Расчет преселектора радиоприемного устройства

Министерство связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

 

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

 

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дисциплина

 

 

РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

 

Курсовая работа

 

Расчет преселектора радиоприемного устройства

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:	Самолюк Д.А.
Группа:	ЗР-01
Вариант:	11
Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2014

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные на курсовой проект

 

Задание:

Спроектировать радиовещательный ДСКВ приемник со следующими техническими данными:

 

Технические данные:

Вариант	11
Диапазон частот приема: fn, МГц; fv, МГц;	0,148 2,8
Чувствительность, при С/Ш = 10, мкВ	50,3
Ширина полосы пропускания, кГц	6,8
При неравномерности усиления в пределах полосы, дБ	7,1
Избирательность по соседнему каналу, дБ	43,5
Избирательность по зеркальному каналу, дБ	37,5
Допустимая неравномерность по диапазону, раз	1,99
АРУ: изменение выходного напряжения, дБ	4,8
АРУ: при изменении входного, дБ	43,5
Номинальное выходная мощность, Вт	0,83
Тип антенны*	Внешняя
Параметры антенны:
RA, Ом	20
LA, мкГн	25
CAmax, пФ	270
CAmin, пФ	50
Конструкция приемника	Стационарный
Источник питания	сеть

 

*Антенна ненастроенная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Радиоприемные устройства являются важнейшими составными частями всех радиосистем, относящихся по информационному назначению к классу систем передачи информации из одних пунктов пространства в другие. Это комплекс электрических цепей, функциональных узлов и блоков, предназначенных для улавливания распространяющихся в открытом пространстве электромагнитных колебаний, и преобразования их к виду, обеспечивающему использование содержащейся в них информации.

В данном курсовом проекте разрабатывается радиовещательный ДСКВ стационарный приемник, в с сетке частот 0,148…2,8 МГц, питающийся от сети 220 В. Разрабатываемый приемник должен принимать только полезный для него сигнал.

Данному приемнику следует отвечать тем техническим данным, которые на него возложены, поэтому весь подбор элементной базы рассчитывается на основе данных характеристик.

Радиоприемное устройство должно включать в себя такие блоки как:

• входная цепь;
• УРЧ (усилитель радиочастоты);
• радиотракт;
• избирательная цепь;
• детектор сигнала;
• цепи автоматической регулировки усиления (АРУ);
• усилитель звуковой частоты (УЗЧ).

Задачей данного курсового проекта провести расчет радиоприемного устройства с учетом особенностей построения приемников в заданном диапазоне частот.

Произвести предварительный расчет, в котором определяется вся структура будущего приемника, а также его особенности принципиальном исполнении.

Произвести принципиальный расчет узлов, входящих в разработанную структурную схему с выбором соответствующей элементной базы. В результате выполнения курсового проекта произвести расчет результирующих характеристик полученного приемника. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Предварительный расчет структурной схемы проектируемого приемника

 

1. Определение полосы пропускания преселектора

 

Структурная схема приемного устройства составляется на основе предварительного расчета, который включает в себя определение числа контуров преселектора и их добротности, выбор типа и числа фильтрующих систем тракта промежуточной частоты, определение числа каскадов и выбор типа активных элементов.

При проектировании радиовещательных приемников поддиапазоны рабочих частот обычно заданы ГОСТ и этот расчет не нужен. В поддиапазонах коротких волн основную неравномерность усиления полосе пропускания приемника относят к тракту промежуточной частоты (3÷60) дБ, а меньшую долю к преселектору (1÷3) дБ.

Неравномерность усиления преселектора берут равной нулю при выполнении условия:

(1.1)

где  fн – нижняя частота рассчитываемого поддиапазона,

Ппр-ка – полоса пропускания приемника.

 

Условие не выполняется, значит неравномерность преселектора принимается равной 3 дБ и считается распределенной в полосе пропускания между преселектором и трактом ПЧ.

Для радиовещательных приемников ДСКВ с амплитудной модуляцией в установлено стандартное значение промежуточной частоты: fпр = 425 кГц.

Полоса пропускания преселектора определяется с учетом нестабильности частоты принимаемого сигнала, гетеродина и реальной неточности сопряжения настроек контуров преселектора и гетеродина, и определяется по формуле:

 

П = Пс + 2·Δпрес макс,      (1.2)

где  Пс - ширина спектра частот принимаемого сигнала.

Δпрес макс - общий максимальный уход частоты настройки преселектора.

 

Общий максимальный уход частоты настройки преселектора определяется по формуле:

(1.3)

где  δc = 10-5 - относительная нестабильность частоты принятого сигнала (по ГОСТ на радиовещательные передатчики δc ≤ 1,5∙10-5),

δг = 10-4 – относительная нестабильность частоты гетеродина для отдельного гетеродина с параметрической стабилизацией,

δк = 5,0∙10-5 - относительная нестабильность частоты колебательных контуров,

Δсопр - неточность сопряжения настроек контуров преселектора и гетеродина, определяемая по формуле:

 

(1.4)

где   Кпд - коэффициент перекрытия рассчитываемого поддиапазона, определяемый по формуле:

(1.5)

 

Подставив значения и произведя вычисления по формулам (1.2 - 1.5):

 

(1.6)

где   - верхняя граница рассчитываемого поддиапазона;

- верхняя граница рассчитываемого поддиапазона;

 

 

 

(1.7)

 

Следовательно, общий максимальный уход частоты настройки преселектора:

 

 

 

 

В радиовещательных приемниках предполагается подстройка в процессе работы, поэтому берут:

(1.8)

где  Пс - ширина спектра частот принимаемого сигнала,

Fв - верхняя модулирующая частота.

При амплитудной модуляции (АМ) верхняя частота модуляции определяется как:

(1.9)

Так как

 

Следовательно:

 

 

2. Расчет числа контуров преселектора

 

В приемниках звукового вещания в диапазонах длинных и средних волн (НЧ и СЧ) число контуров преселектора N и эквивалентная добротность Qэ определяется исходя из требуемой избирательности по зеркальному каналу (на высшей частоте поддиапазона) и допустимой неравномерности усиления (на нижней частоте поддиапазона).

Задача состоит в выборе числа и типа селективных систем преселектора (чаще всего в качестве селективных систем здесь используются одиночные контуры)  и расчет их требуемой эквивалентной добротности QЭ, исходя из заданной избирательности приемника по зеркальному каналу SeЗК и обеспечения требуемой полосы пропускания этого тракта ПЧ при допустимом уровне частотных искажений или неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).

В диапазоне коротких волн КВ число контуров преселектора и эквивалентная добротность определяется заданной избирательностью по зеркальному каналу (использована формула малых расстроек) по формуле:

 

(1.10)

где  Sезк, раз - заданная избирательность по зеркальному каналу в относительных единицах,

N – число контуров преселектора.

γзк - относительная расстройка зеркального канала определяется по формуле:

 

(1.11)

где fзк = fв + 2·fпр, МГц - частота первого зеркального канала при верхней настройке гетеродина.

Реально-выполнимые контуры имеют конструктивную добротность:

• в диапазоне низких частот (ДВ): Qк = 20…50;
• в диапазоне средних частот (СВ): Qк = 50…120;
• в диапазоне высоких частот (КВ): Qк = 120…200;
• в очень высоких частот (УКВ): Qк = 120…200.

Меньшие значения Qк относятся к низкочастотной части соответствующего диапазона, большие – к высокочастотной.

Эквивалентные добротности не должны превышать значения:

Qэ = (0,45…0,85)·Qк    (1.12)

Уточняется при электрическом расчете входной цепи.

Определение требуемой эквивалентной добротности контура исходя из требований избирательности по ЗК (для N = 2) по формуле (1.10):

 

 

Определяем значение добротности исходя из требования допустимой неравномерности в пределах полосы пропускания.

 

 

Эквивалентную добротность одного контура преселектора определяем из условия:

 

Число контуров в преселекторе N = 2.

При N =2 значение добротности реализуемо, поэтому дальнейший расчет исходит из параметров:

• Qэ1 = 30;
• Qк1 = 45;
• Число контуров в преселекторе N = 2.

На рисунке 1.1 показана одна из наиболее распространенных схем двухконтурной входной цепи.

Рисунок 1.1 - Схема двухконтурной входной цепи

 

Здесь связь первого контура с антенной – трансформаторная. Связь между контурами внутриёмкостная через конденсатор Ссв1 и внешнеёмкостная через Ссв2. Двухконтурная входная цепь позволяет получить форму резонансной кривой более близкой к прямоугольной, т.е. повысить избирательность. В этом случае будут меньше искажения из-за перекрестной и взаимной модуляции помех, то есть лучше реальная многосигнальная избирательность.

 

3. Выбор типа и количества фильтров тракта ПЧ

 

Основная избирательность и усиление супергетеродинного приемника обеспечивается трактом промежуточной частоты. В настоящее время в качестве фильтров тракта ПЧ LC - фильтры различной сложности. Такие фильтры включают на выходе смесителя, ими в основном и определяется избирательность по соседнему каналу и форма частотной характеристики тракта. Фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ) включается на выходе преобразователя. В качестве ФСИ в данном проекте выбран пьезокерамический фильтр (ПКФ).

ПКФ имеют массу достоинств, однако, затухание этих фильтров за пределами полосы пропускания возрастает не монотонно. Поэтому перед фильтром включим резонансный широкополосный контур (ШПК), согласующий входное сопротивление фильтра с выходным сопротивлением смесителя.

Выбор типа ПКФ осуществляется по следующим показателям:

• избирательность по соседнему каналу SeСК (дБ);
• полоса пропускания тракта ППЧ (кГц);
• неравномерность на границе полосы пропускания фильтра σФСИ (дБ).

Значение полосы пропускания тракта ПЧ для АМ определяется по формуле:

 

Ппч = 2·FВ + 2ΔПЧ     (1.13)

где  ΔПЧ – максимальный уход частоты настройки тракта ПЧ, определяемый по формуле:

(1.14)

где  δc, δг, δк, fгmax были определены ранее.

 

 

 

в радиовещательных приемниках предполагается подстройка в процессе их работы, поэтому для АМ по формуле:

 

 

следовательно

 

 

Неравномерность на границах полосы пропускания ФСИ определяется по формуле:

(1.15)

где  σпр - значение неравномерности на границе полосы пропускания всего приемника по заданию,

σпрес - значение неравномерности на границе полосы пропускания преселектора не более 1 дБ,

σшпк - значение неравномерности на границе полосы пропускания широкополосного согласующего контура:

σшпк= 0,3 дБ, выбранное из диапазона (0,2÷0,3)дБ, 

n – число  ШПК,

 

 

По перечисленным исходным данным: Seск(дБ), Ппч(кГц), σфси(дБ), в проекте выбран фильтр ФП1П-023, основные характеристики которого приведены в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1 – Технические данные фильтра ФП1П-023

Параметр	Значение
Модель фильтра	ФП1П-023
Средняя частота полосы пропускания, кГц	465
Полоса пропускания по уровню 6 дБ, кГц
Неравномерность в полосе пропускания не более, дБ	2
Избирательность при расстройке от средней частоты ±9 кГц не менее, дБ	40
Входное и выходное сопротивление, кОм	2

 

Однако данный фильтр не обеспечивает требуемую избирательность, поэтому необходимо применение дополнительной избирательной цепи. В качестве доп. избирательной цепи можно использовать ШПК, который помимо согласования сопротивлений будет обеспечивать необходимую избирательность.

ШПК должен обеспечивать избирательность по соседнему каналу:

(1.16)

 

Неравномерность на границе полосы пропускания доп. избирательной церии определяется: