Разработка приемника УКВ - радиостанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Техническое задание

Введение

1. Анализ технического задания

2. Разработка структурной схемы

2.1 Расчет полосы пропускания общего радиотракта

2.2 Выбор числа преобразований частоты

2.3 Определение числа каскадов высокочастотного тракта

2.4 Определение требуемого усиления до детектора

2.5 Выбор частот гетеродинов

2.6 Выбор системы АРУ

3. Расчет УПЧ-1

Заключение

Список использованной литературы

Техническое задание

Приемник УКВ - радиостанции.

Рабочая частота 107 МГц.

Чувствительность 10 мкВ при отношении сигнал/шум 20 дБ.

Подавление побочных каналов приема:

-зеркального канала 27 дБ

- канал прямого прохождения ПЧ 42 дБ соседнего каналы приема 32 дБ

Допустимая величина коэффициента нелинейности г15%

Введение

В диапазоне ОВЧ (метровые волны) сигналы с амплитудной модуляцией (А3Е) применяются в системе подвижной электросвязи гражданской авиации (ГА).

Традиционно средства для связи на этих частотах называют УКВ - радиоаппаратурой.

УКВ - радиоустановки устанавливаются на всех типах летательных аппаратов (самолеты, вертолеты). Дальность связи на этих станциях зависит от высоты полета, поэтому при больших удалениях УКВ - аппаратура, работающая на одинаковых частотах, не создает взаимных помех радиосвязи.

Целью данного курсового проекта является разработка приемника УКВ - радиостанции.

1. Анализ технического задания.

Требования, предъявляемые к приемнику. Выбор и обоснование параметров, не указанных в исходном задании.

Определим дополнительные технические требования к проектируемому устройству. Основными регулирующими и определяющими документами в отношении судовых радиоустановок являются «Руководство по радиосвязи для использования в морской подвижной и морской подвижной спутниковой службах» и «Правила по оборудованию морских судов».

Согласно [1], дополнительные параметры:

Вид модуляции - А3E - амплитудная модуляция.

Способ настройки на частоту канала - беспоисковый, бесподстроечный. Шаг перестройки - 12,5 кГц. Антенно-фидерное устройство - вертикальный штырь, сопротивление кабеля - 50 Ом.

Полоса пропускания звуковых частот не более 8 кГц. Спектр передаваемых частот 30 - 3000 Гц.

Коэффициент нелинейных искажений приемника не более 13%.

Подавление побочных каналов приема:

-зеркального канала 30 дБ

- канал прямого прохождения ПЧ 45 дБ соседнего каналы приема 35 дБ

Относительная нестабильность частоты приемника, определенная нормативной документацией, в пределах .

2. Разработка структурной схемы

2.1 Расчет полосы пропускания общего радиотракта

приемник радиостанция частота

Разрабатываемый приемник принимает сигналы классов А3E. Принимая во внимание, что для режима телефонии спектр принимаемых звуковых частот 30 - 3000 Гц, индекс модуляции m не превышает 1 и весь спектр, излучаемый передатчиком, составит около 8 кГц. Полоса пропускания общего радиотракта определяется реальной шириной спектра принимаемого сигнала и запасом, зависящим от частотной точности радиолинии.

1)Запас на частотную неточность радиолинии при приеме без поиска и подстройки:

где - реальная ширина полосы спектра радиосигнала;

- частотная точность радиолинии

Частотная неточность радиолинии определяется так:

где и - нестабильность частот передатчика и приемника соответственно.

Эти параметры определены нормативными документами, примем и

Рассчитаем неточность на заданной частоте:

(Гц)

Полоса пропускания общего радиотракта:

(кГц)

2.2 Выбор числа преобразований частоты

Необходимость использования нескольких преобразований частоты определяется следующими принципами.

Двойное или тройное преобразование частоты применяется как способ разрешения противоречия между требованиями подавления помехи по зеркальному каналу и высокой избирательности по соседнему каналу. Первое условие предполагает выбор возможно более высокой первой промежуточной частоты, второе - возможно более низкой второй промежуточной частоты.

Зеркальная частота приема после первого преобразования частоты подавляется в тракте сигнальной частоты. Если предположить, что в этом тракте используется одиночных контуров с добротностями , то для оценки значения первой промежуточной частоты можно исходить из

где - верхняя частота диапазона приемника

а - параметр рассогласования антенно - фидерной системы и входа приемника (при работе с настроенной антенной при согласовании а = 1, при ненастроенной антенне и при рассогласовании а 0,5);

- требуемое подавление зеркального канала

, а = 1, , = 1, = 1000 (30 дБ)

подставляя все в формулу первой промежуточной частоты, получаем:

(МГц)

13,2 МГц - нижняя граница первой промежуточной частоты

Подавление соседних каналов приема осуществляется системами тракта основной (2-ой) промежуточной частоты.

Значение промежуточной частоты по требованиям избирательности соседнего канала:

, где

зависит от типа схемы и числа каскадов и находится в пределах 0,5-1

для (МГц)

Получим

(кГц);

;

(кГц)

По результатам расчетов получается, что 2-ая промежуточная частота меньше первой, в этом случае одним преобразованием не обойтись, поэтому берем два преобразования.

Для подавления зеркального канала приема необходимо выбирать (МГц). Выберем частоту из ряда стандартных значений промежуточных частот (МГц). Для обеспечения избирательности по соседнему каналу необходимо выбрать (кГц). Выбираем из стандартного ряда промежуточных частот (кГц).

Необходимо помнить, что в связи со вторым преобразованием частоты необходимо осуществить дополнительную селекцию по второму зеркальному каналу после первого преобразователя частоты. Избирательность по первому зеркальному каналу приема и каналу прямого прохождения производится в тракте сигнальной частоты до первого преобразования, а избирательность по соседнему каналу приема осуществляется после второго преобразования в тракте прохождения второй промежуточной частоты.

2.3 Определение числа каскадов высокочастотного тракта

Выбор типа детектора.

Из существующих схем диодных детекторов (параллельная и последовательная) наиболее приемлемой является последовательная, обладающая большим входным сопротивлением и большим коэффициентом передачи.

Диодный детектор может работать как в линейном, так и в квадратичном режимах. Линейный режим создаёт меньшую величину нелинейных искажений, но требует для работы большей амплитуды входного сигнала и , входной мощности.

Такой режим находит применение в приёмниках высокого класса.

(В).

Амплитуда напряжения на выходе детектора определяется по формуле:

(В)

где - коэффициент передачи диодного детектора,

m = 1 - коэффициент глубины модуляции.

2.4 Определение требуемого усиления до детектора.

При приёме на наружную антенну требуемое усиление рассчитывается по формуле:

где -напряжение на входе детектора, выбранное из таблицы 3[2]. Для диодного полупроводникового детектора . Принял (В).

- заданная чувствительность, равная 10 мкВ, отсюда

Требуемое усиление необходимо увеличить с целью обеспечения запаса на: разброс параметров, неточность измерения чувствительности и т.п.

Требуемое усиление с запасом принимаем:

Определение числа и типа усилительных каскадов до детектора.

1.Для определения числа усилительных каскадов до детектора необходимо предварительно задаться реальным коэффициентом передачи входной цепи, . Принимаем .

Коэффициент усиления усилителей УВЧ и УПЧ.

Считаем, что при определении необходимого числа каскадов УВЧ и УПЧ при полном электрическом расчёте обеспечивается получение усиления, близкое к максимально устойчивому.

Рассчитаем усиления тракта сигнальной частоты:

где -допустимое напряжение, поступающее на вход преобразователя. Возьмем его, равным 2 мВ.

-значение чувствительности на входе приемника с учетом динамического диапазона Д = 40 дБ

Т.к. коэффициент усиления в тракте промежуточной частоты практически не превышает 10…20, примем . Для преобразователей частоты, выполненных на основе полевых двухзатворных транзисторов, типа КП350А принимаем коэффициенты усиления : преобразователь частоты 1 , а преобразователь частоты 2 .

Принимаем предварительное число каскадов:

а. Каскад УВЧ: N=1

б. Каскад УПЧ1: N=1

в. Каскад УПЧ2: N=1

Определим общее усиление до детектора:

Так как общее усиление до детектора больше требуемого с запасом, то окончательно принимаем структурную схему в которой:

Количество каскадов УВЧ-1,

Количество каскадов УПЧ1-1,

Количество каскадов УПЧ2-1.

2.5 Выбор частот гетеродинов

В данном приемнике применено двойное преобразование частоты. В первом случае необходимо перенести спектр сигналов рабочего диапазона вниз, для получения первой промежуточной частоты 21,4 МГц. Используем преобразование , откуда частота гетеродина должна быть равна 85,6 (МГц). Гетеродин первого преобразователя не требует перестройки и его можно выполнить по схеме кварцевого автогенератора.

Для второго преобразования сигнал переносится с частоты 21,4 МГц на частоту 465 кГц. Также применим преобразование вида , таким образом (МГц). Гетеродин второго преобразователя также не требует перестройки и его можно выполнить по схеме кварцевого автогенератора.

2.6 Выбор системы АРУ

Система АРУ предназначена для обеспечения заданного изменения выходного напряжения приемника в условиях значительного (до 120 дБ) изменения уровня принимаемых сигналов. Это позволяет предотвратить нелинейные искажения сигнала вследствие перегрузки каскадов приемника и поддерживать режим работы последнего близким к оптимальному.

Обратная система АРУ (рис.1) является наиболее простой и эффективной, поэтому она широко используется на практике. Система представляет замкнутую нелинейную цепь автоматического регулирования, содержащую усилительный тракт приемника с регулируемым коэффициентом усиления (передачи) и цепь регулирования. Цепь АРУ служит для получения регулирующего напряжения и содержит детектор и усилитель АРУ, а также ФНЧ.

Рис.1

3. Расчёт УПЧ-1

Рис.2. УПЧ-1 с ФСС

Исходные данные для расчёта апериодического усилителя:

рабочая частота: (МГц)

Выберем транзистор КТ350А:

(В) (мА) (мА/В) (пФ)

(кОм) (пФ) (пФ) (кОм)

Коэффициент нестабильности схемы: V = 2

1.Определим максимальный коэффициент усиления:

2.Определим эквивалентное сопротивление нагрузки:

(Ом)

3.Определим величину резистора в цепи коллектора:

(Сим)

(кОм)

Принимаем ближайшее меньшее номинальное значение резистора R16=3(кОм)

4. Реальное эквивалентное сопротивление:

(Сим)

(кОм)

5. Определим коэффициент усиления усилителя:

6.Задавшись величиной напряжения ,определяем сопротивление термокомпенсации.

(кОм)

7. Определим величины резисторов делителя, при этом зададимся коэффициентом нестабильности схемы V = (1,5 - 4) =2;

(кОм)

(кОм)

8. Определим ёмкость цепи эмиттера:

(пФ)

Принимаем большее номинальное значение (пФ)

9. Определим входное сопротивление каскада:

(Сим)

(Ом)

10. Определим ёмкость разделительного конденсатора:

(пФ)

Принимаем (пФ)

Исходные данные для расчета ФСС:

Промежуточная частота - (МГц)

Входное сопротивление следующего каскада - 1кОм.

Транзистор типа ГТ309А с параметрами: , , , , , , , .

Электрический расчёт каскада по постоянному току.

1.Максимально устойчивый коэффициент усиления:

2.Определяем допустимую величину R:

;

где: -коэффициент передачи фильтра

(кОм)

3.Определим коэффициенты включения ФСС:

4.Определяем емкости звеньев фильтра:

(нФ)

Принимаем большее номинальное значение (нФ)

(нФ)

Принимаем большее номинальное значение (нФ)

(нФ)

Принимаем большее номинальное значение (нФ)

(нФ)

Принимаем (нФ)

4.Определим индуктивности звеньев фильтра:

(нГн)

(нГн)

Расчет смесителя. Преобразователь частоты выполнен на основе двухзатворного полевого транзистора КП350А.

Применение двухзатворного полевого транзистора в преобразователе частоты позволяет добиться лучшей развязки между гетеродинной и сигнальной цепями по сравнению со смесителями на однозатворном полевом транзисторе. А так как ВАХ транзистора близка к квадратичной, то это позволяет получить довольно чистый спектр.



Рис.3 Преобразователь частоты (смеситель)

Исходные данные:

Частота на входе каскада - (МГц)

Промежуточная частота - (МГц)

Частота на выходе гетеродина (МГц)

Напряжение на выходе гетеродина (В)

(мА)

Транзистор типа КП350А с параметрами:

(пФ) (пФ) (пФ) (В)

(мкСим) (мА/В) (В) (мА)

Входное сопротивление УПЧ 1= 900(Ом)

Расчёт:

1.Используя справочные данные, выбираем напряжение смещения:

(В)

2.Полагая, что для полевого транзистора:

а) при

(мА/В)

б) при (мА/В)

2. Найдём крутизну характеристики в режиме преобразования.

(мА/В)

3.Значение сопротивления определим по формуле

(Ом)

4.Величина нагрузки цепи стока.

(Ом)

(Ом)

Принимаем номинальное значение (Ом)

6.Определим значение и .

Т.к. Входное сопротивление очень велико (составляет мегаомы), то шунтируя затвор транзистора сопротивлением, величина которого меньше транзистора, можно допустить, что .

Выбираем величину сопротивления в цепи второго затвора, равное:

(кОм)

Величину конденсатора находим по формуле:

(пФ)

Принимаем номинальное значение (пФ)

7.Определим величины сопротивлений и

Рассуждая аналогично предыдущему пункту, принимаем (кОм)

Находим Величину сопротивления :

где - величина падения напряжения на ,следовательно

(кОм)

Принимаем номинальное значение (кОм)

8.Входное сопротивление каскада:

(сим)

(кОм)

Величина разделительной ёмкости:

(пФ)

9.Определяем необходимое конструктивное и эквивалентное затухание контура.

10.Характеристическое сопротивление контура.

(Ом)

11.Эквивалентная ёмкость контура:

(мкФ)

12.Коэффициент включения контура со стороны УПЧ-1:

13. Величина индуктивности контура:

Выбираем (мкФ)

(нГн)

14.Величина ёмкости равна:

(нФ)

15.Резонансный коэффициент усиления:

Заключение

В результате проделанной работы был спроектирован приемник ОВЧ диапазона для связи на частоте 107 МГц. Проведены расчеты преобразователя частоты (смесителя) и УВЧ.

В промышленном применении такие приемники, как правило, объединены конструктивно в одном корпусе радиостанции и являются составной частью приемопередатчика. В связи с тем, что нет достаточной нормативно-технической документации на интегральные микросхемы, электрический расчет схемы проводился с использованием дискретных элементов, хотя следует отметить, что современные конструкции строятся с широким использованием интегральных микросхем.

В процессе данного курсового проекта были получены знания о современных принципах и тенденциях в области схемотехники и построения радиоприемных устройств.

Список литературы

1. Марков В.А. Устройства приема и обработки информации. Разработка структурной схемы. Методические указания по дипломному и курсовому проектированию. Петропавловск-Камчатский, КамчатГТУ, 2000.

2. Марков В.А. Проектирование судовых радиоприемных устройств. Учебное пособие. Петропавловск-Камчатский, КГАРФ, 1997 г.

3. Горшелев В.Д., Красноцветикова З.Г., Федорцов В.Ф., Основы проектирования приемников. Л., Энергия, 1977 г.

4. Устинов Ю.М., Резников В.Ю., Дуров А.А. Судовая радиосвязь: Справочник по организации и радиооборудованию ГМССБ. СПб, Судостроение, 2002 г.

Размещено на Allbest.ru