Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
курсовая по приемникам.doc
Скачиваний:
10
Добавлен:
26.11.2018
Размер:
1.49 Mб
Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине:

«УСТРОЙСТВА ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ»

на тему: Приемник радиостанции

Выполнила:::ст.гр.711

Исаева М.Л.

Проверил:ст.пр.

Колесников С.В.

Рязань 2011 г

Введение.

Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства, предназначенного для воспроизведения сигналов. Радиоприемники можно классифицировать по ряду признаков, из которых основным являются: 1)тип схемы; 2)вид принимаемых сигналов; 3)назначение приемника; 4)диапазон частот; 5)вид активных элементов, используемых в приемнике; 6)тип конструкции приемника.

По типу схем различают приемники детекторные, прямого усиления, сверхрегенеративные и супергетеродинные приемники, обладающие существенными преимуществами перед приемниками других типов и широко применяемые на всех диапазонах частот.

По назначению различают приемники связные, радиовещательные, телевизионные, радиорелейных и телеметрических линий, радиолокационные и другие. Связные радиоприемники чаще всего служат для приема одноканальных непрерывных сигналов с АМ (с несущей и боковыми полосами), ОБП (однополосной) и ЧМ или дискретных сигналов с АТ, ЧТ, ФРТ. Радиовещательные приемники принимают одноканальные непрерывные сигналы с АМ на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах. Приемники оконечных станций радиорелейных и телеметрических линий обычно предназначены для приема и разделения каналов многоканальных сигналов с частотным и временным уплотнением. Приемники промежуточных станций радиорелейных линий (наземных и спутниковых) отличаются от приемников оконечных станций тем, что в них не происходит разделение многоканальных сигналов.

В качестве активных элементов каскадов приемников, работающих на частотах 300кГц – 300МГц, сейчас можно использовать полупроводниковые приборы (транзисторы и диоды) и электронные ламп со штыревыми выводами. Предпочтение отдается полупроводниковым приборам благодаря их преимуществам (малые габаритные размеры и масса; низкие напряжения и токи питания; большой срок службы и механическая прочность). Состояние отечественной транзисторной и радиоприемной техники позволяет успешно преодолеть недостатки транзисторов (большой разброс и зависимость от частоты, режима и температуры; низкие входные и выходные сопротивления; наличие внутренней обратной связи и относительно высокая стоимость) и использовать их во всех каскадах приемников упомянутого диапазона без ухудшения работы приемников. Лампы применяются лишь в некоторых специальных приемниках и на более высоких частотах.

Приемники конструктивно выполняются из отдельных активных и пассивных элементов с печатным или обьемным монтажом или из готовых интегральных микросхем, представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целые приемники.

Технические требования на радиовещательные приемники должны соответствовать ГОСТ 5651-64.

Выбор структурной схемы приемника

Известны четыре основные структуры радиоприемных устройств[4]: 1) прямого усиления; 2) прямого усиления с регенерацией; 2) сверхрегенеративная; 4) супергетеродинная. В настоящее время преимущественно применяется четвертая структура, которую выбираем в качестве базы для проектируемого радиоприемного устройства.

Выбирая структуру приемника, будем руководствоваться ключевыми параметрами: частота принимаемого радиосигнала; избирательность по зеркальному каналу, избирательность по соседнему каналу, в сочетании с шагом сетки частот; чувствительность, отношение с/ш и полоса принимаемого радио сигнала; интермодуляционные искажения в сочетании с величиной динамического диапазона; относительная нестабильность частоты принимаемого сигнала. Рассмотрим каждую характеристику в отдельности.

Частота принимаемого сигнала определяет в первую очередь элементную базу радиочастотных блоков приемника. Указанные в задании на проект (210…248) МГц обязывают применять в преселекторе СВЧ фильтры, реализованные на резонаторах различных видов: полосковые, объемные, диэлектрические.

Избирательность по зеркальному каналу, в соответствии с техническим заданием, составляет 55 дБ. Вообще говоря, селективность по зеркальному каналу определяется совокупность факторов, в которую, по крайней мере, входят: крутизна нарастания затухания преселектора(если имеется ввиду избирательность по 1-му зеркальному каналу) за пределами полосы пропускания, значение промежуточной частоты и полоса пропускания преселектора. Первый фактор из приведенного перечня, подлежащий детальному рассмотрению – это значение промежуточной частоты. Его следует выбирать таким, чтобы было возможным сконструировать или применить готовые фильтры основной селекции с центральной частотой, равной промежуточной, и при этом обеспечить заданную селективность по соседнему каналу(в предположении однократного преобразования частоты). Очевидно, что чем ниже центральная частота полосового фильтра, тем более узкой полосой пропускания(в абсолютном выражении) он может обладать. Шаг сетки частот, то есть расстояние на частотной оси между соседними каналами, равен 130 кГц. Откуда следует необходимость обеспечения избирательности по соседнему каналу, равной 72 дБ, при отстройке от частоты основного канала на 25 кГц.

Как следует из принципа работы супергетеродинного приемника, зеркальный канал отстоит по частоте от основного на величину, равную удвоенной промежуточной частоте. Если предположить ПЧ, равную 1000 кГц, то зеркальный канал отстоит от основного на 2 МГц. Радиосигнал же принимается в диапазоне частот (210...248) МГц. Таким образом, при настройке приемника почти на каждую частоту из рабочего диапазона, радиосигнал из этого же рабочего диапазона на частоте, отстоящей от основной на 2 МГц, будет приниматься по зеркальному каналу, что, естественно, недопустимо. Откуда, в предположении идеальной прямоугольной характеристики фильтров преселектора, вытекает необходимое условие равенства или превышения промежуточной частотой приемника значения в 20 МГц(половина ширины принимаемого диапазона частот).

Использовать перестраиваемый фильтр или набор фильтров, с различными центральными частотами, в малогабаритном приемнике недопустимо ввиду ограничений на габариты и вес устройства. Следует учесть нерациональность использования сложной управляемой селективной цепи в случае, если, как будет показано ниже, существуют другие подходы позволяющие обеспечить избирательности по паразитным каналам приема.

Чувствительность определяет наименьшее значение ЭДС в антенне(на входе приемника), при котором обеспечивается требуемое значение напряжения(мощности) и отношения с/ш на выходе приемника. В свою очередь отношение с/ш на выходе приемника определяется отношением с/ш на входе, ухудшенным в Кш (коэффициент шума) приемника раз. В задании на курсовой проект, определены характеристики: нормированная шумовая температура антенны, сопротивление антенны, чувствительность, полоса принимаемого сигнала(задана косвенно через параметры ЧМ), – которые жестко задают отношение с/ш на входе приемника(при расчете отношения с/ш полагают рабочую температуру приемника равной комнатной). Из перечисленных характеристик, обуславливающих величину отношения с/ш на входе приемника, классифицирующее значение по отношению к приемнику имеет ширина полосы принимаемого сигнала. В зависимости от её величины приемники разделяют на узкополосные и широкополосные. Непосредственно ширина полосы принимаемого сигнала в техническом задании не указана, но можно утверждать, что она не превышает шаг сетки частот 25 кГц. Эта цифра уже относит разрабатываемый приемник к разряду узкополосных. Данная характеристика особенно интересна в контексте рассмотрения отношения с/ш на входе приемника, так как именно она в большей степени определяет величину теплового шума, «стоящую» в знаменателе отношения с/ш на входе приемника. Таким образом, узкополосность приемника приводит к хорошему отношению с/ш шум на входе приемника, а следовательно и к послаблению требований по Кш всего приемника и отдельных его каскадов в частности. Такое аналитически обоснованное смягчение условия на значения Kш отдельных каскадов приемника особенно выгодно использовать во входной цепи, являющейся первым блоком на пути радиосигнала, а значит доминирующем в определении Кш всего радиоприемного устройства.

Интермодуляционные искажения объясняются взаимодействием двух и более сигналов различных частот на нелинейном элементе. Из всех продуктов взаимодействия различных частот на нелинейном элементе выделяют интермодуляции третьего порядка, как наиболее близко расположенные по частоте к основному каналу приема. Характерной особенностью интермодуляционных помех третьего порядка является их пропорциональность третьей степени уровня входного сигнала(в предположении что паразитные продукты появляются на нелинейности в результате взаимодействия помехового сигнала с входным). Пропорциональность помехи кубу величины полезного сигнала приводит к наложению строгих требований на максимально допустимый уровень входного сигнала приемника. Если же дополнительно задана чувствительность(минимальный уровень входного сигнала), то в результате верхний и нижний уровни входного сигнала ограничивают рабочий динамический диапазон. Но в техническом задании на проект уже определен динамический диапазон входных сигналов 56 дБ. Для его реализации совместно с выполнением требований по интермодуляционным искажениям применимы два подхода. Первый предполагает использование автоматической регулировки усиления каскадов радиоприемника. Второй метод основан на заведомом ограничении максимального уровня сигнала до первого каскада, в котором может проявиться нелинейность(первый каскад вносит наибольший вклад в суммарный уровень интермодуляционных искажений). Достигается это путем увеличения затухания, вносимого фильтрами преселектора в полосе пропускания. Обратной стороной такого подхода является возрастание Кш пассивного преселектора(Kш пассивного 4-х полюсника равен величине, обратной коэффициенту передачи, то есть затуханию в полосе пропускания).

Подчеркнем, что последний метод обеспечивает динамический диапазон в контексте требований по интермодуляционным искажениям. Для того чтобы уровень сигнала на выходе каскадов основного усиления(УПЧ) не превышал предельно допустимые значения, следует применить АРУ каскадов или использовать ограничитель.

Однозначно ответить на вопрос выбора подхода обеспечения динамического диапазона, возможно лишь по итогам расчетов уровней сигналов на выходе усилителей и реализуемой приемником избирательности по интермодуляционным продуктам третьего порядка. На начальном этапе проектирования полагаем, что динамический диапазон будет реализовываться применением преселектора, со значительным затуханием, и УПЧ- ограничителем.

Нестабильность частоты принимаемого сигнала зачастую влияет только на расширение полосы пропускания тракта второй ПЧ. Но возможна крайняя ситуации, когда нестабильность настолько велика, что расширенная из-за неё полоса пропускания тракта второй ПЧ захватывает соседний канал приема. Для борьбы с таким проявлением нестабильности частоты применяют системы автоподстройки ПЧ. Необходимость применения АПЧ промежуточной частоты становиться очевидной после расчета абсолютной нестабильности частоты и сравнения её с шагом сетки частот.

Для построения простейшей АПЧ ПЧ(чаще называемой АПЧГ) в приемник следует добавить цепочку из дополнительных блоков: частотный детектор; фильтр нижних частот; генератор управляемый напряжением, вместо гетеродина формирующего фиксированную частоту. Частотный детектор является чувствительным элементом, и его характеристика задает опорную частоту. ФНЧ обуславливает инерционность системы АПЧ, которая(инерционность) необходима для устойчивости АПЧ и отсутствия демодуляции сигнала с ЧМ. Генератор управляемый напряжением(ГУН) реализует изменение частоты гетеродина в соответствии с сигналом ошибки.

Подытоживая проведенный анализ структуры приемника, заключаем, что проектируемое устройство будет строиться по супергетеродинной схеме с двумя преобразованиями частоты. Для обеспечения динамического диапазона приемника будем стремиться использовать запас по величине затухания преселектора, обеспечиваемый низкими требованием к Кш приемника. Предусмотрим также возможность внедрения в ПЧ подсистему блоков АПЧГ.

В техническом задании на проектируемый приемник не указано, что является оконечным устройством приемника. Исходя из назначения приемника (приемник сотовой связи) полагаем, что это динамическая головка(громкоговоритель). Для нормального функционирования оконечного устройства необходимо усилить звуковой сигнал до определенного уровня в соответствии с параметрами динамической головки, а так как они неизвестны, то зададимся целью спроектировать приемник, на выходе которого будет присутствовать аудио сигнал уровня, достаточного для подачи на любой УНЧ. Достаточным будем считать уровень напряжения 200 мВ RMS(Root Mean Square среднеквадратическое значение).

На этапе постановки задачи было принято решение проектировать приемник с использованием ИМС. Из всего многообразия ИМС, выпущенных промышленностью за последние десятилетия, разработчик приемника отобрал изделия фирмы Philips Semiconductors и Analog Devices. Первые отличаются оптимальным сочетанием технико-экономических качеств, а вторые непревзойденными характеристиками. Первый блок представляет собой малошумящий усилитель HD24385. В качестве дискретно перестраиваемого(для настройки на рабочую частоту) гетеродина первого смесителя выберем цифровой синтезатор частоты(косвенного синтеза, на основе кольца ФАПЧ) на ИМС Analog Devices ADF4360-7 с опорным генератором FOX 801BE-160 . ПЧ подсистему приемника, включая смеситель, реализуем на ИМС Philips Semiconductors SA608.