Реферат: Радиоприемные устройства

Министерствообразования Республики Беларусь

«Белорусскийгосударственный университет

информатики ирадиоэлектроники»

К защитедопускаю

“_______” _______________2006 г.

Оценка

“_________”_____________2006 г.

к курсовомупроекту:

«РАДИОПРИЁМНОЕУСТРОЙСТВО»

Разработал:                                                                   Проверил:

студент гр.341201

Курочкин А.Е.                                                         Якуш  Р.А.

Минск

2006

Содержание

Введение……………………………………………………………....…….3

1.        Обоснованиетребований ТЗ…………………………………..……5

2.        Разработкаструктурной схемы…………….………....……………6

3.        Предварительныйрасчёт…………………….…………………......9

4.        Электрическийрасчёт узлов РПУ……………………………….…6

5.        Моделированиеузла временного разделения каналов …....……...5

6.        Конструктивныйрасчет корпуса РПУ…..………………….…….47

Заключение…………………………………………..……………..….….51

Список использованнойлитературы……………...…….….....................52

Приложения……….…………………………………………………........53

ВВЕДЕНИЕ

Радиоприемные устройствавходят в состав радиотехнических систем связи, т.е. систем  передачи информациис помощью электромагнитных волн

Радиоприемное устройствосостоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройствапредназначенного для воспроизведения сигналов. Радиоприемники можноклассифицировать по ряду признаков, из которых основными являются: тип схемы,вид принимаемых сигналов, назначение приемника, диапазон частот, вид активныхэлементов, используемых в приемнике, тип конструкции приемника.

По типу схем различаютприемники детекторные, прямого усиления (без регенерации и с регенерацией),сверхрегенеративные и супергетеродинные приемники, обладающие существеннымипреимуществами перед приемниками других типов и широко применяемые на всехдиапазонах приемников.

Принимаемые сигналыслужат для передачи сообщений или измерения положения и параметровотносительного движения объектов. Сигналы могут передавать сообщения от одногоисточника или нескольких. Для передачи информации используется изменение одногоиз параметров сигнала по закону изменения информационного сигнала.Используются: непрерывные колебания с изменяемой (модулированной) амплитудой,частотой или фазой; колебания, скачкообразно изменяемые (манипулированные) поамплитуде, частоте, или разности фаз; колебания с изменяемой амплитудой,частотой или фазой, которые обусловлены видеоимпульсами с амплитудной,широтной, временной, или дельта-модуляцией, а также кодовыми группамивидеоимпульсов.

По назначению различаютприемники связные, радиовещательные, телевизионные, радиорелейных ителеметрических линий, радиолокационные, радионавигационные и другие. Связныерадиоприемники чаще всего служат для приема одноканальных непрерывных сигналовс АМ (с несущей и боковыми полосами), ОБП (однополосной) и ЧМ или дискретныхсигналов с амплитудной манипуляцией, частотной или фазовой. Радиовещательныеприемники (монофонические) принимают одноканальные непрерывные сигналы с АМ надлинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах. Приемникичерно-белых телевизионных программ принимают непрерывные сигналы с АМ ичастичным подавлением одной боковой полосы частот и звуковые сигналы с ЧМ.Приемники цветных телевизионных программ принимают также сигналы, создающиецветное изображение. Приемники оконечных станций радиорелейных ителеметрических линий обычно предназначены для приема и разделения каналовмногоканальных сигналов с частотным и временным уплотнением.

Приемники промежуточныхстанций радиорелейных линий (наземных и спутниковых) отличаются от приемниковоконечных станций тем, что в них не происходит разделения многоканальныхсигналов.

Импульсныерадиолокационные приемо-передающие станции обычно излучают зондирующиерадиоимпульсы с фиксированными периодами следования, длительностью импульсов,амплитудой и несущей частотой. Приемники таких станций служат для приема частиэнергии зондирующих сигналов, отраженной от целей. Отраженные сигналы могутбыть импульсными или непрерывными, причем информация о целях может содержатьсяв изменении во времени амплитуды (или отношения амплитуд) и частоты (илиспектре) сигналов.

Согласно рекомендацииМККР (Международного консультативного комитета по радио) спектр радиосвязиделится на диапазоны. Наиболее широко распространенные приемники работают вдиапазоне 30 кГц — 300 ГГц (на волнах 10 км — 1мм).

В качестве активныхэлементов каскадов приемников, работающих на частотах 30 кГц — 300 МГц,используются полупроводниковые приборы и электронные лампы. Предпочтениеотдается полупроводниковым приборам благодаря их преимуществам (малыегабаритные размеры и масса; низкие напряжения и токи питания; большой срокслужбы и механическая прочность).

Приемники конструктивновыполняются из отдельных (навесных) активных и пассивных элементов с печатнымили объемным монтажом или из готовых интегральных микросхем, представляющихсобой каскады, узлы приемников и даже целые приемники.

1. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ТЗ

          Техническимзаданием задан следующий тип сигнала L8AJT:

7.   L –  излучение с модуляцией по ширине;

8.   8 – два и более канал  информации;

9.   A – телеграф  для слухового приема;

10.      J –  звук коммерческого качества

11.      T – временное уплотнение

          Другие данныезаданные ТЗ:

·          Реальнаячувствительность — 100 мкВ;

·          Избирательностьпо соседнему каналу — 50 дБ;

·          Избирательностьпо зеркальному каналу — 90 дБ;

·          Коэффициентрегулирования АРУ — 85 дБ.

После того, как определен типмодуляции сигнала, следует выбрать диапазон принимаемых частот и рассчитатьполосу сигнала. Современные приёмники с ШИМ сигналов работают в диапазонах КВ иУКВ. Поскольку данный приемник является стационарным устройством, выбираем изрекомендованных МККР диапазонов для стационарного КВ приёмника диапазон (4.438– 4.650) МГц. Данный диапазон обеспечивает дальность приёма днём до 600 км,ночью – до 3000 км. Следует отметить, что дальность практически не зависит отсолнечной активности.

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Структурные схемы приемников различаются построением трактарадиочастоты, в котором может осуществляться прямое усиление входных сигналов иусиление их с преобразованием частоты.

В приемниках прямогоусиления тракт радиочастоты содержит входную цепь (ВЦ) и усилитель поступающегос антенны радиосигнала – так называемый усилитель радиосигнала (УРС). В этомслучае все избирательные цепи настроены на частоту принимаемого радиосигнала,на которой  осуществляется усиление. Входная цепь обеспечивает предварительнуючастотную селекцию до первого каскада УРС, а сам УРС – основную частотнуюселекцию и детекторное усиление сигналов. Так как обычно необходимы высокаяизбирательность и усиление, то может потребоваться несколько усилительныхкаскадов и резонансных контуров. Из-за конструктивной сложности реализацииперестройки число контуров редко превышает 3...4. При этом усиление нарадиочастоте может оказаться неустойчивым, а селективность недостаточной.

Наибольшеераспространение для подавляющего большинства радиосистем различного назначенияполучила супергетеродинная структура приемника с одно- или многократнымпреобразованием частоты (Рисунок 1). Часть приемника – преселектор, включающийВЦ и УРС, подобен структуре  приемника прямого усиления и обеспечиваетчувствительность и предварительную селекцию по частоте. С выхода преселекторанапряжение сигналов и помех поступает на преобразователь частоты (ПЧ), где происходитизменение несущей частоты сигнала />

/>
Рисунок 1. Структурная схемаприемника супергетеродинного типа

Для этогосигнал и колебания местного генератора — гетеродина (Г) одновременновоздействуют на смеситель (См), представляющий собой нелинейный илипараметрический элемент.

Врезультате на выходе смесителя возникает колебание, содержащие составляющие счастотой сигнала /> и его гармоник, гетеродина /> и его гармоники большое число комбинационных составляющих с частотами />  (n,m=0,1,2...- целые числа). Одна из этих комбинационныхчастот   используется в качестве новой несущей частоты выходного сигнала иназывается промежуточной частотой:

/>          (3.1)

Поскольку сигналнесет в себе полезную информацию, в процессе преобразования частоты этаинформация должна сохраняться, то есть ПЧ должен быть линейным. Таким образом,в процессе преобразования частоты происходит перенос спектра сигнала в областьпромежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений егосоставляющих. Частотно-избирательные блоки, расположенные за смесителем, настроенына частоту  />  иназываются усилителями сигналов промежуточной частоты (УПЧ). Промежуточнаячастота /> всегдафиксирована, не зависит от частоты принимаемого сигнала /> и выбирается намногониже частоты сигнала. Поэтому на частоте /> легко обеспечить требуемоеустойчивое усиление. Так как УПЧ не перестраивается по частоте, то этопозволяет получить в супергетеродинном приемнике высокую частотнуюизбирательность при неизменной полосе пропускания, а также реализоватьоптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные фильтры напромежуточной частоте.

Приемникмногоканальных сигналов с временным уплотнением должен преобразовыватьрадиоимпульсы в видеоимпульсы; разделить видеоимпульсы, служащие для передачисообщений по различным каналам, и преобразовать видеоимпульсы, следующие стактовой частотой, в модулирующее напряжение. После линейного трактарадиоимпульсы промежуточной частоты поступают на входе  демодулятора (ДРИ),который в свою очередь преобразует их в видеоимпульсы. Т.е. Uпор ≥Uп  При приеме сигналов с ШИМ вкачестве ДРИ может выступать амплитудный детектор. Радиоимпульсы синхронизациитакже преобразуются ДРИ в видеоимпульсы. Они, как правило, отличаются большойдлительностью, что позволяет с помощью интегратора (И)  и пороговой схемы (ПС)выделить их. Они поступают на ждущий мультивибратор (МВ), который при этомзапускается и открывает каскад совпадения (КС), который пропускаетсоответствующий канал на время приема импульса. Срез импульса МВ1 запускаетМВ2, который открывает следующий канал и т.д. Затем приходит следующийсинхроимпульс и все повторяется. Для демодуляции сигналов с широтно-импульсноймодуляцией (ШИМ) необходимо пропустить видеоимпульсы через ФНЧ с граничнойчастотой Fв, где 0.5Fи>Fв>Fmax.Для ослабления помех нужно использовать двухсторонний ограничитель (ДО) илиэлектронное реле, которое будет перебрасываться во время прохождения напряжениячерез некоторое пороговое напряжение. Уровень ограничения следует выбрать изусловия Uпор ≈ 0.5Uи, где Uи – амплитуда видеоимпульсов. В этом случаи уровеньограничения попадает на участок наибольшей крутизны фронта импульсов, идействие помех станет минимальным. ДО необходимо включить между КС и ДРИ, темсамым уменьшая необходимое число активных элементов. В итоге структурная схемаприемника будет выглядеть как показано на рисунке 2.

/>

Рисунок 2. Структурнаясхема многоканального приемника с ШИМ и временным уплотнением.

При расчётеструктурной схемы необходимо определить число преобразователей частоты,определить промежуточные частоты и частоты гетеродинов, к-ты передачи блоковУРС, ПЧ и УПЧ, чтобы обеспечить на выходе тюнера достаточный уровень сигналадля работы усилителя.

3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ

3.1. Расчёт полосы пропускания

Расчёт полосы пропускания приёмникасигналов ШИМ можно вести как для обычного приёмника непрерывных сигналов с АМ,так как ширина спектра определяется верхней частотой информационного сообщения.

Исходные данные:

Fq = 200 – 3000 Гц – ширина спектра информационного сообщения

f0 = 4.565 Мгц – частота несущей принимаемого сигнала

Расчёт числа преобразователейчастоты:

Необходимо  проверить выполнениеусловия:

          />           (4.1.1)

где:

fc  –  частота несущей принимаемого сигнала – fc = f0 = 4.5 МГц

Sзк –  требуемая избирательность по зеркальному каналу, числораз 90дБ = 31622раз.

Q       –  конструктивная добротность избирательных систем.Для LC контуров принимаем Q=100.

∆F  – ширина спектра информационного сообщения.

∆F  = 2Fmax =6000      (4.1.2)

n – число избирательных систем.

