Приймач сигналів для радіомовлення та системи радіокерування

Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет радіоелектроніки

Кафедра радіоелектронних пристроїв

КУРСОВА РОБОТА

Пояснювальна записка

Тема: “ Приймач сигналів для радіомовлення та системи радіокерування.”

Розробив :Керівник:

студент гр. РТ-12-3 Цопа О.І

___________________

(підпис)

“__”__________2015р.

Харків 2015

Содержание

Введение………………………………………………………..……2

Выбор и обоснование структурной схемы……………………...…3

Эскизный расчет радиоприемного устройства……………………9

Расчет узла входного устройства (ВУ)………………………….14

Вывод………………………………………………………………16

Перечень ссылок…………………………………………………..17

Введение

Радиоприемник является одним из наиболее распространенных радиотехнических устройств, значение которого в экономической, социальной и культурной жизни людей огромно. Радиосвязь невозможна без радиоприемника, с изобретением которого практически и началась эра радио.

В состав радиоприемного устройства входят собственно радиоприемник, антенна и оконечное устройство. Антенна воспринимает энергию электромагнитного поля и преобразует ее в радиочастотное напряжение. Приемник выделяет из спектра входных колебаний полезные сигналы; усиливает их за счет энергии местного источника питания; осуществляет обработку, ослабляя действие помех, присутствующих во входном колебании; детектирует радиочастотные сигналы, формируя колебания, соответствующие передаваемому сообщению. В оконечном устройстве энергия выделяемых сигналов используется для получения требуемого выходного эффекта – звукового, визуального, механического и т.д. Оконечное устройство может быть совмещено с приемником или представлять собой отдельное устройство.

Достижения и тенденции техники радиоприема в последние десятилетия обусловлены взаимосвязанными процессами развития интегральной микроэлектроники, внедрения методов и средств цифровой обработки сигналов и вычислительной техники и дальнейшего освоения микроволновых диапазонов. Цифровые интегральные модули средней и большой степени интеграции обеспечивают повышение технических и эргономических показателей приемников. Внедрение микропроцессоров позволяет автоматизировать радиоприемные устройства; реализовать эффективные методы обработки сигналов, анализ помеховой обстановки с использованием результатов для адаптивного регулирования приемника и др. Все это расширяет функциональные возможности приемников, упрощает технологию изготовления, обеспечивает удобство эксплуатации.

Развитие спутниковой связи привело к совершенствованию приемников СВЧ, в частности к внедрению малошумящих квантовых и параметрических усилителей. Последние десятилетия характеризуются освоением миллиметрового диапазона волн и волн оптического диапазона.

2. Выбор и обоснование структурной схемы

Структурные схемы приемников различаются построением тракта радиочастоты, в котором может осуществляться прямое усиление входных сигналов и усиление их с преобразованием частоты.

В приемниках прямого усиления тракт радиочастоты содержит входную цепь (ВЦ) и усилитель поступающего с антенны радиосигнала – так называемый усилитель радиосигнала (УРС). В этом случае все резонансные цепи настроены на частоту принимаемого радиосигнала, на которой и осуществляется усиление. Входная цепь обеспечивает предварительную частотную селекцию до первого каскада УРС, а сам УРС – основную частотную селекцию и до детекторное усиление сигналов. Резонансные контуры ВЦ и УРЧ перестраиваются в пределах нужного диапазона рабочих частот. Так как обычно необходима высокая избирательность и усиление, то может потребоваться несколько усилительных каскадов и резонансных контуров. Из-за конструктивной сложности реализации перестройки число контуров редко превышает 3...4. При этом усиление на радиочастоте может оказаться неустойчивым, а селективность недостаточной.

Для уменьшения числа усилительных каскадов и упрощения конструкции в тракте радиочастоты приемников прямого усиления используются регенеративные и суперрегенеративные усилители. В приемнике с регенеративным усилителем за счет положительной обратной связи в резонансный контур вносится отрицательное сопротивление, частично компенсирующее потери в нем, что увеличивает коэффициент усиления. Однако такие приемники обладают невысокой устойчивостью, так как работают в режиме близком к самовозбуждению. При этом возможно проникновение генерируемых колебаний в антенну, а их излучение ведет к усилению помех другим приемником, что крайне нежелательно с точки зрения электромагнитной совместимости.

В суперрегенеративном приемнике положительная обратная связь с УРС периодически изменяется с некоторой вспомогательной частотой, значительно превышающей частоту модуляции сигнала. Суперрегенеративному приемнику, как и регенеративному, свойственны искажения сигналов и интенсивные паразитные излучения, что не отвечает требованиям электромагнитной совместимости. Их достоинством является малая мощность источников питания при минимальных размерах и массе. Поэтому подобная структура используется для портативных приемников, допускающих большой уровень искажений.

