Приемник сотовой связи NMT-450

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Рязанская государственная радиотехническая академия

Кафедра РТС

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: «Устройства приема и обработки сигналов

в системах подвижной радиосвязи»

на тему: «Приемник сотовой связи NMT-450»

Выполнил: студент группы 917

Комаров И.А.

Проверил:

Паршин Ю.Н.

Рязань, 2003г.

Содержание

Введение

1. Составление и расчет структурной схемы линейного тракта приемника

1.1 Расчет ширины спектра принимаемого сигнала

1.2 Допустимый коэффициент шума приемника

1.3 Расчет коэффициента прямоугольности

1.4 Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта

2. Расчет электрической принципиальной схемы

2.1 Расчет входной цепи

2.2 Входная цепь

2.3 Расчет усилителя радиочастоты

2.4 Расчет преобразователя частоты

2.5 Расчет усилителя промежуточной частоты

2.6 Амплитудный ограничитель и частотный детектор

2.7 Расчет фазосдвигающего контура

Заключение

Список литературы

Введение

Система связи стандарта NMT-450 является примером аналоговых сотовых систем первого поколения. Между подвижной и базовыми станциями используются частоты в диапазоне 453…457.5 МГц. В системе 180 каналов связи шириной по 25кГц каждый, многократное использование частоты позволяет повысить число каналов связи до 5568.

Данный стандарт является аналоговым, речевые сообщения подвергаются частотной модуляции и разносятся по частоте, поэтому для избежания взаимного влияния сообщений друг на друга к приемникам данного стандарта предъявляются высокие требования по избирательности. Чувствительность приемника непосредственно влияет на такие важные параметры, как дальность связи и качество принимаемого сигнала.

В данном курсовом проекте реализован расчет схемы приемника сотовой связи стандарта NMT-450.

1. Составление и расчет структурной схемы линейного тракта приемника

1.1 Расчет ширины спектра принимаемого сигнала

Полосу пропускания высокочастотного тракта приёмника определим по формуле:

где - ширина спектра радиочастот принимаемого сигнала;

- изменение несущей частоты сигнала за счёт доплеровского эффекта;

- величина, на которую необходимо расширить полосу пропускания для учёта нестабильности частоты передатчика и гетеродина приемника.

При проектировании данного приемника доплеровское смещение частоты сигнала и нестабильность частоты гетеродина не учитывается, но она эквивалентна возникновению добавочной модуляции сигнала по частоте. Поэтому в приемнике должны быть приняты меры по повышению стабильности частоты гетеродина.

Величина определяется по формуле:

С учетом требований предъявляемых техническим заданием, относительная нестабильность несущей частоты сигнала должна быть не хуже.

Гц

Диапазон модулирующих частот Гц,Гц, средняя девиация частоты сигнала Гц, тогда индекс модуляции можно рассчитать по формуле:

С учетом этого ширина спектра частот принимаемого сигнала будет равна:

кГц.

Полоса пропускания приёмника в целом:

кГц.

Помехи искажают амплитуду и частоту сигнала, но если изменение амплитуды сигнала происходит с малой глубиной (), то применив ограничитель амплитуды можно ее устранить.

1.2 Допустимый коэффициент шума приемника

В соответствии с исходными данными расчет будем вести по собственным шумам, полагая напряженность поля внешних помех .

Для обеспечения требуемой чувствительности коэффициент шума приемника должен удовлетворять следующему равенству:

приемник спектр радиочастота детектор

,

где - чувствительность приемника согласно ТЗ; - необходимое отношение сигнал/шум на входе приёмника; - напряженность поля внешних помех; - действующая высота приемной антенны; Дж/град - постоянная Больцмана; К - стандартная температура приемника; - внутреннее сопротивление приемной антенны.

Эффективная шумовая полоса линейного тракта приемника рассчитывается по формуле:

кГц

мкВ - заданная чувствительность

Дж/град. - постоянная Больцмана

Ом - активное сопротивление заданной антенны.

К - стандартная температура приемника

дБ или раза

Гц

Отношение сигнал/шум на входе приемника:

На этапе расчета структурной схемы можно положить, что чувствительность приемника, в основном, определяется шумами первого каскада. Это вполне допустимо, если коэффициенты усиления по мощности первых каскадов, по крайней мере, больше 10 - 20, а их коэффициенты шума соизмеримы. В качестве активного элемента будем использовать транзистор 2Т3120А, имеющий следующие параметры:

; МГц; пФ; пФ; пс;

дБ (1,26).

Выберем включение транзистора по схеме с общим эммитером и рассчитаем ее параметры на максимальной частоте диапазона МГц.

Ом

Ом

Ом

ГГц

См

См

Ф

См

Ф

Максимально достижимые коэффициенты усиления:

- для УРЧ:

- для ПЧ:

Минимально достижимые коэффициенты шума:

- для УРЧ:

- для ПЧ:

Коэффициенты шума тракта СЧ:

, следовательно, требования по чувствительности приемника выполняется.

1.3 Расчет коэффициента прямоугольности

Частотная избирательность радиотракта определяется не только полосой пропускания, но и прямоугольностью характеристики избирательности. Чтобы помеха в соседнем канале не оказывала воздействия на принимаемый сигнал, амплитуда ближайшей составляющей спектра радиоаппаратуры в соседнем канале должна быть ослаблена избирательной системой приемника в заданной число раз .

Ослабление зеркального канала обеспечивает преселектор, а ослабление соседнего канала осуществляет УПЧ и частично преселектор.

Выберем тип избирательной системы, пользуясь нормированными частотными характеристиками по заданному ослаблению по зеркальному каналу. В данном случае будем использовать одноконтурную входную цепь и УРЧ с двумя контурами при расстройке дБ (12,58).

Примем эквивалентное затухание равным и рассчитаем промежуточную частоту:

МГц

Возьмем МГц, этим добьемся еще большей избирательности по зеркальному каналу. На этой частоте для полосы частот кГц подходит фильтр сосредоточенной избирательности ФП2П4-432-31 с полосой пропускания кГц с коэффициентом прямоугольности по уровню 80 дБ.

Согласно техническому заданию требуется обеспечить дБ при расстройке 25 кГц, т.е. коэффициент прямоугольности характеристики избирательности радиотракта:



кГц - заданный разнос (расстройка) соседних каналов.

Данный фильтр при расстройке 30 кГц обеспечивает ослабление 80 дБ, следовательно при расстройке 25кГц он будет обеспечивать ослабление 50дБ и он обеспечивает избирательность по соседнему каналу согласно ТЗ.

1.4 Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта

Необходимое усиление сигналов в линейном тракте следует обеспечить при достаточной устойчивости каскадов (возможно меньшим их числе), используя экономичные электронные приборы. Если чувствительность приемника задана в виде ЭДС сигнала в антенне

Размещено на http://www.allbest.ru/

, то общий коэффициент усиления линейного тракта должен быть равен:

, где

- напряжение на выходе УПЧ;

Для детектирования ЧМ сигналов выберем детектор с парой расстроенных контуров, т.к. он дает наибольший коэффициент передачи и небольшие линейные искажения.

Зададим глубину паразитной амплитудной модуляции и для транзисторного ограничителя , тогда амплитуда сигнала на выходе УПЧ будет:

В

Коэффициент усиления линейного тракта должен быть:

Коэффициент передачи входной цепи:

, где

- для одноконтурной входной цепи.

Как было рассчитано ранее, коэффициент усиления каскада УРЧ в приемнике с фиксированной настройкой может достигать величины коэффициента устойчивого усиления

- для УРЧ:

- для ПЧ:

тогда коэффициент усиления преселектора и преобразователя будет равен:

а требуемый коэффициент усиления УПЧ составит:

В качестве амплитудного ограничителя, частотного детектора и предварительного УНЧ можно использовать микросхему К174УР1М, напряжение на входе которой должно быть не менее 500 мкВ, тогда усиление линейного тракта будет составлять:



Для обеспечения нормальной работы микросхемы требуется УПЧ с коэффициентом усиления:

Такое усиление может обеспечить один каскад на биполярном транзисторе КТ645Б.

Таким образом, структурная схема всего приемника будет выглядеть так:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Условные обозначения:

ВЦ - входная цепь; Г - гетеродин; Ф - фильтр; УРЧ - усилитель радиочастоты; ПЧ - преобразователь частоты; УПЧ - усилитель промежуточной частоты;

ЧД - частотный детектор; АО - амплитудный ограничитель;

УНЧ - усилитель низкой частоты.

2. Расчет электрической принципиальной схемы

2.1 Расчет входной цепи

В дециметровом диапазоне волн широко применяются коаксиальные и полосковые резонансные линии. В большинстве схем входных цепей встречаются параллельные резонансные контуры. Поэтому основными типами контуров являются четвертьволновый отрезок замкнутой линии или полуволновой отрезок разомкнутой линии. Входное сопротивление таких линий при настройке в резонанс имеет большую величину и является чисто активным. Резонансные линии, работающие в качестве колебательного контура, обладают высокой добротностью, причем с повышением частоты их добротность увеличивается. В данном приемнике будет использована одноконтурная входная цепь, выполненная на короткозамкнутом четвертьволновом отрезке линии.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Резонатор выполнен на несимметричной полосковой линии с размерами:

мм (ширина токонесущей полоски)

мкм (толщина токонесущей полоски)

мм (расстояние между токонесущей и заземленной полосками)

с твердым диэлектриком - стеклотекстолит СКМ-1 с относительной диэлектрической проницаемостью .

Расчет произведем для средней резонансной частоты:

МГц

Волновое сопротивление линии:

Ом

Длина линии (из условия настройки на резонансную частоту МГц):

мм,

Где м - длина волны

пФ - емкость конденсатора на конце линии.

Нормированное затухание в линии определим по графикам:

Нп

Токопроводящую полоску выполним из меди с поверхностным сопротивлением Ом

Нп/м

Сопротивление активных потерь в линии, отнесенное ко входу резонатора.

Ом, где

Резонансная проводимость резонатора:

См

Затухание резонатора, обусловленное потерями в линии:

Характеристическое сопротивление контура:

Ом

Эквивалентное затухание контура:

Эквивалентная проводимость контура:

См

Коэффициент трансформации в режиме согласования:

Коэффициент согласования нагрузки с антенной:

Коэффициент передачи при согласовании:

Емкость подстроечного конденсатора:

пФ

Выбираем пФ.

Избирательность по зеркальному каналу:

МГц

(25.5дБ)

Для реализации и определяем расстояние от замкнутого конца линии до точек подключения:

мм

мм

2.2 Входная цепь

Размещено на http://www.allbest.ru/

Токопроводящая полоска выполнена из меди. В качестве материала диэлектрика использован стеклотекстолит СКМ-1.

2.3 Расчет усилителя радиочастоты

В усилителе радиочастоты нужно использовать транзистор с малым коэффициентом шума и высокой граничной частотой. Этим требованиям отвечает биполярный транзистор 2Т3120А. Его параметры были рассчитаны ранее. Согласно расчету структурной схемы, данный усилитель должен быть двухконтурный. Функцию индуктивности выполняет отрезок полосковой линии с распределенными параметрами. Связь между контурами осуществляется за счет петли связи.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эквивалентная схема УРЧ:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Примем эквивалентную емкость контуров пФ

Характеристическое сопротивление контуров:

Ом

Длина отрезков линии:

мм

Эквивалентные затухания контуров:

Эквивалентная проводимость контура:

См

Коэффициенты включения контуров:

,

Где - проводимости ненагруженных контуров.

Коэффициент усиления каскада:



Избирательность УРЧ по зеркальному каналу:

Избирательность по зеркальному каналу, обеспечиваемая УРЧ и входной цепью:

дБ,

Что выше требуемой по техническому заданию избирательности (50дБ), следовательно, избирательность по зеркальному каналу обеспечена.

Расчет элементов, обеспечивающих режим УРЧ.

Определяем изменение обратного тока коллектора:

А, где

- параметр транзистора

- максимальная рабочая температура

Тепловое смещение напряжения базы:

В, где

мВ/К

Необходимая нестабильность коллекторного тока:

А, где

- рекомендуемый режим работы транзистора

Сопротивление резисторов:

Ом

кОм

кОм

Емкости конденсаторов:

пФ

2.4 Расчет преобразователя частоты

Преобразователь частоты состоит из смесителя, к которому подается принимаемый сигнал и гетеродина, напряжение которого периодически меняет параметры сигнала. На выходе выделяется сигнал преобразованной частоты .



Размещено на http://www.allbest.ru/

Этот каскад также выполним на транзисторе 2Т3120А, который по всем своим параметрам подходит для этой цели. В этом каскаде транзистор работает в том же самом режиме, поэтому его параметры остаются теми же.

Рассчитаем элементы цепей питания:

Изменение обратного тока коллектора:

А,

где - параметр транзистора

- максимальная рабочая температура

Тепловое смещение напряжения базы:

В,

Где мВ/К

Необходимая нестабильность коллекторного тока:

А, где

- рекомендуемый режим работы транзистора

Сопротивление резисторов:

Ом

кОм

кОм

кОм

Емкость конденсаторов:

пФ

пФ

Выбираем индуктивность контура мкГн.

Выбираем коэффициент подключения контура к транзистору

Собственное затухание контура

Коэффициент подключения контура к УПЧ-контуру:

Коэффициент преобразования:

, что говорит об устойчивой работе данного каскада.

Емкость конденсатора выходного контура:

2.5 Расчет усилителя промежуточной частоты

В данном приемнике используется УПЧ с фильтром Ф2П4-432-31, который полностью обеспечивает избирательность по соседнему каналу. Расчет УПЧ произведен на слабоизбирательную колебательную систему, нагрузкой которой служит микросхема К174УР1М с входным сопротивлением кОм.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В УПЧ применим усилитель на транзисторе КТ 645Бвключенном в схеме с ОЭ. Параметры этого транзистора:

МГц, пФ, пФ, , пс, мА

См

См пФ

Показатель связи фильтра с усилителем:

, где

- конструктивное затухание контура

Индуктивность контурной катушки:

мкГн

Индуктивности катушек согласующего трансформатора:

мкГн

нГн

Коэффициент включения:

Индуктивность катушки связи фильтра с контуром:

нГн

Емкость контура:

пФ

Эквивалентное затухание контура:

Реализуем режим максимального усиления, что достижимо при следующих параметрах схемы:

коэффициент включения контура в цепь базы следующего каскада:

эквивалентная емкость контура:

мкФ

индуктивность контура:

нГн

Расчет элементов цепей питания:

Изменение обратного тока коллектора:

А, где

- параметр транзистора

- максимальная рабочая температура

Тепловое смещение напряжения базы:

В, где

мВ/К

Необходимая нестабильность коллекторного тока:

А

Сопротивление резисторов:

Ом

кОм

Ом

кОм

Емкость конденсаторов:

нФ

пФ

Коэффициент усиления каскада:

2.6 Амплитудный ограничитель и частотный детектор

В качестве амплитудного ограничителя и частотного детектора применим микросхему К174УР1М, в которой происходит предварительное усиление сигнала промежуточной частоты, амплитудное ограничение, частотное детектирование с помощью частотно-фазового частотного детектора с фазосдвигающим контуром и схемой совпадений и предварительное усиление сигналов звуковой частоты.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Параметры микросхемы:

Напряжение источника питания: 12В

Выходное напряжение звуковой частоты: мВ

Входное напряжение при ограничении: мкВ

Коэффициент подавления АМ: >46дБ

Коэффициент гармоник:

2.7 Расчет фазосдвигающего контура

Примем пФ

нГн

Для уменьшения влияния входного сопротивления на контур

пФ

Максимально допустимая эквивалентная добротность фазосдвигающего контура:

кГц

Сопротивление шунтирующего резистора:

Ом

Ом

Можно применить контур с добротностью:

Заключение

При выполнении данного курсового проекта были получены навыки расчета основных каскадов радиоприемного устройства.

В соответствии с техническим заданием была составлена и рассчитана структурная схема приемника сотовой связи NMT-450. В частности, были составлены и рассчитаны принципиальные электрические схемы входной цепи, усилителя радиочастоты, преобразователя частоты, усилителя промежуточной частоты и демодулятора, также был конструктивно разработан такой узел как входная цепь.

По результатам расчетов можно сделать вывод, что данный приемник обеспечивает устойчивую работу на частотах 460-465МГц. Все сигналы с учетом их динамического диапазона находятся на линейном участке характеристик активных элементов, что позволило отказаться в данном случае от применения АРУ, т.е. тракт до детектора можно считать линейным.

Список литературы

1. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П. Сиверса. М. Сов.радио.1976г.

2. Радиоприемные устройства. Бобров Н.В. М.Энергия.1976г.

3. Расчет радиоприемников. Бобров Н.В., Максимов Г.В. и др.М.Воениздат.1971г.

4. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Брежнева К.М., Гатман Е.И., Давыдова Т.И. М.Радио и связь.1981

5. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Справочник. Новаченко И.В. и др. М.Радио и связь.1989г.

Размещено на Allbest.ru