Проектирование радиоприемного устройства АМ сигналов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Аннотация

Введение

Расчет структурной схемы

Расчет входной цепи

Выбор смесителя и гетеродина

Выбор фильтра

Расчет усилителя промежуточной частоты

Выбор детектора

Анализ результатов

Заключение

Список литературы

Аннотация

В данном курсовом проекте производится расчет КВ радиоприемника АМ сигналов, работающего в диапазоне частот 7.0-14.0 МГц.

Чувствительность 1 мкв

Избирательность:

по соседнему каналу - 40 дБ,

по побочному каналу - 60 дБ.

Выходная мощность 1 Вт

Полоса пропускания 1.5 кГц

Амплитудная модуляция

Введение

Радиоприемным устройством (РПУ) называют такое радиотехническое устройство, которое предназначено для приёма радиосигналов и преобразования их к виду, позволяющему использовать передаваемое сообщение.

Для передачи любого сообщения (речевого, текстового, изображения, цифровых данных и т.д.) с помощью радиоволн служит радиоканал, который соединяет источник и потребитель сообщения. Он содержит радиопередающее устройство, среду, в которой распространяются радиоволны, и радиоприемное устройство.

В радиопередающем устройстве сообщение преобразуется в соответствующий ему модулирующий сигнал. Этот сигнал модулирует высокочастотное колебание. С помощью передающей антенны происходит преобразование энергии радиосигнала, т.е. модулированного высокочастотного электрического колебания, в энергию электромагнитного поля. В виде радиоволн поле распространяется в окружающем антенну пространстве. При этом радиоволна может рассеиваться, поглощаться, отражаться от неоднородностей среды, преломляться и т.д. В результате энергия радиоволны в месте приема оказывается значительно меньше, чем вблизи передающей антенны. С помощью приемной антенны происходит обратное преобразование энергии электромагнитного поля высокой частоты в энергию электрического колебания. В результате цепи приемной антенны создается ЭДС радиосигнала, являющегося источником входного воздействия для РПУ.

Радиоприем сопровождается действием на радиоканал различных радиопомех, а также искажением сигнала. Радиопомехи и искажения сигнала могут привести к недопустимым искажениям в передаваемом сообщении.

Под помехами понимаются все действующие на РПУ колебания, которые мешают приему полезного сообщения и приводят к его искажению. Радиопомехи могут возникать вне РПУ, т.е. в среде распространения радиоволн (внешние помехи) и внутри него (внутренние помехи). Совокупность всех помех определяет электромагнитную обстановку (ЭМО) в месте приема.

Искажения вне РПУ связаны с физическими процессами, сопровождающими распространение радиоволн: многолучевостью, дисперсией и др. Искажения внутри РПУ обусловлены не идеальностью его характеристик, т.е. отличием характеристик РПУ от тех, которые не приводят к искажениям передаваемого сообщения.

Выделяют три составных части РПУ: 1) приемная антенна; 2) собственно РПУ, или радиоприемник, в котором осуществляется необходимые преобразования сигнала, используемого для передачи соответствующего сообщения; 3) выходное (оконечное) устройство (ОУ), в котором происходит преобразование сигнала в сообщение или обработка сигнала с целью его дальнейшего использования. Это устройство может входить в состав РПУ или быть автономным.

Радиосигнал, несущий полезную информацию, как правило, на выходе РПУ не является единственным и доминирующим по уровню мощности. Этот сигнал обычно мал и содержится в смеси с помехами, создаваемыми другими, одновременно работающими радиопередатчиками, а также источниками различных излучений. Передаваемое сообщение соответствует модулирующему колебанию и в явном виде во входном радиосигнале не содержится. Поэтому в РПУ необходимо осуществить: 1) выделение полезного сигнала из смеси его с помехами; 2) выделение модулирующей функции; 3) различные преобразования полезного сигнала с целью достижения возможности и удобства его использования. Таким образом, РПУ выполняет ряд функции.

Функция избирательности (селективности) - это функция выделения полезного сигнала из смеси «сигнал плюс помеха», в соответствии с некоторым различием их физических свойств и характеристик. А именно: 1) частотным; 2) пространственным; 3) поляризационным; 4) временным; 5) амплитудным и другими.

Функция демодуляции (детектирования) - эта функция РПУ, обратная модуляции в радиопередатчике. Она направлена на выделение модулирующего колебания из колебаний радиосигнала высокой частоты, используемого в радиосистеме для передачи полезной информации.

