Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
___________________________________________________________________
Факультет
«Радио и телевидение»
Кафедра
«Радиооборудование и схемотехника (РОС)»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине «Основы радиоприёма вещательных сигналов»
«Приёмник цифровой радиовещательный диапазона СВ по стандарту
DRM ESTI ES 201 980»
Студент группы БРВ2201 |
_________________________ |
Велит А.И. |
Проверил |
|
|
К.т.н., доцент |
_________________________ |
Логвинов В.В. |
Москва 2025
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью выполняемого курсового проекта является: расчёт радиотракта цифрового радиовещательного приёмника диапазона СВ по стандарту DRM ESTI ES 201 980 с учётом заданных параметров.
2.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вкачестве исходных данных для расчёта радиотракта даны следующие параметры приёмника:
fмин 0.526 MHz |
– минимальная частота диапазона принимаемых частот; |
fмакс 1.606 MHz |
– максимальная частота диапазона принимаемых частот; |
fмин_мод 100 Hz |
– минимальная частота диапазона модулируемых частот; |
fмакс_мод 3800 Hz |
– максимальная частота диапазона модулируемых частот; |
Δfск 40 kHz |
– ширина полосы частот, занимаемая соседним каналом; |
fш 9 kHz |
– расстояние до соседнего канала; |
Δfпдн 1.95 Hz |
– разнесение поднесущих; |
fпр 465 kHz |
– значение промежуточной частоты; |
Pчувст 60 μV |
– чувствительность; |
Seск 38 |
– селективность по соседнему каналу, в дБ; |
Seзк 50 |
– селективность по зеркальному каналу, в дБ; |
Seпрч 50 |
– селективность на промежуточной частоте, в дБ; |
AGC 60 |
– автоматическое регулирование усиления, дБ/дБ; |
6 |
|
S_Nвх 45 |
– соотношение сигнал/шум на входе демодулятора, дБ. |
3.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
3.1.ВЫБОР ТИПА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
Выбор типа структурной схемы зависит от многих требуемых параметров приёмника. Однако в рамках курсового проекта в качестве типовой структурной схемы приёмника задана следующая схема (рисунок 3.1.1).
Рисунок 3.1.1 – Типовая структурная схема радиовещательных приёмников
На схеме сокращениями обозначены:
ВЦ – Входная Цепь;
УРЧ – Усилитель РадиоЧастоты;
СМ – Смеситель (Преобразователь Частоты – ПрЧ);
Г – Гетеродин;
УПЧ – Усилитель Промежуточной Частоты;
АРУ – система Автоматической Регулировки Усиления;
Д – Детектор;
УНЧ – Усилитель Низких Частот.
В качестве конкретного типа (архитектуры) приёмника задана архитектура приёмника супергетеродинного типа с «цифровой» промежуточной частотой. Архитектурная схема такого приёмника представлена на рисунке 3.1.2. Так как по заданию цифровой тракт приёмника не требует учёта при расчёте радиотракта, на архитектурной схеме он изображён условно, в виде одноимённого прямоугольника.
Отдельно стоит отметить, что представленная на рисунке 3.1.2 схема является предварительной, так как в результате расчёта может быть выяснено, что УРЧ не требуется или в нагрузку УРЧ необходима установка дополнительного контура, идентичного ВЦ. Также количество контуров в ВЦ может быть отлично от единицы.
Рисунок 3.1.2 – Архитектурная схема приёмника супергетеродинного типа с «цифровой» промежуточной частотой
На схеме сокращениями обозначены:
ГУН – Генератор Управляемый Напряжением;
ПФ – Полосовой Фильтр.
3.2. ВЫБОР ТИПА АНТЕННЫ ПРИЁМНИКА
Эквивалентная схема антенны в общем виде представлена на рисунке 3.2.1. Эта схема отображает антенну как устройство, которое преобразует падающие на него из свободного пространства электромагнитные волны в ЭДС на входе радиоприёмника.
Рисунок 3.2.1 – Эквивалентная схема антенны
На схеме сокращениями обозначено:
Eа – эквивалентная ЭДС антенны;
Rа – эквивалент активной части сопротивления антенны;
Lа – эквивалент индуктивной части реактивного сопротивления антенны;
Cа – эквивалент ёмкостной части реактивного сопротивления антенны.
В зависимости от требований к ширине полосы частот приёмника антенны делятся на два общих типа: настроенные и ненастроенные. Выбор одного из типов антенны производится в зависимости от величины коэффициента перестройки по диапазону Kд. Если коэффициент перестройки по диапазону
меньше чем 1.1 – 1.2, то выбирается настроенная антенна. Иначе выбирается ненастроенная антенна.
Коэффициент перестройки по диапазону можно рассчитать по следующей формуле:
Kд |
fмакс |
. |
(1) |
|
fмин |
||||
|
|
|
Тогда в рамках курсового проекта он будет равняться:
Kд=3.053 ,
то есть антенна будет ненастроенной.
Также стоит отметить, что в области СВ диапазона в приёмниках радиовещания в основном используются штыревые телескопические антенны. Исходя из вышесказанного, эквивалентная схема антенны будет иметь следующий вид (рисунок 3.2.2).
Рисунок 3.2.2 – Эквивалентная схема штыревой антенны СВ диапазона
Так как тип антенны известен, можно рассчитать параметры RА и CА. Типовое значение RА для телескопической штыревой антенны на принимаемой диапазоне частот: RА 7.5 Ω. Типовое значение реактивного
сопротивления, которое имеет чисто ёмкостной характер, находится около значения в XА 1 kΩ.
Зная значение реактивного сопротивления, можно рассчитать примерные значения ёмкости CА на границах диапазона частот. Это можно сделать по
следующей формуле:
CА |
1 . |
(2) |
2 |
π f XА |
|
Тогда численные значения величины ёмкости CА будут равны:
CА_мин |
|
1 |
=99.1 pF, |
|
|
|
|||
2 |
π fмакс XА |
|||
CА_макс |
|
1 |
=302.576 pF. |
|
|
π fмин XА |
|||
2 |
|
|||
3.3. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПРЕСЕЛЕКТОРА
Так как был задан приёмник супергетеродинного типа с, по сути, однократным преобразованием частоты, его селективность по зеркальному каналу обеспечивается преселектором, а селективность по соседнему каналу обеспечивается в основном УПЧ (усилителем промежуточной частоты) и частично преселектором. При этом, резонансные характеристики преселектора и УПЧ должны быть такими, чтобы преселектор и УПЧ с ПрЧ обладали полосой пропускания не меньше заявленной.
Так как по формуле (1) коэффициент перестройки по диапазону примерно равен трём, перед расчётом преселектора необходимо произвести проверку на требование разбития изначального диапазона частот на поддиапазоны. Для этого был выбран способ разбиения по постоянному коэффициенту перестройки по диапазону, равному Kпд 1.75.
Тогда количество поддиапазонов можно выразить из следующей формулы:
|
Kпд |
nд |
(3) |
|
Kд |
(1-γ)2 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
где γ – запас перекрытия поддиапазонов (равен 10% в рамках проекта); nд – количество поддиапазонов.
После преобразований в (2) получается соотношение для количества поддиапазонов (выбирается целое число):
nд≥ |
log Kд,10 |
(4) |
. |
||
|
log Kпд,10 |
|
Численное значение количества поддиапазонов равно:
nд=2 .
Необходимо произвести обратную проверку по формуле (2). Если результаты расчётов сильно разнятся с изначальным Kд=3.053 , то
необходимость в разбиении на поддиапазоны отсутствует.
|
Kпд |
nд |
|
|
(1-γ)2 |
|
=4.668 . |
|
|
|
|
То есть двух диапазонов предостаточно для исходного диапазона частот. Однако, дальнейшие расчёты могут показать, что разбиение всё таки необходимо, так как добиться необходимых селективностей невозможно. Разбиение в этом случае производится иным способом.
Далее требуется выбрать средства обеспечения избирательности приёмника по зеркальному и соседнему каналам. Это можно сделать по следующей методике.
Так как промежуточная частота, как и добротность Qэ 50, заданы
изначально, то эквивалентное затухание контура |
dэ рассчитывают по |
|
следующей формуле: |
|
|
dэ |
1 . |
(5) |
|
Qэ |
|
Lля дальнейших расчётов значение эквивалентного затухания будет равно: dэ=0.02 . Далее необходимо рассчитать обобщённую расстройку зеркального
канала ζзк при верхней настройке гетеродина:
fпр |
|
|
fс+fпр ÷ fс+2 fпр |
(6) |
|
ξзк 4 |
fс |
|
, |
||
|
|
|
dэ |
|
|
где fс – это текущая частота сигнала.
Расстройку необходимо рассчитать на левой и правой границах диапазона и на средней частоте диапазона fср.
fср |
fмакс+fмин |
=1.066 MHz |
(7) |
|||||
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Численно на всех трёх частотах она равна: |
|
|
||||||
fпр |
|
fмин+fпр ÷ fмин+2 fпр |
, |
|||||
ξзк 4 |
|
|
|
dэ |
=120.34 |
|||
fмин |
|
|
|
|
|
|||
fпр |
|
fср+fпр ÷ fср+2 fпр |
, |
|||||
ξзк 4 |
|
|
dэ |
=66.918 |
||||
fср |
|
|
|
|
||||
fпр |
|
|
fмакс+fпр ÷ fмакс |
+2 fпр |
|
|||
ξзк 4 |
|
|
|
dэ |
=47.29 . |
|||
fмакс |
|
|
|
|
|
|||
Далее, по графику на рисунке 3.3.1 выбирается схема преселектора, в зависимости от требований к подавлению зеркального канала.
В результате была выбрана схема преселектора, отражённая на рисунке 3.3.2 в виде блок схемы.
Рисунок 3.3.1 – Графики зависимости селективности по ЗК (слева) и по СК (справа) от расстройки для разных схем преселектора
Рисунок 3.3.2 – Блок-схема выбранного преселектора
После выбора средства обеспечения селективности по зеркальному каналу, необходимо произвести расчёт для выбора средств обеспечения селективности по соседнему каналу.
Для этого сперва рассчитывается коэффициент отношения ширины принимаемой полосы частот к значению промежуточной частоты KΠ по
следующей формуле:
KΠ |
Π , |
(8) |
|
fпр |
|
где Π – ширина принимаемой полосы частот, которая рассчитывается по формуле (8) и равна:
Π fмакс-fмин=1.08 MHz. |
(9) |
Тогда численное значение формулы (7) будет равно:
KΠ=2.323 .
Так как значение KΠ сильно больше 0.014, то рациональнее всего
использовать УПЧ с фильтром сосредоточенной избирательности (ФСИ) на промежуточной частоте, так как при таких условиях ФСИ может дать лучшую избирательность, чем УПЧ с распределённой избирательностью (УПЧ-Р). Также частотная характеристика ФСИ меньше зависит от изменения параметров транзисторов, чем характеристика УПЧ-Р.
После того, как схема преселектора была выбрана и так как в ней участвует ФСИ, необходимо рассчитать ослабление (селективность) Seпп, которое
допустимо в ФСИ. Для этого необходимо рассчитать обобщённую расстройку для краёв полосы пропускания приёмника Π по следующей формуле:
ξпр KΠ dэ=0.015 . |
(10) |
Далее по рисунку 3.3.1 для полученной обобщённой расстройки необходимо определить ослабление Seпр. Из графика видно, что ослабление Seпр равно:
Seпр 0.5 дБ. Тогда ослабление, допустимое в ФСИ рассчитывается по формуле (10) и будет равно:
Seпп 3-Seпр =2.5 . |
(11) |
После этого для выбранного преселектора рассчитывается величина
обобщённой расстройки соседнего канала по формуле (11). |
|
|
ξск_р ξпр |
Δfск =5.735 10-4 . |
(12) |
|
Π |
|
Из формулы (11) и рисунка 3.1.1видно, что конкретно преселектор можно сказать не подавляет соседний канал, так что требования к величине подавления соседнего канала в ФСИ такие же, как и к приёмнику в целом, а именно Seск_п Seск=38 дБ.
На этом расчёт выбора типов средств подавления зеркального и соседнего каналов окончен.