Разработка радиоприемного устройства импульсных сигналов (135544)

Посмотреть архив целиком



РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Данное радиоприемное устройство диапазона СВЧ с ВИМ предназначено для организации радиорелейной связи и обеспечения приема многоканальных сигналов с временным уплотнением, с фазово (временно) импульсной модуляцией или приема цифровой информации. Данное РПУ входит в состав приемно-передающей промежуточной станции радиорелейной линии связи, т.е. является стационарным оборудованием. Отношение напряжения сигнала к напряжению шума является одним из наиболее важных параметров радиорелейной линии, т.к. оно определяет, по существу, возможную дальность связи, т.е. такое число ретрансляции, при котором напряжение шума в канале не превышает величины допустимой для телефонной передачи.



ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

При выборе структурной схемы приемного устройства мы должны учитывать требования технического задания, а именно: обеспечение сравнительно высокой чувствительности, избирательности, стабильности частоты гетеродина, а также учитывать минимум искажения формы импульсных сигналов при их усилении. Опираясь на вышесказанное можно остановить свой выбор на супергетеродинной схеме приемника. Для постоянства уровня выходного сигнала при значительных изменениях его на входе, придется включить в схему систему АРУ и несколько каскадов УПЧ. Избирательность по «зеркальному» каналу будет обеспечивать преселектор, а избирательность по соседнему каналу - неперестраеваемые фильтры каскадов УПЧ. После детектора, который выделяет огибающую радиоимпульса, находится видео усилитель (широкополосный усилитель т.к. спектр импульса занимает широкий диапазон частот и необходимо выполнить условие о неискажении формы импульсного сигнала при усилении), далее система АРУ, регулирующая входное напряжение первых каскадов УПЧ, которые осуществляют основное усиление на промежуточной частоте. После видео усилителя находится оконечное устройство, в качестве которого может быть УГС (усилитель групповых сигналов).

Структурная схема РПУ представлена на рис.1

ВЫБОР СХЕМЫ ГЕТЕРОДИНА И ЕГО ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

При выборе схемы гетеродина, его рабочей частоты с учетом обеспечения заданных требований по стабильности частоты, необходимо учитывать, что при высокой частоте гетеродина, отклонение промежуточной частоты от номинального значения, на которое настроены селективные цепи тракта УПЧ, может быть довольно значительным (из-за нестабильности гетеродина), что ведет к уменьшению коэффициента усиления тракта, т.е. к ухудшению селективности и чувствительности РПУ вследствие смещения спектра сигнала промежуточной частоты относительно полосы пропускания тракта УПЧ. При «нижней» настройке (т.е.fc>fг) селективность тракта УПЧ по «зеркальному» каналу обычно выше, чем при «верхней» настройке, в силу несимметричности частотной характеристики колебательного контура. Отсюда ориентировочно f г с . Для достижения заданной стабильности частоты гетеродина, с учетом требований по экономичности, простоте эксплуатации можно ориентироваться на схему, выполненную на туннельном диоде, у которого fг= 3*10…..10 таб.1.1[1]

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ ПРИЕЬНИКА

Полоса пропускания линейного тракта, форма основных характеристик (АЧХ,ФЧХ) в пределах полосы частот принимаемого сигнала должна удовлетворять требованиям допустимых искажений П=Fс+2fд+fзап [1],гдеFc - ширина спектра принимаемого сигнала , Fc=1/tуст, tуст - время установления импульса на выходе F=1/0.24*10= 4.16 МГц , 2fд- - Доплеровский сдвиг частоты принимаемого сигнала (в случае перемещения передатчика или приемника).В данном случае , рассматриваемый приемник , входящий в состав приемно-передающей аппаратуры РРЛ связи , является стационарным и 2fд=0, f зап - запас по частоте ,зависящий от нестабильности частоты принимаемого сигнала , нестабильности частоты гетеродина,погрешности в настройке контуровfзап=2(c*fc)+(г*fг)+(н*fг)+(пр*fпр) Последними двумя можно пренебречь в силу их малости . Итак fзап=2 = 198,925 КГц , с=4*10-по Т.З. , г=3*10 -это известно после выбора схемы гетеродина , fc=2*10Гц -частота сигнала . Так как мы выбираем нижнюю настройку частоты гетеродина : fг = fc – fпр, fпр 15/tu=15/1.2*10 =12.5 МГц Примем fпр=30МГц. Отсюда следует: fг=2*10-3*10= 1,97 ГГц Итак П=4,16 МГц + 198,925 КГц= 4,36 МГц По коэффициенту расширения полосы пропускания можно судить об использовании системыАПЧ. Если К1,5 то нужна система автоподстройки частоты , Кp=П/Fc Kp= 4.36 MГц/4,16 МГц = =1,04 < 1.5 отсюда следует, что система АПЧ не нужна Пf=1.1П=1,1*4,36МГц=4,796МГц - эффективная шумовая полоса, ПF=0.7П=0,7*4,36МГц=3,052МГц

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО КОЭФФИЦЕНТА ШУМА.

ВЫБОР СХЕМЫ ПЕРВЫХ КАСКАДОВ ПРИЕМНИКА И ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ НИХ.

В дециметровом диапазоне волн чувствительность приемника ограничивается только внутренними шумами каскадов и элементов. Внешними помехами можно пренебречь. Для обеспечения заданного задания отношения сигнал/шум на выходе линейной части приемника необходимо найти допустимый коэффициент шума Nдоп, при заданной реальной чувствительности: Nдоп Кр.ф[Pa.c/(k*To*Пш*р.вх)-ta+1] [2] где Pa.c= 4*10Bm реальная чувствительность приемника в виде номинальной мощности сигнала отдаваемой антенной согласованному с ней приемнику t a=Ta /To =160K/293K=0.546 - Относительная шумовая температура антенны. k=1.39 *10Дж/град – Постоянная Больцмана To=293K-Стандартная температура Пшf=4.796МГц –Эффективная шумовая полоса пропускания р.вх=0,7=0,7=0,652 Пвых=0,5/tуст=0,5/0,24*10 = 2,08МГц - Полоса пропускания ВУ Крф=10= =10=0,98-Коэффициент передачи фидера -затухание в кабеле=0,02дб/м по Т.З ф -длина фидера = 4 м по Т.З Итак Nдоп= 0,98[4*10 /(1.39*10*293*4.796*10*0.652)-0.546+1] = 6.1=8дб При приеме сигналов на частотах более 1ГГц в качестве первого каскада можно выбрать преобразователь частоты на полупроводниковом смесительном диоде. Надо учесть, что преобразователь частоты со смесительным диодом имеет Крпч<1 и на коэффициент шума приемника будут заметно влиять шумы УПЧ. Поэтому в первом каскаде УПЧ рекомендуется использовать транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, с малым Nmin и большим Кр= Y21э/Y12э и определить N э- коэффициент шума приемника No=(Nвх.ц+ [Nр-1]/Kpвх+[Nпч-1]/[Крвхурч] +[Nупч-1]/[Kрвхурчрпч] +………)/Lф [1] где Nвхц Nр Nпч Nупч - коэффициенты шума соответственно: входной цепи, усилителя радиочастоты, преобразователя радиочастоты, усилителя преобразователя частоты, а Кр-их коэффициенты передачи по мощности. Lф- коэффициент передачи мощности антенного фидера. Если не учитывать в первом приближении наличие тракта УРЧ, то формула упрощается No (tc/K рпч )+[(Nупч1 –1)/Крпч]=(tc+Nупч1-1)/Крпч [1] где tc =0.5…1.5 - шумовое отношение полупроводникового диодного смесителя. N упч - коэффициент шума первого каскада УПЧ К рпч - коэффициент передачи по мощности преобразователя частоты В схеме преобразователя частоты можно использовать диоды с барьером Шоттки ДБШ типа АА112Б, у которых потери преобразования Lпр 6дб , характеризующие уменьшение мощности сигнала при его преобразовании в сигнал промежуточной частоты, таб. 7.1. [1] Возьмем Lпр=4 дб=2,5 ,т.е. уменьшение мощности сигнала в 2,5 раза. Отсюда следует Крпч=1/Lпр=1/2,5=0,4 За основу каскада УПЧ можно взять ИМС серии К228УВ2 на основе транзисторов 2Т307Б с Nmin = 1,3, по данным расчета программы «TYNSAK » для расчета Y параметров и Nmin [5]. Так как Nупч1= 2Nmin , то Nmin1=2.6 Теперь есть все составляющие для вычисления коэффициента шума приемника. No (0.5=2.6-1)/0.4=5.2=7.2дб Так как в результате расчетов оказалось, что Noдоп, то отсюда следует, что первым каскадом, после входной цепи будет преобразователь частоты, т.е. УРЧ можно не использовать.

ВЫБОР ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ И ИЗБИРАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ТРАКТА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ. ВЫБОР ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ

СИСТЕМЫ ВХОДНОЙ ЦЕПИ.

Для обеспечения избирательности по «зеркальному» каналу на входе радиоприемного устройства ставится полосковый полосно-пропускающий фильтр ППФ на связанных симметричных полосковых линиях. Для заданной частоты сигнала эквивалентное затухание резонатора на МПЛ

э =0,02. По рис. 2.2 [2] видно, что необходимое ослабление «зеркального» канала (25 Дб по 7.3) можно получить, выбрав 2-ух звенный фильтр. По рис.2.2 находится зк=5,8. Теперь находим fпр, обеспечивающая избирательность по «зеркальному» каналу:

1. fпр0,25 зк*dэсч*fo, где dэсч -эквивалентное затухание контуров[2]. Рекомендуется брать 0,002...0,004

Минимально осуществимое эквивалентное затухание тракта УПЧ: эп=q*o min [2] Для полученной fпр по табл. 2.6. [2] нужно выбрать q=2,6-коэффициент шунтирования контура и

o min =0,006 -минимально достижимое затухание контура эп = 2,6 *0,006=0,015

Коэффициент прямоугольности резонансной кривой тракта УПЧ для ослабления 25 Дб: Кпс=2fck/Пf [1],где 2fck - расстройка при ослаблении соседнего канала fck=5.5МГц Пf=4.796 МГЦ

Кпс=2*5,5*10/4,796*10=3,29 Вид и количество селективных элементов выбирается из табл. 2.7.[2], так чтобы Кпс был не больше требуемого. Кпс=3,0 при 3-ех каскадах, но при ослаблении соседнего канала 40 Дб. На каждый каскад приходится ослабление по 13 Дб. Заданное по Т.З. ослабление нам обеспечат, значит 2 каскада по 13 Дб. Итак, полученный коэффициент прямоугольности обеспечат две избирательные системы с двумя связанными контурами с критической связью между ними ( =1) и (м) =0,99

Для обеспечения заданной полосы пропускания многокаскадного усилителя с одинаковыми каскадами, промежуточная частота приемника должна удовлетворять неравенству:

2. fпр(fпл/эп)*(м)=(Пf /эп)*