где rЭ – справочный параметр.
Гц
См
Рассчитаем Y12Э по формуле:
(2.13)
См
(27.75 дБ)
(12.5 дБ)
Полученную величину коэффициента шума необходимо сравнить с допустимым коэффициентом шума, обеспечивающим заданную чувствительность
.
, (2.14)
где Nдоп – допустимый коэффициент шума;
Еа – заданная чувствительность, мкВ;
k = 1.38
10
-23 Дж/К – постоянная Больцмана;
Т0 = 290 К – стандартная температура;
Пш = 1.1·П Гц– эффективная шумовая полоса;
Rа = 75 Ом – активное сопротивление антенны;
γ = 10 (10) Дб– минимально-допустимое отношение сигнал/шум на выходе приемника.
Очевидно, что полученный при расчете коэффициента шума меньше допустимого коэффициента, следовательно, заданная ТЗ чувствительность обеспечивается.
2.7 Распределение усиления между трактами радиоприемника
Распределение усиления в приемнике определяется двумя противоречивыми условиями /7/:
а) с одной стороны, следует стремиться к увеличению усиления во входных цепях и каскадах приемника, так как чем больше коэффициент усиления по мощности первого и следующих за ним каскадов, тем меньше общий коэффициент шума приемника и лучше его чувствительность;
б) с другой стороны, усиление во входных каскадах приемника с точки зрения многосигнальной избирательности должно быть небольшим, чтобы амплитуда сигнала не превышала диапазона линейности каскадов УРЧ, первого преобразователя и т. д.
Общее усиление по напряжению ВЧ тракта приёмника определяется напряжением на входе детектора Uвхд, из обеспечения режима линейного детектирования, и заданной чувствительностью приемника Еа. Обычно оно принимается с двух или трех кратным запасом и определяется следующим выражением /3/, /1/:
, (2.15)
где
Uвхд – напряжение на входе детектора, необходимое для нормальной работы амплитудного детектора;
ЕА – заданная чувствительность.
Для приемников АМ – сигналов на входе детектора необходимо обеспечить Uвхд = 0.2..0.5В.
(100 дБ)
Для линейной работы первого смесителя по входному сигналу необходимо обеспечить напряжение на входе Uвхсм<100..200 мкВ /5/. Тогда коэффициент передачи преселектора:
, (2.16)
где
Uвхсм - напряжение на входе смесителя;
КВЦ – коэффициент передачи входной цепи;
КУРЧ – коэффициент передачи УРЧ.
(23.0 дБ)
Коэффициент передачи первого и второго смесителя (предполагается использовать кольцевые смесители на диодах), обычно имеет величину порядка 0,1 – 0,2. Зададимся коэффициентом передачи первого и второго смесителя:
Ксм1 = Ксм2 = 0.2 (-7 дБ)
Коэффициент усиления каскада первой промежуточной частоты Купч1 выбирают в пределах 10 – 15 /6/, зададимся значением Купч1 = 10 (20 дБ).
Распределим усиление по остальным каскадам приемника.
ФСС1 (ФП2П-4-1-В) в тракте первого УПЧ дает затухание – 0.2 ( - 7 дБ)
ФСС2 (ФП2П-6-524) в тракте второго УПЧ дает затухание - 0.4 ( - 4 дБ)
Коэффициент усиления тракта радиочастоты рассчитывается по формуле:
К0 = Квц * Курч * Ксм1 * Кфсс1 * Купч1 * Ксм2 * Кфсс2 * Купч2 (2.17)
Определим величину усиления которую необходимо получить от УПЧ2
Купч2 = К0/ Квц * Курч * Ксм1 * Кфсс1 * Купч1 * Ксм2 * Кфсс2 (2.18)
Проведем расчет усиления УПЧ2 в дБ, тогда формула (2.18) примет вид:
Купч2 = К0 – (Квц + Курч + Ксм1 + Кфсс1 + Купч1 + Ксм2 + Кфсс2) (2.19)
Купч2 = 100 – ((-2) + 27 + (-7) + (-7) + 20 + (-7) + (-4)) = 80 дБ
Построим диаграмму уровней сигналов и шумов на входе и выходе каскадов приемника.
Рисунок 2.2 - Диаграмма уровней сигнала и шума по каскадам в тракте радиоприемника: 1 – для минимальной входной мощности, 2 - уровень шума
2.8 Оценка динамического диапазона приемника
Динамический диапазон (ДД) приемника ограничен снизу шумами приемника, сверху – пределами линейной части характеристик его каскадов. Строгий расчет динамического диапазона очень сложная работа, в данном проекте будет проведена его оценка по упрощенной методике /3/.
Первыми каскадами приемника являются УРЧ на биполярном транзисторе и кольцевой смеситель на диодах. Далее следует ФСС. Динамический диапазон приемника определяется динамическим диапазоном того каскада, стоящего до ФСС, у которого этот диапазон минимален.
Исходные параметры для расчета ДД:
УРЧ обладает следующими параметрами:
NУРЧ = 3.16 (5 дБ);
GУРЧ = 24.4 (13.9 дБ);
АВЫХ УРЧ = 8 дБм.
СМ (кольцевой смеситель на диодах) обладает следующими параметрами:
NСМ = 4 (6 дБ);
GСМ = 0.2 (-7 дБ);
АВЫХ СМ = 15 дБм.
АВХ СМ = АВЫХ СМ- GСМ = 15 + 7 = 22 дБ
Получим АВЫХ УРЧ = 8 дБм < АВХ СМ = 22 дБ
При расчете приемника его каскады должны быть согласованы по максимальному допустимому уровню входных и выходных сигналов. Значение АВЫХ первого каскада должно быть больше или равно значению АВХ второго каскада /5/.
Совместный коэффициент шума УРЧ и смесителя определим по формуле:
(2.20) (5.16 дБ)
Мощность шума, приведенная к входу приемника, рассчитывается по формуле:
, (2.21)где
П – отношение полосы пропускания приемника к полосе 1 Гц;
N – безразмерный коэффициент шума преселектора.
дБРассчитаем уровень полезного сигнала на входе приемника по формуле:
АВХ = АВХ. СМ – GУРЧ (2.22)
АВХ = АВЫХ УРЧ – GУРЧ = 8 дБм – 13.9 дБм = – 5.9 дБм.
Рассчитаем динамический диапазон по формуле:
(2.23) дБТаким образом, значение динамического диапазона по соседнему каналу равно 82.3 дБ.
3 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
3.1 Входное устройство
На этапе эскизного проектирования было принято решение о применении полосовых фильтров во входной цепи радиоприемного устройства. Система из восьми полосовых неперестраевыемых фильтров обеспечит работу радиоприемника во всем заданном диапазоне частот. Диапазон частот от 5 до 30 МГц будет разбит на 8 полурастянутых поддиапазонов. На рисунке 3.1 изображен неперестраевыемый полосовой фильтр.
Рисунок 3.1 - Схема электрическая полосового фильтра
Восемь таких полосовых фильтров объединены в систему. Ее работой управляет селектор каналов приема. Сигнал частоты, на которой осуществляется прием и которая может быть любой в интервале от 5 до 30 МГц, от антенны поступает на вход селектора каналов приема. Этот селектор каналов обеспечивает определенные полосы пропускания, соответствующие приведенным в таблице 1.1 полурастянутым поддиапазонам.
Применение данного схемного решения исключает использование малоэффективных перестраиваемых резонансных систем во входных цепях, а так же снижает время настройки приемника /6/. Катушки, используемые в контурах двухпроводные, а, следовательно, просты в исполнении.
Коммутацию КВ - поддиапазонов предполагается осуществлять с помощью миниатюрных реле.
С выхода селектора каналов сигнал поступает на вход ВЧ – аттенюатора, реализованного на р - i – n - диоде. Который, в том случае, если амплитудное значение высокочастотного сигнала невелико, находится в состоянии максимальной высокочастотной проводимости. Следовательно, проходящий через него высокочастотный сигнал, практически, не ослабевает. Применение аттенюатора на р - i – n - диоде позволяет плавно регулировать величину сигнала. А значит, такой ВЧ – аттенюатор хорошо поддается непрерывному регулированию /36/.