Радиоприемные. Радиоприемные_устройства_МУ_Преселектор_ЛР_01. Методические указания по выполнению лабораторных работ для самостоятельной подготовки студентов специальностей направлений Радиотехника, Телекоммуникации
 Скачать 1.5 Mb.
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра радиотехнических систем В. П. Пушкарёв РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА: ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАПАЗОННОГО ПРЕСЕЛЕКТОРА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СВЯЗЯХ С НЕНАСТРОЕННОЙ АНТЕННОЙ Методические указания по выполнению лабораторных работ для самостоятельной подготовки студентов специальностей направлений «Радиотехника», «Телекоммуникации» Томск 2016 Пушкарёв В. П. Радиоприемные устройства: методические указания по вы- полнению лабораторных работ для студентов направления подго- товки «Радиотехника» и «Телекоммуникации» / В. П. Пушкарёв. – Томск : РТФ, ТУСУР, 2016. – 39 с. Методические указания содержат краткие сведения из теории расчета технических характеристик. Приведены варианты схемотехнических реше- ний отдельных узлов радиоприемного устройства. Изложены методика про- ведения лабораторных работ и рекомендации по исследованию устройств приема и обработки сигналов. Методические указания предназначены для студентов специально- стей направлений «Радиотехника», «Телекоммуникации» и для студентов других специальностей, изучающих основы построения радиоприемных устройств, обучающихся на всех формах обучения, а также для самостоя- тельной подготовки. © Пушкарёв В. П., 2016 © РТФ, ТУСУР, 2016 3 СОДЕРЖАНИЕ Основные сокращения и условные обозначения ............................................. 5 1 Введение ............................................................................................................ 6 2 Описание программной среды Qucs ............................................................... 8 2.1 Назначение программного обеспечения. Область использования ....... 8 2.2 Описание программного продукта Qucs ................................................. 8 2.2.1 Описание работы программы Qucs при аналоговом моделировании ........................................................ 8 2.2.2 Работа с подсхемами ......................................................................... 11 2.2.3 Основные правила работы со схемами с варьируемыми параметрами или элементами .......................................................... 13 2.2.4 Вывод результатов измерения технических параметров ............... 14 3 Основные требования к оформлению отчета .............................................. 17 3.1 Правила и порядок выполнения лабораторной работы ....................... 17 3.2 Основные требования оформления отчета ............................................ 17 3.2.1 Правила оформления пояснительной записки по отчету .............. 17 3.2.2 Правила оформления результатов исследований ........................... 18 3.2.3 Требования к написанию выводов ................................................... 19 4 Лабораторная работа № 1 «Исследование диапазонной входной цепи при различных связях с ненастроенной антенной» .......................................... 20 4.1 Цель работы .............................................................................................. 20 4.2 Описание электрической принципиальной схемы входной цепи ...... 20 4.3 Краткие сведения из теории анализа входной цепи ............................. 22 4.4 Расчетное задание .................................................................................... 24 4.5 Экспериментальное задание ................................................................... 26 4.6 Указания и рекомендации по проведению исследования.................... 27 4.7 Рекомендации по оформлению экспериментальных результатов и выводов исследования ............................................................................ 27 4.8 Вопросы для самостоятельной подготовки ........................................... 28 4 5 Лабораторная работа № 2 «Исследование диапазонного селективного усилителя радиочастоты» ............................................................................. 30 5.1 Цель работы .............................................................................................. 30 5.2 Описание электрической принципиальной селективного усилителя радиочастоты ........................................................................................... 30 5.3 Краткие сведения из теории анализа селективного усилителя радиочастоты ........................................................................................... 31 5.4 Расчетное задание .................................................................................... 33 5.5 Экспериментальное задание ................................................................... 35 5.6 Указания по проведению экспериментального исследования ............ 35 5.7 Рекомендации по оформлению экспериментальных результатов и выводов исследования ............................................................................ 36 5.8 Вопросы для самостоятельной подготовки ........................................... 36 Список литературы ........................................................................................... 38 Приложение А Пример оформления титульного листа ....................................................... 39 5 ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ АЦ – антенная цепь АЧХ – амплитудно-частотная характеристика ВАХ – вольт-амперная характеристика ВЦ – входная цепь СВ – диапазон длинных волн УРЧ – усилитель радиочастоты УМ – угловая модуляция УРЧ – усилитель радиочастоты ЭА – эквивалент антенны d к – конструктивное затухание d э – эквивалентное затухание L к – индуктивность контура ∆f – абсолютная расстройка f – текущая частота f 0 – резонансная частота C к – емкость контура r к – сопротивление потерь в контуре Q к – конструктивная добротность контура Q э – эквивалентная добротность контура ρ к – волновое сопротивление контура g э – эквивалентная проводимость m – коэффициент включения в контур n – коэффициент трансформации ρ– волновое сопротивление контура ξ– обобщенная расстройка контура 6 1 ВВЕДЕНИЕ Методические указания предназначены для изучения студентами ра- диотехнических специальностей (бакалавров, специалистов и магистров) диапазонного преселектора, имеющего в своем составе диапазонную вход- ную цепь с различными связями с ненастроенной антенной и диапазонный селективный усилитель радиочастоты. При изучении дисциплины обучаю- щиеся должны выполнить лабораторные работы по исследованию отдельных узлов радиоприёмного устройства. Целью проведения лабораторных работ по дисциплине является за- крепление теоретических знаний и получение практических навыков иссле- дования основных узлов и элементов радиоприемного устройства, а также привитие навыков в оформлении практических результатов эксперимен- тального исследования. При организации и проведении лабораторных работ решаются следу- ющие задачи: освоение основ построения радиоприемных устройств, осво- ение методик проектирования по заданным показателям качества, получе- ние практических навыков исследования основных элементов радиоприем- ного устройства. Методические указания включают две лабораторные работы, в кото- рых исследуются такие основные узлы радиоприемного устройства, как входные цепи при различных связях с ненастроенной антенной; усилитель радиочастоты, содержащий колебательный контур с двойной автотрансфор- маторной связью. В результате выполнения лабораторных работ обучающийся должен закрепить: – знания по основам построения структурных схем устройств приёма и обработки сигналов; – освоить основные принципы и методы расчета, проектирования и анализа качества радиоприемных устройств; 7 – развить навыки исследования и конструирования отдельных узлов радиоприемного устройства. Студент должен уметь применять современные методы проектирова- ния и анализа качественных показателей качества радиоприемных устройств. Выполнение лабораторных работ базируется на основе знаний в обла- сти физико-математической подготовки и знания основ теории электриче- ских цепей, радиотехнических цепей и сигналов, схемотехники аналоговых электронных устройств, радиоавтоматики. Выполненные лабораторные работы позволят понять основные прин- ципы работы радиоприёмных устройств, облегчить работу над курсовым проектом. Расчетами результирующих технических характеристик подтвер- ждаются правильность выбора структурной схемы и наиболее важных ча- стей принципиальной схемы. 8 2 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ QUCS 2.1 Назначение программного обеспечения. Область использования Qucs (произносится [kju:ks]) – симулятор цепей с графическим поль- зовательским интерфейсом. Программный продукт Qucs предназначен для моделирования и анализа характеристик, происходящий в аналоговых и цифровых устройствах. Он способен выполнять различные виды модели- рования (например, на постоянном токе, S-параметров и т. д.). При модели- ровании сложных схем программа позволяет использовать работу с подсхе- мами. Программный продукт Qucs можно скачать с официального сайта по ссылке: https://sourceforge.net/projects/qucs/files/qucs-binary/0.0.19- snapshots/qucs-0.0.19.150523-git-0046130-win32.exe/download 2.2 Описание программного продукта Qucs 2.2.1 Описание работы программы Qucs при аналоговом моделировании При первом запуске Qucs создает папку «*.qucs» в Вашей заранее от- крытой папке. Каждый файл сохраняется в этой папке или в одной из ее подпапок. После загрузки Qucs показывается главное окно (рис. 2.1). В поле главного окна программного обеспечения Qucs слева нахо- дится область (1), содержание которой зависит от состояния вкладок, рас- положенных над ней: «Компоненты» (2), «Содержание» (3) и «Проекты» (4). Справа Вы увидите рабочую область (6), в которой содержатся схемы, документы показа данных и т. д. С помощью вкладок (5) над этой областью можно быстро переключиться на любой документ, открытый в данный мо- мент. После запуска Qucs активируется вкладка «Проекты» (4). Так как Вы запустили программу в первый раз, эта область пустая, поскольку у Вас еще нет ни одного проекта. Нажмите кнопку «Создать» прямо над областью (1) и откроется диалоговое окно. Введите имя для Вашего первого проекта, 9 например «Типовые радиотехнические звенья», и нажмите кнопку «Со- здать». Qucs создает папку проекта в папке «/*.qucs», для этого примера. Каждый файл, принадлежащий этому новому проекту, будет сохранен в этой папке. Новый проект немедленно открывается (это можно прочитать в заголовке окна) и вкладки переключаются на «Содержание» (3), где показы- вается содержание открытого в данный момент проекта. У Вас еще нет ни одного документа, поэтому нажмите кнопку сохранения на панели инструмен- тов (или используйте главное меню: «Файл» → «Сохранить») чтобы сохра- нить документ без названия, который заполняет рабочую область (6). После этого появится диалоговое окно для ввода имени нового документа. Введите «firstSchematic» и нажмите кнопку «Сохранить». 4 1 2 3 5 6 7 Рис. 2.1 – Главное окно Qucs Для моделирования процессов, происходящих в схемах по перемен- ному и постоянному токам, необходимо перейти во вкладку «Компоненты» 10 (2), а затем из раздела «Дискретные компоненты» курсором мыши перене- сти необходимые элементы в рабочую область (6), составив таким образом исследуемую схему (рис. 2.1). Источник тока или напряжения находится в классе компонентов «Источники», обозначение заземления может быть взято из класса «Дискретные компоненты» или с панели инструментов, тре- буемое моделирование определяется с помощью больших блоков модели- рования, находящихся в классе компонентов «Виды моделирования». Для изменения номиналов элементов схемы достаточно дважды кликнуть левой кнопки мыши и в открывшемся диалоговом окне в поле редактирования из- менить его величину, затем нажать Enter. Чтобы соединить компоненты, нажмите кнопку с проводником на панели инструментов или воспользуй- тесь главным меню: «Вставка» → «Проводник». Затем переместите курсор на незанятый вывод, помеченный маленьким красным кружком. Нажатие кнопки мыши на нем позволяет начать проводник. Теперь передвиньте кур- сор к конечной точке и снова нажмите левую кнопку мыши. Теперь компо- ненты соединены. Для изменения направления изгиба проводника нажмите правую кнопку мыши прежде чем делать конечную точку. Вы можете также закончить проводник, не нажимая ни на свободный вывод, ни на проводник: просто дважды нажмите левую кнопку мыши. Для запуска моделирования нажмите кнопку моделирования на па- нели инструментов или используйте меню: «Моделирование» → «Модели- ровать». В открывшемся окне будет показано продвижение процесса. После успешного завершения моделирования открывается окно для вывода ре- зультатов. Результаты модулирования могут быть представлены в виде диа- граммы. В левой области главного окна отображаются компоненты «Диа- граммы», который выбирается автоматически. Нажмите на «Табличная», перейдите в рабочую область рабочего стола и поместите ее, нажав левую кнопку мыши. Открывается диалоговое окно, где можно выбрать, что сле- дует показать в новой диаграмме. В левой области видно имя узла, которое 11 Вы задали: «Input». Двойным нажатием левой кнопки мыши на нем перене- сите его в правую область главного окна. Выход из диалога осуществляется нажатием кнопки «Ok». Теперь виден результат моделирования: 0.666667 В. Измерения значений постоянного тока или напряжения в цепи иссле- дуемой схемы осуществляются с помощью амперметра или вольтметра. Вы- бор измерительного прибора производится в разделе «Компоненты» (2). Не- обходимый прибор выбирается из раздела «Измерители» (4). «Измеритель тока» или «Измеритель напряжения» курсором переносится на поле с изоб- ражением электрической схемы, а затем производится их подключение к за- данным участкам цепи (рис. 2.1). При необходимости вывода значений в виде результата математических операций, например коэффициента пере- дачи, в главном меню выбирается опция «Уравнение» и помещается в удоб- ную часть рабочего стола экрана. Затем задается математическая операция с присвоением символа, написанием математического выражения или про- изводится обозначение переменной. В дальнейшем эта переменная может быть использована при выводе графической зависимости. Для более по- дробного пояснения действий достаточно воспользоваться разделом «Справка» главного меню приложения. 2.2.2 Работа с подсхемами Подсхемы используются, чтобы внести большую ясность в схему. Это очень полезно в больших схемах или в схемах, в которых какой-либо блок компонентов появляется несколько раз. В Qucs каждая схема, содержащая вывод подсхемы, является подсхе- мой. Вывод подсхемы можно получить с помощью панели инструментов, списка компонентов (в разделе «Дискретные компоненты») или меню («Вставка» → «Вставить вывод»). После того как вставлены все выводы подсхемы (например, два), нужно сохранить подсхему (например, нажав CTRL + S). При просмотре содержимого проекта (рис. 2.1) можно увидеть, 12 что теперь справа от имени схемы стоит «2-портовый» (столбец «Примеча- ние»). Эта пометка есть у всех документов, которые являются подсхемами. Теперь перейдите в схему, где Вы хотите использовать эту подсхему. Затем нажмите на имя подсхемы (в просмотре содержимого). Снова войдя в об- ласть документов, Вы видите, что теперь можно поместить подсхему в глав- ную схему. Сделайте так и закончите схему. Теперь можно выполнить мо- делирование. Результат будет такой же, как если бы все компоненты под- схемы были помещены непосредственно на схему. Если выбрать компонент-подсхему (нажав на ее обозначение в схеме), то можно войти в подсхему, нажав CTRL + I (эта функция доступна через па- нель инструментов и через меню). Можно вернуться, нажав CTRL + H. Если Вас не устраивает обозначение компонента подсхемы, Вы мо- жете поместить свое собственное. Для этого сделайте схему подсхемы теку- щим документом и перейдите к меню: «Файл» → «Изменить обозначение схемы». Если схема уже обозначена, то автоматически будет создано про- стое обозначение. Это обозначение можно редактировать. После заверше- ния сохраните его. Теперь поместите его на другую схему, и вот у Вас новое обозначение. Как и у всех других компонентов, у подсхем могут быть параметры. Для создания своих собственных параметров вернитесь в редактор, где вы редактировали обозначение подсхемы, и дважды нажмите левую кнопку на тексте параметра подсхемы. Появится диалоговое окно, в котором Вы мо- жете заполнить параметры начальными значениями и описаниями. Когда Вы это закончите, закройте диалоговое окно и сохраните подсхему. При ис- пользовании подсхемы возможно редактирование так же, как и в других компонентах. 13 2.2.3 Основные правила работы со схемами с варьируемыми параметрами или элементами При проведении экспериментального исследования возникает необхо- димость изменения параметров элементов схемы с изменяемыми величи- нами по заранее разработанному алгоритму или в заданных пределах. Для установки пределов изменения параметров элемента с варьируемыми пара- метрами необходимо ввести в область с исследуемой схемой вкладку «Раз- вертка параметра» из раздела «Компоненты», установленного в режиме «Виды моделирования» (рис. 2.2). Рис. 2.2 – Главное окно Qucs. Исследуемая схема с элементами индикации исследуемых процессов Для осуществления процесса моделирования из раздела «Компо- ненты» выбирается опция «Моделирование на переменном токе» или «Мо- делирование на постоянном токе» и курсором мыши переносится на поле со схемой исследуемого объекта, как это изображено на рисунке (рис. 2.2). Для удобства изменения элемента с варьируемыми параметрами используется оп- ция «Развёртка параметра», также взятая из раздела «Компоненты» → «Моде- 14 лирование». В информационном окне развертки параметра вводится мини- мальное, среднее и максимальное значения номинала изменяемого элемента исследуемой схемы. Среднее значение изменяемого номинала элемента схемы должно соответствовать среднему значению аргумента исследуемой зависимости. После входа в режим «Развёртка параметра» производится установка элемента, в котором будут изменяться параметры, и устанавливаются зна- чения номиналов элемента. Для этого нажмите на панели инструментов кнопку для метки проводника или воспользуйтесь меню: «Вставка» → «Метка» проводника. Далее нажмите кнопку мыши на выбранном провод- нике. Откроется диалоговое окно, в которое можно ввести имя узла, напри- мер «Input», «Оut» или другую надпись в соответствии с его назначением, затем нажмите кнопку «Ok». |