Проектирование приемника дискретных сигналов с частотной манипуляцией

Некоммерческое  акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

 

Кафедра Радиотехники

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине: «Радиотехнические цепи и радиоприемные  устройства» 

 

 

на тему: «Проектирование приемника дискретных сигналов с частотной манипуляцией»

 

 

 

 

Специальность: 050719 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации»__

 

Выполнила: Бараков Д. Б.__ Группа МРТ-09-1__№ зач. кн.: 093030______

 

Руководитель: доцент  Куликов А. А.

 

 

____________________________________«___»__________________ 2012 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2012

 

Развернутое техническое задание

 

Спроектировать  вещательный приемник ЧМ сигналов по данным, приведенным в таблице 1. В приемнике должна быть предусмотрена  система автоматической подстройки частоты и должны быть приняты  меры по достижению высокой чувствительности, а также необходимо предусмотреть  систему автоматической регулировку  усиления.

 

Таблица 1 – Исходные данные для приемников с частотной манипуляцией (вариант 16)

Частота сигнала f, МГЦ	960…1164
Длительность импульса (телеграфной  посылки) , мкс	15
Индекс модуляции ЧМ сигналов ψ	4
Ослабление соседнего канала Sск, дБ	32
Ослабление зеркального канала Sзк, дБ	40
Отношение сигнал – шум на выходе приемника γ, дБ	26
Допустимый коэффициент гармоник , %	1,5
Коэффициент автоподстройки частоты  Капч	15
Выходная мощность приемника Рвых, Вт	1

 

 

 

 

 

Студент       __________ Бараков Д. Б.

Руководитель      __________ Куликов А. А.

 

Содержание

 

Введение…………………………………………….…………………. 4

1. Прототип приемника……………...………………………….....….. 5

1.1 Структурная схема радиоприемника…..…..………………….. 5

1.2 Принципиальная схема приемника……...…..……………...... 6

1.3 Полоса  пропускания радиоприемного тракта………..…….… 7

1.4 Промежуточные частоты приемника….…………..……......... 9

1.5 Селективные  системы и требуемая добротность 

контуров  радиочастотного………………………………................ 11

1.6 Селективные системы тракта промежуточной   частоты……..…………………………………………………………... 12

1.7 Усиление линейного тракта  приемника……………………….. 15

2 Входная  цепь приемника……………………………………........... 18

2.1 Выбор входной цепи радиоприемника………………………... 18

2.2 Расчет принципиальной схемы полосового фильтра….…….. 20

3 Расчет  цепи согласования………………………….……………….. 28

4 Измеритель мощности СВЧ……………………….…………....…. 32

Заключение……………………………………………………………. 37

Список литературы…………………………….…………………….... 38

 

 

Введение

 

Радиоприёмник (радиоприёмное устройство) — устройство для приёма электромагнитных волн радиодиапазона (т. е. с длиной волны от нескольких тысяч метров до долей миллиметра) с последующим преобразованием  содержащейся в них информации к  виду, в котором она могла бы быть использована.

В настоящее  время радиоприёмники развиваются  методом большой интеграции узлов  структурной схемы и широкого применения цифровой обработки сигналов, принятых на фоне помех.

Частотная модуляция (ЧМ) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной  модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

В случае дискретных сигналов (цифровые «0» и  «1»), говорят о частотной манипуляции (частотной телеграфии). При частотной  манипуляции (ЧМн, ЧТ, англ. Frequency Shift Keying (FSK)) значениям «0» и «1» информационной последовательности соответствуют  определённые частоты синусоидального  сигнала при неизменной амплитуде. Частотная манипуляция весьма помехоустойчива, поскольку помехи телефонного канала искажают в основном амплитуду, а  не частоту сигнала. Однако при частотной  манипуляции неэкономно расходуется  ресурс полосы частот телефонного канала. Поэтому этот вид модуляции применяется  в низкоскоростных протоколах, позволяющих  осуществлять связь по каналам с  низким отношением сигнал/шум. 

Данная  работа ставит следующие цели:

• систематизация и расширение теоретических и практических знаний по курсу;
• овладение методикой исследования и навыками самостоятельной работы при решении инженерной задачи;
• овладение навыками работы с технической литературой.

 

1   Прототип приемника

 

1. Структурная схема радиоприемника

 

В основе конструктивного исполнения данного  курсового проекта лежит использование  радиоприемник одноканальной малогабаритной радиостанции диапазона 0,495 – 1296 МГц с частотной модуляцией сигнала.

Для рассказа о принципе работы радиостанции воспользуемся  структурной схемой (рисунок 1.1). Основа радиостанции — синтезатор частоты, в состав которого входят генератор образцовой частоты с кварцевой стабилизацией А2, генератор, управляемый напряжением (ГУН), А5 и специализированная микросхема синтезатора A3. Управляет работой синтезатора микроконтроллер А4. В режиме передачи ("ТХ") сигнал с микрофона усиливается усилителем А1 и поступает на образцовый генератор А2, где с помощью варикапов осуществляется частотная модуляция. Управляемый синтезатором A3 ГУН А5 работает непосредственно на частоте передачи (в данном случае 1296 МГц), и его сигнал усиливает предварительный усилитель А7, а затем оконечный усилитель А8. Через коммутатор А12 сигнал передатчика поступает на антенну. В режиме приема ("RX") микрофонный усилитель А1, а также усилители А7 и А8 отключены. Приемный тракт устройства выполнен по схеме супергетеродина с двойным преобразованием частоты. Сигнал из антенны через коммутатор А12 поступает на входной малошумящий усилитель А9, а затем на смеситель А6. Сигнал ГУН (синтезатор перестраивает его на другую частоту) также подается на смеситель А6. С выхода смесителя сигнал первой ПЧ поступает на микросхему приемника А10, туда же поступает и сигнал второго гетеродина, в качестве которого используется образцовый генератор А2 синтезатора частоты. Демодулированный сигнал усиливается усилителем звуковой частоты А11 и поступает на динамическую головку ВА1. Первая ПЧ приемника находится на 100 МГц. Вторая ПЧ приемника — 70 МГц, именно на ней работает тракт ПЧ узла А10.

Рисунок 1.1 – Структурная схема  приемника 

1.2 Принципиальная схема радиостанции

Микрофонный усилитель выполнен на транзисторе VT1. Подстроечный резистор R7 регулирует девиацию частоты образцового  генератора. Генератор, управляемый  напряжением, выполнен на транзисторе VT3. Подстройка частоты ГУН осуществляется варикапом VD3. На транзисторе VT6 выполнен предварительный, а на микросхеме DA3 — оконечный усилители передающего  тракта. Переключателем SA1 можно изменить выходную мощность в 10 раз за счет изменения  режима работы усилителя DA3. На выходе этого усилителя установлен согласующий  П-контур C45L8C46, а коммутатор собран на p-i-n диодах VD4, VD5.

Рисунок 1.2 – принципиальная схема  приемника

Микросхема DA1 — синтезатор частоты. Свечение светодиода HL1 свидетельствует о нормальной работе синтезатора и показывает, что радиостанция включена. Микроконтроллер DD1, управляющий синтезатором, в зависимости  от положения переключателя SB 1.1 посылает команды, устанавливающие необходимую  частоту для приема и передачи. Управляющее напряжение на варикап VD3 ГУН поступает через пропорционально-интегрирующий  фильтр C9R15R16C15. Образцовый генератор  выполнен на транзисторе VT4, кварцевом  резонаторе ZQ1 и варикапах VD1, VD2. Подстроечным резистором R14 устанавливают частоту  синтезатора в режиме "RX", а  резистором R2 — в режиме "ТХ". На транзисторе VT2 выполнен входной  малошумящий усилитель приемника, контур L1C7 настроен на рабочую частоту радиостанции . Транзистор VT5 — смеситель. Сигналы с выхода УВЧ и с гетеродина поступают на VT5 через трансформатор-сумматор Т1. Это сделано для того, чтобы сигнал гетеродина не "забивал" УВЧ. Контур L4C19 настроен на частоту первой ПЧ.

На микросхеме DA2 выполнен ЧМ приемник с низкой ПЧ (40...45 кГц), а на микросхеме DA5 — усилитель  звуковой частоты. Регулировка громкости  осуществляется переменным резистором R36, совмещенным с выключателем питания  радиостанции SA2. Напряжение питания  ГУН образцового генератора и  синтезатора частоты стабилизировано  интегральным стабилизатором напряжения на микросхеме DA4. Переключение режимов "RX"/"TX" осуществляется переключателем SB1 (кнопка с самовозвратом). При этом от источника питания отключаются  одни узлы и подключаются другие, например, в режиме "ТХ" отключаются все  узлы приемника. Питается радиостанция от батареи из четырех аккумуляторов  Д-0,25 или аналогичных, которые размещены  в батарейном отсеке. Для подзарядки аккумуляторов на стенке батарейного  отсека установлено гнездо. Ток, потребляемый радиостанцией в режиме приема, — около 40 мА. Чувствительность радиостанции составляет 0,4...0,5 мкВ. Это обусловлено низким значением ПЧ и сравнительно большой полосой пропускания тракта ПЧ. В режиме передачи максимальная выходная мощность радиостанции составляет 100 мВт при потребляемом токе 120 мА.

 

1.3 Полоса пропускания радиоприемного тракта

 

Полоса  пропускания всего высокочастотного тракта приемника  от антенны до детектора должна быть больше ширины спектра сигнала. Это связано с нестабильностью частоты гетеродина приемника и задающим генератором передатчика, а также погрешностью сопряжения входных контуров приемника и гетеродина, т.е. .

Поскольку рабочие частоты радиовещательных станций имеют высокую стабильность, отклонения частоты принимаемого сигнала  можно не рассматривать и не учитывать.

Возможные отклонения частоты гетеродина учитываются формулой (1.1), причем отклонения берутся в разные стороны, т. е. :

 

                                        (1.1)

 

Абсолютную  величину отклонения частоты гетеродина можно рассчитать, основываясь на известных данных по его относительной  стабильности частоты. Считается, что  транзисторный гетеродин без  кварцевой стабилизации и без  термостатирования имеет относительную  нестабильность частоты . Поэтому абсолютные отклонения частоты гетеродина могут быть рассчитаны по формуле:

 

,    (1.2)

 

причем в диапазонном приемнике  в качестве частоты гетеродина надо брать верхнюю, т.е. максимальную частоту  заданного диапазона, т. е.:

 

       (1.3)

 

Тогда, по (1.2) получим:

 

 

 

В случае приемников ЧМ сигналов полоса частот, занимаемая спектром сигнала, равна:

 

(1.4)

 

где ψ – индекс частотной модуляции ;

Скорость  модуляции сигнала будет равна:

 

(1.5)

 

В случае если передается цифровой сигнал, то высшая модулирующая частота, как при амплитудной, так и при частотной модуляции  берется в пять раз больше скорости передачи информации, равной скорости модуляции.

Тогда высшая модулирующая частота будет равна:

 

     (1.6)

 

Тогда по (1.4) имеем:

 

 

 

Согласно (1.1), имеем:

 

 

 

Также при  расчете полосы пропускания радиочастотного  спектра (преселектора) следует учесть еще погрешность сопряжений настроек входных контуров и контуров гетеродина . Поэтому:

 

      (1.7)

 

 

 

Таким образом, мы получили полосу пропускания  радиотракта П_РЧ = 16,539 (МГц).

 

1.4 Промежуточные частоты приемника

 

Прежде  чем начать расчет промежуточных  частот проектируемого РПУ, необходимо отметить, что f_пр должны соответствовать следующим критериям:

• f_пр не должна находиться в диапазоне рабочих частот РПУ или вблизи этого диапазона, чтобы обеспечивать необходимое подавление помех на частоте равной f_пр;
• f_пр не должна выбираться в диапазоне рабочих частот мощных радиостанций;
• помеха по зеркальному каналу должна быть как можно дальше от рабочих частот РПУ, чтобы сильнее подавлялась преселектором;
• контуры, применяемые на f_пр, должны иметь реализуемую добротность;