Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование радиостанции сухопутной подвижной службы

Введение

Проектируемая радиостанция работает в КВ диапазоне с однополосной модуляцией.

Большой практический интерес к однополосной модуляции объясняется известными преимуществами этого вида модуляции по сравнению с АМ и ЧМ.

Важным преимуществом ОБП является наиболее узкая полоса частот, занимаемая сигналом с ОБП в радиоканале. Она почти равна полосе частот исходного модулирующего сигнала. Полоса частот, занимаемая колебанием с АМ, по меньшей мере в два раза шире. При ЧМ занимаемая полоса ещё шире.

Сужение полосы передаваемых частот в 2 раза позволяет соответственно сузить полосу пропускания приемника и получить улучшение отношения сигнал/шум. При дальней связи на КВ, особенно в случае избирательных замираний, когда замиранию подвергается несущая частота, ОБП обеспечивает более высокое качество связи, чем АМ. Вследствие дисперсии фазовой характеристики происходит расфазирование колебаний в боковых полосах. Это приводит к искажениям переданных сигналов. При передаче сигналов с ОБП всё сообщение передается в одной боковой полосе, явление расфазирования отсутствует.

К аналогам разрабатываемой радиостанции относятся носимые радиостанции «Карат-2» и «Яшма». Радиостанции предназначены для организации связи в различных ведомствах.

Эти радиостанции отличаются друг от друга числом фиксированных частот. «Карат-2» имеет одну фиксированную частоту, «Яшма» обеспечивает беспоисковую и бесподстроечную связь на 6 фиксированных частотах. Однако радиостанция «Яшма» имеет более сложное схемотехническое решение, вызванное большим числом каналов, и худшие массогабаритные показатели.

На практике возникает необходимость в носимой радиостанции с двумя фиксированными частотами при массогабаритных показателях, аналогичным показателям «Карат-2».

1. Анализ состояния вопроса

Рассмотрим две носимые КВ радиостанции с однополосной модуляцией «Карат-2» и «Яшма». Эти радиостанции предназначены для организации симплексной телефонной радиосвязи в сухопутной подвижной службе связи различных ведомств и отраслей народного хозяйства.

«КАРАТ-2»

Приемо-передающая с однополосной модуляцией радиостанция 10Р30 «Карат-2» предназначена для организации симплексной телефонной радиосвязи в сухопутной подвижной службе связи различных ведомств и отраслей народного хозяйства в диапазоне промежуточных и коротких волн.

Радиостанция рассчитана для работы на верхней боковой полосе и обеспечивает беспоисковую связь на одной фиксированной частоте, в зависимости от местности и типа антенны, до 30 и более километров при удалении от промышленных объектов, телефонных, телеграфных и высоковольтных линий, а также при отсутствии индустриальных и атмосферных помех.

Ниже приведены основные параметры радиостанции.

Диапазон фиксированных частот, кГц …………………..1600…2850

Количество фиксированных частот …………………………………. 1

Точность установки частоты, Гц …………………………………… 40

Отклонение частоты при воздействии дестабилизирующих факторов и изменении питающих напряжений ………………50x10^-6

Выходная пиковая мощность при работе на эквивалент антенны «Наклонный луч», Вт, не менее ……….…………………… 1

Подавление несущей частоты, дБ, не менее …………………………40

Ширина телефонного канала, занимаемого в эфире, кГц, не более 5,6

Масса приемопередатчика (без манипулятора), кг ……………… 1,0

Масса блока электропитания батарейного, кг …………………………. 1,5

Масса источника вторичного электропитания, кг ……………. 1,2

Полного комплекса носимой радиостанции (в сумке), кг ………. 3,6

Габаритные размеры блоков радиостанций по выступающим частям, мм, не более:

- приемопередатчика ………………………………. 175x72x125

- блока батарейного электропитания ………………170x67x85

- источника вторичного электропитания ………..170x67x100

- сумки радиостанции (без ремня) …………………… 295x215x105

Виды работ:

а) телефония с однополосной модуляцией на верхней полосе частот, класс излучения A3J

б) настройка передатчика на частоте выше несущей на (1000400) Гц, класс излучения A2J

Приемопередатчик выполнен по трансиверной схеме.

Напряжение звуковой частоты от микрофона, в качестве которого используется динамический громкоговоритель, поступает на вход усилителя звуковой частоты. УНЧ собран на микросхеме и представляет собой двухкаскадный усилитель, выполненный с гальванической связью между каскадами.

