Тема курсовой работы “Расчет радионавигационного приемника”. Радио8. Техническое задание при выполнении курсовой работы необходимо выбрать и рассчитать структурную схему всего приемника, составить электрическую схему и произвести электрический расчет отдельных каскадов
 Скачать 0.96 Mb.
|
|
ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ При выполнении курсовой работы необходимо выбрать и рассчитать структурную схему всего приемника, составить электрическую схему и произвести электрический расчет отдельных каскадов. Исходные данные: Назначение приемника: Радионавигационный глиссадный приемник Рабочая частота:  Чувствительность:  Ошибка пеленгования:  Первая частота модуляции:  Вторая частота модуляции:  Избирательность по всем побочным каналам  ,  ,   при расстройке соседнего канала  Относительная нестабильность частоты передатчика  Сопротивление антенны  Сопротивление нагрузки  Выходное напряжение  ОГЛАВЛЕНИЕ
1 РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РАДИОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА 1.1 Особенности конструкции проектируемого радиоприемника Особенностью проектируемого приемника являются: – фиксированная настройка на принимаемую радиостанцию; – расположение радиоприемника на подвижном объекте (самолет); – выделение на выходе двух модулирующих частот для дальнейшего их сравнения. В остальном структура радиоприемника аналогична структуре супергетеродинного радиовещательного радиоприемника с амплитудной модуляцией (рисунок 1). В качестве прототипа тракта СЧ взят конвертор на 430 МГц [2].  Рисунок 1. ВУ – входное устройство, УРЧ – усилитель радиочастоты, G – гетеродин, ПЧ – смеситель, УПЧ – усилитель промежуточной частоты, АРУ – автоматическая регулировка усиления, Ф1 и Ф2 – фильтры, АД1 и АД2 – амплитудные детекторы, СС – устройство сравнения. 1.2 Полоса пропускания линейного тракта приемника Необходимая полоса пропускания:  (1)где  – реальная ширина спектра принимаемого сигнала. Для непрерывных сигналов с амплитудной модуляцией:  ; – доплеровский сдвиг частоты сигнала (связан с радиальной скоростью движения самолета – посадочной скоростью [4]): (2)где  – частота сигнала передатчика; – посадочная скорость самолета:Для Airbus A380:  . – скорость распространения радиоволн. . – запас по частоте. (3)где  – нестабильность несущей частоты сигнала ;Предварительно выбираем промежуточную частоту  и верхнюю настройку гетеродина. Для повышения стабильности частоты гетеродина применен многокаскадный транзисторный гетеродин с умножением частоты и кварцевой стабилизацией.  – нестабильность частоты гетеродина  ; – относительная погрешность настройки приемника (так как приемник имеет фиксированную настройку, то данным параметром можно пренебречь); – относительная погрешность и нестабильность настройки контуров ПЧ на промежуточную частоту (выбран фильтр полосовой пьезоэлектрический кварцевый монолитный)  1.3 Выбор промежуточной частоты Предварительно выбрана промежуточная частота  .1.4 Выбор структур преселектора и УПЧ с точки зрения обеспечения требуемой избирательности Определение структуры тракта сигнальной частоты по требованиям к полосе пропускания и селективности по зеркальному каналу. Выбираем селективные элементы в виде двух одиночных контуров. Для выбранного ослабления на краях полосы пропускания  по графику на (рисунок 2а, кривая 3) определяется значение обобщенной расстройки  для краев полосы пропускания и вычисляем минимально допустимое эквивалентное затухание нагруженных контуров тракта СЧ: (4)где  – частота настройки радиоприемника. Так как  , то выбираем  Определяется обобщенная расстройка для зеркального канала:  (5)где  – частота зеркального канала, выбрана при верхней настройке гетеродина; ; По графикам (рисунок 2б) для выбранной селективной системы определяем ослабление по зеркальному каналу  – выбранная селективная система тракта СЧ (два одиночных контура) позволяет получить требуемую полосу пропускания и селективность по зеркальному каналу.  Рисунок 2. Линия 3 – два настроенных контура. Выбор селективной системы тракта ПЧ. Селективная система тракта ПЧ должна удовлетворять требованиям к полосе пропускания (с заданным ослаблением на краях) и селективности по соседнему каналу. В качестве селективного элемента тракта ПЧ выбран лестничный кварцевый фильтр на одинаковых кварцевых резонаторах [6]. Исходные данные: – полоса пропускания  ;– затухание  ;– кварцевый резонатор  .Параметры кварцевого резонатора: –  резонансная частота кварцевого резонатора;–  индуктивность кварцевого резонатора;–  емкость кварцевого резонатора. Рисунок 3. При пяти резонаторах при ослаблении сигнала  коэффициент прямоугольности  (рисунок 3).Нормированные значения элементов:    Схема фильтра показана на рисунке 3.  Рисунок 3. Сопротивление нагрузки фильтра:  где  – полоса пропускания фильтра. Емкость конденсаторов связи:  где  – резонансная частота кварца.    1.5 Выбор усилительных приборов и вычисление их Y- параметров Выбор активных элементов и схем их включения Выбираем транзистор КТ382А структуры n-p-n с параметрами:  – статический коэффициент передачи тока для схемы с общим эмиттером в режиме большого сигнала; – граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером; – частота сигнала; – сопротивление базы; – обратный ток коллектора – ток через коллекторный переход при заданном обратном напряжении коллектор-база и разомкнутом выводе эмиттера, измеренный при  ; – максимально допустимый постоянный ток эмиттера; – пробивное напряжение коллектор-база при заданном обратном токе коллектора и разомкнутой цепи эмиттера; – пробивное напряжение эмиттер-база при заданном обратном токе эмиттера и разомкнутой цепи коллектора; – максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора; – емкость коллекторного перехода, измеренная при  ; – постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте.Расчет параметров транзисторов на высоких частотах При расчете УРЧ используют малосигнальные Y-параметры (проводимости) транзистора, который рассматривается как линейный четырехполюсник. Определяем Y-параметры (  ,  ): (6) (7)     (8)         (9)    1.6 Определение типа детектора В качестве детекторов для непрерывных сигналов с АМ в основном используют полупроводниковые диодные детекторы, работающие в линейном режиме. Коэффициент передачи диодного детектора равен 0,6…0,8. Напряжение сигнала на входе детектора для обеспечения линейного режима должно быть не менее 0,5…1 В, в зависимости от типа применяемого диода. 1.7 Максимально допустимый коэффициент шума Требуемая чувствительность обеспечивается, если  . Допустимый коэффициент шума:  (10)Где  – требуемое отношение (в «разах») среднеквадратического напряжения сигнала к среднеквадратическому напряжению шума на выходе линейного тракта (на входе демодулятора); – требуемая чувствительность со входа внешней антенны:  ; – постоянная Больцмана; – абсолютная температура; – шумовая полоса пропускания линейного тракта приемника: ;  – сопротивление антенны.Среднеквадратичная ошибка пеленгования радионавигационных приемников  зависит от отношения сигнал-шум на входе детектора  :  (11)где  для глиссадного приемника; ширина диаграммы направленности антенны.  1.8 Структура преселектора Коэффициент шума линейного тракта без УРЧ:  (12)Где  – коэффициент передачи входной цепи (ВЦ) по мощности (в первом приближении можно считать, что  ; – коэффициент шума смесителя; – коэффициент шума (в «разах») транзистора; – коэффициент шума смесителя; – коэффициент шума усилителя промежуточной частоты,  (при  ).Коэффициент усиления СМ по мощности:      Так как 11,48 < 13,6, то данная структура линейного тракта обеспечивает заданную чувствительность. 1.9 Коэффициенты усиления приемника Требуемое усиление:  где  – амплитуда напряжения на входе детектора, 0,5 В; – заданная чувствительность, 8 мкВ.Ослабление сигнала: контуре ПЧ – 4 дБ = 1,6 и полосовом фильтре ПЧ – 3 дБ = 1,4. Тогда необходимое усиление:  Коэффициент передачи входной цепи –  . Коэффициенты усиления УРЧ, преобразователя, УПЧ можно предварительно взять равными коэффициенту устойчивого усиления этих каскадов на рабочей частоте. Для транзисторных УРЧ с общим эмиттером коэффициент устойчивого усиления определяется по формуле:  Тогда смеситель и УПЧ должны обеспечить усиление:  Принимаем усиление смесителя  . Примем для одного каскада усиления УПЧ  .Тогда потребуется  каскадов усиления.Применяем две микросхемы К235УР3. 1.10 Автоматические регулировки Поскольку уровень сигнала, принимаемого на борту, зависит от дальности до радиомаяка и изменяется в процессе приближения ЛА к взлетно-посадочной полосе, в РПУ необходимо предусмотреть систему АРУ. В предварительном расчете системы АРУ производится ее выбор и определяется количество регулируемых каскадов высокой и промежуточной частоты. Динамический диапазон регулировки усиления системой АРУ радионавигационных приемников рассчитывается по формуле:  где  – динамический диапазон изменения входного сигнала; . – динамический диапазон изменения выходного сигнала.Минимальная дальность работы радиомаяков составляет (20 – 30) м, а максимальная для глиссадного приемника – 20 км. Динамический диапазон изменения входного сигнала зависит от величины радиосигнала в точке максимального удаления от радиостанции (20 км) и величины радиосигнала у радиостанции (20 – 30 м).  , или по [7] для частоты 300 МГц и расстояния 20 км затухание радиосигнала – 108 дБ. Распределяем регулирование усиление между двумя каскадами УПЧ. 1.11 Структурная схема радиоприемника Структурная схема радиоприемника показана на рисунке 4. Сигнал с настроенной антенны WА поступает через катушку связи на входной одиночный контур КК, настроенный на рабочую частоту сигнала 300 МГц. В контуре происходит частичная селекция сигнала зеркального канала. С входного контура, через контур связи, сигнал поступает на УРЧ, где происходит усиление радиосигнала. Нагрузкой УРЧ является одиночный контур КК, настроенный на сигнал радиостанции и в нем происходит окончательное подавление зеркального сигнала до необходимого значения. Далее сигнал поступает на смеситель СМ. На смеситель так же поступает сигнал с кварцевого генератора. В результате на выходе преобразователя выделяется сигнал промежуточной частоты. Смеситель также производит частичное усиление сигнала. С смесителя сигнал поступает на объемный полосовой фильтр ПФ, в котором происходит селекция сигнала соседнего канала. Далее сигнал промежуточный частоты поступает на УПЧ, выполненный на двух микросхемах К235УР3, где происходит окончательное усиление сигнала. С УПЧ сигнал поступает на диодный детектор АД. С него на систему АРУ, которая работает на каскад УПЧ и на согласующее устройство с большим входным сопротивлением, выполненном на полевом транзисторе. С СУ сигнал поступает на два полосовых фильтра, в которых происходит селекция полезного сигнала – выделение сигналов с частотой 100 Гц и 200 Гц, которые поступают на индикатор. Выделение сигналов 100 Гц и 200 Гц лучше производить после детектора, так как это упрощает схему фильтров селекции (такая структурная схема приемника применена в глиссадном приемнике самолета ТУ154). Данная структурная схема позволяет реализовать глиссадный приемник с параметрами, заданными в задании.  Рисунок 4. Структурная схема радиоприемника. 2 РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ ОТДЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ ПРИЕМНИКА 2.1 Преселектор Требуется рассчитать одноконтурную входную цепь, настроенную на частоту . Настроенная антенна соединена с приемником фидерной линией с волновым сопротивлением  .Исходные данные: – полоса пропускания контура  ;– проводимость фидера:  ;– входная проводимость УРЧ  ;– входная емкость УРЧ  – частота настройки УПЧ  .Расчет Контур входной цепи выполнен на короткозамкнутом отрезке несимметричной полосковой линии. Волновое сопротивление для несимметричной полосковой линии:  ; собственное затухание  ; резонансная проводимость ненагруженного контура  .Условие настройки в резонанс с частотой рассчитано при емкости  .1. Характеристическое сопротивление контура:  2. Эквивалентное затухание контура:  , берем  3. Эквивалентная проводимость контура входной цепи:  4. Заданная полоса пропускания в режиме согласования достигается при коэффициенте трансформации:  5. Для согласования нагрузки с антенной необходимо:  6. Коэффициент передачи входной цепи при согласовании:  7. Емкость подстроечного конденсатора:  Выбираем  .8. Избирательность по зеркальному каналу:   2.2 Расчет УРЧ Исходные данные  ;  ;  ;  ; диапазон рабочих температур  ; ;  .Расчет 1. Вычисляем изменение обратного тока коллектора:  2. Находим тепловое смещение напряжения базы:  где   3. Определяем необходимую нестабильность коллекторного тока:  4. Рассчитываем сопротивление резистора эмиттера:  5. Находим сопротивление резистора коллектора:  6. Находим сопротивление резистора базы:  7. Определяем сопротивление резистора базы:  8. Рассчитываем емкость конденсатора эмиттера:  Нагрузкой транзистора VT1 служит контур L4C4, аналогичный входному контуру L2C1. Связь контура L4C4 с транзисторами УВЧ и преобразователя частоты – индуктивная. 2.3 Смеситель Собран на транзисторе VT2. На базу транзистора поступает сигнал радиочастоты, а на эмиттер – сигнал гетеродина. На коллекторе сигнал промежуточной частоты через согласующий контур подается на объемный фильтр ПЧ. Исходный режим и цепи термостабилизации смесителя рассчитывают, как и для каскада УРЧ. Чтобы ослабить побочные каналы приема и свисты, смеситель должен работать без отсечки коллекторного тока:  .Исходные данные ; ; ; ; диапазон рабочих температур ; ; .Расчет где     7. Определяем сопротивление резистора базы:  8. Рассчитываем емкость конденсатора эмиттера:  Нагрузкой транзистора VT2 служит контур L7, настроенный на промежуточную частоту 10,7 МГц. Катушка связи L8 служит для согласования транзистора VT2 с фильтром ФП2П4. 2.4 Гетеродин Задающий генератор гетеродина собран на транзисторе VT1-1 и кварцевом резонаторе ZQ1 8,63 МГц. На транзисторе VT1-2 собран утроитель частоты, на транзисторах VT1-3 и VT1-4 – удвоители частоты. 2.5 УПЧ УПЧ собран на двух микросхемах К235УР3, которые обеспечивают необходимое усиление и автоматическую регулировку усиления входного сигнала. 2.6 Детектор Выбираем диод Д9Б с параметрами: –  – ;–  – ;–  – внутреннее сопротивление диода;–  – ;–  – ;–  – обратное сопротивление диода;–  – емкость диода;–  – . где  – коэффициент модуляции; – сопротивление нагрузки детектора.  Сопротивление нагрузки индуктивности:   где  емкость монтажа нагрузки детектора.  где  эквивалентная емкость нагрузки детектора. 2.7 АРУ Сигнал АРУ снимается с VD1 и через сопротивления R22 и R23 воздействуя на базы транзисторов усилителей УПЧ и производит автоматическое регулирование усиления. Сопротивления R19 – R21 служат для установки начального смещения на базах транзисторов УПЧ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ При выполнении курсовой работы была рассчитана и составлена структурная схема радиоприемника по заданным параметрам. Составлена электрическая принципиальная схема и рассчитаны основные параметры радиоэлементов. В результате сконструирован радиоприемник, способный выполнять функции, заложенные в задании. При выполнении курсовой работы использована рекомендованная литература, конспекты лекций и ресурсы Интернет. ЛИТЕРАТУРА 1. Радиоприемные устройства. Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов. Составители: А.А. Парамонов, И.В. Поваляева. Москва 2012 2. Горбатый В.И. Любительские УКВ радиокомплексы. – М.: Радио и связь, 1985. – 72 с., ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1083). 3. Проектирование радиоприемных устройств. /Под ред. А.П. Сиверса. – М.: Сов. радио, 1976. – 488с. 4. Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы. Учебник для вузов. – М.: Радиотехника, 2005. – 224с. 5. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Отечественные полупроводниковые приборы / 4-е изд., перераб. и доп.. - М.: Солон Пресс, 2003. - 544с. 6. Журнал «Радио». – 1982 г, №№ 1, 2. 7. https://r1ban.ru/calc/loss-calc.htm Приложение А: Электрическая схема принципиальная радиоприемника  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||