Функция усиления полезного сигнала обусловлена тем, что его уровень на входе РПУ, как правило, недостаточен для нормальной работы ОУ. Поэтому сигналы приходиться усиливать.

Функция частотного преобразования радиосигнала предполагает преобразование области частот принимаемых сигналов в некоторую другую, заранее выбранную частотную область, где обеспечиваются наилучшие условия их обработки. Эта функция осуществляется в частотно-преобразовательных устройствах.

Функция адаптации (приспособления) к изменяющейся ЭМО предполагает изменение параметров РПУ с целью обеспечения заданного или максимально возможного в данных условиях приема качества работы РПУ. Необходимость в адаптации связана с изменением характеристик, как полезного сигнала, так и помех.

Расчет структурной схемы

Определим количество диапазонов.

Разделение общего диапазона частот РПУ на поддиапазоны необходимо в том случае, когда отношение заданной максимальной частоты всего диапазона к минимальной частоте превышает значение коэффициента перекрытия.

Допустимый коэффициент перекрытия для устройства нашего класса КПД=2.

Получим:

fmax = 14 fmin=7

KПДмах =2 КПД=2

Коэффициент перекрытия не превышает допустимый. Следовательно общий диапазон на поддиапазоны не разбивается.

Расчет чувствительности

Исходные данные:

RA = 75 Ом - Сопротивление антенны

ц = 50 - Требуемое превышение мощности сигнала над мощностью шумов

Дf = 10кГц - Полоса пропускания

T = 300K - Абсолютная температура

K = 1.3810-23 Постоянная Больцмана

= 1.789

Выбор Промежуточной частоты

fp = 465103 - Промежуточная частота

Qэ = 50 - Эквивалентная добротность нагруженных узлов преселектора

уzk(1) = 182.2 - Данная избирательность выше заданной, значит достаточно одного контура во входной цепи.

Предварительный расчет коэффициента усиления

Uвх = 0.5В Входное напряжение детектора

E = 110-6В - Чувствительность

hd = 0.4м - Действующая высота приёмной антенны

- Требуемый коэффициент усиления

Исходя из полученных данных можно распределить коэффициенты усиления по контурам и сформировать структурную схему.

Рисунок 1 - Структурная схема РПУ

Расчет входной цепи

Рисунок 2 - Входная цепь

Подбираем конденсаторы C1,C2,C3 для нашего диапазона частот 7 - 14 МГц.

Смах = 200пФ Сmin = 50пФ

МГц МГц

Выберем емкости из полученного диапазона:

С1 = 10 -100пФ С2 = 8 - 68пФС3 = 32пФ

где - конструктивная добротность.

Определяем коэффициенты включения m2 и m1 исходя из заданной эквивалентной добротности, где Ra-сопротивление антенны:

Проверяем:

Рассчитаем резонансный коэффициент усиления:

Выбор смесителя и гетеродина

Рисунок 3 - Смеситель

Выберем смеситель на полевом транзисторе в режиме управляемого сопротивления. Сигнал с входного контура подаётся на исток транзистора, а сигнал несущей частоты снимается с истока. Источника питания не требуется. Напряжение гетеродина подается на затвор транзистора и управляет сопротивлением канала.

Известно, что при небольших напряжениях промежуток исток-сток полевого транзистора ведет себя как линейный резистор, независимо от полярности приложенного напряжения. В то же время сопротивление канала может изменяться от десятков Ом до многих мегаОм в зависимости от напряжения затвор-исток. Это позволяет использовать полевой транзистор в смесителях как управляемый линейный элемент.

К основным достоинствам такого смесителя относится высокая чувствительность, поскольку по каналу транзистора не проходит ни ток питания, ни ток гетеродина, а только слабый ток сигнала, при этом транзистор шумит не многим сильнее обычного резистора с тем же сопротивлением. Характерна и высокая линейность, так как проводимость канала не зависит от небольшого входного напряжения.

Кроме того, смеситель отличается малым проникновением сигнала гетеродина во входную цепь и исключительно малой мощностью, требуемой от гетеродина, поскольку входное сопротивление по цепи затвора велико.

Подобный простейший смеситель обеспечивает чувствительность около 1мкВ (без УРЧ) и динамический диапазон порядка 65дБ. Что вполне соответствует нашим требованиям.

Рисунок 4 - Гетеродин

В качестве гетеродина подойдет схема на транзисторе с ОЭ. Отвод катушки заземлен по высокой частоте через выходное сопротивление источника питания. Через конденсатор Сб переменное напряжение подается на базу транзистора. Это напряжение по отношению к коллекторному имеет фазовый сдвиг на 180°, что обеспечивает положительную обратную связь.

Амплитуда напряжения обратной связи устанавливается соответствующим выбором положения отвода на катушке LK. Ток коллектора транзистора определяется сопротивлениями резисторов Rб и Rэ.

Выбор фильтра

Выберем кварцевый фильтр исходя из технического задания. Кварцевый фильтр ФП1П-024б своими характеристиками полностью подходит для решения поставленной задачи.

Основные параметры кварцевого фильтра ФП1П-024б:

Средняя частота полосы пропускания, кГц: 465

Полоса пропускания по уровню 6дБ,: 8 ± 0.5

Затухание при отстройке от центральной частоты ± 9кГц,Sck дБ: 35

Вносимое затухание в полосе пропускания дБ: 9,5

Входное сопротивление кОм: 2

Выходное сопротивление кОм: 2

Расчет усилителя промежуточной частоты

Рисунок 5 - Усилитель ПЧ

Рассчитаем усилитель промежуточной частоты по схеме указанной на рисунке 5. В качестве усилительного элемента выберем транзистор КТ382Б с характеристиками:

Максимально допустимое напряжение коллектор-база Uкбо=15В

Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер Uкэо =10В

Максимально допустимый постоянный ток коллектора Iкmax = 20мА

Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером h21э =40-330

Зададим ток коллектора 3мА, а напряжение питания 12В.

Ток базы транзистора:

,30мкА

Ток делителя напряжения:

, 300мкА

Рассчитаем резисторы R6,R7,R8:

, 390 Ом (ряд Е24)

, 6.2 КОм (ряд Е24)

, 39 КОм (ряд Е24)

Емкость эмиттера:

, 2.4 нФ (ряд Е24)

Входное сопротивление транзистора:

Сопротивление нагрузки для текущего каскада:

Данное сопротивление справедливо для первых двух каскадов УПЧ, сопротивление нагрузки для последнего каскада будет порядка 10 КОм.

Рассчитаем коэффициент усиления УПЧ:

Выбор детектора

В данном радиоприёмнике необходимо использовать амплитудный детектор, так как сигнал, который он демодулирует является амплитудно- модулированным.

В современных радиоприёмных устройствах наибольшее распространение получили амплитудные детекторы на полупроводниковых диодах. На рисунке 6 изображена схема последовательного диодного детектора с раздельной нагрузкой.

Рисунок 6 - Амплитудный детектор

радиоприемный устройство фильтр усилитель

Диодные детекторы имеют малые габариты и обладают наименьшими нелинейными искажениями сигнала из-за достаточно протяжённого линейного участка детекторной характеристики.

Анализ результатов

В результате было спроектировано РПУ полностью соответствующее заданным характеристикам:

Избирательность по соседнему каналу узк(1) = 182 превышает заданную уЗК=60.

Общий коэффициент усиления , превышает ориентировочный .

Смеситель обеспечивает чувствительность 1мкВ, которая соответствует заданной.

Заключение

В данном курсовом проекте был рассчитан линейный тракт радиоприемного устройства супергетеродинного типа. Параметры рассчитанной части РПУ удовлетворяют требованиям, изложенным в техническом задании.

Список литературы

1. Аржанов В.А. Устройства приёма и обработки сигналов: Учеб.-метод. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000. - 68 с.

2. Аржанов В.А. Проектирование радиоприёмных устройств: учеб. пособие / В.А. Аржанов, А.П. Науменко. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. - 312 с.

3. Аржанов В.А. Нелинейные эффекты в линейном тракте радиоприёмного устройства: Учеб. пособие. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1998. - 104 с.

4. Аржанов В.А. Резонансные усилители: Учеб. пособие. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004. - 128 с.

5. Аржанов В.А., Науменко А.П. Проектирование устройств приема радиосигналов: Учеб.пособие. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1994. - 136 с.

6. Курсовое и дипломное проектирование. Метод. указания / Сост.: В.А. Аржанов, Ю.М. Вещкурцев, И.В. Никонов, М.Г. Семенов. Омск: - Изд-во ОмГТУ, 1997. - 44 с.

7. Горшелев В.Д. и др. Основы проектирования радиоприёмников. Л., «Энергия», 1977. - 384 с.

8. Богданович Б.М., Окулич Н.И., Радиоприемные устройства: Учеб.пособие для вузов. Под общ. ред. Б.М. Богдановича. - Мн.: Выш. шк., 1991. - 418 с.

Размещено на Allbest.ru