Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций

Кафедра: «Радиоэлектронные средства защиты информации»

Курсовой проект

Дисциплина: Устройства приёма и обработки сигналов

Тема: Разработка тракта радиоприёмного устройства

Вариант задания №1

Выполнили студенты гр. 43427/2

Потапов Г.С.

Галл Р.Д.

Преподаватель, профессор, д.т.н.

Коротков А.С. (подпись)

“ ” 2014 г.

Санкт-Петербург

2014

Оглавление

Исходные данные 3

Генератор ЧМ-сигнала 4

Расчёт и моделирование гетеродина 5

Расчёт и моделирование смесителя 10

Моделирование диодного смесителя 17

Расчёт и моделирование УПЧ 20

Полосовой фильтр 24

Результаты 27

Список использованных источников. 30

Исходные данные

Задание: провести расчёт и моделирование тракта радиоприёмника ЧМ-сигнала. Тракт радиоприёмного устройства включает по заданию:

• Источник сигнала

• Смеситель по схеме Гильберта на МОП-транзисторах и по двойной балансной схеме на диодах

• Гетеродин на МОП-транзисторах

• Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)

• Полосовой фильтр (ПФ)

Коэффициент усиления смесителя, дБ	Коэффициент усиления УПЧ, дБ	fпч, МГц	Частота модуляции, кГц	Индекс модуляции
20	20	5	10	10

Моделирование производится с помощью пакета Micro-Cap.

Структурная схема тракта приведена на рис.1.

Рис. 1. Структурная схема тракта радиоприёмника

В смесителе (СМ) происходит понижение несущей частоты ЧМ сигнала (в смесителе по схеме Гильберта также происходит и усиление). Блок УПЧ производит усиление сигнала до нужного уровня. ПФ, настроенный на промежуточную частоту, убирает лишние частоты, возникающие в тракте. На выходе получаем усиленный ЧМ-сигнал, перенесённый на промежуточную частоту.

Несущую частоту сигнала возьмём равной 60 МГц и амплитуду 5 мВ.

Генератор чм-сигнала

ЧМ-сигнал описывается уравнением:

Um – амплитуда сигнала, fc – несущая частота, F – частота модуляции, ψ – индекс модуляции. В качестве источника ЧМ-сигнала возьмём Voltage Source (рис. 2) с параметрами (SFFM):

• VA = 5E-3 – амплитуда

• F0 = 60E6 – несущая частота

• FM = 1E4 – частота модуляции

• MI = 10 – индекс модуляции

Рис. 2. Схема для моделирования источника ЧМ-сигнала

Спектр ЧМ-сигнала приведён на рис. 3.

Рис. 3. Спектр ЧМ-сигнала на входе радиоприёмного тракта

Расчёт и моделирование гетеродина

Рис. 4. Трёхточечный балансный автогенератор

В качестве гетеродина возьмём балансный автогенератор по трёхточечной схеме (рис. 4). Преимущество данной схемы – простота обеспечения режимов по постоянному току, поскольку смещение подаётся на стоки транзисторов через индуктивности, что не требует введения дополнительных элементов. Дифференциальный выход обеспечивает низкий уровень гармоник и возможность подключения к дифференциальным входам схемы смесителя.

Расчёт

Частота колебаний гетеродина:

1. Выбор индуктивности и расчёт элементов эквивалентной схемы индуктивности (рис. 5):

Рис. 5. Эквивалентная схема индуктивности

Частота параллельного резонанса: .

Технологические параметры: , ,

, ,

, .

Значения геометрических размеров индуктивности: , ,

.

Крутизна зависимости добротности от частоты:

Сопротивление эквивалентных потерь:

Длина индуктивности ( , ):

Ёмкость оксида кремния между индуктивностью и кремниевой подложкой:

Полная ёмкость индуктивности:

Сопротивление кремниевой подложки:

Паразитная ёмкость кремниевой подложки:

Параметры эквивалентной схемы индуктивности на частоте f₀ (гетеродина):

Ёмкость перекрытия:

Число витков:

2. Расчёт значений элементов резонансного контура и крутизны транзисторов T1 и T2.

Представим уравнение (1) в виде двух уравнений:

В результате получаем:

Ширина каналов для транзисторов T1 и T2 равна 350 мкм, для T3 ширина канала равна 280 мкм.

Схема для моделирования представлена на рис. 6.

Рис. 6. Схема LC-генератора с учётом эквивалентной схемы индуктивности

Результаты моделирования во временной области представлены на рис. 7. Моделирование проводилось при времени анализа 100 мкс и при максимальном шаге временной сетки 100 пс. Частота колебаний составила 64.96 МГц при амплитуде 430 мВ. После изменения конденсатора до C = 596.303 пФ частота колебаний соответствует расчётной. Спектр выходного колебания (с учётом переходного процесса) представлен на рис. 8.

При питании 2.5 В ток, потребляемый схемой, составил 22 мА, уровень третьей гармоники 2 мВ.

Рис. 7. Результат моделирования во временной области

Рис. 8. Спектр выходного колебания автогенератора

Оценка уровня фазовых шумов автогенератора: