Разработка и расчет выходного каскада ультракоротких волн

Размещено на http://www.allbest.ru/

Отделение: Беспроводной связи информационной безопасности

Специальность 10.02.02 Информационная безопасность телекоммуникационных сетей ОП-1

КУРСОВАЯ РАБОТА

по МДК 01.01 «Приёмопередающие устройства, линейные сооружения связи и источники электропитания»

На тему: «Разработка и расчет выходного каскада УКВ»

Студента: Udaltsova Egora Sergeevicha

Группы ИТС9-6

Руководитель: преподаватель спец дисциплин,

Толпыгин И.В

Москва 2017



Содержание

Введение

1. Теоретическая часть развитие радиовещания на частоте УКВ

1.1 Развитие радиовещания

1.2 Определение числа поддиапазонов

2. Расчет выходного каскада УКВ

2.1 Предварительный расчет и составление структурной схемы радиоприемника

2.2 Разработка выходного каскада УКВ

Заключение

Список использованной литературы

Приложение



Введение

Актуальность данной темы обуславливается тем что активное развитие цифровых радиосистем, передачи информации является одной из главных составляющих мирового прогресса в сфере телекоммуникаций. В настоящее время цифровые радиосистемы, передачи информации, вошли в повседневную жизнь миллионов людей. Трудно представить себе нашу действительность без сотовой связи, спутниковых систем, цифрового телевидения, систем цифрового абонентского радиодоступа и т.д. Решения по этим проблемам разработаны на уровне последних научно-технических и технологических достижений. По этим направлениям разработаны стандарты, принятые авторитетными международными организациями.

Научно-технические достижения в области создания систем общего применения целесообразно использовать и при разработке ведомственных радиосистем передачи информации, которые применяются различными структурами, например, службами общественной безопасности.

В целом существует большое разнообразие цифровых систем ведомственной радиосвязи. Рассмотрение ограничено следующими радиосистемами: наземные системы подвижной радиосвязи УКВ диапазона, радиомодемы систем подвижной радиосвязи, системы передачи, видео-аудио, информации и командные радиосистемы.

Особенностью большинства ведомственных радиосистем являются требования по обеспечению заданной дальности действия при ограниченной мощности передатчика, минимизации габаритов и энергопотребления аппаратуры. помехоустойчивый кодирование ультракороткий волна

Целью курсовой работы будет являться, исследование и оптимизация методов помехоустойчивого кодирования в ведомственных цифровых радиосистемах передачи информации по УКВ с учетом специфики данных систем.

Объектом исследования будет радиоприемник с выделенной для него полосой частоты от 87,5 до 108 МГц, предметом возьмем радиовещательный передатчик.



1. Теоретическая часть развитие радиовещания на частоте УКВ

1.1 Развитие радиовещания

В нашей стране радиовещание на УКВ было начато в 1931 г. радиостанцией РВ-61, сконструированной в ВЭИ под руководством Б. А. Введенского. Однако в то время широкое внедрение такого вещания тормозилось отсутствием радиопередатчиков, и не было еще актуальной задачей. В регулярную эксплуатацию первые радиопередающие станции на МВ с частотной модуляцией (УКВ ЧМ) были введены в 1946 г. в Москве (мощностью 1 кВт) и в 1948 г. в Ленинграде (мощностью 3,5 кВт). 16 июня 1949 г. было начато регулярное ТВ вещание Московским телецентром (МТЦ) по стандарту 625 строк, в котором предусмотрена ЧМ для сигналов звукового сопровождения. В настоящее время цифровые радиосистемы, передачи информации, вошли в повседневную жизнь миллионов людей. Трудно представить себе нашу действительность без сотовой связи, спутниковых систем, цифрового телевидения, систем цифрового абонентского радиодоступа и т.д. Решения по этим проблемам разработаны на уровне последних научно-технических и технологических достижений. По этим направлениям разработаны стандарты, принятые авторитетными международными организациями.

В настоящее время цифровые радиосистемы, передачи информации, вошли в повседневную жизнь миллионов людей. Трудно представить себе нашу действительность без сотовой связи, спутниковых систем, цифрового телевидения, систем цифрового абонентского радиодоступа и т.д. Решения по этим проблемам разработаны на уровне последних научно-технических и технологических достижений.

По этим направлениям разработаны стандарты, принятые авторитетными международными организациями. В настоящее время цифровые радиосистемы, передачи информации, вошли в повседневную жизнь миллионов людей. Трудно представить себе нашу действительность без сотовой связи, спутниковых систем, цифрового телевидения, систем цифрового абонентского радиодоступа и т.д. Решения по этим проблемам разработаны на уровне последних научно-технических и технологических достижений. По этим направлениям разработаны стандарты, принятые авторитетными международными организациями.

Спектр радиоканала показан. Мощность звукового радиопередатчика при девиации частоты 50 кГц была равна 7,5 кВт. До этого для передачи звукового сопровождения МТЦ использовал амплитудную модуляцию. Несмотря на указанное, заметный рост числа радиостанций УКВ ЧМ начался только во второй половине 50-х годов. К тому времени произошло переуплотнение многочисленными радиостанциями диапазонов ДВ, СВ и КВ. Это привело к необходимости использования для целей радиовещания нового диапазона УКВ (МВ), который имеет во много раз большую емкость и позволяет организовать высококачественное радиовещание с широкополосной модуляцией. При ЧМ возрастает помехозащищенность и, кроме того, в самом диапазоне УКВ уровень атмосферных и индустриальных помех значительно ниже, чем на ДВ, СВ и КВ. Именно возможность резкого повышения качества вещания и размещения в диапазоне УКВ большого числа радиостанций обусловила начало широкого развития радиовещания УКВ ЧМ. Для этого в 1952 г. была выделена полоса частот 66...73 МГц. В первые годы внедрения радиостанций УКВ ЧМ использовали передатчики звукового сопровождения типовой ТВ станции МТР-5/2,5 кВт (числитель указывает мощность ТВ передатчика, знаменатель -- мощность передатчика звукового сопровождения). Практически при установке мощность передатчика УКВ ЧМ доводили до 3,5 кВт, причем для обеспечения двух программного вещания на станции обычно размещали два передатчика. Основным техническим направлением в построении сети УКВ ЧМ радиовещательных станций стало ее совмещение с сетью строящихся телецентров и ретрансляционных ТВ станций. Это позволяло совместно использовать технические здания, энергетические устройства и башни для антенных сооружений, а также обеспечивало высококвалифицированное техническое обслуживание и значительно повышало экономические показатели всей системы УКВ ЧМ вещания. В последующие годы для радиовещания начали использовать передатчики звукового сопровождения из типовой ТВ станции МТР 2/1 кВт. Для двух программного радиовещания.

Радиоприемник 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- массогабаритным характеристикам и др.

Радиопередатчик представляет собой однокаскадный УКВ ЧМ передатчик, работающий в вещательном диапазоне 61-73 МГц.

Выходная мощность передатчика при использовании источника питания с напряжением 9-12 В - примерно 20 мВт. Он обеспечивает дальность передачи информации около 150 м при использовании приемника с чувствительностью 10 мкВ.

Режимы транзисторов УЗЧ (VT1) и генератора ВЧ (VT2) по постоянному току задаются резисторами КЗ и R4 соответственно. Напряжение 1,2 в на них и на питание микрофона М1 подается с параметрического стабилизатора на К1, С1, VD1. Поэтому устройство сохраняет свою работоспособность при снижении напряжения питания до 4-5 В. При этом наблюдается уменьшение выходной мощности устройства, а несущая частота изменяется незначительно.

Модулирующий усилитель выполнен на транзисторе VT1 типа КТ315. Напряжение звуковой частоты на его вход поступает с электретного микрофона с усилителем М1 типа МКЭ-3 и ему подобным. Усиленное напряжение звуковой частоты с коллектора транзистора VT1 поступает на варикап VD2 типа КВ109А через фильтр нижних частот на резистор R5 и конденсатор С5, и резистор R7. Варикап VD1 включен последовательно с подстрочным конденсатором С8 в эмиттерную цепь транзистора VT2. Частота колебаний задающего генератора, выполненного на транзисторе VT2 типа КТ315 (КТ3102, КТ368), определяется элементами контура L1, С6, С7 и емкостью С8 и VD1.

Вместо светодиода VD1 типа АЛ307 можно использовать любой другой светодиод или три последовательно включенных в прямом направлении диода типа КД522 и им подобных. Катушка L1 бескаркасная, диаметром 8 мм, имеет 6 витков провода ПЭВ 0,8.

При налаживании передатчик настраивают на свободный участок УКВ ЧМ диапазона сжатием или растяжением витков катушки L1 или подстройкой конденсатора С8. Девиация частоты устанавливается конденсатором С8 по наиболее качественному приему на контрольный приемник.

Передатчик можно настроить и на вещательный диапазон УКВ ЧМ (88-108 МГц), для этого необходимо уменьшить число витков L1 до 5 и емкость конденсаторов С6 и С7 до 10 пФ. В качестве антенны используется отрезок провода длинной 60 см. Для уменьшения влияния дестабилизирующих факторов антенну можно подключить через конденсатор емкостью 1-2 пФ.

Как и показано в приложении на рисунке радиопередатчика.

1.2 Определение числа поддиапазонов

Для того чтобы радиоприемник мог принимать сигналы от различных станций, имеющих различные частоты, он должен иметь перестраиваемую резонансную систему для настройки на эти частоты. Перестраиваемые резонансные системы находятся во входной цепи, гетеродине и в усилителях высокой частоты (ВЧ), если они резонансные.

Конструктивно настройка этих каскадов - это изменение реактивных элементов резонансной системы: индуктивности или емкости. Чаще всего реактивный элемент - емкость.

Конструктивно невозможно перестраивать емкость так, чтобы резонансная частота изменялась от ДВ-диапазона до УКВ-диапазона. Поэтому диапазон частот, который должен принимать приемник, разбивают на поддиапазоны.

Переход с поддиапазона на поддиапазон осуществляется при помощи переключающихся индуктивностей.

Критерием, для того чтобы узнать, необходимо ли разбивать диапазон приемника на поддиапазоны, служит коэффициент диапазона, рассчитываемый по формуле:

Разделение общего диапазона частот РПУ на поддиапазоны необходимо в том случае, когда коэффициент диапазона, превышает значение коэффициента перекрытия, соответствующего классу проектируемого радиоприёмного устройства.

Разбивая весь диапазон на поддиапазоны необходимо предусмотреть взаимное перекрытие по частоте в пределах от интервала частот в поддиапазоне. В радиовещательных РПУ разбивка диапазона осуществляется так, чтобы были одинаковые коэффициенты перекрытия, по формуле:

Коэффициент перекрытия поддиапазона РПУ II класса на диапазоне частот РПУ 100-1500 кГц равен 2,5-3,0.Так как в данном случае, то разбивка на поддиапазоны не нужна, то есть можно перекрыть диапазон одним переменным элементом. Следовательно, радиовещательный приемник будет однодиапозонным.



2. Расчет выходного каскада УКВ

Техническое задание

Разработать расчет радиоприёмного устройства с заданными характеристиками:

Назначение радиоприемника Вид модуляции Диапазон частот, МГц Чувствительность, мкВ, не менее Избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее Избирательность по соседнему каналу, дБ, не менее Диапазон воспроизводимых звуковых частот, Гц, не уже Напряжение источника питания, В Максимальная рабочая температура, оС Тип антенны	УКВ, ВЧ ЧМ 88-108 3 44 33 100-11000 10 45 штырь

2.1 Предварительный расчет и составление структурной схемы радиоприемника

Состав структурной схемы радиоприёмника

Предлагаемый для курсового проектирования радиоприемник целесообразно выполнять по супергетеродинной схеме с однократным преобразователем частоты, поскольку такая схема построения приёмника даёт возможность обеспечить достаточно высокие технические показатели приёмника без лишнего усложнения его схемной реализации. Возможная структурная схема построения РПУ ЧМ сигналов приведена на рис.1.



Рис. 1. Состав структурной схемы радиоприемника.

Для получения необходимого коэффициента усиления в микросхеме усилителя надо обеспечить на его втором затворе напряжение. При этом напряжении. При дальнейших расчетах током, потребляемым вторым затвором можно пренебречь, так как он значительно меньше Id. Сопротивление цепей питания определяются по формулам:

П = Пс+ 2?fг (1)

В случае в ЧМ сигналов полоса частот Пс, занимаемая спектром сигнала, равна

Гц (2)

где М - коэффициент частотной модуляции и равен;

(3)

- максимальное отклонение (девиация) частоты;

Fв - верхняя модулирующая частота (100-11000 Гц).

Абсолютную величину отклонения частоты гетеродина ?fг можно рассчитать, основываясь на известных данных по его относительной стабильности частоты. Считается, что транзисторный гетеродин без кварцевой стабилизации и без термостатированы имеет относительную нестабильность частоты.

(4)

причём в диапазонном приемнике в качестве частоты гетеродина надо брать верхнюю, т. е максимальную частоту заданного диапазона, плюс промежуточную частоту

fг = fг макс = fc + fпрчм = 108 •106 + 10.7*106 = 118.7 МГц

Поэтому абсолютные отклонения частоты гетеродина могут быть рассчитаны по формуле:

?fг = fг • дfг = fг • 10-4 = 118,7 • 102 = 11.87 кГц

Таким образом, подставляем найденные значения в (1), получаем:

П = Псчм+ 2?fг = 168,90 + 2 • 11,87 = 192,64 кГц.

При расчёте полосы пропускания радиочастотного тракта (преселектора) Прч, следует учесть ещё погрешность сопряжения (?fсопр = 300 кГц [4]) частот настроек контуров цепей сигнала гетеродина.

Тогда, окончательно:

Ппр = П + 2?fсопр = 192,64 • 103 + 2 • 300 • 103 = 792,64 (кГц)



Переведем заданную селективность из дБ в разы: Seск = 33 дБ =1033/20 = 44,668

Необходимое число контуров, при неравномерности АЧХ в полосе уп = 3 дБ, при v =1 и б > 1, находим:

n ? lg Seск /lg б = lg 44,668 /lg 4 = 2,74 ? 3

Выбираем 3 контура.

ПФ можно реализовать, если [3, c.213]:

(11)

fпр = 10,7•106 Гц,

Конструктивное затухание:

Нормированные значения затуханий [3]:

(12)



Выберем Д< 0.5 = 0,2

Тогда Д1= А - (n - 1) •Д = 2 - (3 - 1) • 0,2 = 1,6

где А=2, при n =3 [3, c.213].

Из рисунка 7.10 [3] определяем при Д=0,2 нормированные значения коэффициентов связи:

К12=1,8; К23=0,87; К34=0,6; К450,48; К56=0,35; К67=0,88.

Абсолютные значения коэффициентов связи и затухания [3]:

ki, i+1=Ki, i+1*П / fпр, d1=Д1*П / fпр. (13)

d1=1,6 0,022

Задаваясь эквивалентной емкостью С1э = С2э = 500 пФ, находим С12 = k12 • C1э

пФ,

Тогда С1 = Сэ - С12

пФ

Эквивалентное затухание контура:

с = 1/ (щпр * Сэ) = 1/ (2 ? р ? 10,7 ? 500 ? 10-6) = 29,749 Ом,

тогда при

Резонансный коэффициент включения равен [3]:



(14)

2.2 Разработка выходного каскада УКВ

Расчет УРЧ при известных параметрах используемого транзистора сводится к определению коэффициентов включения и элементов транзистора с контуром и к расчету коэффициентов усиления.

