Приёмник связной радиостанции

Министерство образования и науки РФ

Рязанский Государственный Радиотехнический университет

 

Кафедра РТУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пояснительная записка

 

к курсовому проекту по дисциплине:

 

«Устройства приема и обработки сигналов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил ст.гр.715

Точилин Д.В.

Проверил:

Комиссаров А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рязань 2011 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

• Введение……………………………………………………………………..….4
• Выбор элементной базы…………………………………………………..…....5
• Проектирование структурной схемы…………………………………….……6
• Расчет частотного плана………………………………………………………..6
• Расчет энергетического плана……………………………………………….....8
• Расчет усилительных свойств радиоприемника ……………………………...9
• Расчет усилителя радиочастоты       
• по постоянному току………………………………………………….…11
• по переменному току………………………………………………….…12
• Расчет контура частотного детектора…………………………………….…...17
• Требования к синтезатору частот………………………………………….…..19
• Вывод……………………………………………………………………………20
• Список используемой литературы…………………………………………….21
• Приложение………………………………………………………………….…22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Радиоприемное устройство – одно из важнейших и необходимых элементов любой радиотехнической системы передачи сообщений. Оно обеспечивает: улавливание энергии электромагнитного поля, несущего полезную информацию; усиление мощности сигнала и преобразование его в сообщение, поступающее к получателю. В месте приема существуют посторонние электромагнитные поля, создаваемые источниками радиопомех естественного и искусственного происхождения. Эти электромагнитные поля искажают полезный сигнал и вызывают ошибки в приеме сообщений.

В связи с насыщением окружающего пространства радиотехническими средствами неизбежно увеличивается уровень радиопомех искусственного происхождения, возможно также появление умышленных радиопомех. В этих условиях обеспечение высокой достоверности приема сообщений становится более сложным. Необходимая достоверность приема сообщений может быть реализована только на основе комплексного подхода к построению помехоустойчивых систем передачи сообщений. А также учитывая, что реальные условия приема сигналов изменяются во времени, структура приемника и режимы его элементов должны оптимизироваться с целью обеспечить минимальную величину ошибки в приеме сообщений. Поэтому в приемнике предусматриваются автоматические регулировки усиления, избирательности, формы характеристик, обеспечивающие адаптацию приемника к изменяющимся условиям приема сигналов.

Таким образом, современное профессиональное радиоприемное устройство представляет собой адаптивный комплекс элементов, обеспечивающий оптимальную обработку смеси полезного сигнала и радиопомех. Этот комплекс обеспечивает три операции:

1) улавливание  электромагнитных колебаний полезного  радиосигнала из окружающего  пространства и передачу их приемнику;

2) оптимальную  обработку смеси сигнала и  радиопомех с целью выделения  первичного электрического сигнала, соответствующего сообщению (выделение  спектра полезного сигнала, усиление, детектирование, декодирование);

3) преобразование  первичного электрического сигнала в сообщение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор элементной базы

Для фильтрации заданного диапазона частот 146-166 МГц, во входной цепи поставим полосовой фильтр ФПА1-153-13Б. Характеристики данного фильтра приведены в следующей таблице:

Таблица 1. «Параметры фильтра ФПА1-153-13Б»

Центральная частота, МГц	Полоса на уровне -2дБ, МГц	Потери, дБ	Подавление, дБ	Входное и выходное сопротивления, Ом
156	21	4	60	50

 

Основной каскад выполним на микросхеме ИМС MC13135 фирмы Motorola(спецификация приведена в приложении). Данная микросхема представляет собой узкополосный ЧМ приемник с двойным преобразованием частоты. Основные функции: двойное преобразование частоты, усиление, ограничение по амплитуде и детектирование сигнала.

На первую промежуточную частоту выберем фильтр ФП2ПЧ-10,7-28 со следующими основными характеристиками:

Таблица 2. «Параметры фильтра ФП2ПЧ-10,7-28»

Центральная частота, МГц	Полоса на уровне – 3 дБ, кГц	Полоса на уровне – 65 дБ, кГц	Потери, дБ
10,7	28	100	3

Избирательность по соседнему каналу обеспечивает фильтр ФП2ПЧ-10,7-28.

На вторую промежуточную частоту выберем фильтр PFWLA450KS2A-B0, со следующими основными характеристиками:

Таблица 3. «Параметры фильтра PFWLA450KS2A-B0»

Центральная частота, кГц	Полоса на уровне – 3 дБ, кГц	Полоса на уровне – 40 дБ, кГц	Потери, дБ
455	50	100	6

 

В качестве усилительного прибора для усилителя радиочастоты возьмем транзистор 1Т314А со следующими основными параметрами:

Таблица 4. «Параметры транзистора 1Т314А»

Iкм, мА	Uкэм, В	Uэб0, В	Iэ0, мА	fгр, ГГц	h21э	Kш, дБ	Cк, пФ	Tк, пс
10	5	0,3	5	1,5	15…250	4,5	1	0,8

 

 

 

 

 

 

Проектирование структурной схемы

 

Расчет частотного плана

 

Рис.1 «Частотный план»

 

(МГц)

(МГц)

 (МГц)

( МГц)

(кГц)

(МГц)

 (МГц)

Необходимо обеспечить фильтром преселектора избирательность по побочным каналам. Избирательность по побочным каналам:

, где - подавление вне основной полосы частот, - потери. Получившееся значение не удовлетворяет техническому заданию (по ТЗ ). Необходимо использовать два фильтра ФПА1-153-13Б.

При этом избирательность по побочным каналам получается равной:

, что полностью соответствует техническому заданию.

Фильтры на первой и второй промежуточных частотах, должны обеспечивать необходимую избирательность по соседним каналам (по ТЗ ). Для выбранных типов фильтров избирательность получается равной:

 , что полностью удовлетворяет ТЗ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходя из частотного плана, структурная схема радиоприемника примет следующий вид:

 

Рис.2 «Структурная схема радиоприемника»

 

А – антенна,

УРЧ – усилитель радиочастоты (малошумящий усилитель),

Ф1,Ф2 – фильтры радиочастоты,

СМ1, СМ2 – смесители частоты,

Г1, Г2 – гетеродины,

Фпч1, Фпч2 – фильтры промежуточных частот,

УПЧ – усилитель промежуточной частоты,

ОА – ограничитель амплитуд,

ЧД – частотный детектор,

ФНЧ – фильтр нижних частот,

УЗЧ – усилитель звуковой частоты.

Назначение и структура  каскадов супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты:

Преселектор - состоит из фильтра входной цепи(Ф1) и фильтра УРЧ (Ф2). Ф1 предназначен для предварительной фильтрации принимаемого полезного сигнала из множества сигналов, поступающих на антенну. Так же Ф1 и Ф2 необходимы для обеспечения избирательности по первому зеркальному каналу и каналу прямого прохождения.

Усилитель радиочастоты (УРЧ) требуется для увеличения уровня сигнала, поступающего с фильтра входной цепи, до минимального уровня требуемого микросхемой.

Смесители частоты (СМ1, СМ2) предназначены для переноса спектра сигнала на промежуточную частоту (ПЧ).

Гетеродины  (Г1, Г2) требуются для осуществления преобразования частоты в смесителях.

Фильтры промежуточных частот (Фпч1, Фпч2) требуются для обеспечения избирательности по второму зеркальному каналу и по соседним каналам приема.

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) обеспечивает основное усиление сигнала по напряжению.

Ограничитель амплитуд (ОА) позволяет устранить нежелательные изменения амплитуды сигнала.

Частотный детектор (ЧД(демодулятор)) преобразует принимаемый модулированный сигнал в напряжение, соответствующее передаваемому сообщению.

Расчет энергетического плана

Проведем расчет энергетического плана с целью определения -  соответствует ли отношение сигнал/шум на выходе приемника ТЗ при выбранной элементной базе.

Отношение сигнал/шум на входе приемника:

где  - мощность сигнала на входе приемника, - мощность шума на входе приемника.

где - чувствительность приемника, - сопротивление антенны приемника.

где по формуле Найквиста - полоса пропускания.

 

(дБ)

 

 

Рис.3

 

Выражение для коэффициента шума радиоприемника можно записать следующим приближенным выражением:

где - коэффициент передачи по мощности соответствующих каскадов, - коэффициенты шума соответствующих каскадов.

Коэффициенты шума и передачи соответствующих каскадов:

, где - потери фильтра;

 

 

 

(дБ)

(раз)

Зададим Нурч=27

 

Тогда коэффициент шума радиоприемника равен:

 

Отношение сигнал/шум на выходе приемника:

 

Получившийся при вычислении отношение сигнал/шум на выходе приемника соответствует ТЗ (по ТЗ 10дБ).

Расчет усилительных свойств радиоприемника

Определим усилительные свойства разрабатываемого радиоприемника.

Используемая микросхема MC13135 при заданной девиации частоты и при необходимом уровне сигнала на входе, на выходе дает напряжение 0,6В (при сопротивлении R=39 кОм (рис.4)). Следовательно, необходимо обеспечить необходимый уровень сигнала на входе микросхемы.

 

Рис.4

 

 

Определим усилительные свойства разрабатываемого радиоприемника.

 

 

Определим необходимый коэффициент передачи по напряжению УРЧ:

При чувствительности приемника и при соответствующем коэффициенте передачи фильтров Ф1 и Ф2 напряжение на выходе УРЧ должно быть не менее 1мкВ.

 При чувствительности микросхемы  В и при коэффициенте передачи фильтра Ф1:   напряжение на входе УРЧ должно быть не менее

;следовательно, коэффициент передачи УРЧ по  напряжению должен быть не  менее:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Расчет усилителя радиочастоты

 

Рис.5 «Электрическая схема простейшего УРЧ»

 

Расчет УРЧ по постоянному току

 

Рис.6 «Электрическая схема УРЧ по постоянному току»

 

Обычно, падение напряжения на резисторе составляет примерно 20% от напряжения питания:

 (В)

 

Тогда сопротивление резистора равно:

 

Падение напряжения на базовом делителе равно:

(В)

Постоянный ток базы приблизительно равен:

(мкА)

Ток делителя, должен быть, по крайней мере, на порядок больше тока базы :

(мА)

Тогда сопротивление делителя равно:

 

Как видно

Сопротивление резистора равно:

(кОм)

Тогда сопротивление резистора равно соответственно:

(кОм)

Так как , тогда