Проектирование супергетеродинного приёмника

Список сокращений

ВЦ — входная цепь Г — гетеродин Д — детектор ЗК — зеркальный канал КУ — коэффициент усиления НБ — нижняя боковая ПП — полоса пропускания ППУприёмник прямого усиления ПФ — полосовой фильтр ПЧ — преобразователь частоты РПУ — радиоприёмное устройство СГП — супергетеродинный приёмник СМ — смеситель УЗЧ — усилитель звуковой частоты УПЧ — усилитель промежуточной частоты УРЧ — усилитель радиочастоты

1. Задание

При выполнении курсовой работы необходимо выполнить следующее:

— рассчитать коэффициенты включения m и n;

— определить избирательность ВЦ по ЗК;

— определить ослабление промежуточной частоты;

— рассчитать необходимое число каскадов УРЧ и коэффициент усиления УПЧ, если уровень входного напряжения детектора, из расчёта, что КУ одного каскада УРЧ дБ;

— оценить избирательность приёмника по ЗК, при условии, что в УРЧ используются контура, эквивалентные контурам ВЦ;

Рассчитать требуемый коэффициент прямоугольности фильтра УПЧ по уровню у=0,01, при котором обеспечивается подавление соседнего канала более 70 дБ. Из расчета, что ширина спектра СК равна ширине спектра полезного сигнала, а интервал между соседними частотами спектра основного и СК равен 0,1 ширины спектра полезного сигнала;

— привести схему электрическую принципиальную УПЧ, дать характеристику этого устройства;

— рассчитать коэффициент шума приёмника.

Исходные данные:

— используется верхнее преобразование частоты;

— чувствительность приёмника () 2 мкВ;

— частота сигнала () 16 МГц;

— индекс модуляции () 5;

— модулирующая частота () 5 кГц;

— промежуточная частота () 1,2 МГц;

— эквивалентное сопротивление контура ВЦ () 300 Ом;

— полное сопротивление антенны () 50 Ом;

— входное сопротивления первого каскада () 400 Ом;

— характеристическое сопротивление контура ВЦ () 25 Ом;

— входная ёмкость УРЧ (Свх)7 пФ;

— схема входной цепи имеет вид:

Рис. 2.1 Схема входной цепи

2. Теоретические сведения

Радиоприемным устройством называют совокупность взаимосвязанных элементов, с помощью которых происходит улавливание радиосигналов, преобразование их формы с одновременным увеличением мощности и извлечение заложенной в них информации. По своему происхождению принимаемые сигналы могут быть искусственными и естественными. В первом случае они создаются радиопередающими устройствами, а во втором — за счет различных процессов, происходящих в природе (грозовые разряды, радиоизлучение планет и т. п.).

Основными характеристиками РПУ являются:

Чувствительность приемника — это его способность принимать слабые сигналы. Количественно чувствительность оценивается минимальным уровнем принимаемого сигнала, при котором переданная информация воспроизводится с удовлетворительным качеством.

Селективность — свойство приемника выделять полезный сигнал принимаемой станции из множества других, отличных по частоте.

Полоса пропускания — интервал частот, в пределах которого при данной настройке приемника частотные искажения не превышают заданного уровня.

3. Расчёт коэффициентов включения

Для согласования сопротивления ВЦ с сопротивлением антенны и первого каскада УРЧ применяют частичное включение входной цепи, которое характеризуется коэффициентами включения.

(4.1)

(4.2)

m — со стороны антенны, n — со стороны УРЧ.

4. Определение избирательности ВЦ по зеркальному каналу

Зеркальный канал — это канал приёма, отстоящий от полезного сигнала на две промежуточные частоты в сторону частоты гетеродина.

Частота ЗК равна:

(5.1)

Избирательность найдём следующим образом:

1) Эквивалентная добротность ВЦ:

(5.2)

2) Расстройка частоты:

(5.3)

3) Избирательность:

(5.4)

4) Избирательность в дБ:

(5.5)

5. Определение избирательности по промежуточной частоте

Канал прямого прохождения промежуточной частоты — канал приёма радиосигнала с частотой равной промежуточной частоте.

1) Расстройка частоты:

(6.1)

2) Избирательность по промежуточной частоте:

(6.2)

(6.3)

6. Расчёт числа каскадов УРЧ

Выбор количества каскадов УРЧ обусловлен обеспечением подавления преселектором помехи по зеркальному каналу на уровне около 60 дБ. Так как преселектор состоит из ВЦ и УРЧ, и их контура эквивалентны, то количество каскадов УРЧ будет равно:

(7.1)

Округлим до меньшего целого значения. Следовательно, УРЧ состоит из 2 каскадов.

7. Расчёт коэффициента усиления УПЧ

КУ УПЧ вычислим в следующем порядке:

1) Суммарный КУ УРЧ и УПЧ равен отношению уровня входного сигнала детектора к входному сигналу приёмника:

=,

где равно чувствительности приемника, а

(8.1)

2) УРЧ состоит из 2 каскадов, поэтому КУ УРЧ равен:

(8.2)

3) КУ УПЧ равен:

(8.3)

8. Расчёт избирательности приёмника по ЗК

Избирательность приёмника по ЗК равна сумме избирательностей ВЦ и УРЧ:

(9.4)

Так как УРЧ состоит из двух каскадов и его контуры эквивалентны контуру ВЦ, избирательность приёмника по ЗК будет равна:

(9.5)

9. Расчёт коэффициента прямоугольности

Селективность приемника часто характеризуют коэффициентом прямоугольности

(10.1)

где — полоса частот при ослаблении, достигающем заданной величины, П — полоса пропускания при ослаблении на краях на 3 дБ.

1) П равна ширине спектра принимаемого сигнала:

(10.2)

2) Полоса пропускания при ослаблении равна удвоенной разнице между частотой ближайшей спектральной составляющей соседнего канала и промежуточной частотой. Исходя из этого и из условия равна:

(10.3)

3) Коэффициент прямоугольности равен:

(10.4)

4) Из формулы:

(10.5)

Уровень равен :

(10.6)

10. Расчёт коэффициента шума

радиоприемный устройство избирательность частота Коэффициентом шума приёмника называется отношение N, которое показывает во сколько раз отношение с/ш на входе больше того же отношения на выходе:

N=гвх/гвых =Рш.вых/Кр*Рш.вх = (Кр*Рш.вх+Рш.соб.вых)/ Кр*Рш.вх= =1+ (Рш.соб.вых)/ Кр*Рш.вх;

11. Структурная схема супергетеродинного приёмника с одним преобразованием частоты

1. Антенны, которая принимает радиосигнал и передаёт его во входную цепь. Она может быть подключена к ВЦ непосредственно или через фидер.

2. Входной цепи, предназначенной для передачи сигнала из антенны в последующие цепи и предварительного подавления помех. Входная цепь содержит один резонансный контур, выделяющий принимаемый сигнал. ВЦ подключена частично.

3. Двух каскадов УРЧ, которые вместе с усилением радиосигнала обеспечивают частотную селективность. Для этого усилитель содержит резонансную систему, настроенную на частоту принимаемого сигнала. Рассмотрим назначение и устройство каждой из цепей СГП.

4. Преобразователя частоты, который осуществляет сдвиг выделенного спектра по частоте без изменения его структуры и, следовательно, без изменения закона модуляции сигнала, образующего этот спектр. 1] ПЧ состоит из гетеродина, смесителя и полосового фильтра. Гетеродин представляет собой генератор гармонических колебаний. Смеситель выполнен на нелинейном элементе, где под действием напряжения гетеродина происходит процесс преобразования входного сигнала. Полосовой фильтр выделяет сигнал с промежуточной частотой и подавляет остальные мешающие сигналы.

5. Усилителя промежуточной частоты, который обеспечивает нужную избирательность по соседнему каналу и создает основное усиление сигналов принимаемой радиостанции. Усилитель промежуточной частоты принципиально не отличается от усилителя высокой частоты — это тоже усилитель радиочастоты и он может быть выполнен по тем же схемам. Но тот факт, что усилитель промежуточной частоты работает на фиксированной частоте, т. е. что настройка его контуров неизменна, позволяет применить в нём полосовые фильтры и тем самым обеспечить очень высокую избирательность по соседнему каналу при необходимой полосе пропускания. [4]

6. Детектора, преобразующего принимаемый модулированный сигнал в напряжение, соответствующее передаваемому сообщению. В данном случае применяется частотный детектор.

7. Усилителя звуковой частоты, который усиливает продетектированный низкочастотный сигнал до уровня, необходимого для его воспроизведения на оконечном устройстве.

8. Оконечного устройства, воспроизводящего информационный сигнал.

12. Принципиальная схема преобразователя частоты

Устройство и принцип действия

Функционально преобразователь частоты включает в себя три составные части — гетеродин, смеситель и выходной полосовой фильтр. Гетеродин представляет собой генератор сигнала синусоидальной формы, настраиваемый, либо с фиксированной частотой. Смеситель — основная часть преобразователя, нелинейное электронное устройство, в котором происходит образование нужного спектра. Принцип действия смесителя состоит в том, в результате нелинейных процессов образуются комбинационные гармоники, частоты которых равны разностям или суммам частот гармоник входных сигналов либо частот кратных частотам исходных гармоник. Амплитуды полученных комбинационных гармоник пропорциональны амплитудам исходных, таким образом, каждый из наборов комбинационных гармоник (разностных, суммарных, разностных и суммарных кратным) эквивалентен спектру входного сигнала, сдвинутому по частоте. Полосовой фильтр предназначен для селекции нужного набора гармоник, обычно выполнен по стандартной схеме полосового фильтра на LC-элементах.

Конструктивно преобразователь частоты может быть выполнен в виде единого устройства, в том числе на интегральной микросхеме с дополнительными элементами, в виде двух блоков (блок гетеродина и блок смесителя с фильтром) либо, в некоторых случаях, в разнесённом виде, например, в установках для измерения ослаблений смеситель и фильтр представляют собой обособленные устройства, а в качестве гетеродина используется сторонний измерительный генератор, не входящий в комплект установки.

Вывод

В ходе курсовой работы были рассчитаны основные параметры супергетеродинного приёмника, разработана его структурная схема, описана схема усилителя промежуточной частоты. Постоянство промежуточной частоты и её низкое значение обеспечивают следующие важные преимущества СГП:

1. Независимость параметров УПЧ от частоты настройки приёмника, а также от полосы пропускания.

2. Высокая избирательность, т.к. число контуров может быть достаточно большим (10−12). Это позволяет реализовать АЧХ УПЧ близкой к идеальной.

3. Высокий КУ УПЧ и высокая устойчивость его работы Недостатками СГП являются:

1. Наличие помехи по ЗК.

2. Помеха на промежуточной частоте.

3. Помехи на комбинационных частотах.

4. Большое влияние собственных шумов на качество приёма.

1. Буга Н. Н. Радиоприёмные устройства. — М.: Радио и связь, 1986. — 320 с.

2. Горшелев В. Д. Основы проектирования радиоприёмников. — Л.: Энергия, 1977. — 382 с.

3. Левичев В. Г. Радиопередающие и радиоприёмные устройства. — М., 1974 — 511 с.

4. Соболевский А. Г. Я строю супергетеродин. — М.: Энергия, 1971. — 144 с.