Коэффициент подключения р1 и р2 транзисторов к контуру УРЧ вычисляем по формулам [4]:

р1 = , (30)

р2 = , (31)

где Rвых - выходное сопротивление транзистора, нагрузкой которого является данный контур;

Rвх - входное сопротивление следующего усилительного прибора - транзистора;

Qэ, Qк - эквивалентная и конструктивная добротности контура.

В диапазоне УКВ широко применяется транзистор типа КТ368 с параметрами [4]:

g11 = 1,35 мСм, b11 = 5,5 мСм, g12 = 0,0150 мСм, b12 = 0,590 мСм, g21 =36 мСм, b21 = - 11,2 мСм, g22 = 0,84 мСм, b22 = 0,940 мСм, f = 100 МГц

Из предыдущих расчетов ск =105,13 Ом, Qэ = 35, Qк = 142,667;

Rвых = R22 = 1/g22 = 1/0,84*10-3 = 1,19 кОм; -

Rвх = R11 = 1/g11 = 1/1,35*10-3 = 0,74 кОм;



р1 = =0,449;

р2 = =0,354

Резонансный коэффициент усиления УРЧ Ко равен:

Ко = р1 * р2 * S * Rэ,

где S - крутизна на рабочей частоте, S = g21 = 36 мСм;

Rэ = с * Qэ = 105,13 * 35 = 3,68 кОм;

Ко = 0,449 * 0,354 * 36 * 10-3 * 3,68 * 103 = 21,06

УРЧ на транзисторе необходимо проверить на устойчивость, для чего его резонансный коэффициент усиления надо сравнить с устойчивым Коу, равным [4]:

Коу = 0,45 * (¦Y21¦/ ¦Y12¦),

где¦Y21¦=

¦Y12¦=



Должны получить выполнение условия Ко ? Коу. Как видим условие выполняется.

Постоянную времени цепи R9C21 выберем так, чтобы она была более нескольких десятков периодов ВЧ колебания. Пусть С21=120 пФ, а R9=45 кОм. Тогда R9C21=54·10-6 сек или примерно 540 колебаний ВЧ сигнала, а входное сопротивление детектора будет примерно равно 0,5 R9 или 22,5 кОм.

Для приемника выберем диод МВD 101.

(На Схеме 1 изображен Укв каскад.)

Схема 1. (Смоделированный выходной каскад УКВ диапазона)



Заключение

В данном курсовом проекте был рассчитан линейный тракт радиовещательного радиоприёмника. Данный радиоприёмник однодиапозонный, с двойным преобразованием частоты. Параметры рассчитанной части РПУ удовлетворяет требованиям, изложенным в техническом задании.



Список использованной литературы

1. - Буга Н.Н. и др. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов /Н.Н. Буга, А.И. Фалько, Н.И. Чистяков; Под ред. Н.И. Чистякова. - М.: Радио и связь, 1986. -320 с: ил.

2. - Горшелев В.Д. и др. Основы проектирования радиоприемников. Л., Энергия, 1977. - 384 с. с ил.

3. - Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/ Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др.; Под ред. Н.Н. Фомина. - М.: Радио и связь, 1996. - 512 с: ил.

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

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

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

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

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

9. - 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.

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

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

Приложение 1

Вследствие малого значения емкости штыревая антенна может быть подключена и, как правило, подключается непосредственно полностью к входному контуру приемника по схеме, приведенной на рис.4.



Приложение 2

A

Схема радиоприемника УКВ.



Приложение3

УКВ-ИП 2 блок ФМ диапазона

Клод Эмлвуд Шемннон -- американский инженер, крипто аналитик и связист. Считается «отцом информационного века». Является основателем теории, нашедшей применение в современных высокотехнологических системах связи.

Размещено на Allbest.ru