Определение промежуточных частот приемника

Для проектирования супергетеродинного приемника с использованием программы Genesys [4] необходимы следующие исходные данные:

· частота сигнала f _c,

· полоса приемника П_пр,

· коэффициент шума N приемника,

· затухание по соседней станции σ_с.с,

· затухание по зеркальному каналу σ_з.к.

Полоса приемника П_пр, коэффициент шума N и количество промежуточных частот были предварительно определены в третьей главе на основе исходных данных домашнего задания.

В качестве примера был выбран приемник со следующими параметрами:

· рабочая частота f _с = 900 МГц;

· полоса приемника П_пр = 50 кГц;

· коэффициент шума 3 дБ;

· затухание по σ_с.с и σ_з.к не более 40 дБ.

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

Для выбора промежуточной частоты необходимо активизировать окно Workspace Tree из главного меню View. Далее следует нажать на левую пиктограмму меню этого окна, выбрать Syntheses (синтезирование) → What Frequency Planner (планирование частоты) (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Активная вкладка Settings
диалогового окна What IF (Frequency Planner) Properties 

 

В диалоговом окне What IF (Frequency Planner) Properties содержится три вкладки: Settings (см. рис. 4.1), Inputs (рис. 4.2), Type (рис. 4.3). 

 

На вкладке Settings необходимо выбрать:

· Mixer Output (для приемников),

· All Intermediate Frequencies (все комбинационные частоты);

· Number of Parallel Mixer (число параллельно включенных смесителей) — 1;

· Maximum Order (максимальный рассчитываемый порядок) для комбинационных частот (Spurious) — 10;

· Amplitude Range (порог ограничения величины их амплитуды) —100 dB (100 дБ).

 

Рис. 4.2. Активная вкладка Inputs

диалогового окна What IF (Frequency Planner) Properties 

 

Для ввода основных параметров первого преобразователя частоты необходимо активизировать вкладку Inputs (см. 4.2).

На вкладке Inputs следует в поле Desired Output Frequency (желаемая выходная частота) установить переключатель Difference, что соответствует преобразованию «вниз» (f _п.ч < f _c) и определить полосу приема выше или ниже частоты гетеродина (Show Lo Side LO, LO < RF LO > RF). Это незначительно влияет на выбор промежуточной частоты, но 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. Далее необходимо установить f _г < f _с (LO < RF). На этой же вкладке задают следующие параметры:

· RFСenter Frequency — центральная частота сигнала;

· RF Bandwidth — полоса сигнала;

· IF Bandwidth — полоса промежуточной частоты.

При этом следует ориентироваться на реально достижимую добротность 50…70. Поэтому в поле RFСenter Frequency при f _c = 900 МГц RF Bandwidth (полоса на частоте сигнала П_с) не может быть меньше 15 МГц, следовательно, выбираем и устанавливаем 20 МГц. Значение полосы на IF Bandwidth (промежуточная частота) мало влияет выбор диапазона промежуточной частоты. Уровень Input Drive Level (мощность сигнала) и LO Drive Level (гетеродин) требуется задать равным 10 dBm (10 дБм). Их значения также мало влияют на результат моделирования.

Для выбора типа смесителя для первого преобразователя частоты необходимо активизировать вкладку Type (см. 4.3)

 

Рис. 4.3. Активная вкладка Type

 диалогового окна What IF (Frequency Planner) Properties 

 

На вкладке Type переключатель в поле Specify Mixer AS (определение смесителя) можно поставить на Double Balanced (балансный смеситель) 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 выпускаемых микросхем смесителей с известными интермодуляционным параметрами. В примере рассмотрен структурный смеситель, который на четвертом этапе проектирования при окончательном выборе элементов схемы заменим на выпускаемый.

После заполнения необходимых данных можно нажать Apply на любой из вкладок окна What IF (Frequency Planner) Properties. При этом появляется диаграмма (рис. 4.4) FreqPlan1 Graph (промежуточные частоты), в которой отражены области:

· свободные от комбинационных частот (зеленый цвет);

· несвободные от комбинационных частот (синий цвет).

 

Рис.4.4. Результат расчета частот свободных от комбинационных помех
для первого преобразователя частоты

 

Необходимый 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 _п.ч/П_пр = 600) будет невозможно. Поэтому в рассматриваемом примере диапазон 29,5…139,08 МГц соответствует первой промежуточной частоте f _п.ч1. В принципе любая частота из этого диапазона может быть выбрана как промежуточная. Далее возможны два направления проектирования:

первый: берется любая частота из диапазона 29,5…139,08 МГц, тогда фильтр для подавления второго зеркального канала разрабатывается отдельно;

второй: принимается частота, на которой можно найти уже разработанные и предлагаемые к использованию фильтры. Они могут быть кварцевыми, на поверхностных или объемных акустических волнах (ПАВ или ОАВ) или др.

Для дальнейшего изложения материала авторы настоящего пособия рекомендуют выбрать первый путь, так как в этом случае можно откорректировать и выбрать более удобную промежуточную частоту. Полагаем f _п.ч1 = 40 МГц.

Для определения f _п.ч2 поступаем согласно выше описанной методики выбора промежуточной частоты. Теперь в качестве частоты сигнала RF Сenter Frequency (частота сигнала) выступает f _п.ч1 = 40 МГц (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Результат расчета частот свободных от комбинационных помех
для второго преобразователя частоты

 

Диапазон возможных промежуточных частот сильно зависит от полосы фильтра на f _п.ч1. Так как при П_п.ч1 = 1 МГц вторая промежуточная частота лежит в диапазоне 1,9…5.9 МГц, необходимо выбрать вторую промежуточную частоту f _п.ч2 = 2 МГц. На этой частоте можно реализовать заданную полосу приемника П_пр = 50 кГц.

Для наглядности выбранные значения частот и полос представлены в табл. 4.2.

Таблица 4.2