Проектирование приемника дискретных сигналов с частотной манипуляцией

 

Промежуточную частоту можно определить из условия  заданного ослабления зеркального  канал:

 

_,    (1.8)

 

где - максимальная частота настройки входных контуров приемника;  - заданное ослабление зеркальной помехи; - эквивалентная добротность входного тракта приемника; n – количество контуров входного тракта приемника (обычно n = 2…4).

_Здесь в диапазоне 300 (МГц) – 3 (ГГц).

Из условия  оптимальности выбора эквивалентной  добротности в диапазоне ДМВ, выберем .

Теперь  мы можем рассчитать первую промежуточную  частоту приемника:

 

 

 

Промежуточную частоту выбирают из рекомендуемого стандартами ряда:

 

155; 215; 465; 500; 900; 2200; 4500 (кГц);

6,5; 10; 15; 30; 31,5; 38; 60; 70; 100; 1200 (МГц).

 

Данные частоты не подходят мне, поэтому возьмем

;

 

Из условия   в диапазоне 300 (МГц) – 3 (ГГц), выбираю добротность равную 600.

 

Теперь выбираем вторую промежуточную  частоту:

 

 

Пусть:

 

 

Таким образом, промежуточные частоты  проектируемого РПУ:

 

 

 

1.5 Селективные системы и требуемая добротность контуров радиочастотного тракта

 

Выбор схемы входной цепи, усилителя  радиочастоты и промежуточной частоты  радиоприемника определяет его избирательность  по зеркальному каналу. Выбор схемы усилителя промежуточной частоты радиоприемника определяет его избирательность по соседнему каналу.

Требуемая эквивалентная  добротность Q_Э радиочастотного тракта приемника определяется, исходя из заданной избирательности приемника по ЗК Se_ЗК и обеспечения требуемой полосы пропускания этого тракта П_РЧ при допустимой неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). В этом случае рассчитать требуемую эквивалентную добротность, исходя из допустимой неравномерности АЧХ в полосе пропускания Q_ЭП, затем, исходя из заданной избирательности по зеркальному каналу Q_ЭЗ, и принять такое значение Q_Э, чтобы выполнялось условие:

 

     (1.9)

 

Из таблицы в методическом указании к выполнению курсовой работы выбираем допустимую неравномерность АЧХ  радиотракта:

 

 

 

 

Как правило, в преселекторе используются два  одиночных контура: один во входной  цепи и один в УРЧ. Если эти контуры  одинаковые, то их добротность рассчитывается по формуле:

 

,     (1.10)

 

где  - в относительных единицах (разах); - нижняя частота заданного диапазона.   

   

 

 

В случае использования в преселекторе двух одиночных контуров во входной цепи и в УРЧ их можно сделать  одинаковыми. При этом требуемую эквивалентную добротность Q_ЭЗ, исходя из условия обеспечения заданной избирательности по ЗК Se_ЗК, можно рассчитать по формуле:

 

(1.11)

 

где  - относительная частотная расстройка,

 

,     (1.12)

 

 

 

 

 

 

 

Используя (1.9), выберем эквивалентную  добротность:

 

Q_Э = 17

 

Таким образом, мы определили требуемую  добротность контуров радиотракта.

 

1.6  Селективные системы тракта промежуточной частоты

 

Тракт промежуточной частоты обеспечивает избирательность по соседнему каналу. Частоты соседних каналов определяются исходя из инженерной версии критерия Найквиста:

 

(1.13)

 

где - частота принимаемого сигнала, - полоса частот принимаемого сигнала. Учитывая, что используем приемник с преобразованием частоты, частота принимаемого сигнала переносится на промежуточную частоту. В результате формула принимает вид:

 

,    (1.14)

 

где - частота соседнего канала после преобразователя частоты, которую необходимо ослабить на величину определяемую избирательностью по соседнему каналу .

 

 

 

В современных  условиях, когда очень большое  число радиоэлектронных средств  к избирательности по соседнему  каналу предъявляются жесткие требования. Поэтому УПЧ с одиночными контурами  почти не применяются.  На практике используются УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами. Для них если задана допустимая неравномерность  АЧХ  в полосе пропускания , то эквивалентная добротность одинаковых контуров при критической связи между ними, исходя из этого условия, можно рассчитать по формуле:

 

(1.15)

 

где  - число двухконтурных фильтров.

