Реферат: Разработка и расчёт радиоприёмного устройства УКВ диапазона с ЧМ

--PAGE_BREAK--1.2 Расчёт полосы пропускания приёмника


Полоса пропускания всего высокочастотного тракта приёмника Пвч от антенны до детектора должна быть больше ширины спектра сигнала из-за возможных отклонений частот и погрешностей сопряжения контуров сигнала и гетеродина, т.е. Пвч>Пс.

При проектировании радиовещательных приемников надо учесть, что рабочие частоты радиовещательных станций имеют очень высокую стабильность, и поэтому отклонения частоты принимаемого сигнала можно не рассматривать и не учитывать.

Наилучшее качество приёма наблюдается при точной настройке приёмника на принимаемую станцию, а именно при совпадении преобразованной в промежуточную частоты сигнала с центральной частотой полосы пропускания тракта промежуточной частоты (ТПЧ). При этом расчёте следует учесть возможные отклонения частоты гетеродина, т.е. взять 2∆fг.

Таким образом, найдём:
П = Пс+ 2∆fг (1)
В случае в ЧМ сигналов полоса частот Пс, занимаемая спектром сигнала, равна
<img border=«0» width=«420» height=«29» src=«ref-1_1803595239-665.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026"> Гц (2)
где М — коэффициент частотной модуляции и равен;
<img border=«0» width=«197» height=«47» src=«ref-1_1803595904-520.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027"> (3)
<img border=«0» width=«103» height=«19» src=«ref-1_1803596424-290.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">  — максимальное отклонение (девиация) частоты;

Fв — верхняя модулирующая частота (100-11000 Гц).

Абсолютную величину отклонения частоты гетеродина ∆fг можно рассчитать, основываясь на известных данных по его относительной стабильности частоты. Считается, что транзисторный гетеродин без кварцевой стабилизации и без термостатирования имеет относительную нестабильность частоты
<img border=«0» width=«137» height=«52» src=«ref-1_1803596714-509.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029"> (4)
причём в диапазонном приемнике в качестве частоты гетеродина надо брать верхнюю, т. е максимальную частоту заданного диапазона, плюс промежуточную частоту
fг = fгмакс = fc+ fпрчм = 108 ∙106 + 10.7*106 = 118.7 МГц
Поэтому абсолютные отклонения частоты гетеродина могут быть рассчитаны по формуле:
∆fг = fг ∙ δfг = fг ∙ 10-4 = 118,7 ∙ 102 = 11.87 кГц
Таким образом, подставляем найденные значения в (1), получаем:
П = Псчм+ 2∆fг = 168,90 + 2 ∙ 11,87 = 192,64 кГц.
При расчёте полосы пропускания радиочастотного тракта (преселектора) Прч, следует учесть ещё погрешность сопряжения (∆fсопр = 300 кГц [4]) частот настроек контуров цепей сигнала гетеродина.

Тогда, окончательно:
Ппр = П + 2∆fсопр = 192,64 ∙ 103 + 2 ∙ 300 ∙ 103 = 792,64 (кГц) (5)


1.3 Выбор селективных систем и расчёт требуемой добротности контуров радиочастотного тракта


Целью этого этапа проектирования является выбор числа и типа селективных систем всего радиочастотного тракта приёмника и расчёт их требуемой эквивалентной добротности Qэ, исходя из заданной избирательности приёмника по зеркальному каналу Sезк = 44мкВ и обеспечения требуемой полосы пропускания этого тракта Прч при допустимой неравномерности АЧХ.

В этом случае надо рассчитать Qэ, исходя из допустимой неравномерности АЧХ в полосе пропускания Qэп, затем исходя из заданной избирательности по зеркальному каналу Qэз, и принять такое значение Qэ, чтобы выполнить оба эти условия, т.е.
Qэп ≥
Qэ ≥
Qэз (6)
После проведённого расчёта полосы пропускания удобно рассчитать добротность Qэп.

Для этого надо распределить общую допустимую неравномерность АЧХ 14 дБ [4] по блокам приёмника и задаться допустимой неравномерностью АЧХ в полосе радиочастотного тракта.

Воспользовавшись приведёнными ориентированными данными в табл.1.2 [4]. выбираем, σ =1,1 (раз)

Как правило, в преселекторе используются два одиночных контура: один во входной цепи и один в УРЧ. Если эти контуры одинаковые, то их добротность рассчитывается по формуле:
<img border=«0» width=«314» height=«55» src=«ref-1_1803597223-772.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030"> (7)
где σ = 1,1 в относительных единицах (разах)

fн = 88 МГц нижняя частота заданного диапазона.

Имея ввиду, что микросхемы и биполярные транзисторы имеют малое входное сопротивление и при подключении к контуру они существенно (в 1,5-2 раза) снижают его собственную добротность. Поэтому значение Qэз не должно быть большим и должно лежать в пределах Qэз = 50 — 80.

Поэтому применим 2 одиночных одинаковых контура в преселекторе, при этом требуемая эквивалентная добротность определяется по формуле:
<img border=«0» width=«111» height=«41» src=«ref-1_1803597995-318.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031"> (8)
где у — относительная частотная расстройка
<img border=«0» width=«204» height=«39» src=«ref-1_1803598313-484.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">

<img border=«0» width=«468» height=«65» src=«ref-1_1803598797-1141.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">

Sезк = 44 дБ =1044/20 = 158,489 раз
По формуле (8):
<img border=«0» width=«180» height=«41» src=«ref-1_1803599938-411.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">
Тогда для выполнения условия (6) Qэ принимаю равным Qэ = 35.


    продолжение
--PAGE_BREAK--1.4 Выбор и расчет селективных систем тракта промежуточной частоты


Целью данного раздела проектирования является определение типа и числа резонансных систем тракта промежуточной частоты (ТПЧ). И для того, чтобы это обеспечить применяют фильтры сосредоточенной селекции (ФСС), называемые также фильтрами сосредоточенной избирательности (ФСИ).

Расчет ТПЧ начнем с ФСС.


1.4.1 Выбор и расчет ФСС
В приемниках разных групп сложности, имеющих как средние, так и высокие качественные показатели, применяются многозвенные ФСС на LC-элементах. Схема включения такого многоконтурного фильтра приведена на рисунке 2.
<img border=«0» width=«466» height=«157» src=«ref-1_1803600349-9788.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">

Рисунок 2. Возможная схема ФСС
В этой схеме каждый контур фильтра с учетом элементов связи настроен на среднюю частоту полосы пропускания, т.е. на промежуточную частоту fпр.

Для получения качественно возможного коэффициента прямоугольности АЧХ используют фильтры с характеристиками Чебышева. Однако, с целью уменьшения всплесков АЧХ в полосе пропускания и уменьшения нелинейности ФЧХ используем ФСС с максимально гладкой АЧХ, т.е. с характеристикой Баттерворта [4]:
σ (α) =<img border=«0» width=«75» height=«27» src=«ref-1_1803610137-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">n, (9)
где

v — параметр, определяющий σп — неравномерность АЧХ на краях полосы пропускания;

n — число контуров ФСС.

α = Δf / П — обобщенная расстройка; (10)
Δfск = 300 кГц [4], ППЧ чм = 150 кГц [7, c.24]

Тогда по (10): α = 2 ∙ 300 / 150 = 4
Допустимую неравномерность 14 дБ в диапазоне УКВ всего тракта по звуковому давлению диапазона воспроизводимых частот следует распределить таким образом, чтобы на тракт промежуточной частоты приходилась неравномерность АЧХ в полосе пропускания не более 6 дБ, поэтому возьмем σп = 3 дБ = 1,41 (разах). Неравномерность АЧХ на краях полосы пропускания равна [1]:
σп = <img border=«0» width=«44» height=«24» src=«ref-1_1803610340-142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037"> => v = σп2 — 1= 1,412-1=0,9881 ≈ 1,
Для приемников ЧМ расстройку соседнего канала принимаем равной Δfск = ±300 кГц. [4]

Переведем заданную селективность из дБ в разы: Seск= 33 дБ =1033/20 = 44,668

Необходимое число контуров, при неравномерности АЧХ в полосе σп = 3 дБ, при v =1 и α > 1, находим:
n≥ lgSeск/lgα = lg44,668 /lg4 = 2,74 ≈ 3
Выбираем 3 контура.

ПФ можно реализовать, если [3, c.213]:
<img border=«0» width=«155» height=«72» src=«ref-1_1803610482-584.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038"> (11)

fпр = 10,7∙106 Гц,

<img border=«0» width=«367» height=«82» src=«ref-1_1803611066-1047.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">
Конструктивное затухание:
<img border=«0» width=«157» height=«49» src=«ref-1_1803612113-323.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">
Нормированные значения затуханий [3]:
<img border=«0» width=«159» height=«53» src=«ref-1_1803612436-332.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041"> (12)
Выберем Д< 0.5 = 0,2
Тогда Д1= А — (n — 1) ∙Д = 2 — (3 — 1) ∙ 0,2 = 1,6
где А=2, при n =3 [3, c.213].

Из рисунка 7.10 [3] определяем при Д=0,2 нормированные значения коэффициентов связи:
К12=1,8; К23=0,87; К34=0,6; К450,48; К56=0,35; К67=0,88.
Абсолютные значения коэффициентов связи и затухания [3]:
ki, i+1=Ki, i+1*П/ fпр, d1=Д1*П/ fпр. (13)

<img border=«0» width=«218» height=«96» src=«ref-1_1803612768-742.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">

d1=1,6<img border=«0» width=«77» height=«47» src=«ref-1_1803613510-276.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043"> 0,022
Задаваясь эквивалентной емкостью С1э = С2э = 500 пФ, находим С12 = k12 ∙ C1э
<img border=«0» width=«195» height=«42» src=«ref-1_1803613786-478.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">пФ, <img border=«0» width=«255» height=«47» src=«ref-1_1803614264-592.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">
Тогда С1 = Сэ — С12



<img border=«0» width=«171» height=«39» src=«ref-1_1803614856-394.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">пФ
<img border=«0» width=«12» height=«23» src=«ref-1_1803615250-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">Эквивалентное затухание контура:
ρ = 1/ (ωпр * Сэ) = 1/ (2 ∙ π ∙ 10,7 ∙ 500 ∙ 10-6) = 29,749 Ом,

тогда при <img border=«0» width=«251» height=«32» src=«ref-1_1803615323-347.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">
Резонансный коэффициент включения равен [3]:
<img border=«0» width=«260» height=«44» src=«ref-1_1803615670-466.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049"> (14)


1.5 Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта приемника


В линейном тракте приемника ЧМ требуется обеспечить необходимое усиление полезного сигнала.

В приемнике ЧМ сигналов при применении отдельного диодного амплитудного детектора амплитуда сигнала, подводимого ко входу детектора имеет величину порядка 0,2 — 0,4 В, т.е. Uвх. д =0,3 В.

Амплитуда сигнала на входе приемника при задании чувствительности по напряженности поля Е в точке приема определяется соотношением [4]:
Uвх. пр-ка=Е∙hд∙<img border=«0» width=«25» height=«23» src=«ref-1_1803616136-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050">, (15)
где hд — действующая высота (длина) приемной антенны, для штыревых антенн диапазона УКВ можно принять значение hд ≈ 0,1ч0,2 м, hд = <metricconverter productid=«0,15 м» w:st=«on»>0,15 м.
Uвх. пр-ка=3 * 10-6 ∙√2= 4,24 мкВ.
При этом требуемый коэффициент усиления рассчитываем по формуле:
Котр = Uвх. д / Uвх. пр-ка = 0,3∙ 106 /4,24 = 70,71 ∙103 (16)
Проверим, достигается ли в линейном тракте приемника требуемое усиление принимаемого сигнала. Для этого рассчитаем общий коэффициент усиления линейного тракта как произведение коэффициентов усиления его отдельных каскадов [4], т.е.
Ко = КВЦ * КУРЧ * КПЧ * КФСС * КУПЧ,

Обычно Квц = 0,5-0,7

КУРЧ =3-10

КПЧ = 1

КФСС =0,5-0,7

КУПЧ = 103 — 105

Ко = 0,5 ∙ 4 ∙ 1 ∙ 0,5 ∙ 105 = 105
Надо выполнить условие: Ко > Котр., т.е.105 > 7 ∙ 104 выполняется.

    продолжение
--PAGE_BREAK--