Ширина спектра сигнала определяется следующим образом:

- при амплитудной модуляции Δ f _с  = 2 F _В,

- при частотной модуляции [1] Δ f _с = 2 F _В (1 + ψ+  ),

- при ψ<1 Δ f _с = 2 F _B.

При импульсной модуляции может задаваться время установленияτ_у либо длительность (ширина) импульса t _и. Чаще известна длительность импульса. Анализ переходных процессов избирательных усилителей [4] показывает, что ширина спектра (полоса) сигнала при известной t _и удовлетворяет условию

Δ f _с  = (0,7...0,8) / t _и.

При нестабильности частоты передатчика и приемника для обеспечения приема без поиска и подстройки требуется не значительно расширить полосу пропускания в соответствии с выражением:

                              (1)

Возможный температурный уход частоты передатчика

Δ f _пер = α_пер f _с Δt^°,

где α_пер - относительный уход частоты передатчика при изменении температуры на 1°С (α_пер = 10^-8... 10^-6 - для стационарных радиовещательных передатчиков), Δt° - возможный уход температур (от 20^°С).

Возможный температурный уход частоты гетеродина

Δ f _гет = α_гет f _с Δt^°,

где α_ГЕТ - относительный уход частоты гетеродина при изменении температуры на 1^°С (α_гет = 10^-8 10^-6- для гетеродинов с кварцевой стабилизацией; α_гет = 10^-5 10^-4 - для гетеродинов с параметрической стабилизацией; α_гет = (0,3…1,5) 10^-3 - для гетеродина на транзисторе).

Еще одна причина, по которой необходимо увеличивать полосу приемника - неточность настройки фильтра в тракте промежуточной частоты (последнее слагаемое в (1)). Величина расширения полосы определяется как некоторая часть от промежуточной частоты:

Δ f _пч = (1...3)10^-4 f _пч

и корректируется уже после выбора промежуточной частоты.

Как известно, при расширении полосы снижается чувствительность приемника

E _{А min} ≈ .

Учитывая эту связь и полагая предварительно значение коэффициента шума приемника N ≈2 (произведение k T₀ = 4∙10^-21Вт/Гц), из приведенного выражения можно найти наиболее широкую полосу П_макс, при которой еще выполняется требование данного домашнего задания по чувствительности приемника E _Аmin.при заданной соотношении  на выходе приемника. Рассчитанное выше по (1) значение полосыП должно быть меньше полученной из последней формулы оценки П_макс.: П < П_макс.

 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЧАСТОТ ПРИЕМНИКА.

Для проектирования супергетеродинного приемника с использованием программы «Genesys» [3] необходимы следующие исходные данные:

- частота сигнала f _c,

- полоса приемника П_пр,

- коэффициент шума N приемника,

- затухание по соседней станции σ_сс,

- затухание по зеркальному каналу σ_зк.

Полоса приемника П_пр и коэффициент шума N, были определены в выше приведенном разделе. 

В качестве примера был выбран приемник с рабочей частотой f _с = 900 МГц и полосой П_пр = 50 кГц, с коэффициентом шума 3 дБ, затухания по σ_сс и σ_зк не более 40 дБ.

После запуска программы «Genesys» проектирование супергетеродинного приемника начинается с выбора его промежуточной или промежуточных частот.

Для выбора промежуточной частоты активизируем окно Workspace Tree из главного меню View. Далее нажимаем на левую пиктограмму меню этого окна, выбираем Syntheses (синтезирование)→ What Frequency Planner (планирование частоты). В появившемся активном окне What IF (Frequency Planner) Properties имеется три вкладки рисунок 3.1.

Рис.3.1 – Активная вкладка (Settings)окна What IF (Frequency Planner) Properties  выбора первой промежуточной частоты

 

На вкладке Settings устанавливаем переключатели Mixer Output (для приемников), All Intermediate Frequencies (все комбинационные частоты). Число параллельно включенных смесителей 1 (Number of Parallel Mixer) Для комбинационных частот (Spurious) максимальный рассчитываемый порядок 10 (Maximum Order 10), порог ограничения величины их амплитуды 100 дБ (Amplitude Range  100 dB)..

Активизируем вкладку Inputs рисунок 3.2.

 

Рис. 3.2 – Активная вкладка (Inputs) для ввода основных параметров первого преобразователя частоты

 

На этой вкладке в поле желаемая выходная частота (Desired Output Frequency) переключатель  устанавливаем Difference, что соответствует преобразованию «вниз» (f _пч< f _c) и определяем полосу приема выше или ниже частоты гетеродина (Show Lo Side LO, LO < RF LO > RF). Это незначительно влияет на выбор промежуточной частоты. Однако это следует учитывать при проектировании фильтра подавления зеркального канала. Кроме этого при f _г> f _с происходит инверсия спектра сигнала, что необходимо знать при обработке сигнала в низкочастотных устройствах приемника. Устанавливаем f _г< f _с (LO < RF). На этой же вкладке ниже в таблице ниже устанавливается частота и полоса сигнала, а также полоса промежуточной частоты. При этом ориентируемся на реально достижимую добротность 50-70.. Поэтому для заданной частоты сигнала f _c= 900 МГц (RF С enter Frequency), полоса на частоте сигнала П_с (RF Bandwidth) не может быть меньше 15 МГц. Устанавливаем 20 МГц. Значение полосы промежуточной частоты (IF Bandwidth) мало влияет выбор промежуточной частоты. Уровень мощности сигнала (Input Drive Level) и гетеродина (LO Drive Level) устанавливаем 10 дБм. Их значения также мало влияют на результат вычислений

Активизируем вкладку Type рисунок 3.3.

 

Рис. 3.3 – Активная вкладка (Type) выбора типа смесителя для первого преобразователя частоты.

 

На вкладке Typ e переключатель в поле определения смесителя (Specify Mixer AS) можно поставить на балансный смеситель (Double Balanced) с параметрами по умолчанию или устанавливаемыми самостоятельно в окне, возникающем при нажатии Advanced. Это так называемый структурный смеситель. Если переключатель устанавливаем Intermod Table, то в этом случае смеситель выбирается из предоставляемой библиотеки реально выпускаемых микросхем смесителей с известными интермодуляционным параметрами, представленными в виде таблицы. Воспользуемся структурным смесителем, а на реальный смеситель заменим на четвертом этапе проектирования при окончательном выборе элементов схемы.

После заполнения необходимых данных нажимаем Apply на любой из вкладок окна WhatIF (Frequency Planner) Properties. При этом появляется диаграмма (рисунок 4) промежуточных частот (FreqPlan 1 Graph), в которой отражены области (отмечены зеленым тоном), свободные от комбинационных частот. Области комбинационных частот на диаграмме рисунок 3.4 отмечены синим цветом.

 

Рис.3.4 – Результат расчета частот свободных от комбинационных помех для первого преобразователя частоты.

 

Интересующий нас диапазон промежуточной частоты лежит в пределах 29,5…139,08 МГц. Даже если выбрать промежуточную частоту вблизи нижнего края этого диапазона, то реализовать заданную полосу приемника П_пр = 50 кГц на этой частоте (добротность Q = f _пч/П_пр = 600) будет не возможно. Поэтому примем, что диапазон 29,5…139,08 МГц соответствует первой промежуточной частоте f _пч1. В принципе любая частота из этого диапазона может быть выбрана как промежуточная частота. Здесь возможны два направления проектирования. Либо выбираем любую частоту из этого диапазона, и тогда фильтр для подавления второго зеркального канала разрабатывается отдельно. Либо выбираем такую частоту, на которой можно найти уже разработанные и предлагаемые к использованию фильтры. Это могут быть кварцевые, на поверхностных или объемных акустических волнах (ПАВ или ОАВ) или другие типы фильтров. Выбираем первый путь, так как в дальнейшем можно откорректировать и выбрать более удобную промежуточную частоту. Полагаем f _пч1=40 МГц.

Для определения f _пч2 поступаем согласно выше описанной методики выбора промежуточной частоты. Теперь в качестве частоты сигнала (RF С enter Frequency) выступает f _пч1=40 МГц рисунок 3.5.

 

Рис. 3.5- Результат расчета частот свободных от комбинационных помех для второго преобразователя частоты.

 

Диапазон возможных промежуточных частот сильно зависит от полосы фильтра на f _пч1. Так при П_пч1 = 1 МГц вторая промежуточная частота лежит в диапазоне 1,9…5.9 МГц. Выберем вторую промежуточную частоту f _пч2 = 2 МГц. На этой частоте можно реализовать заданную полосу приемника П_пр=50 кГц.

Для лучшей наглядности и удобства сведем выбранные значения частот и полос в таблицу.

Таблица

	Частота, МГц	Полоса, МГц	f верх	f ниж
f c	900	20	910	890
f пч1	40	1	40,5	39,5
f пч2	2	0,05	2, 025	1,975

 

Для выбранных промежуточных частот с учетом f _г1<f_с и f _г2< f _п1 частота гетеродина для первого преобразователя (смесителя) f _г1 = (f _с - f _пч1) = 860 МГц. Частота гетеродина для второго преобразователя (смесителя) f _г2 = (f _пч1 - f _пч2) = 38 МГц.

 

 4. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИЕМНИКА.