Федеральное агентство связи Ордена трудового красного знамени федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение высшего образования МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И
ИНФОРМАТИКИ
Кафедра радиооборудования и схемотехники
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ «КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОПРИЕМНЫХ
УСТРОЙСТВ ДЛЯ ТЕДЕРАДИОВЕЩАНИЯ»
по дисциплине «Радиоприемные устройства для телерадиовещания» для студентов направления 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», профиль «Цифровое телерадиовещание»
Москва 2018
План издания УМД
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ «КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОПРИЕМНЫХ
УСТРОЙСТВ ДЛЯ ТЕДЕРАДИОВЕЩАНИЯ»
по дисциплине «Радиоприемные устройства для телерадиовещания» для студентов направления 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», профиль «Цифровое телерадиовещание»
Автор-составитель: Т.П. Косичкина к.т.н., доц.
Издание утверждено советом факультета РиТ протокол №__ от «__»____201_г.
Рецензент: доц. каф. РОС Р.Ю.Иванюшкин
2
1.Введение
Впособии изложены основные требования, предъявляемые к курсовому проекту по дисциплине «Радиоприемные устройства для телерадиовещания», для студентов, обучающихся по направлению 11.03.02 ‒ «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», профиль «Цифровое телерадиовещание», уровень бакалавриата.
Радиоприемники звукового и телевизионного вещания характеризуются высокой степенью универсальности. Они могут быть стационарными и переносными. Многие из них рассчитаны на прием монофонических и стереофонических сигналов, с аналоговыми и цифровыми видами модуляции (манипуляции). Конструирование этих приемников усложняется вследствие необходимости их массового выпуска и сравнительно малой стоимости. Благодаря широкому внедрению типовых микросхем с высокой степенью интеграции и микропроцессоров, устройства настройки таких приемников строятся на тех же принципах, что и в профессиональной аппаратуре, т. е. с синтезаторами частот и автоматическим управлением.
Особенность радиоприёмных устройств современного телерадиовещания, в том числе и цифрового, состоит в том, что они должны быть рассчитаны на диапазон радиочастот от 0,15 до 840 МГц в системах наземного телерадиовещания и до десятков ГГц в спутниковых системах распределения программ и системах непосредственного спутникового вещания. Данные радиоприёмные устройства зачастую должны иметь широкодиапазонные малошумящие приёмно-усилительные тракты.
Важной составляющей указанного курса является выполнение студентами курсового проекта. Курсовой проект (КП) является неотъемлемой частью курса. Курсовой проект является индивидуальной самостоятельной работой студента. Курсовой проект должен быть выполнен и защищен до начала экзаменационной сессии.
2.Общие требования к курсовому проекту
Задание предусматривает углубленное изучение соответствующих разделов курса с выполнением численных расчетов значений заданных параметров.
Студент должен рассчитать структурную и принципиальную схему радиоприемного устройства, удовлетворяющую требованиям технического задания, оформить расчетное задание в виде пояснительной записки и представить его для проверки преподавателю.
Входе проектирования студент должен:
разработать техническое задание на проектируемый приёмник, пользуясь актуальными нормативными документами;
разработать и обосновать структурную схему проектируемого устройства и определить требования к ее элементам;
3
выбрать элементную базу для всех узлов разработанной структурной схемы с учетом требований миниатюризации, надежности, удобства эксплуатации и экономической эффективности;
провести расчеты нескольких (по индивидуальному заданию преподавателя) узлов и пассивных цепей проектируемого радиоприёмника.
разработать принципиальную электрическую схему проектируемого устройства и выбрать необходимые пассивные элементы.
Входе работы над курсовым проектом необходимо обосновать выбор той или иной архитектуры, выбор той или иной элементной базы для построения радиоприемного тракта проектируемого устройства.
3. Требования к содержанию пояснительной записки
Пояснительная записка к КП состоит из следующих основных составляющих и разделов:
1.Титульный лист.
2.Лист для рецензии.
3.Техническое задание на проектирование.
4.Введение.
5.Разработка укрупненной структурной схемы.
6.Выбор архитектуры и элементной базы приемника.
7.Расчет частотного плана.
8.Расчет энергетического плана.
9.Расчет указанной части радиоприемного тракта.
10.Принципиальная схема рассчитанной части.
11.Заключение.
12.Список литературы.
4. Типовые темы курсовых работ и варианты задания
Методическими указаниями предусмотрено несколько вариантов типовых тем для выполнения КП. С целью получить наибольшую пользу при профессиональной подготовке, студенту может быть предоставлено право выполнять проект по индивидуальному заданию при обязательном предварительном согласовании такого выбора с преподавателем – руководителем курсового проекта (далее руководителем).
Ниже приводится перечень типовых тем и вариантов заданий. Варианты технических заданий обновляются ежегодно. Уточненные варианты технических заданий и необходимые данные необходимо получить у руководителя лично под роспись.
Примеры тем курсовых проектов.
1.Радиочастотный тракт цифрового телевизионного приемника стандарта DVB-T2.
2.Приемник цифрового радиовещания стандарта T-DAB диапазона.
4
3.Приемник цифрового радиовещания стандарта DRM диапазона.
4.Радиочастотный тракт приемника по технологии SDR.
5.Автомобильный радиоприемник 1 группы сложности.
6.Автомобильный радиоприемник 2 группы сложности.
7.Автомобильный радиоприемник 3 группы сложности.
8.Миниатюрный монофонический радиоприемник сигналов ОВЧ диапазона.
9.Миниатюрный монофонический радиоприемник сигналов ОВЧ
диапазона.
10.Двухдиапазонный стереофонический радиоприемник.
11.Радиовещательный приемник второй группы сложности для приема АМ и ЧМ сигналов.
5. Рекомендации по выполнению курсового проекта и оформлению пояснительной записки
Пояснительная записка к курсовому проекту должна содержать сведения, необходимые для ясного и однозначного понимания выполняемой работы, обязательно следует приводить пояснения к используемым формулам. Не следует приводить значительные фрагменты общеизвестных сведений и переписывать теоретический материал из книг и учебных пособий.
В тексте пояснительной записки к курсовому проекту обязательно необходимо приводить ссылки на используемую литературу, в том числе справочники и интернет-источники, помещая номер источника в квадратные скобки. Список использованной литературы помещается в конце и оформляется по действующему ГОСТу.
Пояснительная записка к курсовому проекту выполняется на листах формата А4, отступ слева 3см (для переплета), текст должен быть напечатан (шрифт Times New Roman 12 или 14 пт, через один интервал) или написан от руки разборчиво без сокращений, все формулы, рисунки и таблицы должны иметь сквозную нумерацию. На все рисунки в тексте должны быть приведены ссылки. Рисунки и чертежи структурных и принципиальных схем должны быть выполнены в соответствии с ЕСКД.
Листы пояснительной записки к курсовому проекту должны быть пронумерованы и сброшюрованы.
5.1.Титульный лист.
Титульный лист пояснительной записки курсового проекта выполняется в соответствии с образцом, приведенным в Приложении А, или образцами, имеющимися на кафедре. Номер страницы на титульном листе не указывается.
5.2.Лист для рецензии.
Лист для рецензии является неотъемлемой частью пояснительной записки. В нем преподаватель, осуществляющий проверку КП, пишет свои замечания и рекомендации о возможности предоставления КП к защите. Для этого после титульного листа помещается пустой лист с заголовком «Рецензия на курсовой
5
проект студента … на тему…». Внизу страницы по центру указывается ее номер (2).
5.3.Техническое задание на проектирование.
Задание на выполнение курсового проектирования выдаётся преподавателем. В этом задании указаны основные требования, предъявляемые
кприемному устройству. Это, как правило:
1)назначение радиоприемного устройства;
2)стандарт или технология, используемая в проектируемом изделии;
3)диапазон рабочих несущих частот;
4)чувствительность радиоприемного устройства;
5)избирательность радиоприемного устройства;
6)диапазон воспроизводимых частот.
Последние три параметра могут быть не указаны в случае, если они есть в наличии в соответствующих стандартах. Кроме того могут быть указаны дополнительные, соответствующие специфике радиоприемного устройства (РПУ), параметры.
Остальные технические требования к проектируемому изделию определяются в соответствии с развернутым техническим заданием, которое студент составляет с использованием действующих нормативных документов (см. раздел 5.4.).
Утвержденное и подписанное студентом и руководителем индивидуальное задание, включающее срок представления готового проекта, прилагается к пояснительной записке, предоставляемой для рецензирования.
5.4.Расширенное техническое задание.
Курсовое проектирование должно выполняться по расширенному техническому заданию, которое студент составляет на основе анализа существующих актуальных нормативных документов.
Приступая к разработке РПУ, целесообразно вначале уяснить существо предъявляемых к РПУ технических требований. Основные из этих требований содержатся в задании на КП. Однако некоторые из требований могут быть не заданы. Тогда их можно взять из ГОСТов на соответствующие типы приемников, или обосновать, исходя из условий работы проектируемого РПУ, или принять аналогичными параметрам существующих приемников.
Действующие российские и некоторые международные стандарты размещены на сайте ФГУП «Стандартинформ» http://www.gostinfo.ru/.
На момент написания настоящих методических указаний актуальными являются следующие стандарты на радиоприемные устройства для телерадиовещания.
1.ГОСТ 5651-89 Аппаратура радиоприемная бытовая. Общие технические условия.
2.ГОСТ 17692-89 Приемники радиовещательные автомобильные. Общие технические условия.
3.ГОСТ 18633-80 Система стереофонического радиовещания. Основные параметры.
6
4.ГОСТ Р 51107-97 Системы стереофонического радиовещания. Основные параметры. Методы измерений.
5.ГОСТ Р54462-2011 Система цифрового радиовещания DRM. Требования
ипараметры.
6.ГОСТ Р54716-2011 Система цифрового радиовещания DRM в диапазонах частот ниже 30 МГц. Контрольный радиоприемник. Основные параметры
итехнические требования.
7.ГОСТ Р 55687-2013 Аудиовизуальная информационная система реального времени (РАВИС). Контрольный радиоприемник. Общие и технические требования.
8.ГОСТ 7845-92 Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений.
9.ГОСТ Р 50758-95 Система частотного уплотнения канала звукового
сопровождения вещательного телевидения. Основные параметры. 10.ГОСТ Р 50788-95 Установки непосредственного приема программ
спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений.
11.ГОСТ Р 55947-2014 Телевидение вещательное цифровое. Приемники для эфирного цифрового телевизионного вещания DVB-T2. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений и испытаний
12.ГОСТ Р 56151-2014 Телевидение вещательное цифровое. Измерительный приемник системы цифрового телевизионного вещания второго поколения (DVB-T2). Основные параметры. Технические требования
13.ГОСТ Р 56456-2015 Телевидение вещательное цифровое. Интегрированный приемник-декодер системы спутникового цифрового телевизионного вещания второго поколения (DVB-S2). Основные параметры. Технические требования.
При выборе недостающих требований к проектируемому РПУ не всегда следует стремиться к высоким показателям. Следует учитывать, что обеспечение высоких технических показателей связано, как правило, с большими затратами.
При разработке расширенного технического задания необходимо обратить внимание на следующие характеристики приемника: вид модуляции сигнала; частотный диапазон; назначение приемника; уровень сложности; условия эксплуатации приемника ‒ в помещении (приемник стационарного типа), вне помещения (приемник переносной), в автомобиле (приемник мобильный), эксплуатация в различных условиях (приемник портативный).
Уровень сложности приемника определяется значением таких параметров, как: чувствительность; частотная избирательность; динамический диапазон сигнала на выходе усилителя низкой частоты (мощность усилителя и громкоговорителей); уровень интерфейса пользователя (наличие цифровой настройки, регулировка тембра, наличие различных индикаторов и др.).
Отдельные требования к РПУ в процессе проектирования могут уточняться, если, например, будет установлено, что их невозможно выполнить на практике или они не обеспечивают требуемых показателей качества.
7
5.5.Введение.
Введение должно дать характеристику объекта проектирования, а именно кратко описывать назначение радиоприемного устройства и его место в системе телерадиовещания. Освещение этих вопросов позволит, в частности, лучше раскрыть актуальность проектирования РПУ данного типа. При описании назначения проектируемого РПУ и предъявляемых к нему требований желательно рассмотреть следующие вопросы:
область применения системы телерадиовещания, для которой предназначается проектируемое РПУ;
условия работы проектируемого РПУ.
Здесь же уместно привести описание стандарта, на основе которого проектируется радиоприемное устройство, выделить особенности, которые могут повлиять на рассчитываемые параметры. Рассмотрение этих вопросов позволит обосновать отдельные требования к РПУ и, в частности, требования к конструкции и технико-экономическим показателям, которые в курсовом проекте не рассчитываются, но влияют на выбор элементной базы.
Так, например, бытовые радиовещательные приемники, предназначенные для приема сигналов аналогового радиовещания, являются наиболее массовыми и поэтому должны быть удобными и простыми в эксплуатации, а также иметь низкую стоимость; конструкция автомобильных радиоприемников должна быть устойчива к воздействию вибрации и т.п.
Рекомендуемый объем введения составляет не более 1-2 страниц печатного текста.
5.6.Разработка укрупненной структурной схемы.
Разработка структурной схемы РПУ является первым важным этапом курсового проектирования, создающим необходимую базу для составления принципиальной схемы радиоприемника и расчета его элементов. На этом этапе решаются самые общие и принципиальные вопросы, от которых во многом зависят качество и сроки выполнения всего курсового проекта.
Можно выделить три вида схем [1]:
укрупненная структурная;
развернутая структурная;
принципиальная.
Эти схемы отличаются детальностью изображения составных частей устройства и поэтому обладают своими достоинствами и недостатками. Они не исключают, а дополняют друг друга. При проектировании РПУ, как правило, разрабатываются все эти три вида схем; при этом вначале разрабатываются структурные схемы, а затем ‒ принципиальная.
На первом этапе составляется укрупненная структурная схема проектируемого РПУ.
При составлении укрупненной схемы решается следующий важный вопрос: какие функциональные блоки или тракты должно содержать РПУ и как они должны быть соединены, чтобы на выходе РПУ воспроизводилось сообщение, данные о котором заложены в принимаемом радиосигнале.
8
Исходными данными для составления укрупненной структурной схемы РПУ являются:
1)назначение РПУ;
2)вид воспроизводимого сообщения (звук, изображение, и т.п.);
3)диапазон частот (НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ, УВЧ, СВЧ), в котором должен работать проектируемый радиоприемник;
4)группа сложности, к которой относится проектируемый радиоприемник;
5)вид модуляции принимаемого сигнала (важно отметить, аналоговый или цифровой вид модуляции используется в РПУ);
6)тип питания, необходимый для проектируемого радиоприемника;
7)тип антенны, который следует применить в проектируемом радиоприемнике.
В пояснительной записке к КП при описании составленной укрупненной схемы РПУ следует кроме самой схемы указать кратко назначение каждого функционального блока и привести графики напряжений (или их спектров) на их входах и выходах соответствующих блоков. Такие графики имеют исключительно важное значение как для объяснения физики процессов в разрабатываемом устройстве, так и для всего последующего проектирования. Вид укрупненной структурной схемы РПУ полностью определяется указанными выше исходными данными для ее составления. Ниже на рис. 1. приведен пример укрупненной структурной схемы радиовещательного приемника, предназначенного для приема сигналов с одним видом модуляции, а также для примера приведено описание схемы.
Рис.1. Укрупненная структурная схема радиовещательного РПУ.
Такая структурная схема содержит приемную антенну, радиотракт (РТ), демодулятор (Д), в который могут входить устройства обработки сигналов, последетекторный тракт (ПДТ) и воспроизводящее устройство (ВУ).
Радиотракт приемника служит для усиления принимаемых сигналов и обеспечения частотной избирательности с целью ослабления помех.
Демодулятор предназначен для создания напряжения, изменяющегося в соответствии с законом модуляции (или манипуляции) полезного сигнала. Необходимый тип демодулятора определяется видом модуляции сигнала.
Последетекторный тракт служит, в первую очередь, для усиления продетектированного напряжения до величины, необходимой для нормальной работы воспроизводящего устройства. Поэтому последетекторным трактом обычно является усилитель продетектированного напряжения.
9
Последетектоный тракт может содержать устройства ослабления помех и формирования сигналов.
Воспроизводящее устройство служит для воспроизведения сообщения. Тип воспроизводящего устройства зависит от вида сообщения.
Совмещение функций приема AM сигналов в радиовещательных диапазонах НЧ, СЧ и ВЧ, а также ЧМ сигналов в диапазоне ОВЧ требует двухканального построения приемника, так как главные характеристики приемного тракта в этих случаях различны. Однако некоторые блоки, например, тракт промежуточной частоты (ТПЧ) и воспроизводящее устройство (вместе с усилителем низкой частоты) могут быть общими. Пример упрощенной схемы такого приемника приведен на рис.2. Примеры схем радиовещательных приемников различных групп сложности и частотных диапазонов можно найти в [2 стр.77-80], а также [3 стр. 292-303] [4 стр.345-349], [5 стр.195-197, 210-212], [10 стр. 664-677].
Рис.2. Укрупненная структурная схема двухканального приемника.
Структурные схемы цифровых РПУ отличаются разнообразием как видов сигналов, так и способов их обработки.
Наиболее часто применяемая схема цифровой модуляции в современных цифровых системах телерадиовещания ‒ технология OFDM, мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов. Отличительной особенностью данной технологии является одновременная передача потока информации по множеству поднесущих частот, модулированных каким-либо видом модуляции. Спектр такого сигнала занимает относительно большую полосу частот, что следует учитывать при проектировании радиочастотного тракта [5 стр. 61-64].
Приемник для сигналов с такой схемой модуляции должен обеспечивать демультиплексирование потоков битов с выделением элементарных потоков видео, аудио и данных принимаемой программы (службы), а также служебной информации, телетекста, субтитров и информации дополнительных служб. Пример структурной схемы цифрового радиовещательного приемника стандарта DAB приведен на рис.3.
10