Федеральное агентство связи РФ

Поволжский государственный университет

телекоммуникаций и информатики

Кафедра радиосвязи, радиовещания и телевидения

Устройства приема и обработки радио-

сигналов в системах подвижной

радиосвязи

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине

«Устройства приема и обработки радиосигналов

в системах подвижной радиосвязи»

для студентов специальности 210402

«Средства связи с подвижными объектами»

Составила: к.т.н., доцент Иванова В.Г.

Самара

ИУНЛ ПГУТИ

2011г.

Задание

на курсовой проект

«Радиоприемное устройство бортовой радиостанции»

Требуется

• Выполнить расчет структурной электрической схемы додетекторного тракта радиоприемника,

• разработать принципиальную электрическую схему додетекторного тракта и выполнить расчет ее элементов,

• разработать алгоритм функционирования и выполнить моделирование в программной среде Mathcad цифрового демодулятора радиоприемника.

Исходными данными для проектирования являются:

1. Граничные частоты поддиапазона принимаемых сигналов и ;

2. Значение промежуточной частоты радиоприемника , равной разности частот гетеродина и сигнала;

3. Чувствительность радиоприемника E_A;

4. Селективность по зеркальному каналу не менее Se_зк ;

5. Селективность по соседнему каналу не менее Se_ск ;

6. Коэффициент прямоугольности АЧХ тракта основной селекции не более k_п ;

7. Селективность по каналу промежуточной частоты не менее Se_пч ;

8. Сопротивление антенны R_A ;

9. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания додетекторного тракта приемника не более ;

10. Глубина регулировки коэффициента усиления тракта промежуточной частоты - p;

11. Вид принимаемого излучения;

12. Минимальная и максимальная частоты модуляции и ;

13. Скорость манипуляции v ;

14. Сдвиг частот при частотной манипуляции ;

15. Вид боковой полосы при однополосной модуляции ВБП (верхняя боковая полоса) или НБП (нижняя боковая полоса).

Числовые значения параметров студент получает у преподавателя.

Требования к курсовому проекту и его оформлению

1. Структура пояснительной записки (ПЗ)

1.1. Пояснительная записка КП включает составные элементы, располагаемые в следующей последовательности:

• титульный лист,

• заглавный лист (содержание ПЗ),

• введение,

• основная часть,

• заключение,

• список использованных источников,

• приложения.

1.2. Титульный лист выполняется на бумаге формата А4 по утвержденной форме (Приложение А).

3. В заглавном листе (содержании ПЗ) дается перечень наименований разделов и подразделов с их последовательной нумерацией в точном соответствии с их наименованием в тексте ПЗ.

1.4. Введение – вступительный раздел текста ПЗ, в котором кратко излагается содержание КП, отмечаются особенности отдельных частей (блоков), применение ЭВМ и т.п. Объем текста 0.5..1 страница. Этот раздел не имеет порядкового номера.

1.5. Основное содержание ПЗ состоит из задания на КП и текста, в котором изложено исполнение задания. Основное содержание делится на разделы, подразделы и пункты. В разделе “Заключение” подводится итог проделанной работы, например, сравниваются показатели качества спроектированного устройства с требованиями технического задания на проектирование. Объем текста менее 1 страницы. Раздел не имеет порядкового номера.

1.6. В список использованных источников заносятся источники информации, используемые в КП под порядковыми номерами в последовательности ссылки на них в тексте. Заголовок списка не имеет порядкового номера.

1.7. В необязательный раздел “Приложения” включают необходимый материал, возникающий в процессе работы и делающий ее содержание более понятным и информативным. Каждое приложение начинается с нового листа. Выше текста приложения, по середине страницы пишется заголовок, например, Приложение А, Приложение В и т.д. Наименование приложения пишется под заголовком строчными буквами кроме первой прописной.

2. Оформление пояснительной записки

2.1. Пояснительная записка выполняется на листах писчей бумаги формата А4.

2.2. Все листы КП сшиваются в ПЗ и нумеруются последовательно, начиная с цифры 1.

Номер листа пишется арабскими цифрами в правом углу нижнего поля листа без черточек и скобок. Титульный лист является первым листом ПЗ, но номер на нем не ставится.

2.3. Текст ПЗ выполняется в одностороннем исполнении. Рабочее поле листа ограничено рамкой (на лист не наносится): слева –25мм, сверху – 15мм, справа – 8мм, снизу –15мм.

2.4. Разделы, подразделы и пункты нумеруются арабскими цифрами.

3.Оформление текста пояснительной записки КП

3.1. Текст ПЗ выполняется на компьютере или рукописно чернилами или шариковой ручкой черного цвета.

3.2. Каждый раздел начинается с нового листа. Наименования разделов записываются после их порядкового номера строчными буквами кроме первой прописной одинаковой высоты с цифрами. Слова в наименовании разделов и подразделов пишутся без переносов. Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой. В конце заголовка точка не ставится.

3.3. Наименования подразделов и пунктов начинаются с прописной буквы после их порядковых номеров, а остальные буквы являются строчными. Наименование подраздела может располагаться в любом месте листа ПЗ, но после наименования должно быть не менее трех строк текста от нижнего поля листа.

3.4. Порядковые номера всех заголовков записывают с красной строки (абзацный отступ равен 15-17мм), заголовки отделяются от текста пустой строкой. Сокращение слов в заголовках не допускается.

3.5. Формулы могут нумероваться для ссылок в тексте. Номер формулы записывается в строке, где формула заканчивается, у правого края лиса в круглых скобках арабскими цифрами. Нумерация формул может быть единой для всего текста (сквозной) или осуществляться внутри разделов. В последнем случае номер формулы должен содержать номер раздела и номер формулы в нем, разделенные точкой.

При выполнении расчетов по формуле сначала записывается математическая формула, затем формула с подставленными в нее числовыми значениями, а после этого результат вычислений.

3.6. Формулы записываются в отдельной строке.

3.7. Таблицы нумеруются так же, как и формулы. Заголовок таблицы записывается строчными буквами кроме первой прописной после слова “Таблица”.

4.Оформление иллюстраций в пояснительной записке

4.1. Все иллюстрации (схемы, графики, чертежи и диаграммы) обозначаются в ПЗ как рисунки. Нумерация рисунков аналогична нумерации формул и таблиц. Рисунки могут иметь заголовок, помещаемый под рисунком.

4.2. Позиционные обозначения элементов на электрических схемах, помещаемых в текст ПЗ, допускается выполнять с использованием индексов, например, .

4.3. При выполнении электрических схем в виде конструкторского документа (с оформлением рамки и основной надписи) буквенно-позиционные обозначения пишутся в одну строку, например, .

4.4. Пояснительная записка должна содержать чертеж: Додетекторный тракт радиоприемника бортовой радиостанции. Схема электрическая принципиальная.

4.5. Чертеж выполняется на листе бумаги формата А3 или А4 с оформлением рамки и основной надписи. Структура основной надписи приведена в Приложении В.

Поскольку расчет блока питания и синтезатора частоты радиостанции заданием не предусмотрен, на схеме должны быть показаны только соответствующие разъемы, на которые подаются указанные напряжения.

На схеме наряду с буквенно-позиционными обозначениями должны быть указаны номинальные значения элементов или приложен перечень элементов.

4.6. Для публичной защиты проекта должны быть подготовлены:

• чертеж додетекторного тракта радиоприемника бортовой радиостанции (схема электрическая принципиальная), выполненный на листе бумаги формата А2, Копия чертежа приводится в пояснительной записке.

• демонстрационный плакат: Алгоритм функционирования цифрового демодулятора и временные диаграммы сигналов в демодуляторе.

Демонстрационный плакат выполняется на листе

бумаги формата А2. Копия плаката приводится в

пояснительной записке.

Возможна замена чертежа и демонстрационного плаката электронными презентациями

Методические рекомендации по выполнению курсового проекта

1. Начать работу над проектом следует с изучения следующих разделов конспекта лекций по дисциплине «Устройства приема и обработки радиосигналов в системах подвижной радиосвязи»:

• Введение,

• Показатели качества радиоприемника,

• Входные цепи,

• Резонансные усилители,

• Преобразователи частоты.

2. Приступив к выполнению проекта, целесообразно воспользоваться приводимыми ниже методиками расчета

• структурной электрической схемы радиоприемника,

• принципиальной электрической схемы додетекторного тракта радиоприемника,

а также методикой разработки алгоритмов и методикой моделирования цифровых демодуляторов в программной среде Mathcad.

При проектировании можно воспользоваться также следующими источниками информации:

1. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Пер. с нем.-М.:1990.-256с., ил.,

3. В.Е. Сапаров. Дипломный проект от А до Я. –М.:СОЛОН-Пресс, 2003.-224 с.

4. Перельман Б.Л., Петухов В.М. Новые транзисторы. Справочник – «СОЛОН», «МИКРОТЕХ», 1994. –272с.

5. http://www.cxem.net/sprav/sprav62.php Справочник по полевым транзисторам.

http://kazus.ru/guide/index.html Справочник по электронным компонентам на русском языке

1. Расчет структурной электрической схемы

радиоприемника

1.1. Расчет ширины спектра принимаемых сигналов F_с и полосы пропускания тракта основной селекции

1.1.1. Амплитудная модуляция – A3E:  F_c = 2 F_max,

1.1.2. Однополосная модуляция с подавленной несущей – J3E:  F_c = F_max - F_min,

1.1.3. Частотная манипуляция – F1B:  F_c = F_сдв+ k v,

k = 3..5.

Чтобы получить ширину спектра в герцах, скорость манипуляции подставляется в формулу в бодах.

Полоса пропускания тракта основной селекции - тракта промежуточной частоты – равна П_пч = F_c.

1.2. Выбор селективной системы тракта радиочастоты

1.2.1. Проверка возможности использования неперестраиваемого преселектора.

Тракт радиочастоты может быть как перестраиваемым, так и неперестраиваемым. Если частоты зеркального канала находятся вне поддиапазона частот принимаемых сигналов, то следует рассмотреть возможность использования неперестраиваемого преселектора (входной цепи и УРЧ).

Если частота гетеродина приемника больше частоты принимаемого сигнала, то минимальное значение частоты помехи зеркального канала равно .

Следовательно, частоты помех зеркального канала находятся вне поддиапазона частот принимаемых сигналов, если выполняется условие:

.

1.2.2. Определение полосы пропускания П и частоты настройки неперестраиваемого преселектора f_{0 ср}.

Если резонансная система не перестраивается, то средняя частота полосы пропускания выбирается равной

.

Полоса пропускания резонансной системы тракта РЧ должна быть равна

.

1.2.3. Определим селективность по зеркальному каналу, которую может обеспечить неперестраиваемый двухконтурный полосовой фильтр.

Предварительно найдем:

- относительную расстройку частоты помехи зеркального канала относительно центральной частоты полосы пропускания фильтра для худшего случая, когда частота помехи зеркального канала равна

.

- относительную расстройку минимальной частоты сигнала относительно центральной частоты полосы пропускания фильтра

Определим селективность по зеркальному каналу, которую может обеспечить двухконтурный полосовой фильтр при критической связи между контурами

В последнем соотношении d_э – эквивалентное затухание контуров полосового фильтра. Величина эквивалентного затухания связана с собственным затуханием контура d_k соотношением

.

В диапазоне 2.0..30.0 МГц собственное затухание контуров можно принять равным 0.004 .. 0.006.

1.2.3. Определим селективность по зеркальному каналу, которую может обеспечить одиночный колебательный контур

Приведенные соотношения для расчета селективности дают значения селективности в относительных единицах. Для перевода в децибелы используется соотношение

.

1.2.4. Расчет селективности преселектора при различных вариантах его построения

Рассмотрим следующие варианты:

1. Входная цепь и один каскад УРЧ:

а) одноконтурная входная цепь и УРЧ с одиночным контуром, количество контуров n_к = 2, количество полосовых фильтров n_пф = 0;

б) одноконтурная входная цепь и УРЧ с полосовым фильтром, количество контуров n_к = 1, количество полосовых фильтров n_пф = 1;

в) двухконтурная входная цепь и УРЧ с полосовым фильтром, количество контуров n_к = 0, количество полосовых фильтров n_пф = 2.

2. Входная цепь и два каскада УРЧ:

а) одноконтурная входная цепь и два каскада УРЧ с полосовыми фильтрами, количество контуров n_к = 1, количество полосовых фильтров n_пф = 2,

б) двухконтурная входная цепь и два каскада УРЧ с полосовыми фильтрами, количество контуров n_к = 0, количество полосовых фильтров n_пф = 3.

При этом селективность всего тракта радиочастоты определяется соотношением

Se _{зк дБ} = n_к Se _{зк к дБ} + n_пф Se _{зк пф дБ}.

Если проходит один из рассмотренных вариантов, начиная с самого простого (рассчитанная селективность не меньше заданной), то можно остановиться на неперестраиваемом преселекторе и рассчитать неравномерность АЧХ, вносимую трактом радиочастоты в пределах ширины спектра принимаемого сигнала.

1.2.5. Рассчитаем неравномерность АЧХ двухконтурного полосового фильтра неперестраиваемого преселектора в пределах ширины спектра полезного сигнала

1.2.6. Рассчитаем неравномерность АЧХ одиночного колебательного контура неперастраиваемого преселектора в пределах ширины спектра полезного сигнала

Полученные в относительных единицах значения неравномерностей АЧХ переводятся в децибелы по формуле

.

Определим неравномерность АЧХ неперестраиваемого преселектора в пределах ширины спектра полезного сигнала

_{рч дБ} = n_к _{к дБ} + n_пф _{пф дБ},

Если отсутствует подходящий вариант неперестраиваемого преселектора, нужно использовать преселектор, настраиваемый на частоту принимаемого сигнала в пределах заданного диапазона частот.

1.2.7. Расчет селективности по зеркальному каналу, которую обеспечивает двухконтурный полосовой фильтр, настроенный на максимальную частоту поддиапазона

В случае перестраиваемого преселектора наименьшей будет селективность по зеркальному каналу на максимальной частоте диапазона. Поэтому частота помехи зеркального канала и ее относительная расстройка относительно частоты сигнала определяются по формулам

, .

Селективность по зеркальному каналу, обеспечиваемая двухконтурным полосовым фильтром, настроенным на максимальную частоту диапазона, равна

.

1.2.8. Расчет селективности по зеркальному каналу, которую обеспечивает одиночный колебательный контур, настроенный на максимальную частоту поддиапазона

.

После расчета этих селективностей подбирается вариант построения тракта радиочастоты так же, как и в случае с неперестраиваемым преселектором (1.2.4).

1.2.9. Определим неравномерности АЧХ двухконтурного полосового фильтра и одиночного колебательного контура в полосе пропускания тракта радиочастоты на минимальной частоте диапазона

,

где ,

- шаг перестройки при дискретной перестройке тракта.

Неравномерность АЧХ всего тракта радиочастоты определяется так же, как и при неперестраиваемом преселекторе.

1.3. Выбор селективной системы тракта ПЧ

1.3.1. Определим допустимую неравномерность АЧХ тракта промежуточной частоты

_{пч дБ} = _дБ - _{рч дБ}.

1.3.2. Выясним возможность использования ФСС, выпускаемых промышленностью. Выбор фильтра осуществляется, исходя из требований к селективности приемника по соседнему каналу приема Se_ck при заданном коэффициенте прямоугольности k_п, необходимой полосе частот и допустимой неравномерности АЧХ в полосе пропускания . Параметры фильтров приведены в Приложении Б. Фильтр можно использовать, если его рабочая частота равна промежуточной частоте приемника, полоса пропускания соответствует полосе пропускания тракта основной селекции П_пч, неравномерность в полосе пропускания не больше σ_пч, коэффициент прямоугольность не больше, чем указан в задании, селективность не меньше Se_cк.

Фильтры, в обозначении которых присутствуют буквы «В» (верхняя боковая) или «Н» (нижняя боковая), используются в приемниках однополосного сигнала. Если частота гетеродина больше частоты сигнала, то при преобразовании частоты возникает инверсия спектра: верхняя боковая становится нижней и наоборот. Поэтому при приеме сигнала НБП нужно использовать фильтр верхней боковой полосы, а при приеме сигнала ВБП – нижней.

1.3.3. Если подходящий фильтр не найден, можно предусмотреть заказной вариант электромеханического фильтра, т.к. многие фирмы изготавливают фильтры с параметрами, которые требуются заказчику. Однако в этом случае нужно оценить возможность изготовления фильтра с требуемыми параметрами. Для этого

• определим количество механических резонаторов, прикотором фильтр обеспечивает требуемую селективность при заданной неравномерности АЧХ в полосе пропускания и заданном коэффициенте прямоугольности.

- рассчитаем минимальное значение коэффициента связи между механическими резонаторами

.

Фильтр может быть реализован, если ,

k_min > 10 ^–3.

1.4. Рассчитаем необходимое усиление приемного додетекторного тракта

,

где - напряжение на входе АЦП цифрового демодулятора.

Вычерчиваем структурную электрическую схему додетекторного тракта радиоприемника.

Например, схема рисунка 1.1.

1.5. Выбираем частоту дискретизации сигналов классов излучений с симметричным спектром: A3E, F1B.

Частота дискретизации должна удовлетворять двум условиям:

• быть больше удвоенной ширины спектра сигнала на входе АЦП,

• частота несущей, приведенная в интервал Котельникова, должна быть равна четверти частоты дискретизации.

Первому условию для сигналов с симметричным спектром соответствует соотношение . Для определенности примем

.

Для однополосного сигнала с асимметричным спектром следует принять

.

Согласно второму условию приведенная частота несущей равна

,

где k = 0,1,2,..

Из двух последних соотношений сначала найдем номер гармоники частоты дискретизации

.

Полученные значения округляем до ближайшего меньшего целого числа и находим два точных значения частоты дискретизации по формуле

.

Из двух рассчитанных по последней формуле значений выбирается меньшее. Заметим, что k, рассчитанное по формуле со знаком «минус», подставляется в последнюю формулу со знаком «плюс».

2. Расчет принципиальной электрической схемы

додетекторного тракта радиоприемника

2.1. Неперестраиваемая входная цепь с одиночным колебательным контуром

Исходные данные:

f_{0 min} - минимальная частота поддиапазона,

f_{0 ср} - средняя частота поддиапазона,

f _пр - промежуточная частота радиоприемника,

d_э - эквивалентное затухание контура,

R_A - сопротивление антенны.

Принципиальная схема входной цепи приведена на рисунке 2.1. Целью расчета является определение элементов схемы: L_св, L, C, коэффициента связи k между контурной катушкой L и катушкой связи L_св, коэффициента передачи входной цепи K_вц и селективности входной цепи по каналу промежуточной частоты.

Рисунок 2.1 – Одноконтурная входная цепь с фиксирован-

ной настройкой на среднюю частоту диапазона

2.1.1. Зададимся эквивалентной емкостью колебательного контура

.

В приведенную формулу частота подставляется в мегагерцах. При этом значение емкости получается в пикофарадах. Емкость конденсатора выбирается согласно ряду Е24 номинальных значений емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов в пределах, определенных последней формулой. Ряды номинальных значений представлены таблицей 2.1. Номинальное значение, приведенное в таблице, умножается на , где m –целое число.

Таблица 2.1.-Ряды номинальных значений

сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов

Е24 Е12 Е6 Е24 Е24 Е6 Е24 Е12 Е6	Е24 Е12 Е6 Е24 Е12 Е6 Е24 Е12 Е6	Е24 Е12 Е6 Е24 Е6 Е6 Е24 Е12 Е6	Е24 Е12 Е6 Е24 Е24 Е6 Е24 Е12 Е6	Е24 Е12 Е6 Е24 Е12 Е6 Е24 Е12 Е6	Е24 Е12 Е6 Е24 Е6 Е6 Е24 Е12 Е6	Е24 Е12 Е6 Е24 Е24 Е6 Е24 Е12 Е6	Е24 Е12 Е6 Е24 Е12 Е6 Е24 Е12 Е6	Е24 Е12 Е6 Е24 Е6 Е6 Е24 Е12 Е6
1,0	1,0	1,0	2,2	2,2	2,2	4,7	4,7	4,7
1,1	-	-	2,4	-	-	5,4	-	-
1,2	1,2	-	2,7	2,7		5,6	5,6	-
1,3	-	-	3,0	-	-	6,2	-	-
1,5	1,5	1,5	3,3	3,3	3,3	6,8	6,8	6,8
1,6	-	-	3,6	-	-	7,5	-	-
1,8	1,8	-	3,9	3,9	-	8,2	8,2	-
2,0	-	-	4,3	-	-	9,1	-	-

Этой таблицей нужно пользоваться при расчете всех емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов.

2.1.2. Определим характеристическое сопротивление и индуктивность контура L

, .

2.1.3. Определим индуктивность связи и коэффициент связи между контурной катушкой и катушкой связи

.

2.1.4. Определим коэффициент антенной связи

.

2.1.5.Определим селективность по каналу промежуточной частоты, которую обеспечивает одноконтурная входная цепь

,

где , .

2.1.6. Определим резонансный коэффициент передачи входной цепи

p.

В последнем соотношении p – коэффициент включения входного колебательного контура. Коэффициент включения рассчитывается, исходя из обеспечения устойчивости усилителя радиочастоты. Поэтому резонансный коэффициент передачи входной цепи рассчитывается после расчета УРЧ.

2.2. Неперестраиваемая входная цепь с двухконтурным полосовым фильтром

Исходные данные:

f_{0 min} - минимальная частота поддиапазона,

f_{0 ср} - средняя частота поддиапазона,

f _пр - промежуточная частота радиоприемника,

d_э - эквивалентное затухание контура,

R_A - сопротивление антенны,

=1 - фактор связи между контурами полосового фильтра.

Принципиальная схема входной цепи приведена на рисунке 2.2. Связь между контурами двухконтурного полосового фильтра обеспечивает конденсатор внутриемкостной связи С_св, который входит как в первый, так и во второй контур.

Целью расчета является определение элементов схемы: L_св, L, C, С_св, коэффициента связи k между контурной катушкой L и катушкой связи L_св, коэффициента передачи входной цепи K_вц и селективности входной цепи по каналу промежуточной частоты.

Рисунок 2.2 – Двухконтурная входная цепь с фиксирован-

ной настройкой контуров на среднюю частоту диапазона

Пункты 2.2.1 .. 2.2.4 те же, что 2.1.1 ..2.1.4 при расчете неперестраиваемой входной цепи с одиночным контуром.

2.2.5. Определим емкость связи

,

где -фактор связи между контурами.

2.2.6. Определим селективность по каналу промежуточной частоты, которую обеспечивает входная цепь с двухконтурным полосовым фильтром

,

где ,

2.2.7. Определим коэффициент передачи входной цепи

.

Коэффициент включения рассчитывается, исходя из обеспечения устойчивости усилителя радиочастоты. Поэтому резонансный коэффициент передачи входной цепи рассчитывается после расчета УРЧ.

2.3. Перестраиваемая входная цепь с одиночным колебательным контуром

Исходные данные:

f_{0 min} - минимальная частота поддиапазона,

f_{0 max} - максимальная частота поддиапазона,

f _пр - промежуточная частота радиоприемника,

d_э - эквивалентное затухание контура,

R_A - сопротивление антенны.

Принципиальная схема входной цепи приведена на рисунке 2.3. Перестройка колебательного контура в пределах поддиапазона осуществляется дискретным конденсатором С_н. Конденсаторы С₁ и С₂ обеспечивают требуемый коэффициент перекрытия поддиапазона.

Рисунок 2.3 – Одноконтурная входная цепь, пере-

страиваемая дискретным кондансатором

2.3.1. Задавшись шагом перестройки f ₀, определим количество частотных интервалов М, на которые разбивается поддиапазон при настройке с помощью дискретного конденсатора. Величину f ₀ нужно выбрать так, чтобы получить и , где . Целесообразно использовать значения f ₀ = 0.01, 0.05, 0.10, 0.50, 1.00 кГц.

Выбираем ближайшее целое число.

2.3.2. Определяем количество переключаемых конденсаторов, образующих дискретный конденсатор

Выбираем ближайшее большее целое число.

2.3.3. Для перестройки преселектора по диапазону воспользуемся дискретным конденсатором, разработанным для РПУ «Призма» , который образован емкостями:

C_{d 1} = 0.375 пФ, С_{d 2} = 0.75 пФ, C_{d 3} = 1.5 пФ, C_{d 4} = 3 пФ,

C_{d 5} = 6 пФ, C_{d 6} = 12 пФ, C_{d 7} = 24 пФ, С_{d 8} = 48 пФ.

Начальная емкость конденсатора С_нач = 20 пФ.

Если Q <8 , то нужно ограничиться только конденсаторами C_{d 1} .....C_{d Q}.

2.3.4. Определим минимальное и максимальное значения емкости дискретного конденсатора и коэффициент перекрытия по емкости

C_min = C_нач , С_max = C_нач + С_{d 1} + ... C_{d Q},

k_c = C_max / C_min.

2.3.5. Найдем коэффициент перекрытия поддиапазона

k_пд = f_{0 max} / f_{0 min} .

Проверим выполнение условия k_c > k_ПД ².

2.3.6. Зададимся минимальным значением эквивалентной емкости контура C_эmin = 30..50 пФ и рассчитаем максимальное значение эквивалентной емкости контура

C_эmax = k_пд ² C_{э min}.

2.3.7. Найдем емкость конденсатора С₂

DC =С_{э max} - С_{э min} , q = (C_max - C _min )/( C_max - C _min - DC),

Выбираем стандартное значение емкости конденсатора С₂.

2.3.8. Рассчитаем емкость конденсатора С₁

2.3.9. Определим индуктивность контура и его характеристическое сопротивление на максимальной частоте поддиапазона

L = 1 / ((2p f_{0 max})² C_эmin) , r_max = 2 p f_{0 max} L.

2.3.10. Определим индуктивность связи и коэффициент связи между контурной катушкой и катушкой связи

, .

2.3.11. Определим коэффициент антенной связи

2.3.12. Определим селективность по каналу промежуточной частоты, которую обеспечивает входная цепь

,

где y_пч = f_0min / f_пр - f_пр / f_0min .

2.3.13. Определим коэффициент передачи входной цепи

.

Коэффициент включения рассчитывается, исходя из обеспечения устойчивости усилителя радиочастоты. Поэтому резонансный коэффициент передачи входной цепи рассчитывается после расчета УРЧ.

2.4. Перестраиваемая входная цепь с двухконтурным полосовым фильтром

Исходные данные:

f_{0 min} - минимальная частота поддиапазона,

f_{0 max} - максимальная частота поддиапазона,

f _пр - промежуточная частота радиоприемника,

d_э - эквивалентное затухание контура,

- фактор связи между контурами полосового фильтра,

R_A - сопротивление антенны.

На рисунке 2.4 приведена принципиальная схема входной цепи с перестраиваемым по поддиапазону двухконтурным полосовым фильтром.

Рисунок 2.4 – Входная цепь с двухконтурным полосовым фильтром, перестраиваемая дискретными конденсаторами

Связь между контурами осуществляет конденсатор C_св.

Пункты расчета 2.4.1 .. 2.4.11 те же, что и 2.3.1..2.3.11 при расчете перестраиваемой входной цепи с одиночным контуром.

2.4.12. Определим емкость связи

.

2.4.13. Определим селективность по каналу промежуточной частоты, которую обеспечивает входная цепь с двухконтурным полосовым фильтром

,

где x_пч = y_пч / d_э , y_пч = f_0min / f_пр - f_пр / f_0min, .

2.4.14. Определим коэффициент передачи входной цепи

.

Коэффициент включения рассчитывается, исходя из обеспечения устойчивости усилителя радиочастоты. Поэтому резонансный коэффициент передачи входной цепи рассчитывается после расчета УРЧ.

2.5. Неперестраиваемый УРЧ с одиночным колебательным контуром

На рисунке 2.5 приведена принципиальная схема УРЧ с одиночным колебательным контуром и фиксированной настройкой на среднюю частоту поддиапазона. На этом же рисунке левее вертикальной пунктирной прямой показана принципиальная схема одноконтурной входной цепи. Параметры контура УРЧ, такие же, как у контура входной цепи.

Исходными данными для расчета являются:

f_{0 ср} - средняя частота поддиапазона,

d_э - эквивалентное затухание контура,

d_к - собственное затухание контура,

• - характеристическое сопротивление контура,

L - индуктивность контура,

С - емкость контура,

R_{вх сл} – входное сопротивление каскада, следующего за УРЧ.

Целью расчета является:

• выбор транзистора,

• определение коэффициентов включения p, p₁, p₂,

• расчет резонансного коэффициента усиления,

• расчет элементов цепей питания транзистора.

Рисунок 2.5 –Усилитель радиочастоты с одиночным колебательным контуром и фиксированной настройкой на среднюю частоту поддиапазона

2.5.1. Выбираем маломощный полевой транзистор с минимальным значением проходной емкости (емкости затвор-исток). Достоинством полевого транзистора по сравнению с биполярным является более высокая линейность усиления, что весьма важно для усилителя на входе которого наряду с полезным сигналом действуют еще недостаточно ослабленные помехи.

Параметры транзистора 2П341Б:

S = 27 мА / В при Е_зи = 0.2 В , I_с = 7 мА , Е_си = 5 В, R _вых = 5 .. 10 кОм, C_вх = 5 пФ, C_вых = 1.6 пФ, C_прох = 1 пФ.

2.5.2. Рассчитаем коэффициент включения p₁, исходя из обеспечения требуемой селективности по зеркальному каналу

,

где , если следующим каскадом является второй каскад УРЧ на полевом транзисторе,

, если следующим каскадом является преобразователь частоты с относительно низким входным сопротивлением.

2.5.3. Выбираем коэффициент включения p, исходя из условия устойчивости усилителя

,

где K_у = 0.7..0.9 – коэффициент устойчивости усилителя.

2.5.4. Выбираем коэффициент включения p_2.

Если следующим каскадом является каскад УРЧ на полевом транзисторе, то p₂= p.

Если следующим каскадом является преобразователь частоты с входным сопротивлением R_{вх сл}, то

.

2.5.5. Определим коэффициент усиления усилителя

2.5.6. Расчет элементов цепей питания усилителя

X_c = 0.1 ..1 Ом.

Питающее напряжение можно выбрать равным Е_пит = 9 В.

2.5.7. Определим селективность усилителя по каналу промежуточной частоты.

,

где , .

2.5.8. Определим селективность преселектора по каналу промежуточной частоты

.

2.6. Неперестраиваемый УРЧ с двухконтурным полосовым фильтром

Принципиальная схема УРЧ вместе с одноконтурной входной цепью приведена на рисунке 2.6.

Исходными данными для расчета являются:

f_{0 ср} - средняя частота поддиапазона,

d_э - эквивалентное затухание контура,

d_к - собственное затухание контура,

ρ - характеристическое сопротивление контура,

L - индуктивность контура,

С - емкость контура,

= 1– фактор связи между контурами полосового фильтра,

R_{вх сл} – входное сопротивление каскада, следующего за УРЧ.

Целью расчета является:

- выбор транзистора,

- определение коэффициентов включения p, p₁, p₂,

- расчет резонансного коэффициента усиления,

- расчет элементов цепей питания транзистора.

Рисунок 2.6 –Усилитель радиочастоты с двухконтурным полосовым фильтром и фиксированной настройкой на среднюю частоту диапазона

2.6.1 Выбор транзистора осуществляется так же, как и в УРЧ с одиночным контуром.

2.6.2. Рассчитаем коэффициент включения p₁, исходя из обеспечения требуемой селективности по зеркальному каналу

.

2.6.3. Выбираем коэффициент включения p, исходя из условия устойчивости усилителя

,

где K_у = 0.7..0.9 – коэффициент устойчивости усилителя

2.6.4. Выбираем коэффициент включения p₂

Если следующим каскадом является каскад УРЧ на полевом транзисторе, то p₂=p.

Если следующим каскадом является каскад преобразователя частоты с входным сопротивлением R_{вх сл}, то

.

2.6.5. Определим емкость связи

.

2.6.6. Определим коэффициент усиления усилителя

.

2.6.7. Элементы цепей питания рассчитываются так же, как в усилителе с одиночным колебательным контуром.

2.6.8. Определим селективность по каналу промежуточной частоты, которую обеспечивает УРЧ с двухконтурным полосовым фильтром

,

где

2.6.9. Определим селективность преселектора по каналу промежуточной частоты

2.7. Перестраиваемый УРЧ с одиночным колебательным контуром

Принципиальная схема усилителя вместе с одноконтурной входной цепью приведена на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 – Перестраиваемый УРЧ с одиночным

колебательным контуром

Исходными данными для расчета являются:

f_{0 max} - максимальная частота поддиапазона,

d_э - эквивалентное затухание контура,

d_к - собственное затухание контура,

L - индуктивность контура,

С_{э min} - минимальное значение эквивалентной емкости кон

тура,

R_{вх сл} – входное сопротивление каскада, следующего за УРЧ.

Целью расчета является:

- выбор транзистора,

- определение коэффициентов включения p, p₁, p₂,

- расчет резонансного коэффициента усиления,

- расчет элементов цепей питания транзистора.

2.7.1. Выбор транзистора осуществляется так же, как и в УРЧ с одиночным контуром.

2.7.2. Рассчитаем коэффициент включения p₁, исходя из обеспечения требуемой селективности по зеркальному каналу

,

где , если следующим каскадом является второй каскад УРЧ на полевом транзисторе, , если следующим каскадом является преобразователь частоты с входным сопротивлением R_{вх сл}, .

2.7.3. Выбираем коэффициент включения p, исходя из условия устойчивости усилителя

, где K_у = 0.7..0.9

2.7.4. Выбираем коэффициент включения p₂.

Если следующим каскадом является каскад УРЧ на полевом транзисторе, то p₂= p.

Если следующим каскадом является преобразователь частоты с входным сопротивлением R_{вх сл}, то

.

2.7.5. Определим коэффициент усиления усилителя

.

2.7.6. Элементы цепей питания рассчитываются так же, как в усилителе с фиксированной настройкой.

2.7.7. Определим селективность УРЧ по каналу промежуточной частоты

,

где y_пч = f_0min / f_пр - f_пр / f_0min .

2.7.8. Определим селективность преселектора по каналу промежуточной частоты

2.8. Перестраиваемый УРЧ с двухконтурным

полосовым фильтром

Принципиальная схема усилителя вместе с одноконтурной входной цепью приведена на рисунке 2.8.

Исходными данными для расчета являются:

f_{0 max} - максимальная частота поддиапазона,

d_э - эквивалентное затухание контура,

d_к - собственное затухание контура,

L - индуктивность контура,

С_{э min}- минимальное значение эквивалентной емкости контура,

- фактор связи между контурами фильтра,

R_{вх сл} - входное сопротивление каскада, следующего за УРЧ.

Целью расчета является:

• выбор транзистора,

• определение коэффициентов включения p, p₁, p₂,

• расчет резонансного коэффициента усиления,

• расчет элементов цепей питания транзистора.

2.8.1. Выбор транзистора осуществляется так же, как и в УРЧ с одиночным контуром.

2.8.2. Рассчитаем коэффициент включения p₁, исходя из обеспечения требуемой селективности по зеркальному каналу

,

где .

2.8.3. Выбираем коэффициент включения p, исходя из условия устойчивости усилителя

, где K_у = 0.7..0.9

2.8.4. Выбираем коэффициент включения p₂

Если следующим каскадом является каскад УРЧ на полевом транзисторе, то p₂= p.

Если следующим каскадом является преобразователь частоты с входным сопротивлением R_{вх сл}, то

2.8.5. Элементы цепей питания рассчитываются так же, как в предыдущем случае.

2.8.6. Определим коэффициент усиления усилителя

2.8.7. Элементы цепей питания рассчитываются так же, как в усилителе с фиксированной настройкой.

2.8.8. Определим селективность УРЧ по каналу промежуточной частоты.

,

где y_пч = f_0min / f_пр - f_пр / f_0min .

2.8.9. Определим селективность преселектора по каналу промежуточной частоты

2.9. Расчет преобразователя частоты на ИМС К174ПС1

Принципиальная схема преобразователя частоты приведена на рисунке 2.9, а на рисунке 2.10 – принципиальная схема микроузла К174ПС1, представляющего собой двойной балансный смеситель.

Параметры микросхемы К174ПС1 :

• ток потребления – I_потр = 2.5 мА,

• крутизна преобразования S_пр = 4.5 мА/В,

• входное сопротивление R_вх = 1.7 кОм,

• выходное сопротивлениеR_вых = 5..10 кОм,

• постоянное питающее напряжение U_пит = 7...9В.

Рисунок 2.10 – Принципиальная схема микроузла К174ПС1

Преобразователь частоты выполнен по схеме с отдельным гетеродином. В качестве источника гетеродинных колебаний используется синтезатор частоты радиостанции, расчет которого не предусмотрен данным проектом. Напряжение гетеродина поступает на вывод 7 микросхемы и действует между базами транзисторов VT1 (VT6) и VT3 (VT4). Под действием этого напряжения осуществляется перераспределение тока транзистора VT2 (VT5), изменяющегося с частотой сигнала, между транзисторами VT1 (VT6) и VT3 (VT4).

В результате коллекторные токи транзисторов VT3 и VT6 содержат составляющие промежуточной частоты. Ток промежуточной частоты создает падение напряжения на нагрузке, в качестве которой используется фильтр сосредоточенной селекции, рабочая частота которого равна промежуточной частоте радиоприемника.

При использовании ЭМФ, выпускаемого промышленностью, для которого известно входное сопротивление R_{вх ф} порядок расчета зависит от соотношения входного сопротивления фильтра и выходного сопротивления микросхемы.

Случай 1. Входное сопротивление фильтра меньше выходного сопротивления ИМС - R_{ВХ Ф} < R_ВЫХ.

2.9.1. Определим сопротивление R, обеспечивающее режим согласования на входе фильтра

R = R_ВХФ R_ВЫХ / (R_ВЫХ - R_ВХФ).

2.9.2. Определим коэффициент передачи преобразователя частоты

K _ПР = 0.5 S_ПР R_{ВХ ф} K _Ф,

где К_ф – коэффициент передачи фильтра.