Расчет приемника на частоте 14 ГГц

Размещено на http://www.allbest.ru/

Некоммерческое акционерное общество

"АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ"

Кафедра Радиотехники

Специальность 5В0719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Курсовая работа

По дисциплине: Радиоприемные устройства

Тема: Расчет приемника на частоте 14 ГГц

Выполнил Джуматаев Е.Б.

Группа МРС-07-3

№ зачетной книжки 073013

Руководитель ст. преп.

Абрахматова Г.А.

Алматы 2011

Содержание

Введение

1. Развернутое техническое задание

2. Обоснование и расчет структурной схемы

3. Выбор и расчет входной цепи

4. Разработка принципиальной схемы

5. Принцип работы схемы прототипа

5.1 Блок конвертор

5.2 Блок ресивер

Заключение

Список литературы

Введение

Любой приемник выполняет две основные функции:

· усиливает принимаемый антенной сигнал до необходимого уровня;

· выделяет определенную полосу частот (обеспечивает избирательность).

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; детектирует радиочастотные сигналы, формируя колебания, соответствующие передаваемому сообщению. В оконечном устройстве энергия выделяемых сигналов используется для получения требуемого выходного эффекта:

· звукового (громкоговоритель или телефон),

· визуального (кинескоп),

· механического (телеграфный аппарат) и т. д.

Оконечное устройство может быть совмещено с приемником или представлять собой отдельное устройство.

Для уверенного приема необходимо, чтобы отношение сигнал/шум было не менее 12 дБ. В приведенных выше соотношениях предполагается, что приемная антенна земной станции точно наведена на спутник.

Ясно, что необходимое отношение сигнал/шум можно получить, добиваясь минимальной шумовой температуры приемника земной станции. Это достигается применением малошумящих усилителей на входе приемника, конструктивно совмещенных с облучателем антенны.

Принимающая головка, находящаяся в фокусе параболического зеркала антенны, состоит из трех частей: облучателя, поляризатора и конвертера.

Облучатель -- один из важнейших узлов антенной системы, поэтому к нему предъявляются определенные требования: диаграмма направленности должна быть осесимметричной и без боковых лепестков; облучатель не должен сильно затенять параболическую антенну, так как это приводит к искажению ее диаграммы направленности и снижению коэффициента использования поверхности параболоида вращения.

Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн. Частоты, на которых происходит передача от земной станции к спутнику, отличаются от частот, используемых для передачи от спутника к земной станции (как правило, первые выше). Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами:

Ku при 14 ГГц - фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание.

Ku-диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи. Однако в пределах данной курсовой работы влияние погодных условии рассматриваться не будет.

Очень важно уметь представлять себе порядок, структуру и тонкости проектирования радиоприемных устройств. Это позволит развить в себе способность думать конструктивно и в дальнейшем понимать "изнутри" процесс "конструирования". Такая способность можно будет применить и в других областях, т.к. развивает студента в новом направлении мышления - "инженерном". Данный вопрос актуален, т.к. решает вопрос о состоятельности студента как инженера.

1. Развернутое техническое задание

приемник частота спутниковый канал схема

Спроектировать приемник спутникового канала передачи данных. Настройка приемника фиксированная. Должны быть приняты меры по повышению реальной чувствительности приемника (например, на частотах больше 200 МГц рекомендуется применение УРЧ на малошумящих транзисторах). Следует также обратить внимание на то, что спутниковые приемники используют тройное преобразование частоты, так как невозможно обеспечить избирательность по соседнему каналу при двойном преобразовании.

Таблица 1 - Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Частота сигнала	f, ГГц	14
Длительность импульса (телеграфной посылки)	, мкс	0,3
Расстояние от антенны до приемника	, м	0,5
Отношение сигнал/шум на выходе приемника	, дБ	20
Ослабление соседнего канала	, дБ	46
Ослабление зеркального канала	, дБ	40
Сопротивление антенны	, Ом	74
Выходное напряжение видеоусилителя	, В	4

2. Обоснование и расчет структурной схемы

Рисунок 1 - Структурная схема приемника спутникового канала передачи данных

Структурная схема приемной установки (рис. 1) функционально разделяется на два блока: наружный, располагающийся вблизи антенны, и внутренний, размещаемый в помещении.

Наружный блок включает следующие элементы: поляризатор, малошумящий усилитель МШУ, преобразователь частоты вниз, предварительный усилитель первой промежуточной частоты УПЧ1 и гетеродин G1.

Выбор значения ПЧ1 определяется конкретными условиями: наличием комплектующих элементов или узлов для создания УПЧ1, имеющимся типом кабеля, которым сигнал ПЧ1 подается на внутренний блок, необходимостью эффективного подавления помехи по зеркальному каналу и некоторыми другими факторами.

Для индивидуальных приемных установок применяют по крайней мере три варианта построения структурных схем.

Первый вариант включает два преобразования частоты: в конвертере сигнал из полосы частот 10,95...12,5 ГГц преобразуется в полосу 0,95...2,05 ГГц, усиливается в УПЧ1 и далее коаксиальным кабелем подается во внутренний блок, где с помощью второго преобразователя сигнал СТВ преобразуется в ПЧ2, выбираемую в пределах 480...612 МГц. Дальнейшая обработка сигнала происходит на этой частоте.

Второй вариант структурной схемы отличается выбором более низких значений ПЧ2 (в пределах 70...230 МГц).

И наконец, в третьей разновидности схем сигнал ПЧ2 транспонируется в ПЧЗ, которая выбирается в пределах 35...70 Мгц.

Первая схема в настоящее время имеет широкое распространение в серийно выпускаемых за рубежом приемных установках, причем в большинстве европейских стран значение ПЧ2 равно 480 МГц, в США - 612 МГц.

Вариант структурной схемы с ПЧ2 в пределах 70...230 МГц из-за доступности комплектующих изделий и простоты настройки широко применялся в более ранних конструкциях приемных установок. Однако следует иметь в виду, что в этой схеме зеркальный канал приема второго преобразователя оказывается в полосе ПЧ1 и для подавления его необходимо применять перестраиваемый фильтр на входе внутреннего блока.

В схеме с тремя преобразованиями частоты, когда ПЧЗ выбирается в пределах 35...70 МГц, имеется возможность использовать принципиальные схемы и модули, применяемые в радиорелейном оборудовании наземных сетей связи и земных станциях спутниковых систем связи.

Общим принципом для рассмотренных трех вариантов структурных схем является разделение схемы на два блока (наружный и внутренний), соединяемых между собой коаксиальным кабелем длиной до 40 м.

Наиболее сложным для реализации в радиолюбительских конструкциях является наружный блок. Это объясняется высокими требованиями к шумовой температуре всей приемной установки и суровыми климатическими условиями эксплуатации наружного блока. Суммарная шумовая температура Т_13С не должна превышать 75 К, все технические параметры должны сохраняться при перепаде температуры окружающей среды от -- 40 до +50° С, а также при воздействии дождя, снега, гололеда, тумана и т.п.

Выбор ТВ программы и вида поляризации, а также ориентация антенны на соответствующий спутник осуществляется дистанционно из помещения, где расположен внутренний блок (ресивер) и ТВ приемник.

В соответствии со структурной схемой (рис. 1) сигнал, принятый антенной земной станции в полосе частот 10,95...11,7 или 11,7... 12,5 ГГц, проходит через блок выбора поляризации и далее поступает в конвертер, состоящий из малошумящего усилителя, фильтра, первого преобразователя частоты и УПЧ1. Далее сигнал ПЧ1 в полосе 0,95...1,75 ГГц подается на вход внутреннего блока.

Во внутреннем блоке сигнал дополнительно усиливается на частоте ПЧ1 и преобразуется в ПЧ2, усиливается на ней и демодулируется. На выходе частотного демодулятора выделяются видеосигнал и ЧМ сигнал звукового сопровождения. Последний подается на частотный демодулятор звука.

Видео- и звуковые сигналы с выходов демодуляторов могут быть поданы на видеомагнитофон или специальные входы телевизора (если они имеются), а также на вход модуляторов ЧМ и AM сигналов для формирования программы чаще всего в полосе каналов 1--12 наземного ТВ вещания.

При передаче аналоговых сигналов по спутниковому каналу для повышения помехозащищенности и выполнения требований электромагнитной совместимости на входе частотного модулятора вводятся предыскажения и сигналы дисперсии.

В приемной установке восстановление предыскажений и подавление сигналов дисперсии происходят после частотного демодулятора.

Предыскажения позволяют оптимально согласовывать амплитудно-частотную характеристику видеоусилителя с восприимчивостью видеосигнала зрением среднего наблюдателя. Визометрический коэффициент, выражающий выигрыш от введения предыскажений на передаче и восстановления частотной характеристики видеосигнала на приемной стороне, оценивается в пределах 16... 18 дБ.

Введение сигналов дисперсии позволяет рассеивать энергию сосредоточенных компонент энергетического спектра в достаточно большой полосе частот.

Дискретные составляющие в спектрах сигналов возникают как при малых индексах частотной модуляции и при отсутствии модулирующего напряжения, так и в случае передачи ТВ сигналов с постоянной яркостью.

Канал звукового сопровождения в зависимости от ТВ стандарта и принадлежности спутника формируется на поднесущей частоте, которая может изменяться в пределах 5...9 МГц. В этой связи в тракте звукового сопровождения предусматривается возможность настройки на соответствующую поднесущую звука, а частотный демодулятор звука должен обеспечивать неискаженное детектирование ЧМ сигналов при изменении девиации частоты поднесущей в пределах 50... 150 кГц.

Выбор необходимой программы производится с помощью блока управления, который перестраивает второй гетеродин на частоту принимаемого сигнала.

2.1 Расчет полосы пропускания приемника

Скорость передачи телеграфных посылок

(1)

Верхняя модулирующая частота в 5 раз больше скорости передачи информации

 (2)

- максимальное частотное отклонение (девиация) частоты.

Коэффициент частотной модуляции

(3)

В случае приемников ЧМ сигналов полоса частот, занимаемая спектром сигнала, равна

, (4)

При расчете возможные отклонения частоты гетеродина учитываются формулой, причем отклонения берутся в разные стороны, т.е :

(5)

Абсолютную величину отклонения частоты гетеродина можно рассчитать, основываясь на известных данных по его относительной нестабильности частоты.

(6)

В схеме использован многокаскадный транзисторный гетеродин с умножением частоты и кварцевой стабилизацией, на частотах свыше 30 МГц относительная нестабильность частоты

Заданная рабочая частота входит в C-диапазон, частота гетеродина такого диапазона f_Г = 5150 МГц.

