Цифровой канал радиосвязи с разработкой радиоприемного устройства и электрическим расчетом блока усилителя радиочастоты
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема:«Цифровой канал радиосвязи с разработкой
радиоприёмного устройства и электрическим
расчётом блока усилителя радиочастоты».
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование
По дисциплине «Д-4242»
1.ТЕМА ПРОЕКТА
Цифровой канал радиосвязи с разработкой радиоприёмного устройства и электрическим расчётом блока усилителя радиочастоты
2.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1. Дальность радиосвязи L(км.) - 90;
2. 2. Мощность передатчика Р(Вт)- 500;
3. КНД передающей антенны Д (дб) - 1;
4. Тип приёмной антенны АШ;
5. Входное сопротивление антенны R (Ом) - 75;
6. Диапазон рабочих частот
F(МГц)30...60;7. Скорость телеграфирования V(Бод) - 240;
8. Отношение Pс/Pш (раз) - 9;
9. Коэффициент шума ПРМ N0(раз) - 6;
10. Вид сигнала АМ;
11. Разнос частот Fp (кГц) - 0;
12. Высота размещения антенны H(м) - 14;
13. Избирательность по зеркальному каналу (дб) - 60;
14. Избирательность по соседнему каналу (дб) - 60;
15. Коэффициент нестабильности частоты - 10-7;
16. Длина сообщения N (двоичных символов) - 720;
17. Вероятность доведения РД - 0,999;
18. Вероятность трансформации Pтр - 10-7.
3. ВЫПОЛНИТЬ:
1. Произвести расчёт радиоканала и оценить достоверность цифровой инфор-
мации.
2. Выбор и обоснование электрической структурной и функциональной схем
устройства.
3. Выбор и обоснование электрической принципиальной схемы устройства.
4. Электрический расчёт блока.
4. ПРЕДСТАВИТЬ:
1. Пояснительную записку (25 - 30 листов).
2. Электрическую принципиальную схему устройства (формат А4).
3. Листинг расчётов на ЭВМ.
Содержание1. Введение2. Анализ технического задания.3. Энергетический расчёт4. Оценка достоверности цифровой информации в канале связи5. Выбор типа структурной схемы радиоприёмника6. Выбор промежуточных частот радиоприёмника7. Разработка функциональной схемы приёмника8. Электрический расчёт усилителя радиочастоты9. Заключение10. Список литературы | ||||||
| Лист | ||||||
| 1 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
Введение. В настоящее время к современным радиоприёмникам военного назначения предъявляются высокие требования по массово - габаритным характеристикам, малому энергоснабжению, безотказной работы в течение всего срока эксплуатации, которые, прежде всего, определяются особенностями его эксплуатации. Целью данной курсовой работы является разработка цифрового канала радиосвязи, с электрическим расчётом усилителя радиочастоты радиоприёмника. В соответствии с поставленной задачей был проведён анализ технического задания с целью разработки цифрового канала радиосвязи, с электрическим расчётом усилителя радиочастоты радиоприёмника при конкретных технических требованиях. В данной курсовой работе была разработана функциональная модель цифрового канала радиосвязи, а также был проведён его энергетический расчёт заданным техническим требованиям. Кроме того, по результатам, полученным в данной курсовой работе, была выбрана наиболее целесообразная структурная схема приёмного устройства, на основании которой разработана его функциональная и принципиальная схемы. Высокие требования, предъявляемые к современным военным радиоприёмникам и с учётом современной элементной базы, был произведён электрический расчёт усилителя радиочастоты, и на основе полученных результатов была синтезирована его принципиальная схема. | ||||||
| Лист | ||||||
| 2 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
Анализ технического задания. В исходных данных технического задания отсутствуют требования по климатическим условиям эксплуатации приёмника, а также вероятность его нормальной работы за среднее время наработки на отказ Tотк.ср. С учётом того, что радиоприёмник будет эксплуатироваться в войсках, то есть работать в полевых условиях или же в закрытых, не отапливаемых, зачастую во влажных помещениях, то были выбраны самые жёсткие условия эксплуатации. Согласно ГОСТ 24375-80 для территории Российской Федерации диапазон рабочих температур составляет от -500С до +500С, при влажности окружающей среды не более 90%. С целью обеспечения требуемой надёжности эксплуатации предлагается двукратное дублирование радиоприёмника, то есть так называемый «горячий резерв». Исходя из этих условий, значение вероятности нормального функционирования было выбрано P=0,998, за среднее время эксплуатации Тотк ср=3000 часов. С учётом исходных данных технического задания и, разработанных требований эксплуатации был произведён энергетический расчёт цифрового радиоканала. | ||||||
| Лист | ||||||
| 3 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| Энергетический расчёт УКВ радиоканала.1. С учётом исходных данных в начале была рассчитана полоса пропускания  радиоприёмника по [5]: =(1,1…1,2)*Fс ,где значение Fс для сигнала с амплитудной манипуляцией выбирается из условия:Fс=  ,где Um=Rk  Исходя из этого, было вычислено значение:2. В соответствии с техническим заданием и условиями работы определена чувствительность радиоприёмника по формуле:Uтр=2*  , (1)гдеT=273 K - температура окружающей среды в Кельвинах;K=1,38*10-23(Дж/к) - постоянная Больцмана;N=6 - коэффициент шума приёмника;Ra=75 Ом - входное сопротивление антенны; =792 Гц;h  =9 - заданное превышение мощности сигнала над мощностью шума (помехи) на входе приёмника.Таким образом:Uтр=2* Lпр=3,57*( Lбл=18*  - эквивалентные высоты антенн  - минимальная длина волны в используемом диапазоне 30…60 МГц | ||||||
| Лист | ||||||
| 4 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
Подставляя в формулу значения  ,и  были получены: где RЭЗ=8,5*106м - эквивалентный радиус Земли. Lбл=18* Lпр=3,57*( EД=  -средняя длина волны;Rзэ- эквивалентный радиус Земли (8500 км);EД= UД=ЕД*НД, (9) где Нд сим=( k= l= Нд сим=( Нд несим=0,5*Нд сим=4,33*10-3 м. | ||||||
| Лист | ||||||
| 5 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| UД=ЕД*НД=0,00015*4,33*10-3=0,65*10-6 В Проверено выполнение следующего условия: UД | ||||||
| Лист | ||||||
| 6 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| Оценка достоверности цифровой информации в канале связи. Оценка достоверности цифровой информации в канале связи проведена с учётом вероятности отказа системы связи без учёта отказа аппаратуры канала связи (техники), т.е. Ротк=0 Результатом проведения энергетического расчёта является обеспечение требуемого отношения мощности полезного сигнала к мощности шума плюс помеха  на входе линейной части приёмника. В заданной полосе пропускания при фиксированной дальности связи L и мощности передатчика P. Тогда по заданному виду сигнала (модуляции), в данном случае сигнал АМ, для фиксированного значения  по известной зависимости  в приёме дискретного символа. При известной длине сообщения, в данном случае длина сообщения N=720 , вероятность доведения некодированного сообщения определяется из графической зависимости Pдов=(1-PЭ)N, гдеPЭ=1,25*10-2, определяется из графической зависимостиPЭ=f( Pдов=(1-1,25*10-2)720=0,000116604; После расчёта вероятности доведения информации необходимо проверить условие Рдов Pтр=1-(1-Р0(n,k,d))n/k=5,36*10-9; Следовательно, если мы сравним с требуемым значением =10-7,Pтр Рпр=1-(1-8,7*10-4)23=0,99975; Рдов=0,99964; Рпр дек= | ||||||
| Лист | ||||||
 | 7 | |||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| Рпр.дек=0,9998.Вероятность ошибки на бит информации Р0, которая отдаётся получателю, определяется по формуле: Р0=(1- Рпр.дек)/2=0,0001,Следует отметить, что именно значение Р0является одним из ключевых требований, которые предъявляет заказчик на проектируемую систему связи, при этом обязательно должно выполняться условие Р0 Рдов=(Рпр.дек)N/K=0,9998720/10=0,9996,Данная вероятность доведения сообщения с использованием кода не менее требуемой.Важным параметром дискретной системы связи является вероятность трансформации сообщения, которая определяется следующим выражением: Ртр N= L1=tи+2=3; Рно(15,10,4)= Ртр15=1-[1-Pно(15,10,4)]15/10=8,4*10-9Таким образом вероятность доведения дискретного сообщения до получателя РДОВ и связанная с ней вероятность ошибки на бит информации Р0, вероятность трансформации сообщения Ртр15 при заданных дальности радиосвязи, частотно - временных и энергетических затратах являются важнейшими тактико-техническими показателями связи. Pдов Р0 Ртр n | ||||||
