Вычислим коэффициент устойчивого усиления транзистора на нужной частоте:
Вычислим Y-параметры для каскодных схем:
1.5 Распределение избирательности и полосы пропускания между трактами приемника
В супергетеродинном приемнике избирательность по соседним каналам, в основном, реализуется в каскадах усиления основной промежуточной частоты. Поэтому ширина полосы пропускания тракта усиления основной промежуточной частоты берется близкой к полосе всего радиотракта с небольшим запасом:
Причем коэффициент прямоугольности Кп должен удовлетворять условию заданного ослабления соседних каналов приема на уровне заданной избирательности. Тогда:
Кп = 2 fск / П,
где fск - разнос соседних каналов.
Как правило, для приемников РЛС не задают разнос соседних каналов, так как в пределах прямой видимости стараются близко не размещать другие передатчики, работающие на близких частотах.
Избирательность по зеркальному каналу обеспечивается преселектором, а избирательность по побочным каналам - фильтрами в цепях выделения промежуточной частоты.
По заданному ослаблению побочных каналов и следует рассчитывать все избирательные системы.
1.6 Расчет коэффициента шума
Структура радиоприемного устройства, работающего на частотах выше 30 МГц, особенно принципы построения его первых каскадов, в значительной степени определяются заданной чувствительностью. Если в диапазонах километровых, гектометровых и декаметровых волн внешние помехи больше уровня внутренних шумов приемника, то в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах приходится учитывать собственные шумы преимущественно первых каскадов, что часто налагает особые требования на их проектирование. Важным параметром при этом является коэффициент шума N.
Коэффициент шума радиолокационного приемника можно получить из уравнения максимальной дальности Dмакс действия РЛС:
, где
Pи - мощность излучения РЛС в импульсе;
и - длительность импульса;
nи - число импульсов, отраженных от цели,
Ga - коэффициент направленного действия (КНД) антенного устройства;
ц - отражающая поверхность цели;
Sа - эффективная площадь антенны РЛС;
- КПД приемо-передающего тракта;
q - коэффициент различимости, т.е. отношение сигнал/шум на входе детектора;
прм - коэффициент потерь в приемном тракте, зависящий от неоптимальности обработки сигналов, памяти системы, числа накапливаемых импульсов;
кмз - коэффициент километрового затухания радиоволн в атмосфере, дБ/км.
Входящие в эту формулу величины содержатся в тактико-технических требованиях к приемнику РЛС, а также могут быть вычислены на основе анализа этих требований.
В частности, длительность импульса и находится через связь ее с потенциальной разрешающей способностью РЛС по дальности D:
и = 2 D / c,
где c - скорость распространения радиоволн.
что не совсем согласуется с исходными цифрами задания. В нем длительность импульсов задана на уровне с.
Длина волны на частоте сигнала (в м):
Раскрыв антенны в горизонтальной плоскости (dа = (10 ... 30) ):
Ширина диаграммы направленности антенны:
Так как сектор углового обзора не задан, примем его круговым:
Время облучения цели в секундах (длительность пачки импульсов):
Количество импульсов, отраженных от цели:
Для однозначности измерения дальности до объектов период повторения импульсов должен удовлетворять следующему условию:
Тп = 2.5 Dмакс / C.
- условие выполняется.
Эффективная площадь антенны связана с КНД антенны:
Sa = 2 Ga / (4 ).
Эффективная площадь антенны (в км2):
КПД приемо-передающего тракта определяется потерями в высокочастотных цепях; обычно =(0,5...0.9). Принимаем:
Для приемников РЛС можно взять q = (1 … 3) ([1] c. 94).
Коэффициент прм = 1 может быть представлен произведением:
прм = 1 2, где:
1 характеризует потери на неоптимальную обработку одиночного импульса;
2 учитывает потери на неоптимальную обработку при накоплении импульсов пачки.
Чем ближе процесс обработки сигнала в приемном тракте к оптимальному, тем прм ближе к единице. Если приемник построен так, что выделение одиночных импульсов пачки осуществляется за счет согласования полосы приемника с полосой принимаемого сигнала, то 1 = 1.2. При этом Пс = 1.3 / и. Если в качестве накопителя импульсов пачки используется интегрирующее устройство или свойство послесвечения экрана электронно-лучевой трубки индикатора, то .
Берем:
Тогда:
Для определения коэффициента километрового затухания радиоволн в атмосфере в зависимости от длины волны, на которой работает РЛС, следует воспользоваться графиком, показанным ниже.График учитывает влияние различных метеоусловий на прохождение радиоволн.
Рисунок 1. Влияние различных метеоусловий на прохождение радиоволн.
Сплошные кривые на рисунке отображают поглощение в дожде:
1 - мелкий дождь с осадками 0.25 мм/ч;
2 - слабый дождь (1 мм/ч);
3 - средний дождь (4 мм/ч);
4 - сильный дождь (16 мм/ч);
5 - очень сильный дождь (100 мм/ч).
Пунктирные линии определяют поглощение в тумане и облаках:
6 - при плотности конденсированной воды 0.032 г/м3 и видимости ок. 600 м;
7 - при плотности конденсированной воды 0.32 г/м3 и видимости ок. 120 м;
8 - при плотности конденсированной воды 2.3 г/м3 и видимости ок. 30 м.
В наихудшем случае километровое затухание в дБ:
То же в линейных единицах:
Теперь можно найти коэффициент шума радиолокационного приемника, удовлетворяющий заданным условиям:
Рассчитанный коэффициент шума должен быть обеспечен за счет рационального выбора структуры первых каскадов приемника. При этом учитывают их ориентировочные показатели, указанные в таблице 2 ([1] c. 16)
Таблица 2
В таблице 2 обозначены:
Nмин - минимальный коэффициент шума цепи;
Kp - коэффициент передачи цепи по мощности,
Ксв и Копт - принятое и оптимальное значение коэффициента связи,
Тc- относительная шумовая температура смесителя;
Kpпч - коэффициент передачи преобразователя частоты по мощности.
Коэффициент шума супергетеродинного приемника:
Nвц, Nурч, Nпч, Nупч - коэффициенты шума входной цепи, УРЧ, преобразователя частоты и УПЧ соответственно;
Kpвц, Kpурч, Kpпч - коэффициенты передачи мощности входной цепи, УРЧ и преобразователя частоты;
Lф = 10 -0.1 Ч bф Ч lф - коэффициент передачи мощности антенно-фидерного тракта;
bф - погонное затухание;
lф - длина фидера.
Задачей предварительного расчета является подбор такой структуры приемного тракта устройства, при которой наряду с прочими заданными параметрами обеспечивается коэффициент шума не более допустимого, найденного по приведенным выше соотношениям. Найдем величины, входящие в вышеприведенную формулу.
При согласовании антенны со входом приемника Kсв = Kопт. Тогда для входной цепи коэффициент передачи по мощности и коэффициент шума:
Оценим коэффициент шума приемника без УРЧ.
При использовании балансного смесителя на полупроводниковых диодах необходимо знать относительную шумовую температуру смесителя - Тc и коэффициент передачи преобразователя частоты по мощности - Kpпч . В соответствии с рабочей частотой приемника используем в смесителе ТКД типа 3А111Б. Его данные:
Отсюда имеем:
Коэффициент шума выбранного ранее для УПЧ транзистора:
Коэффициент шума первого каскада УПЧ:
Погонное затухание в антенно-фидерном тракте [1] с. 15 в дБ/м:
Зададимся длиной фидера (в м):
Коэффициент передачи мощности антенно-фидерного тракта:
Коэффициент шума приемника без УРЧ:
Рассчитанный коэффициент шума больше допустимого, поэтому рассмотрим вариант преселектора с УРЧ в виде каскодного транзисторного усилителя. Для него из таблицы имеем:
Тогда коэффициент шума приемника с УРЧ:
Рассчитанный коэффициент шума меньше допустимого, поэтому продолжим расчет.
1.7 Расчет требуемой чувствительности приемного тракта
Шумовая полоса приемника:
Чувствительность приемного тракта определим из соотношения:
1.8 Расчет коэффициента усиления приемника до детектора и распределение усиления по трактам
Распределение усиления в приемнике определяется двумя противоречивыми условиями ([2] с. 90):
а) с одной стороны, следует стремиться к увеличению усиления во входных цепях и каскадах приемника, так как чем больше коэффициент усиления по мощности первого и следующих за ним каскадов, тем меньше общий коэффициент шума приемника и лучше его чувствительность;
б) с другой стороны, усиление во входных каскадах приемника с точки зрения многосигнальной избирательности должно быть небольшим, чтобы амплитуда сигнала (полезного и мешающего) не превышала диапазона линейности первого, второго и т. д. каскадов УРЧ, первого преобразователя и т. д. до фильтра основной селекции, относительно слабо защищенных перестраиваемыми по диапазону избирательными системами.
Структура каскадов преселектора определяется требованиями к коэффициенту шума и ясна из предварительного расчета. Теперь найдем количество каскадов в тракте УПЧ.
На основании расчитанных ранее величин, мощность сигнала на входе УПЧ составит:
Напряжение сигнала на входе первого каскада УПЧ при согласовании этого каскада со смесителем и входной проводимости каскада примерно равной проводимости предполагаемого к применению транзистора (проводимость делителя смещения gдел << g11э):
Для нормальной работы импульсного детектора в линейном режиме требуется, чтобы напряжение на его входе Uвх_дет = (0.5 ... 3) В. Возьмем:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
