Приёмник УКВ радиостанции

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации РГРТА Кафедра Радиотехнических Устройств

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Устройства приема и обработки сигналов»

на тему:

«Приёмник УКВ радиостанции»

Выполнила:

Cт. гр. 816

Гладилина Я.В.

Проверил:

Сухоруков Валентин Николаевич Рязань-2002

1. Введение

2. Технико-экономическое обоснование и расчёт структурной схемы приёмника

2.1 Расчёт полосы пропускания всего приёмника

2.2 Выбор числа преобразований частоты и промежуточной частоты

2.3 Расчёт реальной чувствительности, выбор первого каскада по коэффициенту шума

2.4 Расчёт избирательностей по трём каналам (ЗК, ПП, СК)

2.5 Определение общего коэффициента усиления приёмника

3. Выбор источника питания

4. Расчёт принципиальной схемы приёмника

5. Конструкторская разработка

6. Заключение

7. Список используемой литературы

Требования к связным УКВ приемникам II типа

При разработке приемника необходимо придерживаться основных параметров, которые изложены в ГОСТе 12 252−86.

Основные параметры для II типа:

1). Диапазоны принимаемых волн:

УКВ — (30 — 300) МГц.

2). Промежуточная частота:

УКВ — 10.7 и 21.4 МГц.

3). Чувствительность в симплексном режиме:

УКВ — 0.5 мкВ.

4). Отношение сигнал/шум на выходе приёмника:

12 дБ.

5). Антенно-фидерное устройство:

50 или 75 Ом.

6). Искажения выходного сигнала:

только частотные искажения на промежуточной частоте — 3 дБ.

7). Избирательность по соседнему каналу:

(75 — 80) дБ

8). Избирательность по зеркальному каналу:

(75 — 80) дБ на максимальной частоте диапазона.

9). Избирательность по каналу прямого прохождения:

(75 — 80) дБ на минимальной частоте диапазона.

10). Требования к АРУ:

изменение чувствительности не более 3дБ.

1. Введение

Основными узлами и блоками приёмника являются: приёмная антенна, ряд различных усилителей (УРЧ) и преобразователей частоты (УПЧ), детектор, усилитель звуковой частоты (УЗЧ) и оконечное устройство.

Структурная схема приёмника в значительной степени определяется его назначением и видом модуляции сигнала. В данном курсовом проекте будет рассмотрен связной УКВ приёмник с частотной модуляцией. Детектирование осуществляется по супергетеродинной схеме с одним преобразованием частоты. Данная схема обладает существенными преимуществами (высокая чувствительность и селективность) перед приёмниками других типов. Поэтому проектируемый ПРМ будет строиться именно по этой схеме.

Угловая модуляция (общий термин, объединяющий ЧМ и ФМ) обладает несколькими важными достоинствами. Так, мощность передатчика не изменяется при модуляции, она постоянна и равна пиковой, тогда как при АМ, например, мощность несущей должна быть в четыре раза меньше пиковой. Усилитель мощности передатчика с угловой модуляцией работает при постоянной амплитуде сигнала, поэтому к его линейности не предъявляется никаких требований. Он может работать в режиме класса С, т. е. с максимальным КПД. Отсутствие серьезных требований к линейности особенно важно для транзисторных устройств. Передатчик не требует для модуляции большой мощности звукового сигнала, по схеме и конструкции он получается заметно проще АМ.

Для упрощения схемы некоторые блоки приёмника целесообразно заменить аналоговыми интегральными микросхемами.

схема приемник укв радиостанция частота

2. Технико-экономическое обоснование и расчёт структурной схемы приёмника

Угловая модуляция (общий термин, объединяющий е. ЧМ и ФМ) обладает несколькими важными достоинствами. Так, мощность передатчика не изменяется при модуляции, она постоянна и равна пиковой, тогда как при АМ, например, мощность несущей должна быть в четыре раза меньше пиковой. Усилитель мощности передатчика с угловой модуляцией работает при постоянной амплитуде сигнала, поэтому к его линейности не предъявляется никаких требований. Он может работать в режиме класса С, т. е. с максимальным КПД. Отсутствие серьезных требований к линейности особенно важно для транзисторных устройств. Передатчик не требует для модуляции большой мощности звукового сигнала, по схеме и конструкции он получается заметно проще АМ, а тем более SSB передатчика.

2.1 Расчёт полосы пропускания всего приёмника

Ширина полосы пропускания линейного тракта складывается из ширины спектра радиочастот принимаемого сигнала? доплеровского смещения частоты сигнала и запаса полосы? требуемого для учета нестабильности и неточности настроек приемника? т. е.

Величина нестабильности определяется по формуле

где — нестабильность частоты сигнала

— нестабильность частоты гетеродина

— неточность настройки гетеродина

— неточность настройки УПЧ При использовании синтезатора частот нестабильности частоты гетеродина очень малы (порядка)? поэтому полная величина нестабильности настроек так же будет малой?

Неточность настройки гетеродина и неточность настройки УПЧ равны нулю (0).

Так как по ТЗ условия эксплуатации радиоприемника заданы как полевые? а радиосвязные центры и радиоретрансляторы стоят неподвижно? то доплеровское смещение частоты будет равно 0?

И так как величина нестабильности получается очень мала, то ею можно пренебречь и можно полагать, что приёмник в процессе работы подстраивается на частоту принимаемого сигнала:

Ширина спектра принимаемого радиосигнала будет равна:

где

— индекс модуляции

— максимальная девиация частоты сигнала 10кГц (при шаге сетки 50кГц).

— максимальная частота модулирующего сигнала -3400Гц.

кГц?

Таким образом, полоса пропускания РПУ составляет примерно 38кГц.

2.2 Выбор числа преобразований частоты и промежуточной частоты

Зеркальная помеха первого преобразования подавляется в тракте сигнальной частоты. Если на этапе расчета структурной схемы предположить, что в этом тракте используется n одиночных контуров с результирующими добротностями — во входном устройстве, — в каскадах усиления сигнальной частоты, то для расчёта подавления зеркально помехи можно исходить из соотношения:

nчисло одиночных контуров.

откуда вытекает условие для выбора нижнего предела первой промежуточной частоты:

где

— верхняя частота диапазона приёмника- 163МГц

— параметр рассогласования антенно-фидерной системы и входа приёмника. Мы работаем с настроенной антенной в режиме согласования .

— реально достижимая результирующая добротность в тракте сигнальной частоты, причём величинами и задаются из таблиц 3−7 и 4−4 (Лит. 1).; 2:

— требуемое техническим заданием подавление зеркального канала.

При n=1:

то есть при n=1 подавление зеркального канала не обеспечивается.

При n=2:

значит необходимо использовать два преобразования частоты. — это слишком большая частота преобразования для приёмника. И так как расчетным путём мы её не можем уменьшить, то возьмём максимальную частоту из заданного ряда.:. И в дальнейшем будем производить расчёты на этой частоте.

Рассчитаем количество контуров, которое обеспечит заданное подавление зеркального канала () на частоте :

При n=3

Значит, преселектор будет содержать три колебательных контура. Структурная схема преселектора:

ВЦ УРЧ ПЧ

2.3 Расчёт реальной чувствительности, выбор первого каскада по коэффициенту шума

Вычислим допустимый коэффициент шума:

где — минимально допустимое отношение эффективных напряжений с/ш на входе приемника (12дБ=4раз);

— отношение максимального напряжения управляющего сигнала к действующему (3);

— максимальный коэффициент модуляции сигнала (3);

— полоса пропускания УНЧ:

— внутреннее сопротивление приемной антенны (75Ом);

— шумовая полоса линейного тракта:

— постоянная Больцмана;

— стандартная температура приёмника.

Не учитывая внешних помех получим:

Исходя из рассчитанного коэффициента шума и рабочей частоты, в качестве первого каскада выберем УРЧ на транзисторе КТ368 по схеме с общим эмиттером Электрические параметры транзистора КТ368:

Граничная частота коэффициента передачи тока при Uкв=5,

Iэ=10 мА, не менее — 900 МГц;

Коэффициент шума при Uкв=5, Iэ=10 мА, f=60 МГц, Rа= 75 Ом — 3.3 дБ

2.4. Расчёт избирательностей по трём каналам (ЗК, ПП, СК)

По зеркальному каналу

Определяем обобщенную расстройку зеркального канала при нижней настройке гетеродина, эквивалентное затухание :

По графику 1.7 (Лит.2), нормированные частотные характеристики преселекторов, находим избирательность:, что и требовалось ГОСТом.

Вывод: избирательность по зеркальному каналу обеспечивается.

По соседнему каналу.

Определяем обобщённую расстройку для соседнего канала:

где

— расстройка для соседнего канала (50кГц).

— обобщенная расстройка для краёв полосы

пропускания:

Вывод: Входная цепь не обеспечивает избирательность по соседнему каналу и не искажает спектр принимаемого сигнала. Тогда рационально использовать УПЧ-Р (с распределённой избирательностью). Для этого найдём коэффициент прямоугольности:

По таблице 6.1(Лит.2, стр.273) находим УПЧ с данным коэффициентом прямоугольности. Данный коэффициент прямоугольности показал, что такая схема не подходит. Значит надо использовать или ФСИ или кварцевый фильтр. Исходя из полосы пропускания и затухания по соседнему каналу выбираем кварцевый фильтр ФП2П4−282. Кварцевые полосовые фильтры ФП2П4−282 предназначены для применения в радиоэлектронной аппаратуре в качестве элементов частотной селекции. Параметры этого фильтра:

— номинальная частота: 20−28 МГц;

— ширина полосы пропускания по уровню 3дБ: 15−45кГц;

— коэффициент прямоугольность по уровню 3дБ: не более 5;

— неравномерность затухания в полосе пропускания: не более 2дБ;

— затухание передачи: не более 10дБ.

По каналу прямого прохождения

Проверяем избирательность по каналу прямого прохождения:

Вывод: при двух контурах (n=2) избирательность по каналу прямого прохождения обеспечивается, значит при трёх контурах обеспечится тем более.

2.5 Определение общего коэффициента усиления приёмника

При ЧМ амплитуда сигнала не несет никакой информации т. к. принимаемый сигнал необходимо пропустить через ограничитель что бы избавиться от паразитной амплитудной модуляции. Поэтому обычно в радиоприемниках ЧМ-сигналов АРУ не применяются.

Требуемый уровень сигнала на входе детектора:

Общий коэффициент усиления:

Распределим общий коэффициент усиления между трактами ТРЧ ТПЧ.

Возьмём соотношение, тогда

Полная структурная схема радиоприемника:

3. Выбор источника питания

Источник питания должен выдавать постоянные стабилизированные напряжения для трактов ТРЧ и ТПЧ (6 и 12 В), а также на УНЧ. В качестве первичного источника питания (ПИП) может использоваться сеть 220 В, батарея из гальванических элементов или аккумуляторная батарея. Если в качестве ПИП выбран аккумулятор, то должна быть предусмотрена возможность его заряда.

4. Расчет принципиальной схемы приёмника

Входная цепь

При выборе связи контура с антенной надо учитывать следующее. При настроенных антеннах, параметры которых в эксплуатации мало меняются, можно применять сильную связь контура с антенной. Это обеспечивает большой коэффициент передачи входной цепи. Наибольший коэффициент передачи достигается при согласовании входной цепи с антенной. Согласование обеспечивает режим бегущей волны в фидерной линии, соединяющей входную цепь приёмника с настроенной антенной. При работе с настроенными антеннами наиболее распространёна одноконтурная автотрансформаторная связь входной цепи с антенной. Автотрансформаторная связь применяется на частотах до 350 МГц и только при сильной связи с антенной.

Схема входной цепи с автотрансформаторной связью с настроенной антенной:

Расчет входной цепи.

Выбираем полную ёмкость схемы — по таблице 4.4 и собственное затухание контура — по таблице 4.5.

Вычисляем коэффициенты включения фидера — и входа УРЧ — для согласования при заданном контура входной цепи:

где

— внутренне сопротивление приёмной антенны.

где Рассчитаем ёмкость контура:

где

— паразитная ёмкость катушки контура;

— ёмкость монтажа;

.

вывод: схема работает на паразитных ёмкостях и дополнительная ёмкость не нужна.

Находим индуктивность контура:

где L измерено в микрогенри, ёмкость — в пикофарадах, частота — в мегагерцах.

Определим индуктивность катушки связи:

Для снижения паразитной ёмкости между и коэффициент связи между ними, обеспечивая согласование, должен быть наименьшим. Вычисляем минимальный коэффициент связи, при котором обеспечивается согласование:

где

Рассчитаем коэффициент передачи напряжения входной цепи:

где — коэффициент передачи собственно входной цепи при согласовании:

— коэффициент передачи фидера, определяемый из рис. 4.46 (Лит.) по произведению:

где

— затухание в фидере; - длина фидера;

Усилитель Радиочастоты

В качестве УРЧ и смесителя выберем микросхему К174ПС4. Эта микросхема представляет собой двойной балансный смеситель. Эта микросхема предназначена для использования в качестве смесителя частоты в диапазоне частот до 1000 МГц, модулятора, усилителя в блоках селекторов каналов телевизоров дециметрового диапазона. Содержит 17 интегральных элемента.

Микросхема К174ПС4:

Назначение выводов:

1, 14 — напряжение питания (- Uп.);

2, 3 — выходы промежуточной частоты;

5 — напряжение питания (+ Uп.);

7 — вход первого принимаемого сигнала (гетеродина);

8 — вход второго принимаемого сигнала (гетеродина);

10, 12 — обратная связь (коррекция);

11 — вход первого опорного сигнала;

13 — вход второго опорного сигнала;

4, 6, 9 — не используются.

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания 6 В+10%;

Ток потребления при напряжении 6.6 В 10мА;

Коэффициент шума на частоте 1000 МГц 14дБ;

Предельно допустимые режимы эксплуатации:

Напряжение питания 5.4…6.6 В;

в предельном режиме 5…9 В;

Максимальное напряжение сигнала

на выходах 7, 8, 11, 13 500 мВ;

Максимальная частота входного сигнала 1000 МГц;

Максимальная частота опорного сигнала 1000 МГц;

Максимальное сопротивление нагрузки >= 50 Ом;

в предельном режиме 10 Ом.

Усилитель промежуточной частоты.

В качестве УПЧ и детектора выберем специализированную микросхему К174ХА6.

Микросхема представляет собой многофункциональную схему, предназначенную для усиления, ограничения и детектирования ЧМ сигналов промежуточной частоты, бесшумной настройки (БШН) радиоприемников на принимаемую станцию, формирования управляющих напряжений для индикатора напряженности поля в антенне и АПЧ. Содержит 233 интегральных элемента.

Микросхема К174ХА6:

Назначение выводов:

13 — управляющее напряжение для БШН 0.95 В — вкл, 0.5 В — выкл;

2 — управляющее напряжение для отключения АПЧ 20 мВ минимум;

18 — Входной ЧМ сигнал не более 160 мВ;

14, 15 — индикатор напряжённости поля;

7 — выходной сигнал НЧ;

6, 12 — подключение резистора, определяющего остаточный уровень выходного напряжения при отсутствии несущей: не менее 10 кОм;

8, 9, 10, 11 — частотный детектор: R1 — определяет полосу пропускания УПЧ.

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания 12 В±10%

Ток потребеления при напряж 13,2 В 16.25мА Входное сопротивление >= 10 кОм Выходное сопротивление <= 1кОм Верхняя граничная частота УПЧ >= 15Мгц Уровень ослабления выходного сигнала НЧ при включении БШН 60 дБ Напряжение питания в пределах 10,8 — 13,2 В Выходной ток на выводах

14 — <= 1 мА

5 — <= 0.5 мА Заменив часть дискретных элементов микросхемами получаем следующую структурную схему:

6. Заключение

В ходе выполнения курсового проекта была разработана линейная часть УКВ приёмника 2-типа.

Достоинством схемы является достаточно малое число элементов? благодаря использованию интегральных микросхем. Разработка обладает неплохими показателями по чувствительности и избирательности, а использование синтезатора частоты позволяет перестраиваться по диапазону. Все эти достоинства, несомненно, могли бы привлечь потенциальных покупателей, если бы не тот факт? что в диапазоне 160−163 МГц работает очень мало станций.

7. Список использованной литературы

1. Горшелев В. Д. и др. Основы проектирования радиоприемников Л., Энергия, 1977 .

2. Проектирование радиоприемных устройств: Учебное пособие для вузов. Под. ред. А. П. Сиверса. М.: Сов. Радио? 1976.

3. Щуцкой К. А. Транзисторные усилители высокой частоты М., Энергия, 1967 .

4. Брежнева К. М. и др. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. М., Радио и связь, 1981.

5. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. Под. ред. С. В. Якубовского.— М.: Радио и связь? 1989.

6. Атаев Д. И. и др. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Справочник. М., МЭИ, 1991.