Супергетеродинный приемник:

Наибольшее распространение для подавляющего большинства радиосистем различного назначения получила супергетеродинная структура приемника с одно- или многократным преобразованием частоты (рис.2.1).

Часть приемника – преселектор, включающий ВЦ и УРС, подобен структуре приемника прямого усиления и обеспечивает чувствительность и предварительную селекцию по частоте. С выхода преселектор напряжение сигналов и помех поступает на преобразователь частоты (ПЧ), где происходит изменение несущей частоты сигнала

Рис.2.1. Структурная схема приемника супергетеродинного типа с амплетудной модуляцией

Для этого сигнал и колебания местного генератора - гетеродина (Г) одновременно воздействуют на смеситель (См), представляющий собой нелинейный или параметрический элемент.

В результате на выходе смесителя возникает колебание, содержащие составляющие с частотой сигнала и его гармоник, гетеродина и его гармоник и большое число комбинационных составляющих с частотами (n,m=0,1,2...- целые числа). Одна из этих комбинационных частот и используется в качестве новой несущей частоты выходного сигнала, называется промежуточной частотой:

(2.1)

Поскольку сигнал несет в себе полезную информацию, в процессе преобразования частоты эта информация должна сохраняться, то есть ПЧ должен быть линейным. Таким образом, в процессе преобразования частоты происходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих. Частотно-избирательные блоки, расположенные за смесителем, настроены на частоту и называются усилителями сигналов промежуточной частоты (УСПЧ). Промежуточная частота всегда фиксирована, не зависит от частоты принимаемого сигнала и выбирается намного ниже частоты сигнала. Поэтому на частоте легко обеспечить требуемое устойчивое усиление. Так как УСПЧ не перестраивается по частоте, то это позволяет получить в супергетеродинном приемнике высокую частотную избирательность при неизменной полосе пропускания, а также реализовать оптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные фильтры на промежуточной частоте. Таким образом, в супергетеродинном приемнике устраняются основные недостатки приемника прямого усиления.

Детекторный приемник

Детекторный приёмник — самый простой, базовый, вид радиоприёмника. Не имеет усилительных элементов и не нуждается в источнике электропитания — использует исключительно энергию принимаемого радиосигнала.

Рис.2.2. Структурная схема приемника детекторного типа

Состоит из колебательного контура, к которому подключены антенна и заземление, и диодного (в более раннем варианте кристаллического) детектора, выполняющего демодуляцию амплитудно-модулированного сигнала. Сигнал звуковой частоты с выхода детектора, как правило, воспроизводится высоко-омными наушниками. Настройка приёмника на частоту радиостанции производится изменением индуктивности контурной катушки или ёмкости конденсатора (последний может отсутствовать, его роль выполняет ёмкость антенны).

Даже для приёма мощных радиостанций детекторный приёмник требует как можно более длинной и высоко подвешенной антенны (желательно десятки метров), а также правильного заземления. Этим в большой степени определяется чувствительность  приёмника.  Избирательность детекторного приёмника относительно невысока и полностью зависит от добротности колебательного контура.

Немногие важные достоинства детекторного приёмника — он не требует источника питания, очень дешев и может быть собран из подручных средств. Подключив к выходу приемника любой внешний усилитель низкой частоты, можно получить приемник прямого усиления. Благодаря этим преимуществам детекторные приемники широко применялись не только в первые десятилетия радиовещания, но и значительно позже — в 1930-е — 1940-е гг., когда уже господствовала ламповая радиоаппаратура. Ради улучшения характеристик схему иногда усложняли: вводили элементы согласования входа приемника с антенной, добавляли второй и даже третий колебательный контур, использовали  трансформаторную или автотрансформаторную связь между колебательным контуром и детектором и т. д. Путем некоторых схемных ухищрений удается даже получить громкоговорящий прием мощных станций.

Детекторные приёмники применялись не только для приема амплитудно-модулированных сигналов, но и немодулированных незатухающих колебаний (например, телеграфии с амплитудной манипуляцией). Детектор преобразует немодулированный сигнал в постоянный ток, который не создает звука в наушниках, поэтому к выходу приёмника вместо наушников подключается какое-либо электромеханическое устройство, преобразующее постоянный ток в звук, например, зуммер или тиккер.