 

При N = 4:

 

 

    

Исходя  из заданной избирательности по соседнему  каналу , добротность контуров рассчитывается по формуле:

 

(1.16)

 

где  - частотная расстройка соседнего канала.

 

 

 

 

 

 

 

Эквивалентную добротность контуров надо принять в следующих границах:

     (1.17)

 

Из условия (1.17), возьмем эквивалентную  добротность:

 

Поскольку расчет велся в относительных  единицах, то найдем полную распределенную эквивалентную добротность как  произведение двух добротностей:

 

 

 

Таким образом, была рассчитана добротность  тракта промежуточной частоты проектируемого РПУ.

 

Расчет  схемы ВЦ следует вести для  средней резонансной частоты  диапазона, а затем проверять  основные показатели на крайних частотах:

 

                                       (1.18)

 

Определим эквивалентное затухание контура:

 

                                        _(1.19)

 

Входная цепь должна обеспечить режим  согласования фидера с нагрузкой.

 

 

Избирательность по зеркальному каналу:

 

(1.20)

 

 

 

1.7 Усиление линейного тракта приемника

 

В линейном тракте приемника ЧМ сигналов требуется обеспечить необходимое усиление полезного сигнала. Требуемый коэффициент усиления может быть определен расчетным путем.

В приемниках ЧМ сигналов чаще всего используется дробный частотный детектор, и амплитуда сигнала, подводимого к его входу, должна составлять .

Амплитуда сигнала на входе приемника задается чувствительностью по напряженности  поля E в точки приема. Она определяется соотношением:

 

,    (1.21)

 

где  - действующая длина приемной антенны.

Для штыревых антенн диапазонов УКВ можно принять .

При этом требуемый коэффициент усиления рассчитывается по формуле:

 

,     (1.22)

 

Размеры настроенной антенны выбирают так, чтобы ее резонансная частота f_{0 А}равнялась частоте принимаемого сигнала или средней частоте диапазона принимаемых частот. При такой настройке сопротивление антенны является чисто активным. Тогда выберем в качестве антенны полуволновой вибратор:

 

(1.23)

 

При E = 5∙10^-3 (В/м), получим:

 

 

 

_{Приняв Uвх д = 0,2 (В), получим:}

 

 

 

Проверим, достигается ли в линейном тракте приемника требуемое усиление принимаемого сигнала. Для этого рассчитаем общий  коэффициент усиления линейного  тракта как произведение коэффициентов  усиления его отдельных каскадов [8], т.е.

 

К_о = К_ВЦ * К_УРЧ * К_ПЧ * К_ФСС * К_УПЧ,    (2.21)

 

Обычно   К_вц = 0,5-0,7

К_УРЧ =3-10

К_ПЧ = 1

К_ФСС =0,5-0,7

К_УПЧ = 10³ – 10⁵

 

Тогда получим:

 

К_о  =  0,7 ∙ 10 ∙ 1 ∙ 0,7 ∙ 10⁵ = 490∙10³

 

Поскольку 490∙10³>489∙10³, необходимое условие выполняется.

Таким образом, расчет структурной схемы проектируемого радиоприемного устройства завершен. В следующем разделе работы рассмотрим расчет и подбор принципиальной схемы  ВЦ РПУ.

 

 

2 Входная цепь приемника

 

2.1 Выбор входной цепи приемника

 

В дециметровом диапазоне (0,3 (ГГц) – 3 (ГГц)) волн применяются  коаксиальные и полосковые резонансные  линии. В большинстве схем входных  цепей приемников встречаются параллельные резонансные контуры.

Поэтому основными типами контуров являются четвертьволновый отрезок замкнутой или полуволновый отрезок разомкнутой линии.

