Расчет структурной схемы радиоприемника

Расчет структурной схемы радиоприемника

 

Обоснование выбора типа структурной схемы приемника

Согласно ТЗ проектируемый приемник будет построен по супер

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РТФ КП.468730.024 ПЗ

гетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты (инфрандинный тип приемника). Схемы инфрандинного приемника применяются для более эффективной борьбы с зеркальным каналом приема. В инфрадинном приемнике первая промежуточная частота выбирается выше самой верхней частоты диапазона принимаемых сигналов. При этом зеркальный канал отодвигается настолько далеко от основного, что легко подавляется самыми простыми фильтрами[6].

В схеме супергетеродина с двойным преобразованием частоты перестраиваемым выполняется только первый гетеродин. В качестве такого гетеродина обычно применяется синтезатор дискретной сетки частот. Второй гетеродин может быть выполнен на фиксированную частоту. Это позволяет фильтр промежуточной частоты рассчитать на фиксированное значение, тем самым упростив его реализацию [7].

Преимущество инфрадина состоит в упрощении преселектора. В приемнике с переменной настройкой в широком диапазоне частот этот фильтр нежелателен, так как он требует плавной настройки в поддиапазоне и переключения катушек для смены поддиапазонов. В инфрадинном приемнике канал прямого прохождения и зеркальный канал приема лежат выше верхней частоты принимаемого сигнала, что позволяет использовать в качестве фильтра не перестраиваемый ППФ Салена- Кея с единичным усилением.

Еще одно важное преимущество инфрадина состоит в значительном уменьшении коэффициента перекрытия по частоте первого гетеродина, что позволяет исключить переключение поддиапазонов первого гетеродина и, следовательно, упростить его конструкцию. Отсутствие переключателей поддиапазонов существенно уменьшает время настройки приемника на принимаемую частоту, что важно в автоматизированных и адаптивных системах связи. Однако при использовании широкополосных преселекторов резко возрастают требования к линейности усилительного тракта, что необходимо для уменьшения нелинейного взаимодействия сигнала с помехами.

Наряду с преимуществами данная схема имеет и недостатки:

· Появление второй зеркальной частоты;

· Более высокие требования к стабильности частоты гетеродина.

Предварительная структурная схема инфрандинного приемника приведена на рисунке 1.1

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РТФ КП.468730.024 ПЗ

 

Рисунок 1.1 - Предварительная структурная схема инфрандинного приемника

 

Оконечный вариант структурной схемы приведу после необходимых расчетов.

Выбор промежуточных частот

Первая промежуточная частота выбирается достаточно высокой, что обеспечивает эффективное подавление зеркального канала приема в фильтре Ф1. Вторая промежуточная частота выбирается достаточно низкой, что облегчает получение высокой избирательности по соседнему каналу приема. По возможности промежуточную частоту приемников ДВ, СВ и КВ диапазонов выбирают из ряда стандартизированных значений: 155; 215; 465; 500; 900; 2200; 4500 кГц; 6,5; 10; 15; 30; 31,5; 38; 60; 70; 100МГц [8]. Выбранное значение ПЧ должно обеспечивать получение необходимой полосы пропускания.

Исходя из вышесказанного, выбираю первую промежуточную частоту равной 60 МГц. Так как в КВ диапазоне доминирует узкополосные виды модуляции, с полосой частот ~ ±9 кГц. В данной связи значение первой ПЧ не позволяет реализовать требуемую селективность приемника по соседнему каналу приема. Поэтому выберем второе преобразование частоты со сравнительно низкой промежуточной частотой равной 465 кГц.

 

Обеспечение избирательности

 

В супергетеродинных приемниках частотная избирательность определяется в основной ослаблениями зеркального и соседнего (или соседних) каналов [9]. В приемниках в одинарным преобразованием частоты ослабление зеркального канала обеспечивает преселектор, ослабление соседнего канала – в основном УПЧ и частично преселектор. Промежуточная частота fпр должна лежать вне диапазона принимаемых частот fс.

 

Требования к блоку АЦП и сигнальному процессору

 

Для того, чтобы преобразовать непрерывный сигнал в цифровой, нужно использовать аналого- цифровой преобразователь (АЦП).

Требования к АЦП так же много, как и другим блокам приемного устройства. Один из важных параметров – это быстродействие процессора [13].

Имеется два этапа осуществления АЦП:

• квантование во времени непрерывного сигнала u(t);

• оцифровка каждого отсчета; диапазон возможных значений напряжений (umin, umax) делится на M интервалов длиной Δu – шаг квантования по уровню

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Параметры U min и U max приведены в паспортных данных АЦП

Определяю частоту дискретизации

 

Fд= 2∙ Fв, (1.9)

Fд= 2∙ 60Мгц= 120 Мгц

 

Выбираю АЦП для радиоприемника. Требованиям по тактовой частоте отвечает микросхема TSSOP14. Паспортные данные приведены в [14].

Определяю шаг квантования по уровню для АЦП TSSOP14

(1.10)

Umax= 2 мВ

Umin= -2 мВ

М= 1024

Δu = 0,004/1024= 3.9 мкВ

РТФ КП.468730.024 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Минимальный уровень напряжения, при котором работает данный АЦП по паспортным данным составляет 0.24 В

 

Цифровой сигнальный процессор является основным узлом в SDR приемнике и от него зависит функциональность радиоприемника. Цифровой сигнальный процессор должен [15]:

1) Обеспечить односигнальную избирательность по соседненму каналу при расстройке ±9кГц не менее 40 дБ;

2) Иметь достаточное быстродействие;

3) Обеспечивать ручную регулировку усиления 50 дБ;

Этим требованиям отвечает цифровой сигнальный процессор для SDR радио 1288ХК1Т (МF-01). С основными характеристиками можно ознакомится в [16].

Расчет преселектора

Преселектор необходим для подавления первой зеркальной частоты и предварительной селекции сигнала. В п. 1.5 в качестве преселектора был выбран совмещенный фильтр Саллена- Кея с единичным усилением. Расчет проведен в программной среде MathCad 15 по методике предложенной в [18].

Первая промежуточная частота: fпч1 = 60 МГц;

Частота сигнала: f0 = 25,75 МГц;

Полоса пропускания контура: ∆f = 1,3 МГц;

 

Произвожу расчет элементов для преселектора в программной среде MathCad.

 

fср вч=25.65 Мгц

fср нч:= 26100 кГц

Ф

Ф

Ом

 

(2.1)

 

R1= 1/6.48×1.14×40×10^-12×26.1×10⁶= 56.27 Ом

R1= R2

С1:= 1×10^-9Ф

С1= С2

По формуле 2.1

R3= 1/6.48×1.14×1×10^-9×26.1×10⁶= 112 Ом

R2= R1/2= 56.27 Ом

В качестве усилительного элемента в ФНЧ выбираю операционный усилитель MAX4186ESD+, а в ФВЧ- широкополосный операционный усилитель MAX4454ESD+. На рис. 2.1 привожу схему, собранную для моделирования в программной среде Multisim 13 и экспериментально доказываю верность расчетов.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РТФ КП.468730.024 ПЗ

Рисунок 2.1 – схема эксперимента по исследованию УРЧ

 

С помощью измерителя АЧХ (плоттера Боде), снимаю АЧХ рассчитанного преселектора и привожу данные на рисунке.2.2

 

Рисунок 2.2 – АЧХ спроектированного преселектора

 

На АЧХ виден процесс перемножения полос ФНЧ с ФВЧ. В полосе сигнала, спроектированный преселектор не оказывает ослабления на полезный сигнал.

Следующим этапом модеоирования будет проверка подавления первой зеркальной частоты. Для этого передвигаю маркер на значение зеркальной частоты (2.2) и наблюдаю уровень сигнала (рисунок.2.3).

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РТФ КП.468730.024 ПЗ

Рисунок 2.3- значение сигнала на зеркальной частоте

 

Анализируя полученные данные, делаю вывод: ослабление зеркальной частоты соответствует требованиям ТЗ. Следовательно разработка схемы выполнена правильно и спроектированный преселектор удовлетворяет требованиям ТЗ. Однако, полоса пропускания преселектора получилась довольно широкой, что приведет к появлению интермодуляционных искажений. В ТЗ не предусмотрен уровень интермодуляционных искажений, следовательно я оставляю все без изменения. К тому же основная фильтрация по соседнему каналу будет происходить в сигнальном процессоре с высокой степенью фильтрации. Принципиальная структура преселектора приведена в приложении Б

 

Интегральная микросхема

ФВЧ - фильтр верхних частот

ФНЧ - фильтр нижних частот

Расчет структурной схемы радиоприемника