По крайней мере одна модель детекторного приемника выпускалась советской промышленностью примерно до второй половины 1950-х гг. («Комсомолец»), позже — только в виде наглядных пособий для школ. В то же время сборка детекторного приемника считалась полезным практикумом для начинающих радиолюбителей и входила в программу детских радиокружков. Среди радиолюбителей до сих пор сохраняется определенный интерес к постройке детекторных приемников, но уже скорее эстетический, чем технический.

Радиоприёмник прямого усиления

Радиоприёмник прямого усиления (герадеаус) состоит из колебательного контура, нескольких каскадов усиления высокой частоты, квадратичного амплитудного детектора, а также нескольких каскадов усиления низкой частоты.

Рис.2.3. Структурная схема приемника прямого усиления

Колебательный контур служит для выделения сигнала требуемой радиостанции. Как правило, частоту настройки колебательного контура изменяют конденсатором переменной ёмкости. К колебательному контуру подключают антенну, иногда и заземление.

Сигнал, выделенный колебательным контуром, поступает на усилитель высокой частоты. Усилитель высокой частоты (УВЧ), как правило, представляет собой несколько каскадов избирательного транзисторного усилителя. С УВЧ сигнал подаётся на диодный или транзисторный детектор, с детектора снимается сигнал звуковой частоты, который усиливается ещё несколькими каскадами усилителя низкой частоты (УНЧ), откуда поступает на динамик или наушники.

В литературе приёмники прямого усиления классифицируют по числу каскадов усилителей низкой и высокой частоты. Приёмник с n каскадами усиления высокой и m каскадами усиления низкой частоты обозначают n-V-m, где V обозначает детектор. Например, приёмник с одним каскадом УВЧ и одним каскадом УНЧ обозначается 1-V-1. Детекторный приёмник по этой системе обозначается 0-V-0. Изначально буквой V обозначался детекторный каскад на электронной лампе, для других видов детекторов применялись другие буквы.

Главное преимущество приёмника прямого усиления — простота конструкции, в результате чего его может собрать даже начинающий радиолюбитель. В СССР в 1970-80 гг продавались, а в других странах продаются и ныне, радио конструкторы — наборы деталей для изготовления приёмника прямого усиления на транзисторах. Кроме того, радиоприёмники прямого усиления (в отличие от супергетеродинных приёмников) отличаются отсутствием паразитных излучений в эфир, что может быть важно, если необходима полная скрытость приёмника. Имеется и ряд других преимуществ, из которых такие как:

- Большой динамический диапазон,

- Широкая полоса воспроизводимых звуковых частот,

- Линейность,

- Отсутствие «зеркальных» и прочих побочных каналов,

- Отсутствие свистов при перенастройке — привели к тому, что сейчас именно этот тип приёмника закладывается в основу программно-определяемого радио при работе на частотах до десятков МГц, где возможна работа современных доступных АЦП напрямую, без преобразования частоты.

Основной недостаток приёмника прямого усиления — малая селективность (избирательность), то есть малое ослабление сигналов соседних радиостанций по сравнению с сигналом станции, на которую настроен приёмник (к регенеративному приёмнику, являющемуся разновидностью приёмника прямого усиления, это не относится). Поэтому этот тип приёмников удобно использовать только для приёма мощных радиостанций, работающих в длинноволновом или средневолновом диапазоне. Из-за этого недостатка приёмники прямого усиления не производятся промышленностью и в основном используются ныне только в радиолюбительской практике. Улучшить избирательность можно при помощи двухконтурной входной цепи.

Как правило, радиоприёмники этого типа могут принимать только амплитудно-модулированные радиопередачи. Также желательно подключение внешней антенны и заземления, в связи с их невысокой чувствительностью, ограниченной усилением. Повышение чувствительности приёмника прямого усиления путём повышения коэффициента усиления УВЧ выше определённого предела бессмысленно, т.к. УВЧ может, во-первых, самовозбудиться, а во-вторых, при приёме мощных станций звук будет искажён из-за перегрузки. Избавиться от обоих вышеописанных недостатков можно, добавив в приёмник АРУ.

Трёх программные приёмники проводного вещания также используют схему прямого усиления; вещание 2-й и 3-й программ идёт на частотах в несколько десятков КГц.

По схеме прямого усиления работал и знаменитый телевизор КВН. Это оказалось возможным благодаря тому, что он принимал только 3 канала в метровом диапазоне волн, телевизионные каналы достаточно разнесены для достижения хорошей селективности и при прямом усилении, а телепередатчиков в то время в СССР было мало.

3. Эскизный расчет радиоприемного устройства

Определение ширины полосы пропускания тракта высокой частоты

Оптимальная полоса пропускания сигнала для приемника с импульсной модуляцией:

Пc=(1…2)τu; (3.1)

где τu=28мкс по заданию.

Пc=131*10-6= ≈ 35,7кГц

Расчет коэффициента шума линейного тракта РПрУ

Чувствительность – одна из основных характеристик радио-приёмного устройства. Она определяет его способность принимать слабые сигналы. Невозможность приёма очень слабых сигналов обусловлена не тем, что их нельзя усилить до нужного уровня, а тем, что в радиоприёмнике кроме полезного сигнала присутствуют шумы – как внешние, принимаемые антенной, так и собственные, возникающие в каскадах приёмника. Поэтому, усиливая сигнал, мы будем одновременно усиливать и шумы.

Для выбора структурной схемы преселектора необходимо рассчитать допустимый коэффициент шума (Шд) приемника используя заданную реальную чувствительность.

Так как заданы чувствительность приемника ЕА=3мкВ и соотношение сигнал шум на входе приемного тракта q=2, то можно рассчитать коэффициент шума приемника исходя из формулы для чувствительности:

ЕА=4kT0RAПШКрф-1q; (3.2)

где Дж/К – постоянная Больцмана,

К – нормальная температура,

=120 Ом – сопротивление антены,

Ш – коэффициент шума,

=0,7 – коэффициент передачи мощьности фидерного тракта.

П – оптимальная полоса пропускания сигнала для приемника

Таким образом, выражаем из формулы (3.2) коэффициент шума:

Ш=ЕА24kT0RAПq+1Крф; (3.3)

Ш=(3*10-6)24*1,38*10-23*300*120*35,7*103*2+1*0,7=44,7

Следовательно коэффициент шума равен Ш=44,7.

Выберем из Таблицы 3.1 действующую высоту антенны и ее активное внутреннее сопротивление , учитывая что наше радиоприемное устройство работает в КВ (короткие воны) диапазоне.

Таблица 3.1 – Таблица значений hд и RА от типов антенны

Для нашего приемного устройства выбираем внешнюю антенну со следующими параметрами:

- hд=1,6 м;

- RА=120 Ом.

Обеспечение частотной избирательности РПрУ.

Избирательность по соседнему каналу — это способность приемника принимать полезный сигнал на заданной частоте канала с заданной вероятностью ошибки в присутствии мешающего сигнала по соседнему каналу. Обычно для задания избирательности по соседнему каналу предъявляются требования к глубине подавления частоты первого и второго соседних каналов.

В ряде схем приемников, таких как  супергетеродин  или  супергетеродин с двойным преобразованием частоты, кроме основного канала приема присутствуют побочные каналы приема, такие как зеркальный канал первой и второй промежуточной частоты, прямое прохождение по каналу первой и второй промежуточной частоты. Эти каналы возникают в результате не идеальности главного тракта приема. Причины образования этих каналов приема мы рассмотрим подробнее в следующих главах.

При задании требований к радиоприемнику задаются параметры, определяющие подавление сигналов побочных каналов приема. Обычно требования по побочным каналам приема задаются не хуже подавления по соседнему каналу, а в ряде случаев значительно жестче. Подавление побочных каналов в современных аналоговых трактах приема составляет не менее 80 дБ.

Если промежуточная частота приемника задана fпч, то следует выбирать эквивалентное затухание колебательного контура преселектора из условия dэр=0,01..0,02 и определять обобщенную расстройку зеркального канала:

- при верхней настройке гетеродина

(3.4)

где fс=42,5МГц, fпч=8000кГц по заданию.

Следуя из формулы (3.4) εзк в=34,5.

Избирательность по зеркальному каналу, исходя из задания, равна Dзк=42дБ.

Эквивалентная добротность контура рассчитывается по формуле:

Qэк=1dэк; (3.5)

где dэк – минимальное собственное затухание в эквивалентном контуре. В данном случае оно выбирается в раене 0,006-0,01.

Исходя из формулы (3.5) Qэк=100, при dэк=0,01.

На этапе выбора и обоснования структурной схемы приемника необходимость применения резонансного УВЧ определяется расчетом числа контуров п, работающих на частоте принимаемого сигнала при заданной избирательности по зеркальному каналу:

n=Dзк20ln4Qэfпчfmax; (3.5)

где Dзк – избирательность приемника по зеркальному каналу в дБ,

Qэк - эквивалентная добротность входного контура или контура УВЧ;

fпч - значение промежуточной частоты, кГц;

fmax - максимальная частота заданного рабочего диапазона РПУ, МГц (выбирается по таблице: для добротности, равной 100, fmax =300МГц).

n=4220ln4*100*8000*103300*106 = 0,88

Выбор вида селекторной системы тракта УПЧ

Вид селективной системы определяется полосой пропускания приемника и заданной частотной избирательностью по соседнему каналу.

Для определения необходимой избирательности по соседнему каналу необходимо определить обобщенную расстройку соседнего канала по формуле.

где QUOTE - абсолютная расстройка по соседнему каналу. Определяется по формуле:

∆fcк=2,6*П=92,82кГц

εск = 195,07

Избирательность по соседнему каналу Dск :

Dск=1+εск2=195,09

Dск=10log(1+εск2)=45,8дБ

3.5. Определяем коэффициент передачи линейной частоты приемника по формуле:

Крл=UвхЕА; (3.5)

где Uвх – входное напряжение детектора (для нормальной работы детектора обычно берут 0,5В).

Коэффициент передачи линейной частоты приемника равен Крл=1,67*105(120дБ).

Тогда коэффициенты передачи отдельных структурных элементов будут равны:

Кву = -12дБ;

Курч = 19дБ;

Кпрч = 15дБ;

Купч = 99дБ.

Расчет узла входного устройства радиоприемника (ВУ)

Принципиальная схема входной цепи (магнитной антенны) представлена на рисунке 4.1

Рис.4.1. Схема входной цепи

Определяем индуктивность контура по формуле:

(мкГн), (4.1)

где – коэффициент перекрытия диапазона,

– верхняя граница диапазона СВ, увеличенная с целью обеспечения производственного запаса,

– максимальная и минимальная емкости контура соответственно.

Далее, по заданной избирательности входной цепи, рассчитываем индуктивность катушки связи:

LСВ=(dЭР-d)*Rвх2πfmink2=0,025-0,01*1202*3,14*0,514*0,82=3,48 мкГн, (4.2)

где– эквивалентное затухание контура, при котором достигается заданная избирательность ВЦ,

=0.01 – конструктивное затухание контура ненагруженной магнитной антенны,

=0.8 – коэффициент связи между контуром катушки и катушкой связи.

При индуктивно-емкостной связи со входом каскада УРЧ, при заданном эквивалентном затухании, емкость конденсатора связи определяется уравнением:

Ссв=24π2fmin2L2πfminLRвхδэ-δ-1=24*3,142*525*1032*136*10-66,28*525*103*136*10-6120*0,05-0,01-1=11,3 нФ; (4.3)

Выводы

В результате выполнения курсовой работы рассчитан входное устройство для радиоприемного устройства с импульсной модуляцией, исходные данные которого: несущая частота сигнала составляет 42,5МГц, длительность импульса 28мкс, чувствительность приемника 3мкВ, отношение сигнал\шум 2, промежуточная частота 8000кГц, избирательность по соседнему каналу 42дБ.

Для обеспечения необходимой избирательности по соседнему каналу была рассчитана эквивалентная добротность контура – 100. Таким образом, я смог добиться необходимых параметров для заданного приемника. Разработанный РП отвечает требованиям технического задания и обеспечивает необходимую чувствительность, избирательность и диапазон воспроизводимых частот.

Перечень ссылок

Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. Белкин М. К., Белинский В. Т., Мазор Ю. Л., Терещук Р. М..

Методические указания для выполнения курсовой работы с курсу «Прием и обработка сигналов».

«Радиоприемные устройства» Цопа А. И..

Екимов В.Д. Павлов К.М. Проектирование радиоприемных устройств.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

V_11.docx

V_11.docx
Размер: 260.2 Кб

.

Пожаловаться на материал

Курсова робота Радиоприемник является одним из наиболее распространенных радиотехнических устройств Развитие спутниковой связи привело к совершенствованию приемников СВЧ

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

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Понятие о воображении. Виды воображения и их характеристика

Психология и педагогика. Воображение - психический процесс создания образов. Виды воображения. Процессы воображения, мышления, памяти и восприятия.

Уголовное право

Преступления против личности Преступления против жизни и здоровья Преступления против здоровья, Преступления, ставящие в опасность жизнь и здоровье

Схема планировочной организации земельного участка предприятия

Курсовой проект. Архитектурно-строительная часть. Схема планировочной организации земельного участка предприятия. Фундаменты. Колонны. Балки подкрановые. Фермы. Плиты покрытия. Инженерные сети.

1901-1914 роки

ДМИТРО ДОРОШЕНКО Мої Спомини Про Давнє-Минуле (1901-1914 роки) НАКЛАДОМ ВИДАВНИЧОЇ СПІЛКИ ТРИЗУБ Винипеґ, Манітоба 1949

Аналіз уроку з української мови

Загальні відомості про урок. На уроці створено належні матеріальні, морально-психологічні, гігієнічні, естетичні умови.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok