50 Ом

- усиление УРЧ по мощности 17 дБ

- коэффициент шума УРЧ 1,8 дБ

- коэффициент шума смесителя 12 дБ

- диапазон рабочих температур -

В качестве фильтра первой промежуточной частоты используем ПАВ фильтр.

Основные параметры:

- центральная частота 37,8 МГц

- полоса пропускания 16 кГц

- минимальное гарантированное

Затухание -30 дБ

В качестве фильтра второй промежуточной частоты используем фильтр ФП1П1-7-М

Основные параметры:

- центральная частота 465 кГц

- полоса пропускания 16 кГц-6 дБ

- минимальное гарантированное затухание -38 дБ

- максимальные потери -4 дБ

- неравномерность 1 дБ

- диапазон рабочих температур

RF3345

Используем данную микросхему как усилитель первой промежуточной частоты (УПЧ1).

Основные параметры:

- напряжение питания

- полоса пропускания 150 МГц

- коэффициент усиления 8..34 дБ

- входное сопротивление 2000 Ом

- выходное сопротивление 10 Ом

- диапазон рабочих температур

ADF4110

На этой микросхеме реализуем синтезатор сетки частот.

Основные параметры:

- максимальная частота 550 МГц

- напряжение питания 2,7..5,5 В

- программируемый ДПКД 8/9, 16/17, 32/33, 64/65

- диапазон рабочих температур

Микросхема радиостанции Полет-1 MC13150FTA с одним преобразованием частоты. Включает в себя второй смеситель (СМ2), усилитель второй промежуточной частоты (УПЧ2), второй гетеродин (Г2), усилитель-ограничитель (УО) и частотный детектор (ЧД).

Основные параметры:

- напряжение питания

- диапазон рабочих частот 10..500 МГц

- чувствительность 12 дБ по SINAD -100 дБм

- точка компрессии 1 дБ -11 дБм

- усиление УПЧ 42 дБ

- усиление УО 96 дБ

- регулируемая рабочая полоса детектора 0..70 кГц

- диапазон рабочих температур



10. Краткое описание работы принципиальной схемы

Сигнал с передатчика поступает на антенну, далее на избирательные контура, которые ослабляют помехи побочных каналов и сильных внешних помех. После сигнал поступает на вход ИМС МС13142D, усиливается, где выделяется разностный сигнал f1пч=fc-fг1. (Гетеродин и смеситель входят в состав данной микросхемы).Сетка частот реализуется с помощью синтезатора частот ADF4110.

После МС13142D сигнал поступает на фильтр, усилитель первой промежуточной частоты RF3345, после чего усиленный сигнал идет на вход ИМС МС13150FTA, где выделяется второй разностный сигнал f2пч=f1пч-fг2. (В смесителе, входящем в состав данной микросхемы, из сигнала f1пч вычитается сигнал второго гетеродина, также входящем в ИМС). Сигнал второй промежуточной частоты поступает на усилитель-ограничитель, который защищает усилительные элементы от сигналов большого уровня, далее детектируется и поступает на усилитель низкой частоты TDA1015 и устройство воспроизведения (динамик).



Заключение

В ходе работы над проектом было спроектировано устройство приема и обработки сигналов Полет-1, составлена его принципиальная схема. Приемник удовлетворяет всем требованиям технического задания, питание осуществляется от источника 5 В.



Список используемой литературы

1.Устройства приема и обработки сигналов. Системное и схемотехническое проектирование. Двойнин В.Н., Дуров А.А. Редакционно-издательский центр РГРТУ. 2007.

2.Горшелев В.Д. и др. Основы проектирования радиоприемников. Л., «Энергия», 1977, 384 с.С ил.

3. Буга Н.Н. и др. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/ Н.Н. Буга, А.И. Фалько, Н.И. Чистяков; Под ред. Н.И. Чистякова. - М.: Радио и связь, 1986. - 320 с.: ил.

4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИЖ2.014.017 ТО

Размещено на Allbest.ru

...