Проектирование связного УКВ приемника

Министерство образования  и науки РФ

 

 

 

 

 

 

Новосибирский государственный  технический университет

 

 

 

 

Кафедра радиоприемных  и радиопередающих устройств

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

Устройства приёма и обработки сигналов

Проектирование связного УКВ приемника

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы РТ5-22	Преподаватель
Петров Д.С.	Киселёв А.В.
Факультет РЭФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск

2006

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техническое задание

 

Диапазон рабочих частот	200 – 250 МГц
Чувствительность	5 мкВ
Отношение сигнал/шум  на выходе линейной части	10 дБ
Вид модуляции	ЧМ
Диапазон модулирующих частот	0.1 – 2.5 кГц
Девиация частоты	5 кГц
Избирательность по соседнему  каналу                                   при расстройке	40 дБ 25 кГц
Избирательность по зеркальному  каналу	50 дБ
Избирательность по каналу прямого прохождения	70 дБ
Входное сопротивление	50 Ом
Уровень выходного сигнала  на заданном сопротивлении  нагрузки	1 В 25 Ом
Изменение уровня выходного сигнала не более при изменении входного сигнала на	5 дБ 40 дБ
Относительная нестабильность частоты передатчика	10-5
Питание	+12 В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Важнейшим функциональным элементом радиотехнических систем является радиоприемное устройство, способное воспринимать слабые радиосигналы и преобразовывать их к виду, обеспечивающему  использование содержащейся в них  информации. В состав радиоприемного устройства входят собственно радиоприемник, антенна и оконечное устройство. Радиоприёмники можно классифицировать по ряду признаков, из которых основными являются:

1. Тип схемы;
2. Вид принимаемых сигналов;
3. Назначение приёмника;
4. Диапазон частот;
5. Вид активных элементов;
6. Конструкция приёмника.

По типу схем различают  приёмники детекторные, прямого  усиления, сверхрегенеративные и супергетеродинные приёмники. В нашем курсовом проекте мы проектируем супергетеродинный приёмник, обладающий существенными преимуществами перед приёмниками других типов и широко применяемый на любых диапазонах частот.

Появившиеся в последнее  время интегральные микросхемы и  фильтры, по сути, представляют собой  элементную базу функциональной электроники. Разработка радиоприемных устройств, выполненных на их основе, отличается от традиционного проектирования смещением акцентов в сторону системных вопросов. При этом радиоприемное устройство рассматривают как совокупность узлов, решающих задачи: частотной селекции, усиления и демодуляции полезного сигнала, а также подавления помех.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Синтез структурной схемы приемника

1. Расчет параметров приемника

Рассчитаем требуемую  полосу пропускания приемника по следующему соотношению:

,

где  – ширина спектра принимаемого сигнала; – максимальное значение доплеровского сдвига принимаемого сигнала; , – среднеквадратические значения случайных отклонений рабочей частоты передатчика и частоты настройки приемника.

Будем исходить из того, что приемник неподвижен по отношению к передатчику, тогда .

При частотной модуляции ширина спектра зависит от индекса модуляции  B, определяемого девиацией частоты и наибольшей частотой в спектре передаваемого сообщения :

Так как индекс модуляции  не намного превосходит единицу, то ширина спектра принимаемого сигнала равна:

Определим нестабильность частоты передатчика и гетеродина.

Примем относительную  нестабильность частоты гетеродина, такой же, как у передатчика  – 10^-5, этого значения можно добиться применением кварцевой стабилизации частоты. Учитывая, что промежуточная частота приемника еще не выбрана, примем максимальную частоту гетеродина равной максимальной частоте принимаемого сигнала .

Требуемая полоса пропускания  приемника:

Проверим условие наличия автоподстройки частоты (АПЧ):

если  , , то в состав приемника целесообразно ввести систему АПЧ с коэффициентом автоподстройки:

При вводе АПЧ полосу пропускания приемника принимают равной:

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор количества преобразований и значений промежуточных частот

Большинство приёмников, спроектированных в настоящее время, строится по супергетеродинной схеме. Это позволяет осуществлять основное усиление и фильтрацию сигнала на промежуточной, как правило, более низкой, частоте. Применение промежуточной частоты выше частоты сигнала,  существенно увеличивает подавление помех по зеркальному каналу, но требует применения двойного преобразования частоты с включением на выходе первого смесителя узкополосного фильтра.

Промежуточная частота должна лежать вне диапазона рабочих частот и обеспечивать:

1. заданную избирательность (ослабление Se_зк) по зеркальному каналу (ЗК);
2. заданную избирательность по каналу прямого прохождения (ПП);
3. возможность применения колебательных контуров c реализуемой добротностью.

Для обеспечения  селекции по соседнему каналу с помощью  стандартного фильтра основной частотной  селекции, промежуточную частоту рекомендуется выбирать из ряда стандартных частот.

Для данного  УКВ ЧМ приемника, для первоначального расчета, в качестве промежуточной частоты выберем – .

В соответствии с рекомендациями в [2] и [3], принимаем d_э=0.02.

Рассмотрим  случай, когда частота сигнала  выше частоты гетеродина (“нижняя” настройка гетеродина).

Частота зеркального  канала: 

Определим обобщенную расстройку для зеркального канала на максимальной частоте сигнала:

Селективность по ЗК, обеспечиваемая одиночным контуром:

Селективность по ЗК, обеспечиваемая парой связанных  контуров:

Селективность по ЗК, при “нижней” настройке гетеродина, обеспечивают один одиночный контур и одна пара связанных контуров:

 

Рассмотрим  случай, когда частота сигнала  ниже частоты гетеродина (“верхняя” настройка гетеродина).

Частота зеркального  канала: 

Определим обобщенную расстройку для зеркального канала на максимальной частоте сигнала:

Селективность по ЗК, обеспечиваемая одиночным контуром:

 

 

Селективность по ЗК, обеспечиваемая парой связанных  контуров:

Селективность по ЗК, при “верхней” настройке гетеродина, обеспечивают два одиночных контура и одна пара связанных контуров:

.

Определим  подавление помех  одиночным контуром и парой связанных  контуров для канала прямого прохождения .

Обобщенная расстройка для канала прямого прохождения (КПП):

Селективность по КПП, обеспечиваемая одиночным контуром:

Селективность по КПП, обеспечиваемая парой связанных контуров:

Селективность по КПП, обеспечивают два одиночных контура или одна пара связанных контуров:

.

Для промежуточной  частоты расчет аналогичен,  поэтому повторять его не целесообразно. Результаты расчетов сведены в таблицу 1.

    Табл.1.

Вид частотно-селективной цепи преселектора	Значение промежуточной  частоты
	Настройка гетеродина (ЗК)		КПП, дБ	Настойка гетеродина (ЗК)		КПП, дБ
	“нижн.”, дБ	“верх.”, дБ		“нижн.”, дБ	“верх.”, дБ
Одиночный контур	19.101	18.36	59.39	25.54	24.028	53.29
Пара связанных  контуров	32.076	30.58	112.8	45.027	42.001	100.563
Два одиночных  контура	38.202	36.72	118.78	51.08	48.056	106.58
Одиночный контур и пара связанных контуров	51.177	48.94	172.19	70.567	66.029	153.853
Два одиночных  контура и пара связанных  контуров	70.278	67.3	231.58	96.107	96.112	207.143

 

В качестве селективной системы преселектора выберем систему, состоящую из одного одиночного контура и одной пары связанных контуров (при промежуточной частоте f_пч=10.7 МГц и “нижней” настройке гетеродина): один во входной цепи (ВЦ), второй в нагрузке УРЧ. При этом подавление помехи по ЗК составляет – 51.177 дБ (требуется 50 дБ), а по КПП – (требуется 70 дБ).

Сигнал помехи на соседнем канале подавляется после смесителя, т.е. на промежуточной частоте фильтром сосредоточенной селекции (ФСС).

 

 

 

ФСС выбираем стандартный, исходя из предъявляемых к нему требований:

1. центральная частота фильтра равна промежуточной частоте смесителя;
2. полоса пропускания фильтра должна быть не уже полосы сигнала;
3. селективность должна быть не хуже заданной, при заданной расстройке.

Выбираем фильтр ФП2П4-307 (Приложение 1), у него центральная частота – 9.572…11.5 МГц, полоса пропускания 18 кГц по уровню 6 дБ, затухание 80 дБ при расстройке . Данный фильтр обеспечивает необходимое ослабление (40 дБ).

3. Коэффициент шума приемника

Максимально допустимое значение коэффициента шума приемника, является определяющим при проектировании радиочастотной части приемника. При малых значениях коэффициента шума (<3…20) технические решения, закладываемые в преселектор и преобразователь частоты, диктуются, в первую очередь, требованием достижения низкого коэффициента шума.

Если же коэффициент шума достаточно большой, то особых мер по его снижению принимать не следует, чувствительность приемника определяется его усилением, а его проектирование может вестись  без анализа и учета шумовых свойств отдельных каскадов.

Максимально допустимое значение коэффициента шума РПУ:

,

где – чувствительность приемника;

 – постоянная Больцмана;

 – температура среды;

 – отношение сигнал/шум  по мощности.

    

Коэффициент шума получился  относительно большим ( ) следовательно, особых мер по его снижению принимать не надо, чувствительность приемника определяется его усилением.

4. Коэффициент усиления приемника

Для обеспечения, заданного  в техническом задании, уровня выходного  сигнала, необходимо  произвести усиление входного сигнала в РПУ.