Радиоприемные устройства цифровых систем радиосвязи

ВВЕДЕНИЕ

Такой предмет, как " Радиоприемные устройства цифровых систем радиосвязи " является профильным предметом. Изучение данной дисциплины включает в себя как теоретические, так и практические занятия. Целью данного курсового проекта является: 1) освоение методики расчета шумовых параметров РПМУ в целом, так  и отдельных его каскадов; освоение методики расчета чувствительности РПМУ; привитие навыков разработки путей оптимизации РПМУ (с точки зрения достижения максимальной чувствительности приема) на основе  анализа шумовых параметров его каскадов; 2) освоение методики расчета избирательности РПМУ в целом, так  и отдельных его каскадов; освоение методики расчета частот паразитных каналов супергетеродинного приемника и воздействия помех; привитие навыков разработки путей оптимизации РПМУ (с точки зрения достижения максимальной частотной избирательности) на основе  анализа параметров действующих помех и режимов работы  каскадов РПМУ. В данном курсовом проекте требуется освоить методики расчета и анализа параметров радиоприемного устройства (РПМУ). Чувствительность и избирательность – одна из основных характеристик радиоприёмного устройства. Основная задача радиоприемного устройства сводится к выделению полезного радиосигнала из множества других сигналов и возможных помех, а это не возможно без расчета необходимой чувствительности и избирательности. Область задач этой работы непосредственно примыкает к специальным предметам,  т.е эта курсовой проект является актуальным в настоящее время.

Данный курсовой проект содержит 18 листов, 4 рисунка и четыре таблицы.

1 АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РАДИОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА

Индивидуальные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 -  Индивидуальные данные для задания 1

№ варТА,  КRa, ОмLкаб дБLвy, дБКр урч, дБКш урч дБКр прч. дБКш прч. дБLф. дБΔFф, кГцКш упч, дБq0, дБ0225075311422522500109

Структурная схема додетекторного высокочастотного (ВЧ) тракта (тракт радиочастоты и такт промежуточной частоты) представлена на рис. 1. Приемная установка включает антенну, антенный кабель и собственно приемник. Узлы приемника:

  •  входное устройство (ВУ);
  •  резонансный усилитель радиочастоты (УРЧ);
  •  преобразователь частоты (ПрЧ);
  •  фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ);
  •  усилитель промежуточной частоты (УПЧ).

Детектор и последующие каскады на рис.1 не показаны.

Рисунок 1 - Структурная схема додетекторного тракта приемника.

1.1  Расчет чувствительности радиоприемного устройства

Пусть задана структурная схема супергетеродинного приемника с параметрами функциональных узлов:

Антенна: TA = 250 K, RА = 75 Ом Кабель: LКАБ = 3 дБВУ: LВУ = 1дБУРЧ: KP УРЧ = 14 дБ; KШ УРЧ = 2 дБПрЧ: KP ПРЧ = 2 дБ; KШ ПРЧ = 5 дБФСИ: LФ = 2 дБ; ∆FФ = 2500 кГцУПЧ: KШ УПЧ = 10 дБТребуемое отношение С/Ш: q0 = 9 дБ

1. Переводим исходные данные, заданные в децибелах, в разы с помощью известного соотношения

 

Тогда:

LКАБ = 10 3/10 = 1.995;LВУ = 10 1/10 = 1.259;KP УРЧ = 10 14/10 = 25.119;  KШ УРЧ = 10 2/10 = 1.585;KP ПРЧ = 10 2/10 = 1.585;   KШ ПРЧ = 10 5/10 = 3.162;LФ =10 2/10 = 1.585;KШ УПЧ = 10 10/10 = 10;q0 = 10 9/10 = 7.943.

2. Определяем, согласно (15), значения коэффициентов передачи и коэффициентов шума пассивных узлов (кабеля, ВУ, ФСИ):

KP КАБ = 1 / LКАБ = 1 / 1.995=0.501; KШ КАБ = LКАБ = 1.995;KP ВУ = 1 / LВУ = 1 / 1.3490 = 0.794;   KШ ВУ = LВУ = 1.259;KP Ф = 1 / LФ = 1 / 1.585= 0.630;        KШ Ф = LФ = 1.585.

Далее задача может быть решена различными способами.

3. Вычисляем, согласно (10), значения шумовой температуры каждого каскада приемника

TКАБ = (KШ КАБ - 1) T0 = (1.995-1) ∙293 = 291.53 K;TВУ = (KШ ВУ - 1) T0 = (1.259-1) ∙293 = 75.88 K;TУРЧ = (KШ УРЧ - 1) T0 = (1.585-1)∙293 = 171.41 K;TПРЧ = (KШ ПРЧ - 1) T0 = (3.162-1)∙293 = 633.47 K;TФ = (KШ Ф - 1) T0 =(1.585- 1) ∙293 = 171.41 K;TУПЧ = (KШ УПЧ - 1) T0 = (10- 1)∙293 = 2637 K.

4. Основываясь на (13), рассчитываем шумовую температуру приемника в целом. При этом обязательно фиксируем удельный вклад каждого каскада (16)

K.

Tпр=К

Выделенные значения характеризуют вклад каждого каскада в общую шумовую температуру приемника. Они понадобятся на этапе анализа возможности снижения шумов.

5. Находим, используя (9), коэффициент шума приемника

или 6.17 дБ.

6. Определяем суммарную шумовую температуру приемника и приемной антенны

TS = T А + TПР = 250 +1212.1= 1462.1 K.

7. Вычисляем суммарную шумовую мощность на входе приемника, полагая, что ΔFЭФ ≈ΔFФ = 2500 кГц,

PШ S = k ∙TS∙ΔFЭФ = 1.38 · 10 -23 · 1462.1 ·2500= 5.1 · 10 -17 Вт.

8. Рассчитываем искомое значение чувствительности приемника

PА0 = q0 · PШ S = 9 · 5.1 · 10 -17 = 4.59 · 10 -16 Вт.

Вычисляем значение чувствительности в децибелах относительно 1 мВт

дБм

и по формуле (16) в единицах напряжения

= 3.71 · 10 -7 В = 37.1 мкВ.

1.2 Анализ полученных результатов

1. Сравнение значений шумовой температуры анализируемого приемника (TПР = 1119.66 K) и антенны (TA = 250 K) позволяет утверждать, что TПР>>TA. Следовательно, при уменьшении TПР возможно значительное улучшение чувствительности приемной установки. Таким образом, снижение шумов приемника целесообразно.

          2. Можно рекомендовать использовать УРЧ с меньшим уровнем собственных шумов. Например, если применить УРЧ с KШ УРЧ =1 дБ (в анализируемой структуре KШ УРЧ = 2 дБ), то шумовая температура будет определяться следующими слагаемыми:

KШ УРЧ = 10 1/10 = 1.26

TУРЧ = (KШ УРЧ - 1) T0 = (1.26 -1)∙293 =76.18 K  

TПР =  K.

Следовательно, TПР уменьшится и доля шумов УРЧ будет меньше.

   Рассчитываем чувствительность для TПР = 990.13 К

  1.  Находим коэффициент шума приемника

или 5.29дБ.

TS = T А + TПР = 250 + 990.13 = 1240.13K.

7.   Вычисляем суммарную шумовую мощность на входе приемника, полагая, что ΔFЭФ ≈ΔFФ = 2500 кГц

PШ S = k ∙TS∙ΔFЭФ = 1,38 · 10 -23 · 1240.13· 2500  = 4.3· 10 -17  Вт.

8.  Рассчитываем искомое значение чувствительности приемника

PА0 = q0 · PШ S = 7.943 · 4.3· 10 -17  = 3,4· 10 -16 Вт.

Вычисляем значение чувствительности в децибелах относительно 1 мВт

            дБм

и в единицах напряжения

=3,19·В = 31.9 мкВ.

Вывод: Таким образом, подключение ВУ и УРЧ непосредственно к антенне, а так же использование кабеля с меньшими потерями и УРЧ с меньшим уровнем собственных шумов,  позволяет существенно снизить шумы приемника. Дальнейшее уменьшение шумов возможно при снижении потерь в УРЧ. Однако, с учетом того, что TА = 250 K, это не даст заметного улучшения чувствительности.

2 АНАЛИЗ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ РАДИОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА

Индивидуальные данные приведены в таблице 2, 3

Таблица 2 -  Индивидуальные данные для задания 2

№ВариантаСигналПомеха 1Помеха 2Помеха 3fcМГцUсамкВfп1MГцUп1AмВfп2МГцUп2AмВfп3МГцUп3AмВ29.80557.401406.111909.78230

Таблица 3 -  Продолжение таблицы 2

№вариантаВУУРЧПрЧФСИчисло контуровQкэηQкэТип настройкиТип схемы ПрЧfпчМГцΔFфкГцSск дБ/кГц2160-70НижняяКольцевая1.6158

2.1 Расчет избирательности радиоприемного устройства

Пусть задана структурная схема супергетеродинного приемника (рис . 1), на входе которого действуют:

сигнал  с частотой  fс=9.80 МГц  и амплитудой UсА=55 мкВ;

три помехи с частотами и амплитудами: fп1=7.40 МГц,   Uп1А=140 мВ,   fп2=6.11 МГц,   Uп2А=190 мВ,   fп3=9.78 МГц,   Uп3А=230 мВ.

В приемнике используется нижняя настройка, т. е fпч= fс – fг.

Значение промежуточной частоты: fпч =1.6 МГц.

Во входном устройстве применен одноконтурный фильтр с K0ву = 0.4, Qкэ = 60.

Резонансный УРЧ имеет К0урч = 5, Qкэ = 70.

Преобразователь частоты построен по  кольцевой схеме.

Параметры ФСИ: ΔF =15 кГц, Sск =8 дБ/кГц, σпп = 3 дБ.

  1.  Рассчитываем частоту гетеродина
  2.  fг = fс – fпч = 9.8 – 1.6 = 8.2 МГц2. По формуле   (17) определяем частоты каналов (fкп) приема при q, s< 2, fг=8.2 МГц, fпч=1.6 МГц. Результаты расчетов сводим в табл. 4.

Таблица 4 - Результаты расчетов 

qsfКП, МГцПримечания011.6Канал на ПЧfП = fПЧ023.22 ∙ fП= fПЧ119.8Основной каналfС - fГ = fПЧ116.6Зеркальный каналfГ- fП = fПЧ124.92 ∙ fП - fГ= fПЧ123.3fГ-2 ∙ fП= fПЧ2118fП-2 ∙ fГ= fПЧ2114.82 ∙ fГ - fП= fПЧ2292 ∙ fП-2 ∙ fГ= fПЧ227.42 ∙ fГ - 2 ∙ fП= fПЧ

Убеждаемся, что один из каналов приема соответствует частоте сигнала (6.6 МГц). Частота зеркального канала fзк=6.6 МГц, канала на промежуточной частоте fпч=1.6 МГц. Строим диаграмму (рис. 2), иллюстрирующую расположение fкп на частотной оси. Каждый канал приема условно показываем в виде "дельта-функции". На самом деле каналы имеют конечную полосу пропускания, зависящую от ΔFф. Около каждого канала обязательно показываем соответствующие значения s и q. Чем выше порядок комбинационного преобразования (s+q), тем, в общем случае, меньше интенсивность дополнительного канала приема, что на диаграмме изображаем приближенно высотой "дельта-импульса".

Рисунок 2 - График побочных каналов приема и помех

3. Сравниваем значения частот помех на входе приемника fп1, fп2, fп3 с частотами дополнительных каналов приема. Убеждаемся, что частота fп1 =7.40 МГц совпадает с частотой канала приема при q=2, s=2.Частота fп3 =9.78 МГц близка к частоте основного канала, поэтому первая помеха возможно окажется опасной из-за неидеальности ФСИ (помеха по соседнему каналу).

Помеха с частотой fп2 =6.11 МГц не попадает ни в один из каналов приема. Проверка опасности второй помехи с точки зрения многосигнальной избирательности будет проведена ниже.

4. Определяем ослабление 1-й помехи (с частотой fп1 =7.40 МГц) в отдельных каскадах ВЧ тракта приемника.

Рассчитываем ослабление 1-й помехи во входном устройстве. Для этого, согласно (19), рассчитываем значение обобщенной расстройки, соответствующей fп1

Рассчитываем ослабление 1-й помехи в УРЧ

 

Далее определяем

 

Σурч 1= -20 lg[γурч(fп1)] = -20 lg(0.018) = 80.3 дБ

Σурч 2= -20 lg[γурч(fп2)] = -20 lg(0.021) = 77.3 дБ

Ослабление 1-й помехи в преселекторе 

Σпрес 1=σурч2+ σурч 1= 80.3 + 77.3 = 157.6дБ

По табл.2 для кольцевой схемы определяем дополнительное ослабление в ПрЧ dпрч(fп1) = 0.03, что соответствует

Σпрч1= -20 lg[dпрч(fп1)] = -20 lg(0.03) = 30.5 дБ

Ослабление 1-й помехи в ФСИ равно нулю, так как после преобразования частота помехи (при s=2, q=2):

 fпр1= 2 ∙ fп1 - 2 ∙ fг = 2 ∙10 - 2 ∙9 = 2 МГц

точно совпадает с fпч, т. е. с центральной частотой настройки ФСИ. Таким образом σф1=0 дБ.

5. Для 1-й помехи по (28) определяем отношение сигнал-помеха на входе детектора:

 дБ

6. Определяем по (29) значения напряжения 1-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ:

Uп1урч = Uп1А K0ву γурч (fп1) = 140∙0.4∙ 0.018 = 1.008мВ;

Uп2 урч = Uп1А K0 ВУ γурч (fп1) K0 урч γурч(fп2)= 140 ∙0.4∙  0.062 ∙ 5 ∙0.021 = 0.11мВ.

Напряжение 1-й помехи на входе УРЧ не превышает 10 мВ, что позволяет не принимать во внимание нелинейное взаимодействие 1-й помехи с сигналом в этих каскадах.

7. Определяем ослабление 3-й помехи (с частотой fп3 = 9.78 МГц) в отдельных каскадах ВЧ тракта приемника.

Отстройка помехи от частоты сигнала составляет Δfп3 = | fп3 – fс | = 9.78 -9.8 = 0.02 МГц = 20 кГц, что сопоставимо с полосой пропускания ФСИ, следовательно, помеха находится в одном из соседних каналов и через преобразователь частоты пройдет с тем же коэффициентом передачи, что и сигнал, т.е. dпрч(fп2)=1,σпрч2=0дБ.Основное ослабление 3-й помехи должен обеспечить ФСИ. В соответствии с (22) записываем:

откуда получаем

кГц

и в соответствии с (23)

σф3 = σпп + Sск ∙Δf3 = 3 + 8 ∙12.5 = 103 дБ

Далее можно сосчитать σурч3.1 и σурч3.2  , однако очевидно, что в нашей задаче они будут очень малы, так как при добротности одиночного контура Qкэ = 60 его полоса пропускания составляет

 кГц

При добротности одиночного контура Qкэ = 70 его полоса пропускания составляет

кГц

т. е. помеха с fп3 попадает в полосу пропускания  УРЧ. Считаем, что σурч3.1 = σурч3.2   =0. Этот вывод подтверждают и построенные ниже (в п. 11) характеристики избирательности УРЧ и преселектора.

8. Для 3-й помехи по (28) определяем отношение сигнал-помеха на входе детектора:

дБ

9. Значения напряжения 3-й помехи на входах УРЧ  составляют:

 Uп1урч = Uп3А K0ву = 230∙0.4 = 92 мВ;

Uп2 урч = Uп3А K0ву K0урч = 230∙0.4∙5 = 460 мВ.

Напряжение 3-й помехи на входе УРЧ существенно выше (460 мВ и 92 мВ), поэтому при проектировании приемника с учетом требований многосигнальной избирательности [4] следует рассмотреть возможность ее нелинейного взаимодействия с fп1, fп3 и fс.

10. Помеха с частотой fп2 = 6.11 МГц не попадает ни в один из дополнительных каналов приема и ее уровень после ФСИ будет пренебрежимо мал. Таким образом, можно принять σп2→∞.

Это, однако, не означает, что данная помеха не может представлять опасности радиоприему. Проверим, является ли напряжение помехи на входах УРЧ достаточным для возникновения в этих каскадах нелинейных эффектов, приводящих к блокированию, перекрестной и интермодуляции.Определяем по (19), (20) и (21) значения относительной расстройки и относительных коэффициентов передачи, соответствующих 2-й помехе:

Определяем ослабление 2-й помехи в УРЧ и преселекторе:

ΣурчЧ 2.1 = -20 lg[γурч(fп2)] = -20 lg(0.013) = 86.85 дБ

ΣурчЧ 2.2 = -20 lg[γурч(fп2)] = -20 lg(0.012) = 88.45 дБ

Σпрес 3= σурч 2.1+ σурч 2.2= 86.85 +88.45 =175.3дБ

Далее по (29) находим значения напряжения 2-й помехи на входах УРЧ и соответственно:

Uп2урч=Uп2А∙K0ву∙σву(fп2.1)=190∙0.4∙0.013=0.988мВ;Uп2 урч = Uп2А K0ву∙σву(fп2.1)∙K0урч∙σурч(fп2.2) = 190∙0.4∙0.013∙5∙0.012 = 0.059мВ.

Эти напряжения существенно ниже 10 мВ и не могут вызвать нелинейных эффектов.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Целью данного курсового проекта является: 1) освоение методики расчета шумовых параметров РПМУ в целом; 2) освоение методики расчета избирательности РПМУ в целом, так  и отдельных его каскадов

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Договор купли-продажи пая. Образец

Стороны определили стоимость продаваемого по настоящему договору Пая..

Політологія

Політологія в системі суспільних наук. Ідейно-політичні течії сучасності Демократичні традиції в історії українського державотворення Форми демократії та демократичні процедури. Форма державного устрою України. Влада, політичні партії, вибори. Політична соціалізація, політична свідомість.

Организация здравоохранения и общественное здоровье (ОЗиЗО)

Задачи с ответами по специальности «Лечебное дело»

Итоговый междисциплинарный экзамен. Профессиональная задача для собеседования. Ответы

Маршрут обработки детали «полумуфта»

Контрольная работа по дисциплине: Технология машиностроения

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok