Проектирование радиоприемных устройств

 

 

Министерство  общего  и  профессионального  образования   РФ

Уральский государственный технический университет   -  УПИ

Кафедра РЭИС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проектирование радиоприемных устройств

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине "Радиоприемные устройства"

вариант №4

 

 

 

 

 

Группа:            Р-489

Студентка:      Брылева А.С.

Преподаватель:   Нехорошев В.Д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург, 2001г.

 

 

Оглавление

 

1.Задание на проектирование..............................................................................................................	3
2.Введение.............................................................................................................................................	4
3.Выбор структурной схемы...............................................................................................................	5
3.1.Полоса пропускания линейного  тракта......................................................................................	5
Выбор первых каскадов....................................................................................................................	6
Обеспечение избирательности приемника.........................................................................................	6
Обеспечение усиления линейного такта.............................................................................................	7
Выбор амплитудного детектора..........................................................................................................	10
Выбор схемы АРУ.................................................................................................................................	11
Выбор УНЧ............................................................................................................................................	11
Расчет элементов субблока..................................................................................................................	12
Заключение............................................................................................................................................	16
Приложение 1. Электрическая схема..................................................................................................	17
Приложение 2. Перечень элементов...................................................................................................	18
Библиографический список.................................................................................................................	19

 

 

1. Задание на проектирование

Спроектировать приемник двухполосных одноканальных телефонных амплитудно-модулированых сигналов (режим АЗ).

Настройка приемника плавная и выполняется оператором по принимаемому сигналу. В приемнике должна быть предусмотрена система АРУ. Чувствительность приемника задана в предположении, что единственной помехой является собственный шум приемника. Параметры приемника приведены в следующей таблице.

 

fc, МГц	3.6-3.65	Частота сигнала
b	3*10-5	Относительная нестабильность частоты принимаемых сигналов
F, кГц	0.15-4.0	Частота модуляции
m	0.8	Коэффициент модуляции АМ сигналов
g, дБ	18	Отношение сигнал/шум на выходе приемника
EA, мкВ	15	Чувствительность приемника
n, %	12	Допустимый коэффициент гармоник
m, дБ	6	Допустимый коэффициент амплитудно-частотных искажений
Dfc, кГц	10	Расстройка соседнего канала
Seск, дБ	20	Ослабление соседнего канала
Sзк, дБ	32	Ослабление зеркального канала
Sпч, дБ	40	Ослабление на промежуточной частоте
А/В, дБ	40/6	Диапазон действия АРУ
Рвых, Вт	0.2	Выходная мощность приемника

 

 

2.Введение

 

Радиоприемное устройство (РПрУ)- это комплекс электрических цепей , функциональных узлов и блоков, предназначенных для улавливания распространяющихся в открытом пространстве электромагнитных колебаний искусственного или естественного происхождения в радиочастотном (3*103… 3*1012 Гц) и оптическом (3*1012… 3*1016 Гц) диапазонах и преобразование их к виду, обеспечивающему использование содержащейся в них информации. Радиоприемные устройства являются важнейшими составными частями всех радиосистем, в том числе радиосвязи, радиовещания и телевидения, относящихся по информационному назначению к классу систем передачи информации из одних пунктов пространства в другие. В зависимости от признаков, положенных в основу, существует ряд различных классификаций РПрУ. По основному функциональному назначению РПрУ делят на профессиональные и вещательные. К профессиональным  приемникам (в системах передачи информации) относятся РПрУ связные, телевизионные, телеметрические, телеуправления и др. Вещательные приемники обеспечивают прием программ звукового и телевизионного вещания. Их массовое производство и необходимость относительной дешевизны обуславливают сравнительно простые технические решения. Профессиональные РПрУ отличаются большей сложностью и стоимостью, зачастую соизмеримой со стоимостью предающего оборудования.

Приемники можно классифицировать также по следующим признакам:

а) род работы;

б) характер модуляции принимаемых сигналов;

в) диапазон волн;

г) особенности схем приемников.

 

а. По роду работы различают радиотелеграфные, радиотелефонные, телевизионные, радиолокационные и радионавигационные приемники, а также приемники неподвижных изображений, сигналов радиотелеуправления и т. д.

 

б. По характеру модуляции принимаемых сигналов приемники предназначаются для приема сигналов с амплитудной и частотной модуляцией и разновидностями импульсной модуляции (время-импульсная, кодовая импульсная и др.).

 

в. По диапазону волн приемники разделяются на длинноволновые, средневолновые, коротковолновые и ультракоротковолновые. Ультракоротковолновые приемники в свою очередь делятся на приемники метровых, дециметровых и сантиметровых волн. Приемники могут предназначаться для работы в одном или (чаще) в нескольких диапазонах, например, в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.

 

г. По особенностям схем приемников различают приемники: прямого усиления, суперрегенеративные и супергетеродинные с одинарным и двойным преобразованием частоты.

 

Несмотря на такое многообразие, все радиоприемные устройства связывает общность построения структурной схемы. Это позволяет в основу изучения радиоприемных устройств положить раздельное рассмотрение блоков, входящих в состав любого радиоприемного устройства независимо от его назначения.

 

3.Эскизный расчет

Структурная схема приемника

 

Все гетеродинные приемники состоят из трех основных частей: линейного тракта, демодулятора и устройств регулировок (управления). Линейный тракт одинаков для приемников различных типов. Он состоит из входной цепи (ВЦ), усилителя радиочастоты (УРЧ), смесителя (С) и гетеродина (Г) преобразователя частоты , а также усилителя промежуточной частоты (УПЧ).

Радиоприемное устройство может быть представлено следующей структурной схемой:

 

 

 

 Назначение отдельных узлов  в которой определяется основными  функциями, выполняемыми каждым  радиоприемным устройством. К ним относятся:

1.Преобразование электромагнитного  поля сигнала в высокочастотный  токи или напряжения. Такое преобразование  выполняет приемная антенна.

2 Выделение колебаний с частотой  принимаемого сигнала и эффективное  подавление сигналов на других  несущих частотах, т. е. осуществление  частотной избирательности сигнала. Эта задача решается избирательными  системами, входящими в линейный тракт.

3. Детектирование принятого сигнала, т. е. выделение напряжения, соответствующего  модулирующему сигналу, с помощью  которого передается полезное  сообщение. Эта задача в зависимости  от вида модуляции сигнала  решается амплитудным, частотным  или фазовым детекторами.

4. Ослабление мешающего действия  помех, спектр которых частично  или полностью перекрывает спектр  сигнала, т. е. обеспечение помехоустойчивого радиоприема. Все способы повышения помехоустойчивости основаны на использовании каких-либо различий между сигналом и помехой. Реализация этих способов заключается в соответствующем выборе электрических характеристик отдельных блоков радиоприемника и введении специальных схем обработки принимаемых колебаний.

5. Усиление принятого сигнала  с целью обеспечения нормальной работы исполнительного устройства, воспроизводящего принятое сообщение, и вспомогательных схем защиты от помех.

Особенностью структурной схемы приемников с амплитудной модуляцией является то, что в качестве демодулятора применяется амплитудный детектор (АД), за которым обычно следует усилитель низкой частоты (УНЧ) приемника. Приемник по необходимости снабжается устройствами частотной автоподстройки частоты гетеродина, состоящим из различителя (РЧАП) и управителя (УЧАП), и авторегулировки усиления (АРУ). Типовая структурная схема приемника непрерывных сигналов с АМ приведена на рис.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При выборе схемы линейного тракта следует учитывать необходимую полосу, которая существенно влияет на показатели всех каскадов и элементов приемника.

Полоса пропускания линейного тракта приемника

 Полосу пропускания линейного тракта приемника рассчитаем по следующей формуле:

Где

  

• ширина спектра радиочастот принимаемого сигнал

 

  Fmax = 3кГц  - максимальная частота спектра управляющих сигналов

 

• полоса учитывающая нестабильность и неточность настроек приемника

 

Будем считать, что и приемник и передатчик неподвижны, тогда величину доплеровской добавки Dfд можно приравнять к нулю.

Выберем однокаскадный транзисторный гетеродин без кварцевой стабилизации с относительной нестабильностью частоты dfг/fг = 10-4

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор первых каскадов

Определив необходимую полосу линейного тракта, нужно перейти к выбору первых каскадов приемника, обеспечивающих требуемую  чувствительность.

Вычислим допустимый коэффициент шума приемника:

 

Обеспечение избирательности приемника

В супергетеродинных приемниках частотная избирательность определяется в основном ослаблениями зеркального и соседних каналов. В приемниках с одинарным преобразованием частоты ослабление зеркального канала обеспечивает преселектор, ослабление соседнего канала- в основном УПЧ и частично преселектор. Промежуточная частота должна лежать вне диапазона принимаемых частот fc и обеспечивать:

• заданную избирательность по зеркальному каналу
• заданную избирательность по соседнему каналу
• заданную полосу пропускания линейного тракта
• возможность применения контуров с реализуемой добротностью
• устойчивое детектирование радиоимпульсов и хорошую фильтрацию сигналов промежуточной частоты при детектировании
• требуемое усиление и устойчивость работы УПЧ
• малый коэффициент шума в приемниках.

 

 

Сначала, определим значение промежуточной частоты fп, для этого по графикам по заданному значению ослабления зеркального канала SeЗК=32 дБ найдем обобщенную расстройку

ξЗК=11 дБ зеркального канала и переведем полученное значение из дБ в разы : ξЗК=3.54 раз

По следующей формуле рассчитаем значение промежуточной частоты:

 

Ближайшая стандартизированная промежуточная частота fпр=465 кГц, дальнейшие расчеты будем вести, используя данную промежуточную частоту.

Так как П/fп³ 2.82*dэ=0,014, и предъявляются достаточно высокие требования к избирательности по соседнему каналу, то рационально применить фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ) на промежуточной частоте, так как в этих условиях ФСИ может дать лучшую избирательность, чем УПЧ с распределенной избирательностью (УПЧ-Р). Также добавочным преимуществом ФСИ является сосредоточение средств избирательности перед усилителем, что уменьшает опасность дискретных помех. Наконец, частотная характеристика ФСИ меньше зависит от изменения параметров транзисторов, чем характеристика УПЧ-Р.

 Используя нормированные частотные  характеристики преселекторов выбираем  следующую схему преселектора:

 

 

 

 

 

 

 

 

Обеспечение усиления линейного тракта.

Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта можно начать с определения коэффициента усиления преселектора (ВЦ и УРЧ). В транзисторных приемниках коэффициент усиления преселектора можно найти из выражения:

Где Ковц - коэффициент передачи входной цепи, Ко - коэффициент усиления одного каскада УРЧ, n- число каскадов УРЧ.

Рассчитаем коэффициент передачи входной цепи в трех точках диапазона: в начале (fcmax), в середине и конце (fcmin) соответственно:

 

 

Для вычисления коэффициента усиления каскада УРЧ сначала рассчитаем устойчивый коэффициент усиления. Поскольку тип транзистора УРЧ не задан, выбираем транзистор ГТ308А, который удовлетворяет условию fY21 ³ fc max. Поэтому параметры транзистора можно считать независимыми от частоты в данном поддиапазоне.

Паспортные данные транзистора ГТ308А: