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 |
– расстояние между соседними каналами; |
fш 9 kHz |
– ширина полосы частот на один канал; |
Δfпдн 1.95 Hz |
– разнесение поднесущих; |
fпр 465 kHz |
– значение промежуточной частоты; |
Eчувств 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) [3 стр. 38].
Рисунок 3.1.1 – Типовая структурная схема радиовещательных аналоговых 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 [4 стр. 18].
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 [2 стр. 358].
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 [2 стр. 358]:
Kд |
fмакс |
. |
(3.2.1) |
|
fмин |
||||
|
|
|
Тогда в рамках курсового проекта он будет равняться:
Kд=3.053 ,
то есть антенна будет ненастроенной [2 стр. 358].
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) [2 стр. 358].
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 22 Ω. Типовое значение минимальной и максимальной ёмкостей антенны CА_мин и CА_макс выбираются следующими
[6]:
CА_мин 7 pF,
CА_макс 25 pF.
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 [1 стр. 33].
Так как по формуле (3.2.1) 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 [1 стр. 33].
Тогда количество поддиапазонов можно выразить из следующей формулы
[1 стр.33]:
|
Kпд |
nд |
(3.3.1) |
|
Kд |
(1-γ)2 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
где γ – запас перекрытия поддиапазонов (равен 10% в рамках проекта); nд – количество поддиапазонов.
После преобразований в (3.3.1) получается соотношение для количества поддиапазонов (выбирается целое число):
nд≥ |
log Kд,10 |
(3.3.2) |
. |
||
|
log Kпд,10 |
|
Численное значение количества поддиапазонов равно:
nд=2 .
Необходимо произвести обратную проверку по формуле (3.3.1). Если результаты расчётов сильно разнятся с изначальным Kд=3.053 , то
необходимость в разбиении на поддиапазоны отсутствует [1 стр. 33].
|
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 [1 стр. 33].
Далее необходимо рассчитать количество колебательных контуров в структуре преселектора и их добротность Qэ , при которых выполняются
требования обеспечения селективности по зеркальному каналу, а также выполняются нормы затухания по неравномерности [4 стр. 25-26].
Врамках работы, для диапазона СВ неравномерность равна Seпресс 4 дБ
[6].По значению неравномерности преселектора рассчитывается величина эквивалентной добротности по неравномерности Qэ.нер.пресс [5 стр. 50].
Формула для расчёта величины Qэ.нер.пресс следующая [5 стр. 50]:
|
Qэ.нер.пресс |
fср σпресс2÷n-1 |
(3.3.3) |
|||||
|
|
Πпресс |
, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
где fср |
fмакс+fмин |
=1.066 MHz |
– середина |
всего принимаемого диапазона |
||||
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
частот приёмника; |
|
|
|
|
|
|
||
σпресс 100.05 Seпресс =1.585 |
– |
значение |
допустимой |
неравномерности |
||||
преселектора, выраженное в разах;
n – количество колебательных контуров, используемых в преселекторе; Πпресс – ширина полосы частот, выделяемая преселектором из полосы частот,
принимаемых антенной.
Так как, на данном этапе курсового проекта, входная цепь является неперестраиваемой, величина Πпресс рассчитывается по следующей формуле
[6]:
Πпресс fмакс-fмин=1.08 MHz. |
(3.3.4) |
Также необходимо рассчитать величину эквивалентной добротности контура Qэ.ЗК, при которой будет обеспечиваться требуемое подавление
зеркального канала [5 стр. 51]. Расчёт осуществляется по формуле (3.3.5) [5 стр. 51].
Qэ.ЗК |
σЗК2÷n-1 |
(3.3.5) |
, |
||
|
ξЗК |
|
где σЗК 100.05 SeЗК =316.228 – |
селективность |
по зеркальному каналу, |
выраженная в разах; ξЗК – относительная частотная расстройка по зеркальному каналу.
Величина частотной расстройки по зеркальному каналу рассчитывается по формуле (3.3.6), с учётом верхней настройки гетеродина [5 стр. 51].
ξЗК |
fЗК |
- |
fср |
, |
(3.3.6) |
|
fср |
fЗК |
|||||
|
|
|
|
где fЗК fмакс+2 fпр=2.536 MHz – частота зеркального канала при наихудшей расстройке и верхней настройки гетеродина [5 стр. 51].
После вычисления величин добротностей Qэ.нер.пресс и Qэ.ЗК, величина эквивалентной добротности одного контура Qэ выбирается исходя из
соотношения (3.3.7) [5 стр. 50]. Также учитывается, что из практических соображений, величина Qэ должна быть меньше 80 [5 стр. 50], [6].
Qэ.ЗК<Qэ<Qэ.нер.пресс. |
(3.3.7) |
Далее, по формулам (3.3.3) – (3.3.7) рассчитывается величина Qэ для различного количества контуров в цепи преселектора.
Для одного колебательного контура (n 1):
Qэ.нер.пресс |
fср σпресс |
2÷n-1 |
=1.214 , |
|||||
|
|
Πпресс |
||||||
|
|
|
|
|||||
ξЗК |
fЗК |
- |
fср |
=1.959 |
, |
|||
fср |
fЗК |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
Qэ.ЗК 
σЗК2÷n-1 =161.452 ,
ξЗК
float,4
Qэ.ЗК<Qэ<Qэ.нер.пресс ――→161.5<Qэ<1.214.
То есть одного контура недостаточно, для удовлетворения условию (3.3.7): выбрать такое число математически невозможно. Далее производится проверка для двух колебательных контуров (n 2).
Qэ.нер.пресс |
fср |
σпресс |
2÷n-1 |
=0.755 , |
||||
|
|
Πпресс |
||||||
|
|
|
|
|||||
ξЗК |
fЗК |
- |
fср |
=1.959 |
, |
|||
fср |
fЗК |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
Qэ.ЗК 
σЗК2÷n-1 =9.065 ,
ξЗК
float,4
Qэ.ЗК<Qэ<Qэ.нер.пресс ――→9.065<Qэ<0.7549.
То есть двух контуров недостаточно, для удовлетворения условию (3.3.7): выбрать такое число математически невозможно.
После расчёта для одного контура и двух контуров, можно заметить закономерность: величина эквивалентной добротности по неравномерности преселектора сильно ниже, чем величина эквивалентной добротности для подавления зеркального канала. То есть при не перестаиваемой входной цепи, никакое количество контуров не удовлетворит условию (3.3.7).
В таком случае, рассматривается либо отказ от входной цепи как таковой. Либо входная цепь рассматривается как перестраиваемая, но настроенная на полосу приёма только необходимого канала [6]. Тогда выражение (3.3.4) будет иметь иной вид: ширина полосы пропускания преселектора будет аналогична полосе пропускания радиотракта в целом [6].
Выражение (3.3.4), с учётом вышеизложенного, будет иметь вид [5 стр. 46]:
Πпресс Δfск+Δfзап, |
(3.3.8) |
где Δfзап – ширина полосы частот запаса, вызванная |
различными |
нестабильностями частот в различных узлах радиотракта: нестабильностью частот сигнала, гетеродина и неточности настройки на ПЧ [5 стр. 46]. Слагаемое, учитывающее допплеровское смещение частоты, отсутствует, так как по заданию приёмник не является переносным.
Ширина |
полосы |
частот запаса рассчитывается |
следующим |
образом |
[5 стр. 47]: |
|
|
|
|
Δfзап 2 |
fмакс δс 2 + fг.макс δг 2 + fпр δпр 2 |
, |
(3.3.9) |
|
где δс 0.5 10-7 – относительная нестабильность частот сигнала [5 стр. 46]; δг 0.5 10-7 – относительная нестабильность частоты гетеродина [5 стр. 46]; δпр 0.5 10-6 – относительная неточность настройки на промежуточную
частоту [5 стр. 46];
fг.макс fмакс+fпр=2.071 MHz – частота верхней настройки гетеродина.
Тогда величина ширины полосы частот запаса будет равна:
Δfзап 2 
fмакс δс 2 + fг.макс δг 2 + fпр δпр 2 =0.534 Hz.
После расчёта величины ширины полосы частот запаса, рассчитывается величина Πпресс:
Πпресс Δfск+Δfзап=40000.534 Hz.