Тем не менее  у данных видов МПЛ есть свои недостатки. Четвертьволновый отрезок короткозамкнутой линии имеет более трудную  технология изготовления чем разомкнутый  отрезок. В свою очередь разомкнутый  отрезок очень чувствителен к  точности изготовления своих размеров, что так же затрудняет процесс  производства. Так же данный вид  не может применятся в случаях  когда имеет место ограничение  на ширину полоски.

От этих недостатков освобождена микрополосковая  линия с емкостными зазорами –  более легкий процесс изготовления, можно подобрать ширину полоска. Но и этот вид имеет свои недостатки – при большем количестве контуров фильтр становится достаточном большим.

В качестве входной цепи был выбран симметричная  ПЛ с емкостными зазорами

В качестве материала подложки были выбраны  листы из фторопласта а-4 – они  отвечают требованию меньшей диэлектрической  проницаемости и угла диэлектрических  потерь.

Электрическим фильтром называется пассивная линейная цепь с резко выраженной частотной  избирательностью. Фильтры широко применяются  в радиотехнических системах для  частотной селекции нужного сигнала  на фоне других сигналов или помех.

В диапазоне  СВЧ фильтр представляет собой линию  передачи, включающую неоднородности, согласованные в определенной полосе частот и резко рассогласованные вне этой полосы. В этом смысле работа фильтра похожа на работу широкополосного  согласующего устройства (иногда фильтр используется для широкополосного  согласования.) Для уменьшения потерь в полосе пропускания фильтр должен выполняться из реактивных элементов. Главным параметром фильтра является его амплитудно-частотная характеристика. Главным назначением фильтров является подавление одних частотных составляющих сигнала и пропускание других. Частотная характеристика фильтра  есть кривая зависимости затухания  в нем от частоты входного сигнала. Фильтры различают: ФНЧ – фильтр нижних частот; ФВЧ – фильтр верхних частот; ППФ – полоснопропускающий фильтр; ПЗФ – полоснозаграждающий фильтр. При построении гибридных и интегральных схем СВЧ обычно используют несимметричные полосковые линии. Фильтры из отрезков несимметричной полосковой линии очень технологичны и почти не нуждаются в настройке при использовании достаточно точной методики расчета конструкции. Существующие фильтры подразделяют на четыре основных класса:

- с максимально  плоской характеристикой; 

- с чебышевской  характеристикой; 

- фильтры,  состоящие из идентичных звеньев;

-  фильтры  с эллиптическими характеристиками.

Структура фильтра на симметричной полосковой линии с емкостными связями изображены на рисунке 2.1 и рисунку 2.2.

 

Рисунок 2.1 – Структура симметричной полосковой линии

 

Рисунок 2.2 – Полосковая линия с  емкостными зазорами

 

 

2.2 Расчет принципиальной схемы  полосового фильтра

 

Исходные  данные:

Диапазон  частот: 960 – 1164 МГц

  t= 0.05 мм

b= 4 мм

S₁₁=0,75

В рабочей  ПП требуется затухание не более  А_П = 3 дБ, в ПЗ – А_З = 40 дБ .

 

Для начала  определяем  волновое сопротивление  тракта Z0 , для этого нам задается сопротивление следующего каскада. Выбираем антенну для портативной радиостанции Diamond SRH805S с сопротивлением 50 Ом. Так как далее в усилителе стоит транзистор АТ-32011,выражаем  выходное сопротивление через его S параметры. S параметры транзистора:

S₁₁=0.75 , S₂₁=2.62, Z₀ = 50 Ом

По формуле выражаем и находим Z:

                                                           _(2.1)

                                                         _(2.2)

                                                                          

_{Тогда для согласовнаия фильтра со входом транзистора перенесем  сопротивление транзистора  на вход фильтра, таким  образом волновое сопративление фильтра  будет равно:}

                                              _(2.3)

                                                             

 

Для расчет, конструирования и оптимизации  устройства на симметричных полосковых линиях используют формулы определяющие ширину полосковых линий для заданного  значения волнового сопративления  линии с параметрами b, и t. Для полоски не нулевой толщины значение отношения W/b в функции Z₀ и используется формула.

 

                                           _(2.4)

_где

                                       _(2.5)

 

                                                (2.6)

 

                          (2.7)

 

                                          , (2.8)