Для увеличения эффективности однополосной передачи путем увеличения среднего уровня речи применено ограничение модулирующего сигнала с помощью диодов.

Напряжение модулирующего сигнала и напряжение частоты 500 кГц со второго гетеродина подаются на первый балансный модулятор, который осуществляет преобразование низкочастотного сигнала в сигнал промежуточной частоты.

Сигнал нижней боковой полосы усиливается УПЧ, общим для приема и передачи.

Нагрузкой УПЧ служит высокочастотный трансформатор второго балансного смесителя. Второй балансный смеситель осуществляет функцию переноса сформированного однополосного сигнала на рабочую частоту. Напряжение высокой частоты подается с первого гетеродина. Частота кварцевого генератора выбрана на 500 кГц выше рабочей частоты.

Далее сигнал поступает на двухкаскадный усилитель мощности, выполненный на микросхеме. Нагрузкой предварительного усилителя мощности является трансформатор, обмотка которого совместно с дополнительной емкостью образует контур, настроенный на рабочую частоту радиостанции.

Со вторичной обмотки трансформатора напряжение подается на выходной каскад передатчика, выполненный на транзисторе, работающем в режиме класса АВ.

Первый гетеродин собран по схеме емкостной трехточки с включением кварца между базой и коллектором. При этом кварц играет роль индуктивного сопротивления в узком интервале частот. Сигнал с нагрузки автогенератора поступает непосредственно на вход буферного усилителя. Буферный усилитель предназначен для развязки выхода кварцевого генератора с последующими каскадами и получения необходимого напряжения высокой частоты.

Второй гетеродин вырабатывает напряжение 500 кГц и выполнен на микросхеме по трансформаторной схеме с включением кварца, работающего на последовательном резонансе, в цепь обратной связи.

«ЯШМА»

Приемо-передающая с однополосной модуляцией радиостанция 25Р30 «ЯШМА» предназначена для организации симплексной телефонной радиосвязи в сухопутной подвижной связи министерства геологии и других отраслях народного хозяйства.

Радиостанция рассчитана для работы на верхней боковой полосе и обеспечивает беспоисковую и бесподстроечную связь на 1-6 фиксированных частотах.

Ниже приведены технические характеристики радиостанции.

Диапазон фиксированных частот, кГц ……….…………. 1607-7999

Количество фиксированных частот …………………………………. 6

Дискретность установки частоты, кГц. ………………………………. 1

Отклонение частоты при воздействии дестабилизирующих

факторов, не более, Гц ……………………………….+-40

Выходная пиковая мощность при работе на испытательную

нагрузку сопротивлением 50 Ом, Вт, не менее …………. 2

Подавление несущей частот, дБ, менее ……………… 40

Контрольная ширина полосы частот излучения в режиме J3E, кГц, не более ………………………. 5,6

Габаритные размеры блоков радиостанции по выступающим частям, мм, не более

- приемопередатчика (с крышкой) ………………… 202*85*165

- блока батарейного электропитания ……….……… 190*78*85

- аккумуляторного блока питания …………….……. 190*78*85

- сумки радиостанции (без ремня) …………………… 275*125*245

- футляра ………………………………………………. 360*165*295

Виды работ:

а) телефония с однополосной модуляцией на верхней боковой полосе частот, класс излучения J3E

б) настройка передатчика на частоте выше несущей на (1000+-2) Гц, класс излучения J2A.

Приемопередатчик выполнен по трансиверной схеме.

Формирование однополосного сигнала осуществляется фильтровым методом. Боковая полоса частот примыкает к несущей частоте, поэтому формирование однополосного сигнала производится на достаточно низкой частоте, а затем переносят этот сигнал в область рабочих частот передатчика.

На кварцевом фильтре выделяется суммарная частота, которая с учетом модуляции может лежать в пределах 10496,6-10499,7 кГц.

Передающий тракт работает следующим образом.

Низкочастотный сигнал с микрофонного усилителя поступает на ФНЧ, основным назначением которого является ослабление ВЧ наводок с антенны передатчика, а затем через буферный каскад на вход балансного модулятора, собранного на микросхеме. После кварцевого фильтра сигнал через развязывающий каскад подается на второй смеситель, на другой вход которого поступает напряжение гетеродина с частотой 12100-18500 кГц. Полезный продукт преобразования, лежащий в диапазоне 1600-8000 кГц, выделяется полосовым фильтром. С выхода полосового фильтра сигнал на рабочей частоте передатчика подается на предварительный усилитель мощности. Предварительный усилитель мощности предназначен для усиления сигнала до уровня, необходимого для работы оконечного усилителя мощности.

