Оценка физической реализуемости

Введение

Радиоприемные устройства являются неотъемлемой частью любой радиотехнической системы. Устройства приема и обработки сигналов нашли применение в радиотехнических системах: пассивной и активной радиолокации, навигации, в панорамных устройствах и системах исследования любого радиоизлучения, в системах радиосвязи, телевидения, радиовещания, в космической, сотовой и пейджинговой системах связи. В связи с этим в настоящее время для радиоприемных устройств весьма характерным является большое их разнообразие, определяемое различием радиотехнических систем, в состав которых они входят.

Несмотря на такое разнообразие, все радиотехнические устройства связывает общность построения структурной схемы.

Современные радиоприемные устройства в большинстве случаев строят по супергетеродинной схеме, которая способна обеспечить высокие усиление и избирательность во всех радиочастотных диапазонах. Структурная схема супергетеродинного типа состоит из трех основных частей: линейного тракта, демодулятора и устройства регулировки (управления). Линейный тракт одинаков для радиоприемников различных типов и состоит из преселектора (входная цепь и усилитель радиочастоты), преобразователя частоты и усилителя промежуточной частоты.

Основным направлением в проектировании современной радиоприемной аппаратуры является разработка ее на основе микросборок, представляющих собой законченные функциональные узлы. Основу микросборок составляет функциональная интегральная микросхема (ИМС), содержащая активные элементы с элементами схемы питания. Данный курсовой проект разработан с использованием ИМС, серийно выпускаемых промышленностью.

В данной курсовой работе произведен расчет радиоприемного устройства, работающее в УКВ - 2 диапазоне с частотной модуляцией (ЧМ) сигналов.

Основная часть

По условию задания, требуемые параметры соответствуют радиоприемному устройству 1 - ой группы сложности и недостающие данные для проектирования можно определить из требований к устройствам этой группы сложности из ГОСТ 5651 – 89 (Таблица 2.1.).

Таблица 2.1. - Недостающие параметры.

Девиация частоты,	Гц
Частоты модуляции,	Гц
Избирательность по зеркальному каналу,	дБ
Избирательность по соседнему каналу,	дБ
Избирательность по дополнительным каналам,	дБ
Чувствительность приёмника,	мкВ

Расчёт полосы пропускания

Определим индекс модуляции по следующей формуле:

,

где - девиация частоты;

- верхняя частота модуляции.

Ширина полосы спектра принимаемого сигнала, определяется по следующей формуле:

Гц.

Полосу пропуская приемника возьмем как запаса от ширины полосы спектра принимаемого сигнала:

Гц.

Округлим полученное значение полосы приемника до Гц.

Расчёт преселектора

Преселектор супергетеродинного приемника обеспечивает заданную избирательность по побочным каналам приема, в первую очередь по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения.[2]

Расчёт входной цепи

В качестве антенны будем использовать вертикальный четвертьволновый штырь. Подключается непосредственно к коаксиальному кабелю с Ом, при этом вход приёмника должен быть не симметричным. Сопротивление антенны Ом, м. [4]

Расчёт одноконтурной входной цепи приёмника (рис. 3.1.).

Рисунок 3.1. - Принципиальная схема входной цепи

Возьмём полную ёмкость схемы Ф, коэффициент затухания . Вычислим коэффициент включение фидера к антенне :

 

Вычислим коэффициент включения к входу УРЧ:

Вычислим ёмкость контура:

Вычислим индуктивность контура:

Гн.

Определим индуктивность катушки связи:

Гн.

Вычислим минимальный коэффициент связи при котором осуществляется согласование:

Вычислим коэффициент передачи при согласовании:

.

Коэффициент передачи входной цепи:

.

Переведем в дБ, получим дБ.

Вычислим избирательность входной цепи по зеркальному каналу:

дБ.

Тракт промежуточной частоты

Избирательная система тракта промежуточной частоты определяет его полосу пропускания и избирательность по соседнему каналу.

Тракт низкой частоты

В качестве ограничителя сигнала ПЧ, частотного демодулятора и предварительного усилителя низкой частоты, используем микросхему К174УР3 (рис. 5.1.).

Рисунок 5.1. - Типовая схема включения микросхемы К174УР3.

Основные параметры: напряжение питания 6 В; ток потребления 12 мА; входное напряжение 500 мкВ; выходное напряжение НЧ 100 мВ; коэффициент гармоник 2%; коэффициент ослабления амплитудной модуляции 40 дБ; частота входного сигнала 10.7 МГц; девиация несущей частоты 50 кГц; модулирующая частота 1кГц; максимальное напряжение входного сигнала 0,3 В; входное напряжение ограничения 100 мкВ; полоса пропускания 107 кГц; коэффициент усиления 46 дБ.

Характеристики микросхемы представлены в Приложение А.

 

 

Введение

Радиоприемные устройства являются неотъемлемой частью любой радиотехнической системы. Устройства приема и обработки сигналов нашли применение в радиотехнических системах: пассивной и активной радиолокации, навигации, в панорамных устройствах и системах исследования любого радиоизлучения, в системах радиосвязи, телевидения, радиовещания, в космической, сотовой и пейджинговой системах связи. В связи с этим в настоящее время для радиоприемных устройств весьма характерным является большое их разнообразие, определяемое различием радиотехнических систем, в состав которых они входят.

Несмотря на такое разнообразие, все радиотехнические устройства связывает общность построения структурной схемы.

Современные радиоприемные устройства в большинстве случаев строят по супергетеродинной схеме, которая способна обеспечить высокие усиление и избирательность во всех радиочастотных диапазонах. Структурная схема супергетеродинного типа состоит из трех основных частей: линейного тракта, демодулятора и устройства регулировки (управления). Линейный тракт одинаков для радиоприемников различных типов и состоит из преселектора (входная цепь и усилитель радиочастоты), преобразователя частоты и усилителя промежуточной частоты.

Основным направлением в проектировании современной радиоприемной аппаратуры является разработка ее на основе микросборок, представляющих собой законченные функциональные узлы. Основу микросборок составляет функциональная интегральная микросхема (ИМС), содержащая активные элементы с элементами схемы питания. Данный курсовой проект разработан с использованием ИМС, серийно выпускаемых промышленностью.

В данной курсовой работе произведен расчет радиоприемного устройства, работающее в УКВ - 2 диапазоне с частотной модуляцией (ЧМ) сигналов.

Основная часть

По условию задания, требуемые параметры соответствуют радиоприемному устройству 1 - ой группы сложности и недостающие данные для проектирования можно определить из требований к устройствам этой группы сложности из ГОСТ 5651 – 89 (Таблица 2.1.).

Таблица 2.1. - Недостающие параметры.

Девиация частоты,	Гц
Частоты модуляции,	Гц
Избирательность по зеркальному каналу,	дБ
Избирательность по соседнему каналу,	дБ
Избирательность по дополнительным каналам,	дБ
Чувствительность приёмника,	мкВ

Расчёт полосы пропускания

Определим индекс модуляции по следующей формуле:

,

где - девиация частоты;

- верхняя частота модуляции.

Ширина полосы спектра принимаемого сигнала, определяется по следующей формуле:

Гц.

Полосу пропуская приемника возьмем как запаса от ширины полосы спектра принимаемого сигнала:

Гц.

Округлим полученное значение полосы приемника до Гц.

Оценка физической реализуемости

Проверим возможность построения приемника прямого усиления. Для данного диапазона частот возьмем коэффициентшунтирования контура активными элементами и затухание контура , по следующей формуле определим эквивалентное затухание:

.

Найдем полосу пропускания одиночного колебательного контура, по следующей формуле:

Гц,

где Гц - резонансная частота сигнала. [1]

Данный приемник нам не подходит из – за большой полосы пропуская единичного колебательного контура.

Переходим к приемнику прямого преобразования. Проблема в данном приемнике нестабильность гетеродина .

Абсолютную нестабильность найдем по следующей формуле:

Гц.

Для радиовещательных приёмников допускается абсолютная нестабильность меньше Гц следовательно, приемник прямого преобразования не подходит.

Регенеративный приемник не рассматривается, так как является не стабильным и требует от пользователя знания принципа работы (входит в режим автогенератора).

Необходимо использовать супергетеродинный приемник, обладающий большим коэффициентом усиления (т.к. основное усиление производиться на промежуточной частоте), высокой чувствительностью и селективностью.

Приведем структурную схему супергетеродинного приёмника с одинарным преобразованием частоты, по которой в дальнейшем и будем производить расчёты (рис 2.1.).

Рисунок 2.1. - Структурная схема супергетеродинного приёмника.

2.3. Выбор структуры преселектора и числа преобразований частоты

Преселектор супергетеродинного приемника обеспечивает заданную избирательность по побочным каналам приема, в первую очередь по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения. [2]

Переселектор будет состоять из двух контуров и УРЧ (рис. 2.2.).

Рисунок 2.2. - Структурная схема преселектора.

Избирательность по зеркальному каналу для двух контуров будет определятся по следующей формуле:

,

где - промежуточная частота;

- физически реализуемая полоса контура.

Из формулы выразим промежуточную частоту и найдём её. Избирательность по зеркальному каналу возьмём из ГОСТ 5651 – 89 дБ, переведём в разы раз.

Приведём полученную формулу:

Гц.

Избирательность для соседнего канала определяется по следующей формуле:

,

где - частота расcтройки между каналами.

В УКВ диапазоне избирательность по соседнему каналу принято измерять при расстройке кГц. [3] Избирательность по соседнему каналу возьмём из ГОСТ 5651 – 89 дБ, переведём в разы раз.

Выразим из формулы промежуточную частоту и найдём её. Приведём полученную формулу:

Гц.

Из результатов расчёта можно увидеть, что промежуточная частота по соседнему каналу имеет пересечение с промежуточной частотой по зеркальному каналу.

Нам хватит одного преобразования частоты, поэтому выберем стандартную частоту для ЧМ сигналов Гц.

Расчёт преселектора

Преселектор супергетеродинного приемника обеспечивает заданную избирательность по побочным каналам приема, в первую очередь по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения.[2]

Расчёт входной цепи

В качестве антенны будем использовать вертикальный четвертьволновый штырь. Подключается непосредственно к коаксиальному кабелю с Ом, при этом вход приёмника должен быть не симметричным. Сопротивление антенны Ом, м. [4]

Расчёт одноконтурной входной цепи приёмника (рис. 3.1.).

Рисунок 3.1. - Принципиальная схема входной цепи

Возьмём полную ёмкость схемы Ф, коэффициент затухания . Вычислим коэффициент включение фидера к антенне :

 

Вычислим коэффициент включения к входу УРЧ:

Вычислим ёмкость контура:

Вычислим индуктивность контура:

Гн.

Определим индуктивность катушки связи:

Гн.

Вычислим минимальный коэффициент связи при котором осуществляется согласование:

Вычислим коэффициент передачи при согласовании:

.

Коэффициент передачи входной цепи:

.

Переведем в дБ, получим дБ.

Вычислим избирательность входной цепи по зеркальному каналу:

дБ.