Последовательность расчета радиоприемного устройства

Проектирование приемника состоит из следующих основных этапов:

анализ задания и подбор литературы;

выбор и расчет структурной схемы;

электрический расчет отдельных каскадов;

уточнение структурной схемы и составление принципиальной электрической схемы приемника.

Анализ задания и подбор литературы

Работу следует начинать с анализа задания и предварительного изучения литературы. При этом необходимо определить достаточно ли в задании данных для начала проектирования. В противном случае следует самостоятельно выбрать недостающие данные на основе рекомендаций и используемых руководств, или уточнить их у руководителя. Перечень литературы для проектирования приведен в конце раздела.

Литература

расположена в порядке ее значимости. Более подробные методические указания к проектированию.

Расчет структурной схемы

Структурная схема приемника выбирается в зависимости от предъявляемых к нему требований: чувствительности, избирательности, типу входного и выходного сигнала, эксплуатационных особенностей приемника. Расчет следует начинать с расчета необходимой полосы пропускания линейного тракта.

Расчет полосы пропускания Полоса пропускания приемника П складывается из ширины спектра сигнала Пс, нестабильностей в тракте и неточности настроек Пн и доплеровского сдвига частоты fд (для приемников СВЧ).

П=Пс+Пн+fд (13.1).

Ширина спектра сигнала определяется типом используемого сигнала в линии связи. Например, для импульсного радиосигнала длительностью и:

.

Нестабильность учитывается следующим образом:

(13.2).

где fc — нестабильность частоты передатчика (сигнала); fг — нестабильность частоты гетеродина приемника; fнач — начальная неточность установки частоты гетеродина; fпч — неточность настройки контуров УПЧ.

Доплеровский сдвиг частоты учитывается только в тех случаях, когда передатчик или приемник расположены на подвижном объекте, перемещающимся со скоростью v.

для приемников РЛС;

для приемников импульсной связи.

Если нестабильности в тракте велики, то полоса пропускания приемника П чрезмерно расширяется. Если при этом реализовать заданную чувствительность затруднительно, используют автоматическую подстройку частоты (АПЧ). При этом:

(13.3).

где КАПЧ = 1530 — коэффициент автоподстройки.

Можно избрать и другие пути для уменьшения нестабильности в тракте, например, кварцевую стабилизацию частоты передатчика и гетеродина приемника.

После определения полосы приступают к определению чувствительности приемника.

Обеспечение чувствительности приемника.

Если чувствительность приемника (Ри) задана, обеспечить её можно выбором (расчетом) соответствующих коэффициентов шума отдельных каскадов и всего приемника в целом:

для приемников СВЧ.

для приемников умеренных частот В этих выражениях вх — соотношение сигнал/шум; k — постоянная Больцмана; Т0 — абсолютная температура по Кельвину; Ra — сопротивление антенны (обычно задано в задании); Пш=1,1 П — шумовая полоса; Та — шумовая температура антенны.

Итак, расчет чувствительности сводится к определению коэффициента шума приемника N. По методике определяют сначала допустимый коэффициент шума:

(13.5).

Затем необходимо синтезировать коэффициент шума приемника по коэффициентам шумов составляющих его каскадов. Например, для супергетеродинного приемника синтез проводится по формуле:

Далее можно проверить чувствительность по выше приведенной формуле. Если она получается завышенной, то можно упростить схему, например, исключив усилитель высокой частоты.

Обеспечение избирательности.

В техническом задании на супергетеродинный приемник обычно задается два вида избирательности: избирательность по зеркальному каналу Sзк, избирательность по соседнему каналу Scк. Они обеспечиваются различными цепями: Sзк — обеспечивается преселектором (входная цепь и усилитель высокой частоты), промежуточной частоты.

Для расчета Sзк существуют номограммы, упрощающие расчет [8,стр.21]. В соответствии с этой методикой задаются числом контуров в преселекторе. Если промежуточная частота задана, то обобщенную расстройку определяют по формуле:

при.

при (13.7).

где частоты гетеродина и сигнала соответственно; затухание контура (=0,001 — 0,002).

По номограмме находят избирательность Sзк.

Если промежуточная частота fп не задана, то по выбранной схеме преселектора и заданной Sзк определяют обобщенную расстройку (по номограмме), а затем рассчитывают fп по формуле:

(13.8).

Если Sзк не обеспечивается или fп получается слишком большой, то увеличивают число контуров преселектора. Заданная избирательность по соседнему каналу в УПЧ. В выбранной схеме построения УПЧ (с распределенной или с сосредоточенной избирательностью) при расчете колебательных цепей определяется величина ослабления соседнего канала Scк.

Если фильтры получаются слишком сложные (количество звеньев больше 5) или Scк. обеспечить на заданной fп невозможно, переходят на второе преобразование частоты.

Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта Теперь можно приступить к расчету коэффициента усиления всего приемника и отдельно взятых каскадов. Если чувствительность приемника Ри (Uи) задана, то усиление всего линейного тракта (до детектора) равно:

для приемников умеренных частот.

для приемников СВЧ (13.9).

Поскольку структурная схема приемника к этому времени уже определилась, можно корректировать коэффициент усиления отдельных каскадов.

Преселектор Для приемников умеренных частот.

(13.10).

Коэффициент передачи входной цепи (КВЦ), усилителя высокой частоты (КУВЧ) и смесителя (Ксм) рассчитываются:

; ;

(13.11).

Для СВЧ приемников коэффициент усиления считается по мощности:

;; (13.12).

Здесь n — количество усилительных каскадов УВЧ.

Напряжение на выходе смесителя (на входе УПЧ) равно:

для приемников умеренных частот;

для СВЧ приемников (13.13).

Требуемый коэффициент усиления УПЧ определяется по формуле:

(13.14).

где з=23 — коэффициент запаса;

Uвых УПЧ=1 В при диодных детекторах;

Uвых УПЧ=25мВ при транзисторных детекторах.

Покаскадный расчет коэффициента усиления УПЧ Общий коэффициент усиления УПЧ определен выражением (13.15). Найдем необходимый коэффициент усиления каждого каскада. Методика расчета зависит от выбранной схемы УПЧ.

(13.15).

Здесь К0ФСС — коэффициент каскада с ФСС; К0 — коэффициент широкополосного каскада УПЧ; Кок — коэффициент усиления оконечного каскада УПЧ.

(13.16).

К0мш — коэффициент усиления первого малошумящего каскада УПЧ; Кфсс — коэффициент передачи ФСС (из расчета ФСС).

Количество широкополосных каскадов (или микросхем) определяются по формуле:

(13.17).