Таким образом:

При расчете полосы пропускания радиочастотного спектра (преселектора) следует учесть еще погрешность сопряжений настроек входных контуров и контуров гетеродина . Поэтому

(6)

2.2 Выбор промежуточной частоты радиоприемного устройства

Выбор промежуточной частоты осуществляется из следующих условий:

- промежуточная частота не должна находиться в диапазоне рабочих частот приемника или вблизи этого диапазона, чтобы обеспечить необходимое подавление помех на частоте, равной промежуточной;

- помеха по зеркальному каналу должна быть как можно дальше от рабочих частот приемника, чтобы сильнее подавлялась преселектором;

- контура применяемые на промежуточной частоте должны иметь реализуемую добротность.

Далее промежуточную частоту выбирают из рекомендуемого стандартами ряда:

155; 215; 465; 500; 900; 2200; 4500 кГц;

6,5; 10; 15; 30; 31,5; 38; 60; 70; 100; 1200 МГц.

Однако могут быть использованы и другие промежуточные частоты. Правильность выбора промежуточной частоты проверяется в последующем расчете. Если в расчете не удается получить заданную избирательность по зеркальному каналу, то выбирают другую промежуточную частоту. Выбираю первую промежуточную частоту 1750 Мгц, так как только при ней обеспечивается заданная избирательность по зеркальному каналу f_пр1 = 1,75 ГГц. Тогда частота зеркального канала:

(7)

Эквивалентное затухание выбирается d_э = 0,001…0,002

Тогда избирательность по ЗК:

(8)

Проверим нашу заданную избирательность . Расчетная избирательность удовлетворяет заданной, что обосновывает правильность выбора первой промежуточной частоты.

Выбираю вторую промежуточную частоту f_пр2 = 625 МГц

Аналогично проверяю избирательность по ЗК:

f_ЗК = f_пр1 +2*f_пр2 = 3 ГГц

Данная промежуточная частота обеспечивает заданную селективность по ЗК. Выбираю третью промежуточную частоту f_пр2 = 200 МГц.

Аналогично проверяю избирательность по ЗК:

f_ЗК = f_пр2 +2*f_пр3 = 1025 МГц

Данная промежуточная частота также обеспечивает заданную селективность по ЗК

2.3 Выбор селективных систем и расчет требуемой добротности контуров радиочастотного тракта

Выбор схемы входной цепи, усилителя радиочастоты и промежуточной частоты радиоприемника определяет его избирательность по зеркальному каналу. Выбор схему усилителя промежуточной частоты радиоприемника определяет его избирательность по соседнему каналу.

Требуемая эквивалентная добротность радиочастотного тракта приемника, определяется исходя из заданной избирательности приемника по зеркальному каналу и обеспечения требуемой полосы пропускания этого тракта при допустимой неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). В этом случае надо рассчитать требуемую эквивалентную добротность, исходя из допустимой неравномерности АЧХ в полосе пропускания , затем исходя из заданной избирательности по зеркальному каналу , и принять такое значение , чтобы выполнить оба эти условия, т.е.

.

После проверенного расчета полосы пропускания удобно рассчитать добротность .

Для этого надо распределить общую допустимую неравномерность АЧХ 18дБ в диапазоне ДВ и 14дБ в других диапазонах по блокам приемника и задаться допустимой неравномерностью АЧХ в полосе радиочастотного тракта. При этом можно пользоваться ориентировочными данными, приведенными в таблице 2.

Таблица 2 - Допустимая неравномерность АЧХ

Диапазон приемника	ДВ, СВ	КВ	УКВ и выше
Допустимая неравномерность АЧХ преселектора, , дБ	38	02	01,5
отн. единиц (раз)	1,412,52	11,26	11,19

Как правило, в преселекторе используются два одиночных контура: один во входной цепи и один в УРЧ. Если эти контуры одинаковые, то их добротность рассчитывается по формуле:

(9)

где - в относительных единицах (разах); - нижняя частота заданного диапазона. Беру = 1,19.

Объясняю использование данной формулы тем, что в нашей схеме во входной цепи используется одноконтурный фильтр на полосковых линиях. Затем надо перейти к расчету .

В случае использования одного контура во входной цепи его требуемую эквивалентную добротность , исходя из условия обеспечения заданной избирательности по зеркальному каналу , можно рассчитать по формуле:

, (10)

где - относительная частотная расстройка,

;

Тогда

Примем такое значение , чтобы выполнить оба эти условия, т.е.

,

т.е.

2.4 Выбор селективных систем тракта промежуточной частоты

Тракт промежуточной частоты обеспечивает избирательность по соседнему каналу. Частоты соседних каналов определяются исходя из инженерной версии критерия Найквиста

, (11)

где - частота принимаемого сигнала, - полоса частот принимаемого сигнала. Учитывая, что используем приемник с преобразованием частоты, частота принимаемого сигнала переносится на промежуточную частоту. В нашем случае с тройным преобразованием приемным сигналом будет сигнал на 3 промежуточной частоте. В результате получим следующее

,

где - частота соседнего канала после преобразователя частоты, которую необходимо ослабить на величину определяемую избирательностью по соседнему каналу .

В современных условиях, когда очень большое число радиоэлектронных средств к избирательности по соседнему каналу предъявляются жесткие требования. Поэтому УПЧ с одиночными контурами почти не применяются. На практике используются УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами. Для них если задана допустимая неравномерность АЧХ в полосе пропускания , то эквивалентная добротность одинаковых контуров при критической связи между ними, исходя из этого условия, можно рассчитать по формуле:

 (12)

Исходя из заданной избирательности по соседнему каналу Se_ск, добротность контуров рассчитывается по формуле:

(13)

где - частотная расстройка соседнего канала.

Эквивалентную добротность контуров надо принять в следующих границах:

.

Рассчитаем значения для второй промежуточной частоты соседнего канала

.

Рассчитаем значения второй промежуточной частоты соседнего канала

.

2.5 Определение усиления линейного тракта приемника

В линейном тракте приемника требуется обеспечить необходимое усиление полезного сигнала.

В приемниках ЧМ сигналов чаще всего используется дробный частотный детектор, и амплитуда сигнала, подводимого к его входу, должна составлять .

Амплитуда сигнала на входе приемника определяется соотношением:

(14)

где - действующая длина приемной антенны.

Для ферритовых антенн диапазона СВЧ можно принять .

При этом требуемый коэффициент усиления рассчитывается по формуле

. (15)

3. Выбор и расчет входной цепи приемника

В диапазоне частот от 3 ГГц до 300 ГГц во входных цепях приемника используются полосно-пропускающие фильтры, ферритовые резонаторы на основе железо-иттриевого граната (ЖИГ) или объемные резонаторы. Полосно-пропускающие фильтры могут быть выполнены в виде микрополоскового устройства или с помощью волноводов с применением штырей и диафрагм. Следует отметить, что полосно-пропускающие фильтры могут использоваться в качестве входных цепей приёмников во многих диапазонах частот.

Для передачи электромагнитных волн СВЧ-диапазона не через эфир, а по металлическим проводникам нужны специальные методы и проводники особой формы. Обычные провода, по которым передается электричество, пригодные для передачи низкочастотных радиосигналов, неэффективны на сверхвысоких частотах.

Любой отрезок провода имеет емкость и индуктивность. Эти т.н. распределенные параметры приобретают очень важное значение в СВЧ-технике. Сочетание емкости проводника с его собственной индуктивностью на сверхвысоких частотах играет роль резонансного контура, почти полностью блокирующего передачу. Поскольку в проводных линиях передачи невозможно устранить влияние распределенных параметров, приходится обращаться к другим принципам передачи СВЧ-волн. Эти принципы воплощены в коаксиальных кабелях и волноводах.

Коаксиальный кабель состоит из внутреннего провода и охватывающего его цилиндрического наружного проводника. Промежуток между ними заполнен пластиковым диэлектриком, например тефлоном или полиэтиленом. С первого взгляда это может показаться похожим на пару обычных проводов, но на сверхвысоких частотах их функция иная. СВЧ-сигнал, введенный с одного конца кабеля, на самом деле распространяется не по металлу проводников, а по заполненному изолирующим материалом промежутку между ними.

Коаксиальные кабели хорошо передают СВЧ-сигналы частотой до нескольких миллиардов герц, но на более высоких частотах их эффективность снижается, и они непригодны для передачи больших мощностей. А в нашем случае используется сигнал на частоте 14 ГГц.

Обычные каналы для передачи волн СВЧ-диапазона имеют форму волноводов. Волновод - это тщательно обработанная металлическая труба прямоугольного или кругового поперечного сечения, внутри которой распространяется СВЧ-сигнал. Упрощенно говоря, волновод направляет волну, заставляя ее то и дело отражаться от стенок. Но на самом деле распространение волны по волноводу есть распространение колебаний электрического и магнитного полей волны, как и в свободном пространстве. Такое распространение в волноводе возможно лишь при условии, что его размеры находятся в определенном соотношении с частотой передаваемого сигнала. Поэтому волновод точно рассчитывается, так же точно обрабатывается и предназначается только для узкого интервала частот. Другие частоты он передает плохо либо вообще не передает.

Поэтому были начаты разработки круговых волноводов (кругового поперечного сечения), которые могут иметь достаточно большие размеры даже на высоких частотах СВЧ-диапазона. Применение кругового волновода сдерживается некоторыми трудностями. Например, такой волновод должен быть прямым, иначе его эффективность снижается. Прямоугольные же волноводы легко изгибать, им можно придавать нужную криволинейную форму, и это никак не сказывается на распространении сигнала. Радиолокационные и другие СВЧ-установки обычно выглядят как запутанные лабиринты из волноводных трактов, соединяющих разные компоненты и передающих сигнал от одного прибора другому в пределах системы.

Чем выше частота волны, тем меньше размеры соответствующего ей прямоугольного волновода; в конце концов эти размеры оказываются столь малы, что чрезмерно усложняется его изготовление и снижается передаваемая им предельная мощность. Поэтому в малошумящем усилителе мне необходимо обеспечить высокое усиление при достаточно хорошей добротности.

Рисунок 2 - Принцип работы электронного поляризатора

Из-за того что в прямоугольных волноводах КПД высокий, то выберу в качестве поляризатора волновода прямоугольный волновод. Чтобы не происходило отражение волны, использую прямоугольный волновод с симметричной диафрагмой.

На практике обычно стремятся к тому, чтобы при заданной резонансной частоте геометрические размеры колебательной системы были минимальными. Этого удается достичь возбудив в резонаторе колебание основного (низшего) типа. Так принято называть моду с наибольшей резонансной длиной волны при фиксированных размерах резонансной полости.

Индексы m, п, р для основного типа колебаний, очевидно, должны подбираться так, чтобы предельно уменьшить знаменатель в формуле. Ясно, что один из индексов при этом должен быть равен нулю, а два оставшихся -- единице. Нулевой индекс соответствует той декартовой оси, вдоль которой ориентировано ребро с наименьшей длиной.

Пусть наименьшее ребро будет у значения l. Тогда индекс p=0. В таком случае основным типом колебания будет H₁₀₁. Для узкополосного согласования волноводов кроме шлейфа Татаринова и четвертьволнового трансформатора, часто используют такие реактивные элементы, как волноводные диафрагмы, настроечные штыри и стержни. Реактивная проводимость симметричной емкостной диафрагмы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 - Эскиз прямоугольного волновода с диафрагмой

,

, отсюда

(15)

(16)

Длина волны в волноводе равна:

(17)

Длину резонатора рассчитывается по формуле:

(18)

Волновое сопротивление прямоугольного резонатора рассчитывается по формуле:

,

но т.к. я учитываю распространение волны в среде, то

Таким образом проводимость симметричной индуктивной диафрагмы:

(19)

Примем

, откуда

Учитывая что необходимо добиться условия резонанса для полного поглощения волны, то , отсюда , что соответствует

Проводимость симметричной емкостной диафрагмы рассчитываем по формуле:

(20)

Преобразовывая формулу (20), выделим значение

,

Отсюда ширина окна диафрагмы равна:

Рисунок 4 - Прямоугольный резонатор с диафрагмой

Проверим правильность выбранных размеров резонатора

Найдем для прямоугольного резонатора при колебаниях Н₁₀₁ его добротность

,

где , , - размеры ребер, см.

Примем затухание в полосе пропускания равным 3дБ, а в полосе заграждения 20 дБ, что соответствует значению 1.035 и 10.

,

Подставив значения получим: , округляя до ближайшего целого находим, что необходимо применить 2 резонатора чтобы удовлетворить вышеуказанные характеристики.

4. Разработка принципиальной схемы

1. Входная цепь

Рисунок 5 - Прямоугольный резонатор с полосовой фильтрацией

2. КП174ПС1 (ЧД, УПЧ, АРУ)

Рисунок 6 - КП174ПС1

Таблица 3 - Функциональное назначение выводов микросхемы

Выводы микросхемы
№	Функциональное назначение	№	Функциональное назначение
1	Общий	8	Вход сигнала
2	Выход	9	Общий
3	Общий	10	Коррекция
4	Выход	11	Вход опорного напряжения
5	Питание положительное	12	Коррекция
6	Общий	13	Вход опорного напряжения
7	Вход сигнала	14	Общий

3. 171УВ2 (Видеоусилитель)

Рисунок 7 - 171УВ2

Таблица 4 - Функциональное назначение выводов

Выводы микросхемы
	Функциональное назначение		Функциональное назначение
IN+	Вход позитив	OUT+	Выход позитив
IN-	Вход негатив	OUT-	Выход негатив
GAIN ADJ 1A	Регулировка усиления	GAIN ADJ 1B	Регулировка усиления
GAIN ADJ 2A	Регулировка усиления	GAIN ADJ 2B	Регулировка усиления
NC	Разомкнутое внутренне соединение

4. К500ЛП216(Усилитель - огр-ль)

Рисунок 8 - К500ЛП216

Таблица 5 - Функциональное назначение выводов

Выводы микросхемы
VCC1	Корпус	VCC2	Корпус
	Инвертированный выход		Инвертированный выход
AOUT	Выход	COUT	Выход
	Инвертированный вход		Инвертированный вход
	Инвертированный выход		Инвертированный вход
AIN	Вход	CIN	Вход
BOUT	Выход	BIN	Вход
VEE	Источник отрицательного смещения	VBB	Источник опорного напряжения

5. Несимметричный триггер с эмиттерной связью (триггер Шмитта)

Рисунок 9 - Триггер Шмитта

Здесь перепады напряжения с левого плеча на правое передаются, как обычно, через делитель R--R_Б2, а с правого на левое плечо -- через общий резистор Rэ в цепи обоих эмиттеров. Шунтировать этот резистор конденсатором нельзя; в противном случае напряжение на Rэ не сможет быстро изменяться. Конденсатор С является ускоряющим. Делитель R_l--R₂ обеспечивает необходимый режим работы транзистора VT1.

Данная схема, как и рассмотренные ранее, обладает двумя устойчивыми состояниями. Рассмотрим, как обеспечиваются эти состояния. Каждый транзистор схемы будет заперт, если его эмиттер имеет более отрицательный потенциал, чем база. Пусть, например, транзистор VT1 насыщен; тогда потенциал его коллектора можно считать равным отрицательному потенциалу эмиттеров (U_K1?U_Э). Напряжение U_Kl делится цепью R--R_Б2 и лишь часть его подается на базу транзистора VT2:

Таким образом, база VT2 имеет менее отрицательный потенциал, чем эмиттер, так что при отпертом транзисторе VT1 транзистор VT2 заперт.

Когда отперт и насыщен транзистор VT2, то VT1 заперт только в том случае, если напряжение на эмиттерах Uэ превышает по абсолютному значению напряжение на базе UБ1. Это условие выполняется подбором сопротивлений плеч делителя Rl--R2 и тока насыщения транзистора VT2.

Чтобы запереть отпертый транзистор VT1, нужно сообщить его базе положительный потенциал, больший разности ¦U_Б¦ -- ¦U_Э¦. Чтобы отпереть этот транзистор, нужно сообщить его базе отрицательный потенциал, превышающий разность ¦U_Б¦ -- ¦U_Э¦. Переход триггера из одного состояние в другое происходит следующим образом. Пусть на базу открытого транзистора VT1 подается положительный импульс, под действием которого транзистор выходит из насыщения, и потенциал его коллектора становится более отрицательным. Это изменение подается через делитель R--на базу транзистора VT1, что увеличивает его ток i_Э2. В результате увеличивается напряжение на резисторе R_Э, так что транзистор VT1 дополнительно прикрывается, и т. д. Процесс завершается тем, что VT1 запирается, a VT2 насыщается. Аналогично протекает и обратное лавинообразное опрокидывание. Выходные импульсы снимаются с коллектора транзистора VT2, не связанного непосредственно с другими элементами схемы. Благодаря этому нагрузка не оказывает на них существенного влияния. Триггер Шмитта часто используют для формирования прямоугольных импульсов из напряжения произвольной формы, в частности синусоидального. Как только под действием потенциал базы транзистора VT1 станет равным потенциалу эмиттера (U_Б1 = Uэ), транзистор VT1 отпирается и схема лавинообразно опрокидывается. При этом на выходе триггера формируется крутой фронт импульса. В результате опрокидывания транзистор VT1 насыщается, a VT2 запирается. При этом потенциал эмиттера принимает значение Uэ. В то время как транзистор VT2 остается запертым, на выходе формируется плоская вершина импульса. Когда под действием потенциал базы VT1 сравняется с новым значением потенциала эмиттера (u_Б1=U_Э) начнется новый лавинообразный процесс -- формирование заднего фронта импульса, после чего схема вернется в первоначальное состояние. Благодаря лавинообразному формированию фронтов триггер Шмитта по сравнению с ограничителями амплитуды обеспечивает лучшую форму импульсов при синусоидальном напряжении на входе.

6. К17ХА6 (УПЧ, звуковое сопровождение, БШН, АПЧ, ЧД, Усилитель - огр-ль)

Рисунок 10 - К17ХА6

Таблица 6 - Функциональное назначение выводов

Выводы микросхемы
1	Корпус	2	Отключение АПЧ
3	RC-фильтр	4	ФНЧ шумоподавителя
5	Выход АПЧ	6	ФНЧ шумоподавителя
7	Выход НЧ	8	Выход ПЧ
9	Фазосдвигающий контур	10	Фазосдвигающий контур
11	Выход ПЧ	12	Питание "+"
13	Вход БШН	14	Выход на индикатор
15	Выход БШН	16	Блокировка
17	Блокировка	18	Вход ПЧ

7. INA51063

Рисунок 11 - INA51063

Таблица 7 - Функциональное назначение выводов

Выводы микросхемы
1	Корпус	2	Корпус
3	Вход усилителя	4	Корпус
5	Корпус	6	Выход усилителя

5. Принцип работы схемы прототипа

5.1 Блок конвертора

Конвертер предназначен для работы в системах приема спутникового телевидения Ku диапазона (10,95...12,0 ГГц) с однократным преобразованием частоты.

Конвертер имеет следующие технические характеристики:

Диапазон рабочих частот, ГГц - 10,95... 12,0

Промежуточная частота, МГц - 950...2000

Коэффициент шума типовой, дБ - 0,6

Коэффициент передачи, дБ - 60

Частота гетеродина, ГГц - 10,0

Напряжение питания, В - 13/18В

Потребляемый ток, мА, не более - 95

Поляризация входного сигнала - вертикальная/горизонтальная.

Конвертер построен по схеме малошумящего преобразователя частоты, конструкционно объединенным с облучателем антенной системы и встроенным переключателем поляризации входного сигнала. Его принципиальная схема приведена в Приложении А. Он состоит из входного волновода с погруженными в него зондами (на электрической схеме не показаны), СВЧ усилителя, выполненного на транзисторах VТ1 - VТЗ, полосового фильтра с использованием полосковых линий L9 - L18, гетеродина на частоту 10,0 ГГц на транзисторе VT4 со стабилизацией частоты, балансного смесителя на диодной сборке VD2, усилителя промежуточной частоты на микросхемах DA2 и DA3, стабилизатора напряжения на микросхеме DA4. В него входит также устройство на микросхеме DA1, выполняющее функции преобразователя напряжения +5 В в -2 В, переключатель поляризации и стабилизации токов полевых транзисторов VT1 - VT3. В конвертере применены микросхемы, транзисторы и диодные сборки производства фирмы Hewlett Packard (США).

Входной сигнал, сфокусированный параболическим зеркалом, поступает в облучатель и от него - в круглый волновод диаметром 19 мм. Связь полосковых линий затворов транзисторов VT1 и VT2 с волноводом осуществляется с помощью погруженных зондов, установленных под углом 90 градусов в волноводе, что позволяет принимать сигналы как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией. Переключение поляризации в конвертере осуществляется напряжением питания 13/18 В, поступающим по кабелю на выходной разъем XW1. Напряжение питания через делитель на резисторах R9 - R11 подается на вход компаратора микросхемы DA1. При напряжении питания 13 В микросхема DA1 включает транзистор VT1 и на его стоке появляется напряжение +1,5 В. Транзистор VT2 в это же время закрыт отрицательным напряжением -2 В, поступающим на его затвор, и, кроме того, напряжение со стока этого транзистора снято.

При переключении напряжения питания на +18 В транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 включается в нормальный режим работы. Это позволяет электронным способом менять вид поляризации принимаемого сигнала.

Суммирование сигналов с транзисторов VT1 и VT2 осуществляется с помощью моста на полосковых линиях L5, L6. Суммарный сигнал поступает на затвор транзистора VT3 - второго усилительного каскада. Транзисторы VT1 - VT3 типа ATF36077 имеют коэффициент усиления 12 дБ на частоте 12 ГГц при напряжении питания +1,5 В и токе 10 мА. Таким образом, суммарный коэффициент усиления СВЧ усилителя составляет 24 дБ при коэффициенте шума порядка 0,5 дБ.

Для достижения лучших значений коэффициента шума необходима точная настройка режима работы транзисторов и согласование их входов и выходов. Реально же удается получить коэффициент шума, отличный от паспортного на 0,1 дБ, поэтому в характеристиках приводится максимальное значение Кш на частоте 12 ГГц - 0,6 дБ.

Усиленный СВЧ сигнал со стока транзистора VT3 поступает на вход полосового фильтра L9 - L18, выполненного на полосковых встречно-штыревых резонаторах и имеющего полосу пропускания 10,8... 12,0 ГГц при неравномерности АЧХ З дБ.

С выхода фильтра сигнал СВЧ поступает на вход балансного смесителя, выполненного на диодной сборке VD2 СВЧ диодов с барьером Шоттки и полосковом мосте. На другой вход балансного смесителя поступает сигнал с частотой 10 ГГц с выхода гетеродина на транзисторе VT4.

Гетеродин выполнен на полевом транзисторе по схеме с общим стоком, с открытым полуволновым резонатором, включенным в цепь затвор-исток транзистора, и стабилизирующим высокодобротным цилиндрическим резонатором ZQ1 из титанатно-бариевой керамики.

Потери преобразования сигнала составляют около 7 дБ. Сигнал промежуточной частоты Fпч с выхода балансного смесителя через фильтр на элементах L19, С23, С24, R14 поступает на вход микросхемы DA2 предварительного усилителя ПЧ, выполненного по схеме, приведенной в журнале "Приборы и техника эксперимента", 1984, # 2, с. 111 (Абрамов Ф.Г., Волков Ю.А., Вонсовский Н.Н. "Согласованный широкополосный усилитель"). Усилитель на микросхеме INA51063 имеет диапазон рабочих частот 100..2400 МГц при коэффициенте усиления 22 дБ. С выхода предварительного усилителя ПЧ сигнал поступает на вход оконечного усилителя ПЧ, выполненного на микросхеме DA3 и имеющего диапазон рабочих частот 100...3000 МГц при коэффициенте усиления 23 дБ. Резисторы R14, R15, R17 сопротивлением 10 Ом предотвращают самовозбуждение каскадно включенных усилителей, особенно при рассогласовании нагрузки, подключенной к разъему XW1.

Питание конвертера осуществляется от микросхемного стабилизатора DA4, обеспечивающего стабилизацию напряжения +5 В при токе до 150 мА.

5.2 Блок ресивера

В качестве входного в.ч. блока в приемнике использован переделанный селектор каналов дециметровых волн телевизоров "Темп-714" и им подобных. Переделка заключалась в том, что в отсеке первого контура, вместо него, был собран малошумящий входной усилитель работающий на связанные 2-й и 3-й контуры, образующие перестраиваемый в пределах 950-1750 МГц фильтр входного сигнала. Для этого в переменных конденсаторов настройки были "продраны" по 2 центральные пластины ротора и оставлены лишь внешние, разрезанные на сегменты. Индуктивность контуров была уменьшена припайкой параллельно существующим линиям еще по две, такого же диаметра. На входе усилителя VT1 включен трансформатор сопротивлений, выполненный из отрезка посеребренного коаксиального кабеля длинной 15 см., аналогичного описанному здесь. Небольшим переделкам подвергся и перестраиваемый гетеродин, он перестал использоваться как совмещенный смеситель, индуктивность его контура уменьшена параллельным подключением еще одной линии. Частота гетеродина перестраивается в пределах 575-975 МГц т.е. на половинной частоте, а смеситель на встречно параллельных диодах Шотки VD1, VD2 осуществляет преобразование вида 2Fгет.-Fсигн. После укладки пределов перестройки гетеродина, выполнено сопряжение с ним перестройки фильтра L3C7, L4C8 подгибанием/отгибанием разрезных пластин этих блоков к.п.е. Задача достаточно трудная и требует терпеливого многочасового приближения к синхронной настройке контуров, особенно для верхних 50-100 мегагерц. Разностная частота 200 МГц усиливается каскадом на транзисторе VT7 с входным и выходным фильтром на эту частоту. Дальнейшее усиление происходит в у.п.ч. VT4-VT6 конструкции уже упоминавшегося YT3MV (exYU3UMV). На микросхеме DA3 выполнен усилитель-ограничитель сигнала 200 МГц с расщеплением на два (парафазный выход) для схемы частотного демодулятора DA1. Необходимый фазовый сдвиг частоты 200 МГц происходит в контуре C38L16C37. После повторителя VT9 сигнал поступает на видеоусилитель DA2 с фильтром предискажений R33R34C43 на входе. Усиленный видеосигнал, через переключатель полярности негатив/позитив поступает на видеомодулятор VT10,11,12,DA4 так же конструкции YT3MV (exYU3UMV). С его выхода полный телевизионный радиочастотный сигнал 4-го канала М.В. может быть подан на телевизор поддерживающий выделение звукового сопровождения на частоте поднесущей 5,5 МГц. Для телевизоров, не имеющих такой возможности, используется приемник звукового сопровождения на микросхеме DA5. Демодулируя сигналы поднесущих частот звука 5-8 МГц, этот приемник позволяет прослушивать звуковое сопровождение на иных языках или радиопрограммы, передаваемые дополнительно к телевизионным передачам. В приемник так же встроен звуковой усилитель DA6 с громкоговорителем.

Заключение

В данной курсовой работе был сконструирован приемник спутникового канала передачи данных. Исходная рабочая частота соответствует C-диапазону рабочих частот стандарта. Приемники работают на частотах 950-1750 МГц (стандартный диапазон) и 900-2150 МГц (расширенный диапазон). Поэтому я преоразововал резонансную частоту 14 ГГц на частоту 1750 Мгц. Я использовал тройное преобразование частоты, так как невозможно обеспечить избирательность по соседнему каналу при двойном преобразовании.

В качестве поляризатора (входной цепи) я выбрал прямоугольный резонатор с симметричной диафрагмой, потому что мы таким образом выигрываем в КПД и благодаря диафрагме волна "поглощается" полностью, то есть отраженная волна отсутствует.

Была подобрана схема прототипа конвертора, предназначенного для переноса сигналов с частот диапазона 1260 МГц в диапазон 28 МГц.

Необходимо учитывать, что при больших значениях сопротивления на видеочастоте, может происходить искажение формы импульса продетектированного сигнала. И еще, при достаточно большом соотношении длительности видеоимпульса и постоянной интегрирования tвх= СвхґRвх входной цепи видеоусилителя, подключенного к детектору можно оценивать не только амплитуду импульса, но и проводить анализ временных параметров импульса. Учитывая все эти замечания, была выбрана полоса пропускания 10…300 МГц и входном сопротивлении видеоусилителя 700 Ом при входной емкости Свх = 1пф. Для реализации схемы был выбран бескорпусной детекторный диод с барьером Шоттки типа 3А206А-6, который обеспечивает тангенциальную чувствительность не хуже 54 дБм, при полосе видеотракта 10 МГц. Несмотря на то, что диоды с большим значением выходного сопротивления на видеочастоте (до 15 кОм) обеспечивают более высокие значения тангенциальной чувствительности их применение невозможно из-за искажения формы детектируемого импульса.

Детекторная секция была построена по схеме последовательного детектора. Для увеличения чувствительности детектора на диод подан ток прямого смещения.

При заданной скорости передачи символов, соответствующей исходной длительности импульсов (телеграфной посылки) нужно обеспечить качественный прием видеоизображении. Для это в схему после частотного детектора был введен триггер Шмидта для обеспечения нормального приема видеоизображения, т.е. понижения скорости передачи в оконечном устройстве до 5 бит/с, такую, которую можно регистрировать. Благодаря лавинообразному формированию фронтов триггер Шмитта по сравнению с ограничителями амплитуды обеспечивает лучшую форму импульсов при синусоидальном напряжении на входе.

Три десятилетия назад многие радиолюбители интересовались сверхдальним приемом телевидения. Сколько труда, мастерства и выдумки проявляли они, совершенствуя телевизионные приемники и создавая сложные антенные системы, позволявшие "обходить" капризы распространения радиоволн.

Спутниковые ретрансляторы сделали более "стабильным" канал передачи сигналов, но техническая реализация приема нисколько не упростилась. Здесь радиолюбителям есть где приложить свои знания и умение.

Список литературы

Мамаев Н.С. Спутниковое телевизионное вещание. - М.:Радио и связь, 1995.

Хмель В.Ф. Антенны и устройства СВЧ. Учеб. Пособие. - К.: Выща шк., 1990.

Буга Н.Н., Фалько А.И. Радиоприёмные устройства: Учебник для вузов - М.: Радио и связь, 1996.

Калихман С.Г., Левин Я.М. Радиоприёмники на полупроводниковых приборах. Теория и расчёт. - М.: Связь, 1979.

Методические указания по выполнению курсового проекта.

Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П. Сиверса. Учебное пособие для вузов. М., "Сов. радио", 1976.

Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств / М.К. Белкин, В.Т. Белинский и др. - 2-е изд. - В.ш., 1988.

Справочник радиолюбителя-конструктора.- 3-е изд., переработанное и дополненное.- М.: Радио и Связь, 1983.- 560с. (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1043).

Шустиков Е.Г. Журнал "Радио". 1988 №2

В. Жук, г. Минск Журнал "Радио", номер 3

ГОСТ 2.734-68_ Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Линии сверхвысокой частоты и их элементы.

Полупроводниковые приборы. Справочник. Горюнов В.Т.

Акимов Н.Н., Ващуков Е.П., Прохоренко В.А., Ходоренок Ю.П.: Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА, справочник - Минск "Беларусь" 1994 г.

Размещено на Allbest.ru