Особенности частотно-территориального планирования систем сетей сотовой связи третьего поколения

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Расчет полосы пропускания преселектора

Расчет допустимого коэффициента шума

Расчет реального коэффициента шума

Предварительный расчет параметров преселектора

Предварительный расчет тракта промежуточной частоты

Расчет параметров входной цепи

Расчет усилителя радиочастоты

Расчет преобразователя частоты

Расчет усилителя промежуточной частоты

Расчет реального коэффициента усиления



Расчет полосы пропускания преселектора

Ширина полосы пропускания преселектора вычисляется по следующей формуле:

(1)

В этой формуле П_с - это ширина спектра радиочастот принимаемого сигнала. Так как в данном курсовом проекте рассчитываем приемник УКВ диапазона, то, учитывая, что в этом случае используется частотная модуляция, формула для расчета П_с будет иметь следующий вид:

,

где ; - верхняя частота воспроизводимого диапазона, - девиация частоты.

=> Гц

= 184.77 кГц

В формуле (1) - запас полосы требуемый для учета нестабильностей и неточностей настройки приемника, рассчитывается по следующей формуле:

, (2)

где , , .



= = , т. е. 104 МГц

- промежуточная частота, = 10.7 МГц

- частота гетеродина, вычисляется по формуле:

МГц

Подставляем значения для , , в формулу (2), получаем:

приемник радиочастота усилитель сигнал

= 1.16 кГц

В формуле (1) П_сопр - это полоса сопряжения. Для УКВ диапазона 200…500 кГц. Возьмем для нашего случая П_сопр = 200 кГц.

Тогда 587.1 Гц

кГц

Расчет допустимого коэффициента шума

Допустимый коэффициент шума приемника за счет внешних источников определяется следующим образом:

(3)

где: Дж/К

К

Ом (штыревая антенна)

= 12 мкВ - чувствительность радиоприемного устройства, то есть его способность обеспечивать нормальный прием слабых полезных сигналов. В данном случае реальная чувствительность задана в виде ЭДС Е_а сигнала в антенне.

_вх - это минимальное отношение сигнал / шум на входе приемника, которое рассчитывается следующим образом:

,

- по заданию = 12,5 дБ, т. е. - минимально допустимое отношение с/ш на выходе приемника

- отношение максимального напряжения управляющего сигнала к действующему.

- полоса пропускания УНЧ, кГц

- шумовая полоса линейного тракта, кГц

Далее рассчитаем:

Таким образом, получаем, что или 1.7 дБ.

Теперь подставим все известные и найденные значения в формулу (3) и получим или в дБ:

дБ



Приблизительная схема радиотракта:

Расчет реального коэффициента шума.

Чтобы выяснить действительный уровень шума рассчитаем реальный коэффициент шума. Для этого воспользуемся формулой:

(4)

В этой формуле - коэффициент шума входной цепи, - коэффициент шума ПЧ.

максимальный коэффициент усиления по мощности входной цепи; так как , то = 0.5

Коэффициент шума ВЦ находится как



Для того чтобы найти коэффициент шума ПЧ, необходимо сначала выбрать транзистор, исходя из следующих условий:

- Транзистор маломощный высокочастотный, с малой емкостью коллекторного перехода и с минимальным коэффициентом шума.

Для этих целей подходит транзистор ГТ329А, который имеет равномерный уровень шума в диапазоне частот от 1 до 400 МГц. ГТ329А - германиевый планарный n - p - n транзистор, предназначен для работы в усилителях ВЧ и СВЧ диапазона.

Параметры транзистора (для н.у.):

Обратный ток коллектора - до 5 мкА

Обратный ток эмиттера - до 100 мкА

Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте - 4…8,2

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ - 15…300

Граничное напряжение транзистора - 5 В

Коэффициент шума - 4 дБ

Емкость эмиттерного перехода - 1…3,5 пФ

Емкость коллекторного перехода - 0,75…2 пФ

Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте - 3…15пс

Итак = 4 дБ, тогда .

Подставим полученные значения в формулу (4):

, в дБ

Итак дБ, условие выполняется.



Предварительный расчет параметров преселектора

В приемниках, частотная избирательность, то есть способность приемника выделять полезный сигнал из суммы всех сигналов и помех, создающихся в антенне, определяется в основном ослаблениями зеркального и соседнего (соседних) каналов. В приемниках с одинарным преобразованием частоты ослабление зеркального канала обеспечивает преселектор, а ослабление соседнего канала - в основном УПЧ.

1) Пусть преселектор реализован в виде одиночного колебательного контура.

Добротность по зеркальному каналу будет определяться как:

(5)

где - селективность по зеркальному каналу, по заданию 60 дБ;

- обобщенная расстройка по зеркальному каналу

= 104 МГц

= 10.7 МГц

Получаем, что = 0.376

Теперь по формуле (5) найдем:

, что в дБ составляет 68.5 дБ.



Общие нелинейные искажения в радиотракте для УКВ должны не превышать 14 дБ, на преселектор допустимая неравномерность - 3 дБ.

Найдем значение добротности по неравномерности:

(6)

в этой формуле - нижняя частота сигнала, = 100 МГц; = 3 дБ

- полоса радиотракта, определяется следующим образом:

кГц.

Подставляем численные значения в формулу (6) и находим, что .

Т. е. дБ.

Получилось, что . Значит, одиночный колебательный контур для расчетов не подходит. Введем дополнительный каскад УРЧ, несмотря на то, что по шумам его наличие не требуется. Это будет эквивалентно введению второго одиночного колебательного контура.

Рассчитаем эквивалентные добротности для случая двух одиночных колебательных контуров.

2) Пусть преселектор реализован в виде двух колебательных контуров и УРЧ между ними.

Тогда добротность по зеркальному каналу будет определяться как:

(7)

Здесь селективность по зеркальному каналу будет в два раза меньше, чем в предыдущем случае, при этом получим, что .

дБ

Добротность по неравномерности в этом случае будет равна:

(8)

в этом случае дБ и получаем, что или:

дБ

Условие выполнилось, следовательно, схема преселектора будет содержать каскад УРЧ. Зададимся эквивалентной добротностью исходя из условия:

. => = 70.

Найдем конструктивную добротность контура:

, что отвечает условию

Таким образом, схема преселектора будет иметь вид:

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/



Отметим, что в схеме преселектора, т. к. приемник автомобильный, используются перестраиваемые контура. Кроме того, приемник класса 1 требует включения между УРЧ и ПРЧ фильтра, который подавляет канал прямого прохождения.

Рассчитаем селективность по каналу прямого прохождения:

(9)

определяется как:

= 9.24; = 0.014

Получаем, что = 660, т. е. = 56.4 дБ. По заданию требуется обеспечить селективность 50 дБ. => Заданная селективность обеспечивается, вводить дополнительный контур в антенный тракт не требуется.

Предварительный расчет тракта промежуточной частоты.

Предположим, что напряжение на входе детектора равно 150 мВ.

Требуемый коэффициент усиления линейного тракта определяется как:

(10)

Реальный коэффициент усиления должен быть приблизительно равен требуемому и оценивается следующим образом:



(11)

где - коэф. усиления входной цепи, - коэф. усиления УРЧ, - коэф. усиления ПЧ, - коэф. усиления УПЧ, n - число каскадов.

Найдем приблизительное число каскадов УПЧ, предположив, что , , , . Тогда, подставив численное значение из формулы (10) в формулу (11), получим, что n = 6.

Окончательно структурная схема приемника будет иметь вид:

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет параметров входной цепи

Входная цепь соединяет антенну или антенно-фидерную систему с первым каскадом приемника. Непосредственная связь антенны с контуром наиболее проста и, что важно для автомобильного приемника, малогабаритна; но для нее характерно наибольшее влияние показателей входной цепи по диапазону.

Отметим, что используется штыревая антенна.

Параметры штыревой антенны:

Ом - активное сопротивление антенны

м - длинна

мкГн - индуктивность

пФ - емкость антенны

Рассчитаем параметры выбранного транзистора ГТ329А для частоты сигнала при токе коллектора 1 мА:

Активная составляющая вх. Проводимости:

См

Ом - входное сопротивление

Реактивная составляющая вх. Проводимости

См

пФ - входная емкость

Активная составляющая вых. проводимости

мкСм

кОм - выходное сопротивление



Реактивная составляющая выходной проводимости

мкСм

пФ - выходная емкость

Активная составляющая проводимости ОС

мкСм

Реактивная составляющая проводимости ОС

мСм -

пФ - проходная емкость

мСм - активная составляющая крутизны

мСм - реактивная составляющая крутизны

Определим величины, необходимые для расчета:

- коэффициент перекрытия по диапазону; должно осуществляться условие, что , где - коэффициент перекрытия по емкости.

В данном случае используется входная цепь с емкостью, реализуемой варикапной матрицей типа КВС111. Управляющее напряжение изменяется в пределах от 4 до 12 В. Соответственно, емкость варикапов меняется от 33 (4В) до 12 пФ (12В).

Таким образом

, а .

Видно, что условие выполняется.

Далее определим значения подстроечной емкости:

, если , то пФ

Емкость конденсатора будет определяться следующим образом:

,

подставив значения всех необходимых величин, получим, что пФ. Емкость монтажа пФ

пФ

Теперь вычислим индуктивность контурной катушки:

мкГн

- коэффициент включения антенны в контур (для случая непосредственного включения)



- коэффициент включения транзистора в контур

Теперь найдем коэффициент усиления входной цепи:

(12)

подставляем все известные и найденные величины в формулу (12) получим:

Расчет усилителя радиочастоты

Приемник с переменной настройкой УРЧ состоит из каскада транзисторного резонансного усилителя с ОЭ, в котором колебательный контур настроен на частоту принимаемого сигнала. При этом колебательные контуры УРЧ и ВЦ идентичны.

Для того, чтобы освободить оператора от операций регулировки усиления, применяют автоматические регулировки усиления (АРУ). С помощью АРУ обеспечивается необходимое для нормальной работы оконечных устройств систем постоянство выходных сигналов при значительных изменениях интенсивности принимаемых сигналов.

Количество каскадов АРУ определяется как:

,



где - коэффициент усиления без регулировки, - эффективность АРУ.

Рассчитаем значения элементов в схеме УРЧ:

Изменение обратного тока коллектора для германиевых транзисторов:

мкА -

В - тепловое смещение напряжения базы.

мА - нестабильность коллекторного тока.

Найдем сопротивления резисторов (при В, а В):

Расчетная формула	Расчетное значение	Значение по ГОСТ
	Ом	кОм
	Ом	кОм
	кОм	кОм
	кОм	кОм

Найдем емкость конденсаторов:

Расчетная формула	Расчетное значение	Значение по ГОСТ
	пФ	пФ
	пФ	пФ



Коэффициент включения контура к выходной цепи транзистора:

если взять , , , то:

Ом

Коэффициент включения каскада ПЧ в контур:

Далее рассчитаем параметры собственной проводимости и эквивалентного сопротивления:

, где кОм - собственное сопротивление контура на резонансной частоте.

мкСм,

Тогда кОм

Теперь найдем коэффициент усиления каскада УРЧ:

(13)

В формуле (13) - крутизна, определяемая по формуле:



, где - малосигнальная крутизна.

Получим, что .

Подставив все необходимые величины в формулу (13), получаем:

Определяем коэффициент устойчивости:

Так как , то применим каскодную схему.

В этом случае коэффициент устойчивости будет определяться как:

Рассчитаем значения элементов для каскодной схемы УРЧ:

Найдем сопротивления резисторов:

Расчетная формула	Расчетное значение	Значение по ГОСТ
	кОм	кОм
	кОм	кОм
	кОм	кОм
	кОм	кОм
	кОм	кОм

Найдем емкость конденсаторов

Расчетная формула	Расчетное значение	Значение по ГОСТ
	пФ	пФ
	пФ	пФ

Расчет преобразователя частоты

Преобразователь частоты состоит из смесителя, к которому подводится сигнал, и гетеродина, напряжение которого периодически изменяет параметры смесителя. На выходе смесителя выделяется сигнал преобразованной частоты .

Вычислим параметры транзистора ГТ329А на частоте МГц:

мкСм

нСм

нСм

МОм

мкСм

пФ

пФ

мСм

При резонансе на частоте 10.7 МГц рассчитаем параметры контура:

Возьмем емкость конденсатора пФ и найдем по формуле Томпсона индуктивность катушки:

мкГн

Характеристическое сопротивление контура:

Ом

Эквивалентная добротность:

=>

Конструктивная добротность:

=>



Теперь найдем коэффициенты включения:

Рассчитаем эквивалентное сопротивление и собственную проводимость:

мкСм

мкСм

кОм

Преобразователь частоты нагружен на фильтр, обеспечивающий заданную селективность по соседнему каналу. Так как , то выбираем фильтр сосредоточенной избирательности.

Необходимая селективность по соседнему каналу по заданию - 80 дБ. Поскольку, приемник автомобильный, то использование LC-фильтров с такой селективностью затруднительно. Поэтому предполагается использование пьезо-фильтров, в частности, пьезокерамических фильтров, т. к. они имеют малые габариты в сравнении LC- и пьезоэлектрическими фильтрами. Кроме того, пьезокерамические фильтры хорошо согласуются на данных частотах со своим входным и выходным сопротивлением. Однако из-за более низких добротностей пьезорезонаторов их полосы пропускания частот более широкие.

Воспользуемся пьезокерамическим фильтром ПФ1П-049б, который обеспечивает нужную полосу пропускания в 250 кГц.

Параметры фильтра ПФ1П-049б:

Средняя частота полосы пропускания - 10700100 кГц

Полоса пропускания на уровне 6 дБ - 200…280 кГц

Полоса пропускания на уровне 26 дБ - не более 585 кГц

Затухание в полосе пропускания - не более 10 дБ

Согласующее сопротивление на входе - 0.33 кОм

Согласующее сопротивление на выходе - 0.33 кОм

Рассчитаем параметры каскада с ФСИ:

Выходное сопротивление ПЧ имеет значительную величину, отсюда следует, что первый контур ФСИ в коллекторную цепь включается полностью, то есть коэффициент включения р1 = 1.

Входное сопротивление первого каскада УПЧ составляет 335 Ом.

=> p2 = 0.2

Коэффициент усиления каскада, нагруженного на ФСИ, будет равен:

Подставив все необходимые величины получим, что:

Расчет усилителя промежуточной частоты.

Определим параметры транзистора ГТ329А при эмиттерном токе 5 мА:

Ом - активное сопротивление эмиттерного перехода

Ом

мСм

- активная составляющая входной проводимости

Ом - входное сопротивление

мСм

- реактивная составляющая входной проводимости

пФ - входная емкость

мкСм

- активная составляющая выходной проводимости

кОм - выходное сопротивление

мСм

- реактивная сост. вых. проводимости

пФ - выходная емкость

мкСм

- активная сост. проводимости ОС

мСм

- реактивная сост. проводимости

пФ - проходная емкость

См - активная составляющая крутизны

Находим малосигнальную крутизну:

Крутизна:

Параметры контура в каскадах УПЧ те же, что и для ПЧ:

Емкость пФ

Индуктивность мкГн

Эквивалентная добротность:

=>

Конструктивная добротность:

=>

Рассчитаем коэффициенты включения:



Эквивалентное сопротивление и собственная проводимость:

мСм

мСм

Ом

Коэффициент усиления тракта УПЧ:

Найдем коэффициент устойчивого усиления для УПЧ:

- Таким образом каскад УПЧ устойчив.

Расчет реального коэффициента усиления

В пункте 6 курсового проекта был посчитан требуемый коэффициент усиления: . Рассчитаем реальный коэффициент усиления , используя рассчитанные в курсовой работе значения коэффициентов усиления различных узлов приемника.

1) Коэффициент усиления входной цепи -

2) Коэффициент усиления каскада УРЧ -

3) Коэффициент усиления тракта ПЧ -

4) Коэффициент усиления каскада УПЧ -

5) Число каскадов УПЧ -

Получаем, что реальный коэффициент усиления равен:

В результате расчета курсового проекта получилось, что реальный коэффициент усиления линейного тракта на 15% больше расчетного коэффициента усиления, что соответствует условию выполнения задания.

Размещено на Allbest.ru