Усилитель мощности предназначен для получения выходной мощности не менее 2 Вт на активном сопротивление нагрузки 50 Ом. Состоит из следующих каскадов: предоконечного каскада усиления, выходного каскада и стабилизаторов напряжения.

Предоконечный каскад выполнен по схеме общий эмиттер, для обеспечения наименьших искажений выбран режим работы класса «А». Выходной каскад выполнен по двухтактной схеме. Выходной каскад нагружен на трансформатор, который согласует выходное сопротивление усилителя с сопротивлением нагрузки 50 Ом. Стабилизатор напряжения поддерживает напряжение 9 В для питания предварительного усилителя мощности и базовой цепи предоконечного каскада.

Синтезатор частот вырабатывает сигналы:

- первого гетеродина в диапазоне 12100-18500 кГц с шагом сетки 1 кГц;

- второго гетеродина с частотой 10000 кГц;

- третьего гетеродина с частотой 500 кГц;

- тональной частоты 1 кГц.

Стабильность синтезатора не хуже 5*10^-6.

Управление синтезатором осуществляется двоично-десятичным кодом.

Принцип синтезатора частот основан на использовании системы фазовой автоподстройки частоты, в цепи обратной связи которой установлен делитель частоты с переменным коэффициентом деления. В качестве источника эталонной частоты используется термокомпенсированный генератор опорных частот с частотой 10 МГц.

ГОСТ 22579-86

На радиостанции с однополосной модуляцией сухопутной подвижной службы в диапазоне 1,6-30 МГц распространяется ГОСТ 22579-86. В ГОСТе регламентируется условное обозначение данного типа радиостанций, основные параметры и методы их измерений.

Согласно приведенной классификации разрабатываемая радиостанция относится к 3 типу. К третьему типу относятся радиостанции, пиковая мощность передатчика которых не превышает 5 Вт; основное эксплуатационное назначение - стационарные, возимые и носимые.

Радиостанции должны быть рассчитаны для передачи приема излучений класса J3E на верхней боковой полосе частот. Конкретный диапазон рабочих частот, число фиксированных рабочих каналов и (или) шаг сетки частот устанавливается ТУ на радиостанции конкретного типа.

Номинальный диапазон звуковых частот передаваемого информационного сигнала должен быть 300-3400 Гц или 350-3400 Гц (п. 3.1.4). Номинальное значение ширины полосы пропускания передатчика и приемника на уровне минус 6 дБ должно быть 3,1 кГц при номинальном диапазоне звуковых частот 300 - 3400 Гц.

В ГОСТе также приведены требования к конструкции, устойчивости к внешним воздействиям (ГОСТ 16019-78), надежности (ГОСТ 17676-81), электропитанию, к уровню индустриальных радиопомех и безопасности (ГОСТ 12.1.030-81, ГОСТ 12.3.019-80).

3. Выбор и обоснование структурной схемы

Из приведенных описаний на радиостанции видно, что радиостанция «Карат-2» выигрывает перед радиостанцией «Яшма» в отношении массогабаритных показателей. Это является важным преимуществом для радиостанций сухопутной подвижной службы. В то же время радиостанция «Карат-2» имеет только одну фиксированную частоту, тогда как «Яшма» имеет шесть фиксированных частот.

Причины худших массогабаритных характеристик «Яшмы» можно увидеть в большей сложности ее схемотехнического решения, вызванного достаточно большим количеством фиксированных каналов. Так, радиостанции «Яшма» имеет синтезатор частот, тогда как «Карат-2» содержит только один кварцевый генератор.

Для сохранения хороших массово-габаритных параметров «Карата-2» необходимо использовать два кварцевых генератора, каждый из которых настроен на собственную частоту. Таким образом, мы получаем два фиксированных канала без существенного усложнения схемы передатчика, а следовательно этим мы сохраняем хорошие массогабаритные показатели радиостанции «Карат-2».

Таким образом, в схемотехническом решении радиостанции «Карат-2» необходимо изменить структуру первого гетеродина, а также выходных каскадов усилителя мощности.

Разрабатываемая радиостанция выполняется по трансиверной схеме. Это позволяет сократить число узлов в радиостанции и увеличить использование имеющихся. Усилитель промежуточной частоты используется как в режиме приема, так и в режиме передачи. УПЧ рассчитан на работу с сигналом фиксированной частоты, следовательно сигнал после УЧ должен быть перенесен на данную частоту, а именно 500 кГц. Это удобно осуществить применив после УНЧ балансный смеситель, который одновременно осуществляет подавление несущей частоты и перенос спектра на необходимую частоту.

Двухполосный сигнал с выхода балансного модулятора поступает на ЭМФ, который выделяет одну из боковых полос. Фильтр неперестраиваемый, в результате чего сигнал формируется на одной частоте. Для переноса его в рабочие диапазоны необходимо провести преобразование частоты сформированного однополосного сигнала.

Для переноса сигнала после ЭМФ на заданную частоту используем балансный смеситель, после которого осуществляется окончательное усиление сигнала до заданного уровня.

4. Расчет автогенератора

В диапазоне средних частот наиболее широко применяется емкостная трехточка, которая позволяет получить высокую стабильность частоты. Использование резонатора в цепи обратной связи приводит к большему изменению частоты при изменениях напряжения питания и других параметров реактивных элементов частотозадающей цепи и активного элемента.

В диапазоне 1-30 МГц используются резонаторы с колебаниями первого порядка сдвига по толщине.

В малоканальной аппаратуре связи рекомендуется использовать кварцевые генераторы на несколько частот. Наиболее широко в этом случае применяется способ переключений резонаторов с помощью электронных ключей, которые обеспечивают дистанционное переключение и сравнительно большие скорости переключения.

Генератор не требует настройки, кроме установки номинальной частоты.

Ниже приводится расчет двух схем емкостной трехточки для каналов 1,8 и 2,2 МГц.

В качестве активного элемента в кварцевом генераторе, построенном по трехточечной схеме, может использоваться транзистор, рабочая частота которого не менее частоты генерации. Важными параметрами транзистора являются крутизна характеристики, уровень шумов, значение и стабильность проводимостей, габариты и экономичность.

Расчет проводим для транзисторов КТ315Д. Это кремниевые планарно-эпитаксиальные n-p-n-транзисторы, предназначенные для работы в схемах усиления и генерирования колебаний. Корпус пластмассовый, герметичный, с жёсткими выводами. Параметры гарантируются при температуре окружающей среды -60…+100С.

Расчет по постоянному току

1. Рекомендуемый оптимальный режим работы транзистора:

-  - напряжение эмиттера относительно корпуса;

-  - коллекторный ток покоя;

-  - напряжение на участке коллектор - эмиттер

2. Сопротивление резистора в цепи эмиттера:

= 1 кОм.

3. Ток в цепи базы:

= 71,4 мкА.

4. Ток делителя напряжения в цепи базы:

= 0,71 мА.

5. Определяем суммарное сопротивление делителя:

= 16,9 кОм.

6. Напряжение базы относительно корпуса:

=3,7 В.

7. Определяем сопротивления плеч делителя:

Расчет по переменному току

1. Управляющее сопротивление

,

где - реактивные сопротивления соответствующих емкостных элементов колебательной системы и паразитных ёмкостей активного элемента. Учитывая, что и , то при приблизительных расчетах можно не учитывать; - суммарное сопротивление потерь в цепи кварцевого резонатора, которое ориентировочно можно считать равным его динамическому сопротивлению = 60 Ом. Расчет проводим для резонатора РГ-07 (тип корпуса Б).

2. Находим реактивное сопротивление по формуле

 = 126,5 Ом,

где S - крутизна статической характеристики, S= 0,025 А/В.

- коэффициент разложения первой гармоники косинусоидального импульса, характеризующий запас по возбуждению КГ (оптимальная величина ), ;

- коэффициент обратной связи (оптимальная величина ), .

3. Зная х1, находим х2 по формуле = 63,25 Ом.

4. По найденным значениям х1 и х2 находим соответствующие значения емкостей конденсаторов С2, С4 и С3, С5 соответственно для первого и второго каналов:

; .

Отсюда С2=699,3 пФ; С3=572,2 пФ; С4=1398,6 пФ; С5=1144,4 пФ.

5. Определяем величину разделительных емкостей. Расчет проводим для верхней частоты диапазона

=72,4 нФ.

6. Мощность, потребляемую от источника коллекторной цепью

= 24 мВт.

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора для транзисторов типа КТ315Д составляет 150 мВт.

7. Мощность, рассеиваемая кварцевым резонатором

0,5 мВт,

где - реактивное сопротивление конденсатора С1 на частоте КГ, x₁ 0,127 Ом.

5. Конструкция

Радиостанция имеет блочную конструкцию.

Органы управления радиостанцией расположены на лицевой панели корпуса радиостанции.

Корпус приемопередатчика выполнен из алюминиевого сплава.

На лицевой панели радиостанции размещены:

1. разъем для электрического соединения приемопередатчика с манипулятором;

2. переключатель S1 - 1 КАНАЛ / 2 КАНАЛ;

3. ручка настройки частоты первого гетеродина - ТЕМБР;

4. ручка регулировки усиления - УСИЛЕНИЕ;

5. ручка настройки антенны - НАСТРОЙКА;

6. переключатель S;

7. гнездо для подключения антенны.

На боковой поверхности корпуса расположено гнездо «П» для подключения «Противовеса».

С помощью переключателя S1 осуществляется переключение используемого канала. При этом осуществляется переключение электронных ключей, которые включают тот или иной генератор.

Ручка настройки частоты ТЕМБР осуществляет подстройку частоты для улучшения разборчивости речи. Подстройка осуществляется для выбранного переключателем S1 канала.

Переключатель S осуществляет:

- включение и выключение радиостанции - ОТКЛ.;

- режим настройки и передачи тонального вызова в полосе телефонного канала - НАСТРОЙКА;

- телефонию с однополосной модуляцией - ТЛФ.

Переключение радиостанции с прима на передачу осуществляется с помощью кнопочного переключателя-тангенты, расположенного на манипуляторе. При этом коммутируются следующие цепи:

- питание каскадов, работающих только на прием или передачу;

- антенная цепь;

- электромеханический фильтр с двухкаскадным усилителем промежуточной частоты.

В манипуляторе помещен динамик, который при передаче работает в качестве микрофона.

Согласно п. 3.3.1 ГОСТ 22579-86 радиостанции должны соответствовать требованиям к механическим и климатическим воздействиям, установленным в ГОСТ 16019-78.

Заключение

Целью данного курсового проекта была разработка носимой КВ радиостанции с однополосной модуляцией.

Был проведен анализ состояния вопроса, в котором были рассмотрены две носимые радиостанции «Карат-2» и «Яшма». Радиостанция «Карат-2» выигрывает перед радиостанцией «Яшма» в отношении массогабаритных показателей, но проигрывает в числе фиксированных каналов. В результате в качестве прототипа разрабатываемой радиостанции был выбран «Карат-2».

Для увеличения количества фиксированных каналов вместо использования одного кварцевого автогенератора были использованы два переключаемых кварцевых генератора. Переключение используемого кварцевого генератора осуществляется с помощью переключателя на лицевой панели корпуса радиостанции посредством электронных ключей.

Переключатель осуществляет выбор используемого канала. для улучшения разборчивости речи предусмотрена возможность подстройки частоты ручкой ТЕМБР. Подстройка проводится для выбранного канала связи.

Таким образом, без существенного усложнения исходной схемы радиостанции «Карат-2» удалось расширить ее возможности.

Параметры радиостанция соответствуют требованиям ГОСТ 22579-86 «Радиостанции с однополостной модуляцией сухопутной подвижной службы» для радиостанции типа 3, а также ГОСТ 16019-78 «Радиостанции сухопутной подвижной службы. Требования по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям и методы испытаний» для радиостанции группы 6.

Список литературы

радиостанция передача однополосный речь

1. Проектирование радиопередатчиков: Учебн. пособие для вузов / Под редакцией В.В. Шахгильдяна. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 2000.

2. Проектирование радиопередающих устройств: Учебное пособие для вузов/ Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 1993.

3. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Г.М. Уткина.-М.: Сов. радио, 1979.

4. Радиопередающие устройства, под ред. О.А. Челнокова, М: Радио и связь, 1982.

5. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Г.М. Уткина.-М.: Сов. радио, 1979.

6. Альтшуллер Г.Б., Елфимов Н.Н., Шакулин В.Г. Кварцевые генераторы: Справ. пособие. М.: Радио и связь, 1984.

7. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / под ред. Б.Л. Перельмана. М: Радио и связь, 1981.

8. ГОСТ 22579-86. Радиостанции с однополостной модуляцией сухопутной подвижной службы. - М.: Изд-во стандартов, 1986.

9. ГОСТ 16019-78. Радиостанции сухопутной подвижной службы. - М.: Изд-во стандартов, 1978.

10. Курсовое и дипломное проектирование. Методические указания для студентов специальностей 190200 и 200700. Омск. - Изд-во ОмГТУ, 1997.

Размещено на Allbest.ru