Оценка физической реализуемости
Введение
Радиоприемные устройства являются неотъемлемой частью любой радиотехнической системы. Устройства приема и обработки сигналов нашли применение в радиотехнических системах: пассивной и активной радиолокации, навигации, в панорамных устройствах и системах исследования любого радиоизлучения, в системах радиосвязи, телевидения, радиовещания, в космической, сотовой и пейджинговой системах связи. В связи с этим в настоящее время для радиоприемных устройств весьма характерным является большое их разнообразие, определяемое различием радиотехнических систем, в состав которых они входят.
Несмотря на такое разнообразие, все радиотехнические устройства связывает общность построения структурной схемы.
Современные радиоприемные устройства в большинстве случаев строят по супергетеродинной схеме, которая способна обеспечить высокие усиление и избирательность во всех радиочастотных диапазонах. Структурная схема супергетеродинного типа состоит из трех основных частей: линейного тракта, демодулятора и устройства регулировки (управления). Линейный тракт одинаков для радиоприемников различных типов и состоит из преселектора (входная цепь и усилитель радиочастоты), преобразователя частоты и усилителя промежуточной частоты.
Основным направлением в проектировании современной радиоприемной аппаратуры является разработка ее на основе микросборок, представляющих собой законченные функциональные узлы. Основу микросборок составляет функциональная интегральная микросхема (ИМС), содержащая активные элементы с элементами схемы питания. Данный курсовой проект разработан с использованием ИМС, серийно выпускаемых промышленностью.
В данной курсовой работе произведен расчет радиоприемного устройства, работающее в УКВ - 2 диапазоне с частотной модуляцией (ЧМ) сигналов.
Основная часть
По условию задания, требуемые параметры соответствуют радиоприемному устройству 1 - ой группы сложности и недостающие данные для проектирования можно определить из требований к устройствам этой группы сложности из ГОСТ 5651 – 89 (Таблица 2.1.).
Таблица 2.1. - Недостающие параметры.
Девиация частоты, ![]() | ![]() |
Частоты модуляции, ![]() | ![]() |
Избирательность по зеркальному каналу, ![]() | ![]() |
Избирательность по соседнему каналу, ![]() | ![]() |
Избирательность по дополнительным каналам, ![]() | ![]() |
Чувствительность приёмника, ![]() | ![]() |
Расчёт полосы пропускания
Определим индекс модуляции по следующей формуле:
,
где - девиация частоты;
- верхняя частота модуляции.
Ширина полосы спектра принимаемого сигнала, определяется по следующей формуле:
Гц.
Полосу пропуская приемника возьмем как запаса от ширины полосы спектра принимаемого сигнала:
Гц.
Округлим полученное значение полосы приемника до Гц.
Расчёт преселектора
Преселектор супергетеродинного приемника обеспечивает заданную избирательность по побочным каналам приема, в первую очередь по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения.[2]
Расчёт входной цепи
В качестве антенны будем использовать вертикальный четвертьволновый штырь. Подключается непосредственно к коаксиальному кабелю с Ом, при этом вход приёмника должен быть не симметричным. Сопротивление антенны
Ом,
м. [4]
Расчёт одноконтурной входной цепи приёмника (рис. 3.1.).
Рисунок 3.1. - Принципиальная схема входной цепи
Возьмём полную ёмкость схемы Ф, коэффициент затухания
. Вычислим коэффициент включение фидера к антенне
:
Вычислим коэффициент включения к входу УРЧ:
Вычислим ёмкость контура:
Вычислим индуктивность контура:
Гн.
Определим индуктивность катушки связи:
Гн.
Вычислим минимальный коэффициент связи при котором осуществляется согласование:
Вычислим коэффициент передачи при согласовании:
.
Коэффициент передачи входной цепи:
.
Переведем в дБ, получим дБ.
Вычислим избирательность входной цепи по зеркальному каналу:
дБ.
Тракт промежуточной частоты
Избирательная система тракта промежуточной частоты определяет его полосу пропускания и избирательность по соседнему каналу.
Тракт низкой частоты
В качестве ограничителя сигнала ПЧ, частотного демодулятора и предварительного усилителя низкой частоты, используем микросхему К174УР3 (рис. 5.1.).
Рисунок 5.1. - Типовая схема включения микросхемы К174УР3.
Основные параметры: напряжение питания 6 В; ток потребления 12 мА; входное напряжение 500 мкВ; выходное напряжение НЧ 100 мВ; коэффициент гармоник 2%; коэффициент ослабления амплитудной модуляции 40 дБ; частота входного сигнала 10.7 МГц; девиация несущей частоты 50 кГц; модулирующая частота 1кГц; максимальное напряжение входного сигнала 0,3 В; входное напряжение ограничения 100 мкВ; полоса пропускания 107 кГц; коэффициент усиления 46 дБ.
Характеристики микросхемы представлены в Приложение А.
Введение
Радиоприемные устройства являются неотъемлемой частью любой радиотехнической системы. Устройства приема и обработки сигналов нашли применение в радиотехнических системах: пассивной и активной радиолокации, навигации, в панорамных устройствах и системах исследования любого радиоизлучения, в системах радиосвязи, телевидения, радиовещания, в космической, сотовой и пейджинговой системах связи. В связи с этим в настоящее время для радиоприемных устройств весьма характерным является большое их разнообразие, определяемое различием радиотехнических систем, в состав которых они входят.
Несмотря на такое разнообразие, все радиотехнические устройства связывает общность построения структурной схемы.
Современные радиоприемные устройства в большинстве случаев строят по супергетеродинной схеме, которая способна обеспечить высокие усиление и избирательность во всех радиочастотных диапазонах. Структурная схема супергетеродинного типа состоит из трех основных частей: линейного тракта, демодулятора и устройства регулировки (управления). Линейный тракт одинаков для радиоприемников различных типов и состоит из преселектора (входная цепь и усилитель радиочастоты), преобразователя частоты и усилителя промежуточной частоты.
Основным направлением в проектировании современной радиоприемной аппаратуры является разработка ее на основе микросборок, представляющих собой законченные функциональные узлы. Основу микросборок составляет функциональная интегральная микросхема (ИМС), содержащая активные элементы с элементами схемы питания. Данный курсовой проект разработан с использованием ИМС, серийно выпускаемых промышленностью.
В данной курсовой работе произведен расчет радиоприемного устройства, работающее в УКВ - 2 диапазоне с частотной модуляцией (ЧМ) сигналов.
Основная часть
По условию задания, требуемые параметры соответствуют радиоприемному устройству 1 - ой группы сложности и недостающие данные для проектирования можно определить из требований к устройствам этой группы сложности из ГОСТ 5651 – 89 (Таблица 2.1.).
Таблица 2.1. - Недостающие параметры.
Девиация частоты, ![]() | ![]() |
Частоты модуляции, ![]() | ![]() |
Избирательность по зеркальному каналу, ![]() | ![]() |
Избирательность по соседнему каналу, ![]() | ![]() |
Избирательность по дополнительным каналам, ![]() | ![]() |
Чувствительность приёмника, ![]() | ![]() |
Расчёт полосы пропускания
Определим индекс модуляции по следующей формуле:
,
где - девиация частоты;
- верхняя частота модуляции.
Ширина полосы спектра принимаемого сигнала, определяется по следующей формуле:
Гц.
Полосу пропуская приемника возьмем как запаса от ширины полосы спектра принимаемого сигнала:
Гц.
Округлим полученное значение полосы приемника до Гц.
Оценка физической реализуемости
Проверим возможность построения приемника прямого усиления. Для данного диапазона частот возьмем коэффициентшунтирования контура активными элементами и затухание контура
, по следующей формуле определим эквивалентное затухание:
.
Найдем полосу пропускания одиночного колебательного контура, по следующей формуле:
Гц,
где Гц - резонансная частота сигнала. [1]
Данный приемник нам не подходит из – за большой полосы пропуская единичного колебательного контура.
Переходим к приемнику прямого преобразования. Проблема в данном приемнике нестабильность гетеродина .
Абсолютную нестабильность найдем по следующей формуле:
Гц.
Для радиовещательных приёмников допускается абсолютная нестабильность меньше Гц следовательно, приемник прямого преобразования не подходит.
Регенеративный приемник не рассматривается, так как является не стабильным и требует от пользователя знания принципа работы (входит в режим автогенератора).
Необходимо использовать супергетеродинный приемник, обладающий большим коэффициентом усиления (т.к. основное усиление производиться на промежуточной частоте), высокой чувствительностью и селективностью.
Приведем структурную схему супергетеродинного приёмника с одинарным преобразованием частоты, по которой в дальнейшем и будем производить расчёты (рис 2.1.).
Рисунок 2.1. - Структурная схема супергетеродинного приёмника.
2.3. Выбор структуры преселектора и числа преобразований частоты
Преселектор супергетеродинного приемника обеспечивает заданную избирательность по побочным каналам приема, в первую очередь по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения. [2]
Переселектор будет состоять из двух контуров и УРЧ (рис. 2.2.).
Рисунок 2.2. - Структурная схема преселектора.
Избирательность по зеркальному каналу для двух контуров будет определятся по следующей формуле:
,
где - промежуточная частота;
- физически реализуемая полоса контура.
Из формулы выразим промежуточную частоту и найдём её. Избирательность по зеркальному каналу возьмём из ГОСТ 5651 – 89
дБ, переведём в разы
раз.
Приведём полученную формулу:
Гц.
Избирательность для соседнего канала определяется по следующей формуле:
,
где - частота расcтройки между каналами.
В УКВ диапазоне избирательность по соседнему каналу принято измерять при расстройке кГц. [3] Избирательность по соседнему каналу возьмём из ГОСТ 5651 – 89
дБ, переведём в разы
раз.
Выразим из формулы промежуточную частоту и найдём её. Приведём полученную формулу:
Гц.
Из результатов расчёта можно увидеть, что промежуточная частота по соседнему каналу имеет пересечение с промежуточной частотой по зеркальному каналу.
Нам хватит одного преобразования частоты, поэтому выберем стандартную частоту для ЧМ сигналов Гц.
Расчёт преселектора
Преселектор супергетеродинного приемника обеспечивает заданную избирательность по побочным каналам приема, в первую очередь по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения.[2]
Расчёт входной цепи
В качестве антенны будем использовать вертикальный четвертьволновый штырь. Подключается непосредственно к коаксиальному кабелю с Ом, при этом вход приёмника должен быть не симметричным. Сопротивление антенны
Ом,
м. [4]
Расчёт одноконтурной входной цепи приёмника (рис. 3.1.).
Рисунок 3.1. - Принципиальная схема входной цепи
Возьмём полную ёмкость схемы Ф, коэффициент затухания
. Вычислим коэффициент включение фидера к антенне
:
Вычислим коэффициент включения к входу УРЧ:
Вычислим ёмкость контура:
Вычислим индуктивность контура:
Гн.
Определим индуктивность катушки связи:
Гн.
Вычислим минимальный коэффициент связи при котором осуществляется согласование:
Вычислим коэффициент передачи при согласовании:
.
Коэффициент передачи входной цепи:
.
Переведем в дБ, получим дБ.
Вычислим избирательность входной цепи по зеркальному каналу:
дБ.