Радиоприемные и радиопередающие устройства

Приложение 1. Приемник АМ сигналов, схема электрическая принципиальная 39
1. Задание на курсовой проект
2. Обоснование технического облика радиоприёмного устройства
Выбор схемы построения. В силу диапазона для работы приёмника (КВ), требований к чувствительности приёмника (3.4 мкВ) и избирательности по соседнему каналу (53 дБ) выбор был сделан в пользу супергетеродинной схемы.
Расчет полосы пропускания. Расчет полосы пропускания на уровне 0.707 осуществлялся по формуле:
ΔF=〖Δf〗_с+2〖Δf〗_д+2·√((〖δf〗_с )^2+(〖δf〗_г )^2+(〖δf〗_нг )^2+(〖δf〗_нп )^2 )
где - ширина спектра, - доплеровский сдвиг; и - нестабильности частот сигнала и гетеродина; и - неточности настроек частот гетеродина и УПЧ.
Расчет ширины спектра был проведен по подходящей формуле из таблицы 1.2[1].
〖Δf〗_с=2·F_м
где - максимальная частота спектра модулирующего сигнала.
В силу отсутствия в техническом задании конкретных данных о параметрах модуляции сигнала, в расчётах были использованы их максимальные значения из таблицы 1.3 [1].
Таким образом
〖∆f〗_c=2∙4.4=8.8 кГц .

Максимальный доплеровский сдвиг несущей частоты принимаемого сигнала ,обусловленный взаимным перемещением источника сигнала и приемника с радиальной скоростью , рассчитывается по формуле:
〖Δf〗_д=f_с·V_р/c
Будем считать, что Vp не превышает 1000 км/ч, тогда
〖∆f〗_д=(10∙〖10〗^6∙333.333)/(3∙〖10〗^8 )=11.111Гц.
При определении нестабильности частоты гетеродина исходим из того, что f_пр должна быть порядка величины , и что f_пр должна быть взята из таблицы 1.9 [1], f_пр=0.75 МГц.
f_(г.)=f_с+f_пр=10+0.75=10.75 МГц.
В таком случае получаем
(δf_(г.))/f_(г.) =〖10〗^(-4),δf_г=10.75·〖10〗^6·〖10〗^(-4)=1.075 кГц
В задании отсутствуют сведения о нестабильности частоты сигнала, поэтому было взято значение т.к. станция подвижная δf_(с.)=1.0 кГц.
Значения неточности частот настройки гетеродина и тракта усиления промежуточной частоты рассчитываются по эмпирическим формулам 1.5[1] и 1.4[1].
〖δf〗_(нг.)=(0.003…0.01)·f_(г.)=0.003·10.75·〖10〗^6=32.25 кГц
〖δf〗_(нп.)=(0.0003…0.003) f_(пр.)=0.003·0.75·〖10〗^6=2.25 кГц
Тогда, полоса пропускания
∆F=8.8 +2·11.111·〖10〗^(-3)+2·√((1.0)^2+(1.075)^2+(32.25)^2+(2.25)^2 )=73.545 кГц
Вследствие расширения полосы пропускания преселектора из-за различного рода нестабильностей, в нее будут попадать частотные спектры соседних радиостанций. Необходимо обеспечить сужение полосы пропускания в тракте промежуточной частоты введением в приемник системы автоматической подстройки частоты:
ΔF=〖Δf〗_с+(2〖Δf〗_д+2·√((〖δf〗_с )^2+(〖δf〗_г )^2+(〖δf〗_нг )^2+(〖δf〗_нп )^2 ))/K_АПЧ
K_АПЧ=20
Итоговая полоса пропускания с АПЧ = ∆F=12.06 кГц,
Обеспечение чувствительности. Поскольку чувствительность приемника определяется минимальным уровнем напряжения сигнала на его входе при заданном отношении напряжений сигнала и внутреннего шума на выходе линейного тракта, для обеспечения ее заданного значения собственные шумы приемника не должны превышать порогового уровня, задаваемого предельным коэффициентом шума линейного тракта , вычисляемым по формуле:
Шумовая полоса линейного тракта приемника
〖ΔF〗_(ш.)=1.1·∆F=1.1·12.06·〖10〗^3=20.02·〖10〗^3 Гц
N_(пр.)=(E_a^2)/(4·k·T_0·〖ΔF〗_ш·q_вых^2·R_a )=
=(3.4·〖10〗^(-6) )^2/(4·1.38·〖10〗^(-23)·290·12.06·〖10〗^3·〖10〗^2·50)=11.975
где Дж/град - постоянная Больцмана; К - стандартная температура приемника; - активное сопротивление приемной антенны, значение которого складывается из сопротивления излучения и сопротивления потерь; - шумовая полоса линейного тракта приемника; - минимально допустимое отношение напряжения полезного сигнала к среднеквадратическому значению шума на выходе линейного тракта.
Значения и берутся из таблиц 1.5 [1] и 1.6 [1] соответственно = 50 Ом; =10 дБ. Чувствительность дана в техническом задании, E_a = 3.4 мкВ;
Тогда допустимый коэффициент шума равен: N_(np.) = 11.975
В качестве активного элемента выберем малошумящий биполярный транзистор с коэффициентом шума N_тр= 1.76 дБ (1,5 раза). Тогда, коэффициент шума линейного тракта можно рассчитать по формуле 1.9[1]:
N_лт=N_вц+(N_урч-1)/K_вц +(N_пч-1)/(K_вц·K_урч )+(N_упч-1)/(K_вц·K_урч·K_пч )
Где,
, , , - коэффициенты шума ВЦ, УРЧ, ПрЧ и УПЧ;
, , - коэффициенты передачи ВЦ, УРЧ и ПрЧ по мощности.
Ориентировочные значения коэффициентов передачи и шума элементов линейного тракта на этапе обоснования технического облика возьмем из табл. 1.8 [1].
N_лт=2+(3.52-1)/0.5+(7.04-1)/(0.5·100)+(7.04-1)/(0.5·100·50)=7.163
Так как соотношение Nлт < Nпр выполняется, рассматриваемая структура линейного тракта обеспечивает нужную чувствительность и может быть принята в качестве предварительной. То есть преселектор может быть построен по схеме 3 рисунка 1.7[1].
Избирательность по зеркальному каналу. Из рисунка 1.6 [1] можно определить, что преселектор выбранной схемы может обеспечить ослабление по зеркальному каналу 49 дБ, если промежуточная частота расстроена относительно частоты сигнала на ξ_зк = 20 дБ. Значение эквивалентной добротности берется из таблицы 1.1 [1]: Qэ = 120. Значение промежуточной частоты определяется по формуле 1.14 [1]:
f_(пр.АМ)≥(f_с·ξ_зк)/(4·Q_э )=(10·20)/(4·80)=0.625 МГц
Из таблицы 1.9[1] выбираем fпр = 0.75 МГц, Полученное значение fпр удовлетворяет условию 1.12[1]. В таком случае частота гетеродина
f_гАМ=f_пр+f_с=10.75 МГц
Избирательность по соседнему каналу. КВ приёмник АМ сигналов из условий ТЗ должен обеспечивать ослабление соседнего канала не менее 53 дБ. Коэффициент прямоугольности полосы пропускания тракта ПЧ для заданного ослабления соседнего канала рассчитывается по формуле:
k_σ=(2〖Δf〗_ск)/ΔF=1.6
Усиление линейного тракта. Линейный тракт приемника должен усиливать напряжение сигнала уровня Ea чувствительности до величины, требуемой для работы амплитудного детектора табл. 1.12[1]: Uн=0.5 В.
Коэффициент передачи линейного тракта по напряжению равен
K_лт^((u) )=U_н/(√2·E_a )=0.5/(√2·3.4·〖10〗^(-6) )=1.04·〖10〗^5
Коэффициент передачи по напряжению преселектора, в соответствии с формулой 1.17[1]:
K_пр^((u) )=K_вц^((u) )·K_урч^((u) )=0.5·100=50
Полное усиление, которое должен обеспечивать тракт УПЧ по формуле 1.18[1], равно:
K_упч^((u) )=(k_з·K_лт^((u) ))/(K_пр^((u) )·K_пч^((u) ) )=(3·1.04·〖10〗^5)/(50·50)=124.800
где - коэффициент запаса усиления, учитывающий старение активных элементов, расстройку контуров и др.; - коэффициент передачи ПрЧ по напряжению, предварительно определяемый по табл. 1.8 [1].
Определим избирательность по каналу прямого прохождения. Наиболее плохая избирательность будет на частоте сигнала, ближайшей к промежуточной, поэтому определим избирательность выбранного нами преселектора при частоте сигнала f = 3 МГц. Найдем предварительно обобщенную расстройку на промежуточной частоте
ξ_пр=1/d_э ·|f_пр/f_(с.min) -f_(с.min)/f_пр |=1/0.04·|(0.75·〖10〗^6)/(3·〖10〗^6 )-(3·〖10〗^6)/(0.75·〖10〗^6 )|=93.750
S_пп=20·lg(1+ξ^2 )=20·lg(1+〖93.750〗^2 )=78.88 дБ
Избирательность удовлетворяет нашему заданию (Sпр = 64 дБ).
Структурная схема приёмника отображена на рисунке 1.2.
Рис.1.2