Разработка приёмника радиолокационной станции обнаружения

Существенное улучшение всех показателей РПрУ достигается на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала - переноса его в частотную область, где он может быть обработан с наибольшей эффективностью. Самое широкое распространение во всех радиодиапазонах получила построенная на этом принципе схема супергетеродинного приемника. Эта схема в настоящее время наиболее совершенна.

Приемники супергетеродинного типа позволяют успешно решать задачи получения требуемой фильтрации принимаемого сигнала, обеспечение заданного усиления, решение проблемы селективности, простоты перестройки, которая обеспечивается с помощью простых колебательных систем преселектора. Относительная широкополосность приемников импульсных сигналов позволяет, как правило, строить такие приемники с однократным преобразованием частоты. Из выше сказанного можно сделать вывод, что построение проектируемого РПрУ целесообразно выполнять по супергетеродинной схеме, наилучшим образом удовлетворяющей заданным техническим требованиям.

Структурная схема приемника с однократным преобразованием частоты: АФТ - антенно-фидерное устройство; ВЦ - входная цепь; СМ - смеситель; Г - гетеродин; ДМ - демодулятор; Н - нагрузка; АРУ - автоматическая регулировка усиления; АПЧГ - автоматическая подстройка частоты гетеродина; ПРД - передатчик.

Амплитуда сигналов, поступающих на вход радиолокационного РПрУ, изменяется в широких пределах, т.к мощность отраженных от цели сигналов обратно пропорциональна четвертой степени расстояния до цели (которое может меняться) и, кроме того, зависит от типа цели и её эффективной поверхности рассеивания. Работа РЛС в реальных условиях сопровождается действием разного рода активных и пассивных нестационарных помех естественного и искусственного происхождения, уровень мощности которых зачастую значительно (на 20. .60 дБ) превышает уровень полезного сигнала, а параметры априорно неизвестны. Воздействие помех еще больше расширяет диапазон изменения сигналов, поступающих в антенну РЛС.

1.1 Определение параметров структурной схемы приёмника

Проектируемый радиолокационный приемник имеет настроенную антенну, т.е. её сопротивление чисто активно и равно сопротивлению фидера:

Ом

Относительная шумовая температура антенны:

;

где T₀ - стандартная температура приёмника Т₀=290 ⁰ К;

Т_А - абсолютная шумовая температура антенны.

Для нашей приемной антенны примем: Т_А =140 ⁰ К.

1.1.2 Расчет полосы пропускания линейного тракта РПрУ

Начнём расчёт усилителя в выбора транзистора. Для УПЧ используют высокочастотные биполярные транзисторы.

В качестве транзистора выбираем 2N2478, т.к МГц. = 120 МГц и выполняется условие (2-3)

Параметры транзистора 2N2478:

= 200МГц, 0.5= 60МГц, = 30 мА/В, g= 2 мСм, С= 70пФ, g= 6мкСм, С= 8пФ, С= 2пФ, h= 50, Nм= 5дБ, Iкбо= 2мкА.

Для обеспечения избирательности по соседнему каналу применяют фильтр сосредоточенной селекции (ФСИ) на ПЧ, т.к ФСИ может дать лучшую избирательность, чем УПЧ с распределенной избирательностью. При этом каскад УПЧ содержит каскад с ФСИ, который обеспечивает требуемую избирательность и ряд апериодических или слабоизбирательных каскадов, создающих основное усиление на ПЧ.

Исходные данные для расчёта:

= 60 МГц - промежуточная частота,

П= 15.75 МГц - полоса пропускания,

=3510³ - коэффициент усиления УПЧ,

Особые требования по избирательности по соседнему каналу на предъявляются.

Принципиальная схема каскада с ФСИ.

Расчёт:

Определим величину :

= ;

где - промежуточная частота,

- собственное затухание контура,

П - полоса пропускания УПЧ.

d = 0.004, П = 15.75 МГц.

= = 0.03

Задаемся числом звеньев и в качестве начального приближения выбираем n= 4.

Находим ослабление на границе полосы пропускания, обеспечиваемое одним звеном:

,

где - ослабление на границе полосы пропускания.

= 3дб.

По графику для = 0.03 и = 0.75 находим параметр .

Из графиков параметр получился равным= 0.9.

Определим разность частот среза:

= = = 17.5 МГц.

Определим вспомогательные величины yи :

y=

=

y= 1.8

=

По графику находим для = 0.027 и y= 1.8:

Из графиков параметр S= 10.3 дБ.

Определяем расчетное ослабление соседнего канала, задавшись величиной :

S= n,

где S - ухудшение избирательности из-за рассогласования фильтра с источником сигнала и нагрузкой.

S= 4 = 38.2 Дб

Особых требований к избирательности по соседнему каналу не предъявлялось, будем считать, что S= 38.2 дБ нам подходит.

Для расчета элементов фильтров зададимся величиной номинального характеристического сопротивления: Wo= 20кОм.

Вычисляем коэффициенты трансформации по формулам:

m=

m=

= 20•10•6•10 = 0.121,

= 20•10•2•10 = 401 .

По графикам определяем коэффициент передачи ФСИ для n = 4, = 0.027

Из графика коэффициент передачи ФСИ получился равным, Кпф= 0.75.

Получилось что , то для согласования фильтра с коллекторной цепью параллельно входу фильтра включаем шунтирующий резистор с проводимостью:

См > Ом

Рассчитаем коэффициент усиления каскада с ФСИ:

Рассчитываем элементы, образующие звенья ФСИ:

где m - соответствует коэффициенту трансформации m,

- коэффициент связи (0.7-0.9).

Расчёт параметров усилительных каскадов:

Площадь усиления:

,

где - коэффициент усиления одного каскада (),

- требуемая верхняя граничная частота ().

Гц

Гц

Определим число каскадов из номограмм, где построены зависимости, отношения площади усиления к верхней частоте усиления , от коэффициента усиления АУ . При этом - верхняя граничная частота с учётом числа каскадов . в нашем случае равно .

Гц

Из номограмм видно, что нам потребуется два каскада усиления после каскада ФСИ.

Будем использовать тот же транзистор, что и в каскаде с ФСИ.

Для требуемого усиления (35•) в УПЧ необходимо 3 каскада. Тогда коэффициент усиления составит:

Напряжение на выходе 3-х каскадного УПЧ с ФСИ составит:

В

Превышением усиления в нашем случае можно пренебречь.

Исходные данные для расчёта усилителя:

П= 15.75 МГц - полоса пропускания,

Гц - верхняя граничная частота с учётом количества каскадов, - диапазон рабочих температур,

Изменение обратного тока коллектора:

Ток делителя:

Сопротивления в цепи базы:

Сопротивление в цепи эмиттера:

Емкость в цепи эмиттера:

- влияние ёмкости в цепи эмиттера.

Разделительные ёмкости:

Сопротивление в цепи коллектора:

Принципиальная схема трёхкаскадного УПЧ с ФСИ приведена в приложении.

3. Конструкция приемника