и – относительные нестабильности несущей частоты сигнала и частот гетеродина;
– вероятностный температурный диапазон.
Расчет запаса по полосе пропускания требует знания частот гетеродина. Определю необходимые частоты гетеродина, исходя из ранее определённых значений промежуточных частот и известной частоты принимаемого сигнала.
Как правило , так как стабильность передающей станции высока.
Примем , так как используем синтезатор частоты с нетермостатированным опорным кварцевым генератором.
, где – полный температурный диапазон.
Рассчитаем запас по полосе пропускания для случая настройки на верхнюю частоту диапазона перестройки приемника .
.
В результате необходимая полоса пропускания будет равна: .
Определение максимально допустимого коэффициента шума приемника при заданной чувствительности
Реальная чувствительность радиоприемника определяется выражением:
По требованию технического задания .
Преобразуем формулу для определения коэффициента шума:
, где
– постоянная Больцмана, ;
– абсолютная температура при нормальных условиях, ;
– эффективная шумовая полоса, определяемая полосой пропускания линейного тракта: ;
– волновое сопротивление антенно-фидерного тракта. По условию ТЗ ;
– относительная шумовая температура антенны. Для приема при наличии помех можно взять =2;
– отношение сигнал/шум на выходе линейного тракта, т.е. на входе детектора.
Отношение с/ш можно определить, зная отношение сигнал/шум на выходе приемника и величину выигрыша в отношении с/ш при использовании ЧМ ().
По техническому заданию отношение сигнал/шум на выходе приемника SINAD=12 дБ. Поскольку SINAD представляет собой отношение , то отношение , можно считать на 1- цу меньше, если считать в разах. Таким образом, .
Отсюда .
2,43 (3,85 дБ).
Полученное значение максимального коэффициента шума следует учесть при выборе микросхем тракта радиочастоты и активных радиоэлементов.
2. Выбор и обоснование структурной схемы
Как уже было установлено ранее, проектируемый приемник должен иметь два преобразования частоты, поэтому его структурная схема будет строиться согласно типовой схеме супергетеродинного радиоприемника с двумя преобразованиями.
Коэффициент диапазона . Так как , то можно применить неперестраиваемые избирательные цепи, а перестройку в диапазоне частот можно осуществлять перестройкой первого гетеродина. С учетом требований к современной элементной базе управление перестройкой гетеродина целесообразно осуществлять при помощи синтезатора сетки частот. В соответствии с техническим заданием шаг сетки должен быть равен 50 кГц, а перестройка должна производится в диапазоне 330-340 МГц.
Поскольку первая и вторая ПЧ неизменны, то частота второго гетеродина фиксирована
Избирательность по зеркальному каналу осуществляется одновременно входной (ВЦ) цепью, выполненной на одиночном колебательном контуре, и фильтром радиочастоты (ФРЧ), являющимся нагрузкой МШУ РЧ. Принимая во внимание рабочие частоты, фильтром радиочастоты разумно выбрать фильтр на поверхностных акустических волнах. В настоящее время существуют ПАВ-фильтры, обладающие необходимой полосой пропускания и достаточной избирательностью. Кроме избирательности при выборе ФРЧ следует учитывать потери сигнала в его полосе пропускания. Они не должны быть очень большими, чтобы увеличить уровень шумов в первых каскадах и тем самым не ухудшить чувствительность.
Качественными характеристиками на частотах, близких к первой промежуточной, обладают монолитные кварцевые фильтры. Часто они способны одновременно осуществить избирательность и по второму зеркальному, и по соседнему дополнительным каналам приема. Поэтому кварцевый фильтр в качестве ФПЧ1 станет рациональным выбором.
Избирательность по соседнему каналу осуществляется одновременно фильтрами первой (ФПЧ1) и второй (ФПЧ2-1, ФПЧ2-2) промежуточных частот. На вторую промежуточную частоту обычно выбираются недорогие керамические фильтры со сравнительно невысокой избирательностью, поскольку большую часть задачи подавления соседнего канала решается кварцевым ФПЧ1.
Для устранения паразитной амплитудной модуляции сигнала при детектировании ЧМ-сигналов перед частотным детектором (ЧД) ставится усилитель-ограничитель (УО).
Описанная структурная схема изображена на рис.1.
3. Расчет преселектора
Расчет входной цепи
Входная цепь приемника предназначена для передачи принимаемого сигнала из антенны в последующие каскады. Она содержит избирательный элемент (контур или фильтр), который ослабляет помехи побочных каналов и сильные внешние помехи, уменьшая при этом такие нелинейные эффекты, как перекрестная модуляция, интермодуляция.
Часто в качестве избирательного элемента используется одиночный колебательный контур. Поскольку в проектируемом приемнике входная цепь (ВЦ) является не перестраиваемой, и предполагается работа с настроенной антенной, то реализуем цепь в виде обыкновенного колебательного контура с двойной автотрансформаторной связью (Рис.2).
Рис.2. Схема входной цепи
Эквивалентная схема входной цепи с двойным автотрансформаторным включением изображена на (Рис.3).
Рис.3. Эквивалентная схема входной цепи
Исходные данные:
- резонансная частота ;
- рабочий частотный диапазон , ;
- проводимость антенны ; ;
- входная проводимость следующего каскада (см. расчет УРЧ).
Максимальный коэффициент передачи достигается при согласовании контура входной цепи с антенной или входной проводимостью следующего каскада. Однако обеспечить одновременное оптимальное согласование контура и со стороны антенны, и со стороны входа следующего каскада – невозможно. Поэтому так как , то обеспечим оптимальное согласование с антенной, задавшись значением , и рассчитаем значение .
Определим параметры контура, для чего зададимся величиной емкости контура.
Рассчитаем значение индуктивности контура:
Избирательность входной цепи определяется эквивалентной добротностью , которая зависит от коэффициентов включения и .
, где при , при , .
С другой стороны: , отсюда .
Характеристическое сопротивление контура: .
Проводимость ненагруженного контура:
Зададимся коэффициентом включения .
Рассчитаем коэффициент включения :
Рассчитаю избирательность по зеркальному каналу.
Обобщенная расстройка
Расчет усилителя радиочастоты
Входная цепь не обеспечивает должной избирательности по зеркальному каналу, поэтому следует применить УРЧ с резонансной нагрузкой, которой может служить контур, аналогичный контуру входной цепи. Помимо требуемой избирательности усилитель радиочастоты должен обладать также достаточно высоким усилением по мощности, а также малым коэффициентом шума. Исходя из этих условий, выберу в качестве усилителя РЧ схему с ОЭ на СВЧ n-p-n биполярном транзисторе 2Т3120А. Схема каскада приведена на рис.4.
Рис.4. Реализация УРЧ по схеме с ОЭ
В качестве активного элемента выберем СВЧ БТ n-p-n транзистор 2Т3120А, имеющий следующие параметры:
- статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с общим эмиттером
- обратный ток коллектора
- граничная частота коэффициента передачи тока
- емкость коллекторного перехода
- емкость эмиттерного перехода
- коэффициент шума БТ на частоте
- постоянная времени цепи обратной связи
- диапазон рабочих температур
-
Выберу по выходным характеристикам транзистора режим с и при .
Учитывая высокую рабочую частоту усилителя, выберу и . Разделительный конденсатор выберу из условия его малого сопротивления на рабочей частоте .
Рассчитаю сопротивления делителя R1, R2. Зададимся коэффициентом нестабильности .
Рассчитаем коэффициент усиления данного каскада.
Найдём коэффициент включения нагрузочного контура.
Пусть , тогда
Полученное значение превышает предельно устойчивое, поэтому уменьшим усиление до приемлемого уровня путем снижения m более, чем в раза, выберем 3. В этом случае , а .
Так как УРЧ нагружен на контур, аналогичный входной цепи, то и избирательность, им обеспечиваемая, будет такая же. В этом случае суммарная избирательность по зеркальному каналу приема , чего явно недостаточно для выполнения предъявленного условия в 60дБ. Для обеспечения более высокой избирательности следует заменить нагрузку УРЧ с колебательного контура на высокоизбирательный фильтр, которым при заданных рабочих частотах может являться фильтр на ПАВ.
4. Реализация устройства на современной элементной базе
Выбор интегральных микросхем
Проектирование с использованием современной элементной базы предполагает интеграцию различных функциональных звеньев приемника в корпусах отдельных микросхем. При этом большее число блоков в одной микросхеме, то есть более высокая степень интеграции ведёт к снижению цены конечного устройства и улучшению его массо-габаритных параметров. Соответственно разработчику следует выбирать ИМС, ориентируясь на этот принцип.
Для тракта радиочастоты выпускаются так называемые “front-end” схемы, которые помимо УРЧ могут также включать смеситель и ГУН, образующий вместе с синтезатором частоты первый гетеродин. Кроме этого, для реализации сетки частот с заданным шагом 50 Гц потребуется отдельная микросхема синтезатора частоты.
Существуют специальные микросхемы, используемые для построения беспроводных устройств радиоприема аналоговых речевых сигналов, передаваемых по радиоканалу посредством узкополосной частотной модуляции. В частности производятся ИМС узкополосных радиоприемников с однократным преобразованием частоты, которые можно использовать и в качестве тракта второй ПЧ в приемнике с двумя преобразованиями. Такие схемы часто содержат смеситель, ГУН, усилитель ПЧ с функциями ограничения сигнала, а также квадратурный частотный детектор; для их функционирования требуется минимум навесных элементов.
Связующим звеном между схемой “front-end” и схемой тракта второй ПЧ, может служить интегральный УПЧ, способный работать на первой промежуточной частоте. Существуют схемы подобных УПЧ как с АРУ, так и без неё. УПЧ следует выбирать так, чтобы он обеспечивал на входе следующей микросхемы сигнал, превышающий порог её чувствительности.
Страницы: 1, 2, 3