Покажем, что условие (4.1.1)выполняется для n =3 :

/>    (4.1.3)

Действительно 360.9кГц меньше 600кГц.Теперь, зная ширину спектра сигнала, можно определить промежуточную частоту(ПЧ). Причем мы не должны забывать об некоторых условиях, которые накладываютсяна ПЧ:

1)   ПЧ не должна находиться в диапазонечастот приемника или близко от границ этого диапазона;

2)   ПЧ не должна совпадать с частотойкакого либо мощного передатчика;

Существует рядстандартных значений ПЧ, причем нужно из этого ряда выбрать такую, котораябудет попадать в диапазон между 360.9кГц и 600кГц

/>    (4.1.4)

В этот диапазон как раз попадаетстандартное значение fпч =465 кГц. Зная fпч, можно определить частотугетеродина. Поскольку условие (4.1.1) выполнилось, то одного преобразованиячастоты будет достаточно. Следовательно, в схеме будет только один гетеродин иодин преобразователь частоты. В качестве гетеродина используем цифровойсинтезатор частоты со встроенной петлёй ЧАП. Это обеспечит высокую стабильностьчастоты (нестабильность частоты составит не более 10/>) и облегчит перестройкугетеродина.

Поскольку значение ПЧ меньшеминимальной частоты диапазона, преобразование будет нижним, и частота гетеродинаопределится как:

/>          (4.1.5)

Подставляя значения в формулу (4.1.5),получим:

/> 4.565Мгц – 0.465MГц = 4.1MГц      (4.1.6)

Разработка структурной схемызакончена. Далее следует определить требуемое усиление, рассчитать полосупринимаемого сигнала.

Ниже приведены результаты разработки структурнойсхемы:

·          Диапазонпринимаемых частот -  (4.438 – 4.650) МГц

·          Промежуточнаячастота Fпч = 465кГц

·          Частотагетеродина  – 4.1МГц

·          Числоизбирательных систем приселектора – n = 2

3.2. Определение ширины полосыпропускания ВЧ тракта

Полоса пропусканиявысокочастотного тракта с системой ЧАП определяется формулой:

/>   (4.2.1)

где:

/> - ширина спектра принимаемогосигнала, Dfсп=6 кГц,

dс ,dг  — относительная нестабильность несущей частоты сигнала dс=0 и частоты гетеродина,dг=10-6 (цифровой синтезатор с кварцевойстабилизацией)

dпр=10-3, относительнаянестабильность собственной частоты контуров тракта ПЧ приемника,

dн=10-3, относительная погрешность установкипри беспоисковой настройке,

Fд мах=0, доплеровский сдвиг частоты(приемник является стационарным устройством и доплеровский сдвиг необразуется).

Fпч= 465 кГц, промежуточная частота. 

КЧАП –коэффициент подстройки системы ЧАП, КЧАП=15,

Необходимую полосупропускания приемника находим, подставляя значения в формулу (4.2.1):

/>(4.2.2)

/> = 7.2 кГц        (4.2.3)

Для расчётов также необходимаэффективная шумовая полоса системы, рассчитываемая как

/>       (4.2.4)

Где 1.1 – коэффициент расширения.Получим значение :

/>           (4.2.5)

3.3.Выбор числа усилительных каскадов

Определим требования к коэффициенту шума первогоусилительного каскада преселектора, остальными мы пренебрегаем виду малогооказываемого ими влияния.

/>             (4.2.5)

/>=16.96

где /> — входное отношение сигнал помеха,необходимое для нормальной работы схемы

Еа – минимальное напряжение полезного сигнала в антенне

К=1.38·10-23 Дж/град – постоянная Больцмана;

Пш»1.1·П=8кГц– шумовая полоса линейного тракта;

Т0=293 К – стандартная температура приемника;

RA»50 Om – сопротивление антенны;

EП=1мкВ/м – среднийуровень помех днем;

/> - действующая высота антенны, где/> длинаволны сигнала

Так как уровень помех превысил значение мин. значение сигналав антенне, в схеме приемника необходим транзисторный УРС. Для облегченияпроизводства и производственной унификации все блоки приёмника будем строить натранзисторах одной серии. Это позволит применять в усилительных каскадаходнотипные схемы смещения, а также обеспечит согласование каскадов по шумам.

          Выберем по справочной литературе малошумящийбиполярный pnp – транзистор КТ 375Б, отечественногопроизводства, обладающий следующими характеристиками: