Разработка приемника УКВ-радиостанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Техническое задание

приемник частота схема

Приемник УКВ - радиостанции. Рабочая частота 3 МГц. Чувствительность 1,5 мкВ при отношении сигнал/шум 20 дБ. Односигнальная избирательность не хуже 70 дБ. Остальные параметры выбрать и обосновать.

Введение

В диапазоне ОВЧ (метровые волны) для морской подвижной службы выделена для радиотелефонии и передачи данных 8-битным кодом. Традиционно средства для связи на этих частотах называют УКВ - радиоаппаратурой.

УКВ - радиоустановки устанавливаются на всех промысловых и морских судах, независимо от их водоизмещения и района плавания. Дальность связи на этих станциях редко превышает 50 - 60 миль, 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 40 дБ

соседнего каналы приема 30 дБ

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

2. Разработка структурной схемы

2.1 Расчет полосы пропускания общего радиотракта

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

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 антенны и входа приемника

- требуемое подавление зеркального канала

Исходя из наихудших параметров для выбора , получим:

, а = 1, , = 1, = 1000 (30 дБ)

(МГц)

9,3 МГц - нижняя граница первой промежуточной частоты

Подавление соседних каналов приема осуществляется избирательными системами тракта 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)

Как и предполагалось, результаты расчетов значений промежуточных частот противоречат друг другу, поэтому для обеспечения избирательности по соседнему каналу в приемнике необходимо двойное преобразование частоты. 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 Распределение избирательности по трактам

1) Ориентировочное число контуров в тракте, необходимое для ослабления зеркального канала:

и (МГц)

2) Ориентировочное число контуров в тракте, необходимое для ослабления побочного канала преобразования:

и (МГц)

Принимаем

Из полученных данных видно, что заданное подавление 40 дБ обеспечивают 3 контура с добротностью Q = 70.

После первого преобразования частоты на промежуточной частоте (МГц) необходимо подавить зеркальный канал приема для второй промежуточной частоты (кГц). Для этого используем фильтр сосредоточенной селекции.

На второй промежуточной частоте основной задачей является подавление соседних каналов приема (кГц). Учитывая то что на таких низких частотах обычные LC - контуры будут иметь большие габариты, предпочтительно использовать кварцевые фильтры. После детектирования сигнала его необходимо подвергнуть специальной обработке фильтром для коррекции введенных предыскажений в передатчике. Включение фильтра уменьшает эффективную полосу пропускания УНЧ приемника, что обеспечивает более высокое отношение сигнал/шум на его выходе.

2.4 Распределение усиления по трактам

Согласно технического задания, чувствительность приемника равна 1 мкВ. Для нормальной работы первого преобразователя необходимо напряжение сигнальной частоты (мВ).

Возьмем наибольшее значение сигнала на входе приемника 100 мкВ, а напряжение на входе первого смесителя мВ. Рассчитаем коэффициент передачи тракта сигнальной частоты:

Коэффициент передачи тракта первой промежуточной частоты определяется как:

Пусть напряжение, подаваемое на вход второго смесителя, равно (мВ), тогда

Напряжение, необходимое для работы детектора, зависит от его типа. Для детектирования был выбран амплитудный детектор. Напряжение, необходимое для его нормальной работы равно (В). Коэффициент передачи второй промежуточной частоты для (В).

Усиление в тракте низкой частоты рассчитывается отдельно для каждого тракта. Каскады усиления звуковой частоты в данном курсовом проекте не рассматривается.

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 79,6 (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 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.

Рис.1

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.

3. Расчет усилителя высокой частоты

В соответствии с выполняемыми функциями усилитель сигнальной частоты должен удовлетворять заданным значениям следующих качественных показателей:

- диапазона рабочих частот или фиксированной рабочей частоты;

- полосы пропускания, с учетом требуемого ослабления побочных каналов;

- коэффициента устойчивого усиления, определяемого при проектировании структурной схемы;

- требуемого значения динамического диапазона;

- минимально возможного коэффициента шума;

Усилители высокой частоты в заданном диапазоне выполняют, как правило, на дискретных элементах: полевых либо биполярных транзисторах. При использовании биполярных транзисторов наиболее эффективна схема с двойной автотрансформаторной связью, позволяющая получить, путем выбора коэффициентов включения коллектора и базы, согласование нагрузки - входа следующего каскада с источником сигнала. Транзистор в такой схеме включается по схеме с ОЭ. Усилители, построенные по такой схеме, обеспечивают устойчивое усиление в широком диапазоне частот, большой коэффициент усиления по мощности и малый коэффициент шума. Таким образом, для усиления сигнальной частоты выберем усилительный каскад на биполярном транзисторе с резонансной нагрузкой и автотрансформаторной связью.

Исходные данные:

Частота настройки (МГц)

Параметры усилительного элемента.

Для усиления был выбран транзистор КТ312Б со следующими параметрами:

(МГц) (В) (В) (псек) (мВт) (мА) (В) (В)

(пФ) (пФ) (мСм) (См)

(мкСм) (мСм)

Примем добротность контура равной 30.

Рассчитаем коэффициент устойчивого усиления каскада:

(См)

Выходное сопротивление транзистора (кОм) достаточно велико и мало шунтирует колебательный контур, поэтому коэффициент включения со стороны коллектора можно взять полный, т.е. . Тогда коэффициент включения со стороны базы

Эквивалентная проводимость контура. Будем считать, что коэффициент усиления при резонансе равен устойчивому коэффициенту усиления с запасом по устойчивости 0,9.

, откуда

(А/В)

(См)

Собственная проводимость контура:

(См)

Определим характеристическое сопротивление контура:

(Ом)

Вычислим собственную конструктивную добротность контура:

Полученное значение Q конструктивно выполнимо.

Определим элементы контура:

(пФ)

Выбираем из стандартного ряда 6 пФ.

(мкГн)

Рассчитаем элементы связи контура с транзистором.

Индуктивность части контурной катушки со стороны коллектора:

(мкГн)

Индуктивность части контурной катушки со стороны базы:

(мкГн)

3.2 Расчет цепей питания и фильтрации

Усилители сигнальной частоты работают с малыми сигналами, и усилительный элемент соответственно работает на линейной части вольт-амперной характеристики.

Исходя из этого, подбираем рабочую точку. Для выбранного типа транзистора это около 0,8 В. Напряжение питания транзистора (В).

Рассчитаем делитель напряжения . Для уменьшения влияния входных параметров транзистора на режим работы ток делителя выбирают, исходя из , (мА); (мА)

Сопротивление делителя:

(Ом)

(Ом)

(Ом)

Выбираем из стандартного ряда сопротивлений (Ом)

(Ом)

Выбираем из стандартного ряда сопротивлений (Ом)

Так как по постоянному току последовательно с включен , рассчитанное значение распределится между ними. Пусть (Ом)

Элементы фильтра :

Сопротивление (Ом), конденсатор должен удовлетворять условию

<<

(пФ), возьмем (нФ)

Конденсатор должен удовлетворять условию

;

(пФ), возьмем (нФ)

Разделительный конденсатор должен удовлетворять условию

(Ом)

(пФ), пусть (нФ). выбирается аналогично, равным 1 нФ.

3.3 Оценка шумов, вносимых усилителем сигнальной частоты

Значение коэффициента шума зависит от условий согласования источника сигнала - антенны, с входом первого каскада. Воспользуемся соотношениями, приведенными в [3].

Шумы приемника можно считать равными

Исходя из заданной чувствительности и отношения сигнал/шум, оценим коэффициент шума приемника, обеспечивающий заданную чувствительность:

,

где (Дж/гр), К; (кГц)

(Ом); (дБ);

Коэффициент шума транзистора в заданной схеме при условии полного согласования с входной цепью .

Таким образом, с учетом шумов, создаваемых резисторами, можно сделать вывод, что заданная чувствительность 1 мкВ, при заданном соотношении сигнал/шум = 20 дБ, обеспечена.

3.4 Оценка количества каскадов, необходимых для усиления сигнальной частоты

Ранее было определено, что необходимый коэффициент усиления в тракте сигнальной частоты . Оптимальный коэффициент усиления одиночного каскада

, что обеспечивается с большим перекрытием. Таким образом, для обеспечения необходимого усиления в тракте сигнальной частоты достаточно двух каскадов усиления.

Заключение

В данном курсовом проекте был проведен расчет приемника диапазона УКВ. 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. Также необходимо отметить, что, хотя расчет проводился с учетом сетки частот 25 кГц, в настоящее время предусматривается постепенный переход на сетку частот 12,5 кГц. Данный приемник может быть укомплектован устройством ЦИВ.

В процессе данного курсового проекта были получены знания о современных принципах и тенденциях в схемотехнике и построении приемных устройств, которые будут полезны в дальнейшем, при повседневной эксплуатации РЭО на судах и береговых предприятиях.

Список литературы

1. Л.Н. Бочаров, С.К. Жебряков, И.Ф. Колесников Расчет электронных устройств на транзисторах. Москва, «Энергия», 1978 г.

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

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

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

5. 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