| Лист | ||||||
| 8 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
ВЫБОР ТИПА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РАДИОПРИЁМНИКАСовременные связные приёмники чаще всего строятся по супергетератинной схеме, что позволяет реализовать наибольшую чувствительность и избирательность по сравнению с другими типами схем. Однако супергетератинным приёмникам свойственны определённые недостатки:* наличие «зеркального канала»;* наличие «паразитных» радиочастотных излучений гетеродинов;* наличие «паразитных» условий и амплитудной модуляции сигнала за счёт внутренних помех в системе стабилизации.Указанные недостатки необходимо учитывать при выборе типа структурной схемы. Структурная схема радиоприёмника - это графическое изображение, дающее представление о структуре радиоприёмника и состоящее из функциональных частей и связей между ними.Основой для выбора структурной схемы связного радиоприёмника являются технические требования:* к относительному изменению частоты подстройки радиоприёмника;* к чувствительности радиоприёмника;* к избирательности по «зеркальному» и соседнему каналам;Из двух возможных вариантов с одним или двойным преобразователем, была выбрана схема с двойным преобразователем частоты, так как только она обеспечивает требования селективности и требования технического задания.Входная цепь выполняет следующую функцию: обеспечивает подстройку приёмной антенны и входного фильтра радиоприёмника на заданную рабочую частоту.С входной цепи сигнал поступает на усилитель радиочастоты, который обеспечивает выполнение заданных требований по избирательности относительно зеркального канала и осуществляет предварительное усиление принимаемого сигнала и исключения паразитного излучения гетеродинов. В первом и во втором смесителе осуществляется преобразование частоты радиосигнала соответственно в сигналы первой и второй промежуточных частот. Гетеродинные напряжения поступают с синтезатора частот. В первом и во втором усилителе промежуточной частоты осуществляется усиление сигналов первой и второй промежуточных частот. Со второго усилителя промежуточной частоты сигнал поступает на детектор. В зависимости от вида модуляции принимаемых сигналов детектор может быть амплитудным, частотным, фазовым или пиловым. Для обеспечения оперативного управления и контроля современные радиоприёмники имеют в своем составе устройство управления и контроля. Синтезированная структурная схема представлена на рисунке 1. Далее сделаем выбор промежуточных частот. | ||||||
| Лист | ||||||
| 9 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| ВЫБОР ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЧАСТОТВажным этапом проектирования является выбор номиналов промежуточных частот радиоприёмника. Значения промежуточных частот могут быть оценены с помощью соотношений: f1ПР f2ПР f1ПР f2ПР f1ПР=14 МГц, f2ПР=265 КГц.После выбора структурной схемы и определения промежуточных частот была синтезирована функциональная схема. | ||||||
| Лист | ||||||
| 10 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫФункциональная схема - это графическое изображение радиоприёмника, представленное его основными функциональными частями и связями между ними в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД.На этапе разработки функциональной схемы радиоприёмника необходимо решить следующие основные задачи:* произведено разбиение диапазона рабочих частот на поддиапазоны;* проведено распределение избирательности по трактам;* произведено распределение усиления радиоприёмника по трактам;* проведен выбор элементной базы для основных каскадов радиоприёмника;* определён состав трактов;При проектировании радиоприёмника предназначенного для работы в широком диапазоне радиочастот, заданный диапазон рабочих частот должен быть разбит на несколько поддиапазонов. На практике применяются два основных способа разбиения на поддиапазоны: способ равных коэффициентов перекрытия КПД способ равных частотных поддиапазонов КПД=f2/f1=f3/f2=...=fn/fn-1, КПД=fmax/fmin=60/30=2,следовательно схема имеет два полосовых фильтра.Таким образом, исходя из решения задачи функциональная схема имеет вид, представленный на рис.2 Входной сигнал поступает на антенно-фидерное устройства и входа первого каскада усилителя радиочастоты.. также эти фильтры осуществляют селекцию принимаемого сигнала. Выделенный в фильтрах Z1 и Z2 полезный сигнал поступает на усилитель радиочастоты, в котором осуществляется усиление, а также осуществляется избирательность по зеркальному каналу. Для этого к выходу усилителя радиочастоты подключают фильтр. В целом этот тракт является трактом радиочастоты. Он осуществляет первичную обработку радиосигнала. Поэтому сигнал, поступивший на преобразователь 1 промежуточной частоты окончательно «взберется по зеркальному каналу и помощью фильтра выделится полезный сигнал. | ||||||
| Лист | ||||||
| 12 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| Помехи и низкочастотные составляющие отфильтровываются. После смесителя сигнал усиливается. Дальнейшая обработка происходит в смесителе и усилителе промежуточной частоты , где осуществляется преобразование по частоте. Далее сигнал попадает в усилитель промежуточной частоты где происходит избирательность по соседнему каналу, то есть помехи ослабляются, АРУ поддерживает требуемое отношение сигнал/шум на выходе фильтра, а также поддерживается постоянным коэффициент усиления радиоприемника, при изменении входного сигнала. Затем сигнал поступает в частотный тракт который в своем составе содержит ограничитель амплитуды, частотный детектор. Продетектированный сигнал усиливается в УЗЧ и поступает на оконечное устройство.На схеме обозначено:WA- приемная антенна;SA11, SA21 - переключатели поддиапазонов;Z1, Z2 - полосовые фильтры;A1...A5 - УРЧ: А1, А2 - усилители радиочастоты; А3, А4 - УПЧ; А5 - УЗЧ;UZ1, UZ2 - смесители;UR- детектор.После разработки и обоснования функциональной схемы, был проведен, согласно техническому заданию расчет усилителя радиочастоты. | ||||||
| Лист | ||||||
| 13 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ РАДИОЧАСТОТЫ.Для выбора элементной базы разрабатываемого блока, в данном случае это усилитель радиочастоты, произведен электрический расчет. Проведен расчет усилителя радиочастоты одного из поддиапазонов.Коэффициент усиления усилителя радиочастоты изменяется в пределах от 10 до 20. Частота на которой он работает, изменяется в пределах от 30 до 45 МГц. Исходя из технического задания выбран из справочника тип транзистора, который по своим техническим характеристикам наиболее подходит к рассчитанному блоку усилителя радиочастоты, таким является транзистор ГТ308 В параметры которого: Ik0=2.5 мА, IБ0=7 мкА, Uкэ0= 5В, Ек=12 В.Для того, чтобы добиться заданных требований по избирательности параметры колебательного контура должны находиться в пределах: С=10...365 пФ,собственное затухание контура 0,01...0,03, затухание катушки связи 0,05.Входом схемы является входная цепь, далее идет каскад преобразователя частоты на транзисторе.Посколько Rд=1,06, то параметры транзистора и каскада изменяются мало. Поэтому расчет произведен на средней частоте, для которой Y21=0,077 сМ, д11=7 мСм, д22=1 мСм, С11=36 пФ, С22=4 пФ.Принято : д11  ,  расчет проведен на устойчивый коэффициент усиления. Рассчитаем минимальный каскад пропускания:  ;коэффициент включения антенной цепи и входа первого каскада к контуру:Р1= P2= LК=1/( | ||||||
| Лист | ||||||
| 15 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| ЗАКЛЮЧЕНИЕ.В данном курсовом проекте, в соответствии с заданием, спроектирован радиоканал цифровой радиосвязи с разработкой радиоприемного устройства и с электрическим расчетом усилителя радиочастоты. Проведен энергетический расчет радиоканала.При обосновании и выборе структурной схемы радиоприемника, сделан анализ возможных схем радиоприемника, сформулирован критерий по которому может быть выбрана схема проектируемого устройства. Важнейшими параметрами были выбраны : чувствительность и избирательность канала. После выбора схемы электрической структурной радиоприемника обоснованы параметры не указанные в задании на курсовое проектирование. На этапе разработке схемы электрической функциональной установлены общие принципы функционирования отдельных блоков и всего радиоприемника в целом. Уяснена роль и назначение его отдельных элементов. В процессе синтеза радиоприемника определены не только его каскады в целом, но и место отдельных каскадов тракта радиочастот; тракта промежуточных частот и тд.На основе схемы электрической функциональной была разработана схема электрическая принципиальная всего радиоприемника. На этом этапе, на основе электрического расчета, также были выбраны полупроводниковые элементы, используемые в схеме.Разработанное радиоприемное устройство целесообразно использовать в РВСН, так как его характеристики удовлетворяют требованиям предъявляемым к аппаратуре боевого управления, в частности на машине связи. Дальность связи позволяет использовать данное радиоприемное устройство в позиционном районе ракетного полка для приема сигналов оперативного управления. В тоже время вероятность доведения и трансформации , а также высокая избирательность, позволяют использовать данное радиоприемное устройство для приема сигналов АСБУ. Рабочий диапазон частот позволяет произвести сопряжение разработанного радиоприемного устройства с другими радиосредствами РК.Была выбрана неоптимальная с точки зрения элементной базы принципиальная схема. Более целесообразной могла стать схема приемника на одной микросхеме. Например: К174ХА10. ВЫВОДЫ:1. Поставленная задача решена полностью.2. Разработанная схема приемника соответствует требованиям технического задания | ||||||
| Лист | ||||||
| 17 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
ЛИТЕРАТУРА1. Бобров Н.В., Москва, «Радио и связь», 1981 г., « Расчет радиоприемников».2. Екимов В.Д,, Павлов П.Н., Связь, 1970 г., «Проектирование РПМИ».3. Злобин В.И. и др., Серпухов, 1985 г., «Радиопередающие и радиоприемные устройства».4. Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1994 г., «Радиопередающие устройства».5. Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1992 г., «Проектирование цифровых каналов связи».6. Хиленко В.И., Малахов Б.М., Москва, «Радио и связь», 1991 г., «Радиоприемные устройства». | ||||||
| Лист | ||||||
| 17 | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
), (2) При этом нижняя зона блокирования определена по формуле [5]:
, (3) Где 
, (6)
Lсв,то есть 26,7(км) 
, (8), где:L - длина радиолинии;Lпр- расстояние прямой видимости;v - коэффициент дифракции;P1 - мощность подводимая к передающей антенне;G - коэффициент усиления антенны ПРДУ;
)*tg(k*l)/ 
, (10)где 
(2*3,14)/7,5=8,37 (1/м);
Uтр 
065*10-6 
9(0,65*10-6/0,21*10-6)2=86; После расчёта канала связи была проведена оценка достоверности цифровой информации в канале связи.
),
Рдов треб или 0,000116604 
, гдеtи=1 - число гарантированно исправляемых кодом ошибок,Рэк=1,75*10-2, исходя из этого вычисляем вероятность правильного декодирования:
=1-[1-Pно(n,k,d)]N/K,где Pно(n,k,d)= 
- выражает вероятность необнаруженной ошибки (трансформации) кодовой комбинации, которая возникает при L1=3 и более, ошибочно принятых двоичных символах.
=5,65*10-8
Р0ТРЕБ, при L=const ;
,(11)
, (12)Гдеf0 max - верхняя частота диапазона радиоприёмника;а - параметр рассогласования антенно-фидерного устройства и выхода радиоприёмника (а=1 при настроенной антенне в режиме согласования);d3 ТР =1000 - требуемое подавление зеркальной помехи;QРЧ=50 - результирующая добротность контуров тракта радиочастоты; 
134 МГц,
254,43 Кгц.С точки зрения унификации были выбраны значения промежуточных частот:
0,75*2,8 = 2,1 мСм и С11 
)=1,25 мГнТак как входная проводимость равна 2,1*10-3 См, то RВХ=476 Ом, входная емкость разделительного конденсатора равна СВХ=29пф. Конденсатор колебательного контура имеет емкость равную Скк=10-365 пФ, индуктивность колебательного контура Lrr=1,25 мГН, напряжение питания схемы постоянное 12 В. В соответствии с полученными результатами проведенных расчетов выбрана элементная база.