Имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Муромский институт (филиал)

Федерального государственного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

Имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

 

Факультет РЭКС

Кафедра   Радиотехники

 

 

Курсовая

 работа

 

По предмету: Радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа

(наименование дисциплины)

Тема:       Радиоприемное устройство радиостанции сухопутной

подвижной службы

 

Оценка работы                                                   Руководитель

                                                                              Ромашов В.В.

                                                                                                     (фамилия, инициалы)

   

(подпись, дата)

 

Члены комиссии                                                Студент

(группа)

                                                                              

(фамилия, инициалы)            (подпись)                                (фамилия, инициалы)

   

(фамилия, инициалы)       (подпись)                                 (подпись, дата)

 

Муром 2020 г.

В нынешнее время радиопередающие устройства получили широкое распространение. Они находят применение в радиосвязи, в РЛС, в сотовой телефонии и в домашних радио телефонах, в охранных сигнализациях, в телевидении и радиовещании т.д. Поэтому важно иметь представление и уметь рассчитывать такие устройства. В данном курсовом проекте необходимо разработать передатчик связной радиостанции, на этом примере и попытаемся познакомиться с подобными устройствами.

 

Содержание

 

Введение.......................................................................................................... 4

1. Анализ технического задания..................................................................... 7

2. Выбор, обоснование и расчет структурной схемы................................. 10

2.1 Выбор промежуточной частоты............................................................. 10

2.2 Расчет необходимой полосы пропускания линейного тракта.............. 11

2.3 Выбор средств обеспечения избирательности....................................... 12

2.4 Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта...................... 15

2.5 Обеспечение динамического диапазона................................................. 16

2.6 Расчет допустимого коэффициента шума.............................................. 16

2.7 Расчет максимально допустимого уровня принимаемого сигнала...... 17

3. Расчет каскадов радиоприемного устройства......................................... 18

3.1 Расчет входной цепи ЧМ приемника...................................................... 18

3.2 Расчет усилителя радиочастоты............................................................. 21

3.3. Расчет смесителя..................................................................................... 26

3.4 Расчет усилителя промежуточной частоты............................................ 27

3.5 Расчет параметров ЧМ детектора.......................................................... 31

3.6 Расчет параметров усилителя низкой частоты...................................... 33

3.7 Расчет параметров АПЧ......................................................................... 34

3.8 Требования к источнику питания…………………………………………..36

Заключение. 37

Список литертуры......................................................................................... 38

Приложение 1 Схема электрическая принципиальная................................ 39

Приложение 2 Перечень радиоэлементов.................................................... 40

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

МИВУ.11.03.02 - 06.000 ПЗ

Разраб.

Провер.

Ромашов В.В.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Радиоприемное устройство радиостанции сухопутной подвижной службы

Лит.

Листов

39

ИТ-117

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

МИВУ.11.03.02 – 06.000 ПЗ

Введение

Радиоприемные устройства входят в состав радиотехнических систем связи, т.е. систем передачи информации с помощью электромагнитных волн

Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства, предназначенного для воспроизведения сигналов. Радиоприемники можно классифицировать по ряду признаков, из которых основными являются: тип схемы, вид принимаемых сигналов, назначение приемника, диапазон частот, вид активных элементов, используемых в приемнике, тип конструкции приемника.

По типу схем различают приемники детекторные, прямого усиления (без регенерации и с регенерацией), сверхрегенеративные и супергетеродинные приемники, обладающие существенными преимуществами перед приемниками других типов и широко применяемые на всех диапазонах приемников.

Принимаемые сигналы служат для передачи сообщений или измерения положения и параметров относительного движения объектов. Сигналы могут передавать сообщения от одного источника или нескольких. Для передачи информации используется изменение одного из параметров сигнала по закону изменения информационного сигнала. Используются: непрерывные колебания с изменяемой (модулированной) амплитудой, частотой или фазой; колебания, скачкообразно изменяемые (манипулированные) по амплитуде, частоте, или разности фаз; колебания с изменяемой амплитудой, частотой или фазой, которые обусловлены видеоимпульсами с амплитудной, широтной, временной, или дельта-модуляцией, а также кодовыми группами видеоимпульсов.

По назначению различают приемники связные, радиовещательные, телевизионные, радиорелейных и телеметрических линий, радиолокационные, радионавигационные и другие. Связные радиоприемники чаще всего служат для приема одноканальных непрерывных сигналов с АМ (с несущей и боковыми полосами), ОБП (однополосной) и ЧМ или дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией, частотной или фазовой. Радиовещательные приемники (монофонические) принимают одноканальные непрерывные сигналы с АМ на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах. Приемники черно-белых телевизионных программ принимают непрерывные сигналы с АМ и частичным подавлением одной боковой полосы частот и звуковые сигналы с ЧМ. Приемники цветных телевизионных программ принимают также сигналы, создающие цветное изображение. Приемники оконечных станций радиорелейных и телеметрических линий обычно предназначены для приема и разделения каналов многоканальных сигналов с частотным и временным уплотнением.

Приемники промежуточных станций радиорелейных линий (наземных и спутниковых) отличаются от приемников оконечных станций тем, что в них не происходит разделения многоканальных сигналов.

Импульсные радиолокационные приемо-передающие станции обычно излучают зондирующие радиоимпульсы с фиксированными периодами следования, длительностью импульсов, амплитудой и несущей частотой. Приемники таких станций служат для приема части энергии зондирующих сигналов, отраженной от целей. Отраженные сигналы могут быть импульсными или непрерывными, причем информация о целях может содержаться в изменении во времени амплитуды (или отношения амплитуд) и частоты (или спектре) сигналов.

Согласно рекомендации МККР (Международного консультативного комитета по радио) спектр радиосвязи делится на диапазоны. Наиболее широко распространенные приемники работают в диапазоне 30 кГц - 300 ГГц (на волнах 10 км - 1мм).

В качестве активных элементов каскадов приемников, работающих на частотах 30 кГц - 300 МГц, используются полупроводниковые приборы и электронные лампы. Предпочтение отдается полупроводниковым приборам благодаря их преимуществам (малые габаритные размеры и масса; низкие напряжения и токи питания; большой срок службы и механическая прочность).

Приемники конструктивно выполняются из отдельных (навесных) активных и пассивных элементов с печатным или объемным монтажом, или из готовых интегральных микросхем, представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целые приемники.

1. Анализ технического задания

По условиям ТЗ в данной курсовой работе необходимо разработать связной радиоприёмник мобильной радиостанции со следующими исходными требованиями:

Тип устройства: возимое радиоприёмное устройство радиостанции сухопутной подвижной службы

· Диапазон частот, 80 МГц

· Количество каналов:10

· Нестабильность несущей частоты принимаемых сигналов: 1·10^-5

· Вид модуляции: F3E

· Динамический диапазон принимаемого сигнала: 60 дБ

· диапазон модуляции: 0,2-7кГц

· Чувствительность 1,7 мкВ при отношении с/ш на выходе 12 дБ

· Ослабление побочных каналов: 70 дБ

· Ослабление соседнего канала 60 дБ

· Сопротивление нагрузки: 8/600 Ом

· Допустимый уровень искажений выходного сигнала:

частотные 2 дБ

нелинейные искажения 3%

· Параметры антенны и линии передачи: тип антенны – штырь

· волновое сопротивление фидера 50 Ом

· длина фидера 1,4 м

· Источник питания: бортсеть автомобиля - 12 В (для возимой радиостанции)

По вышеуказанным исходным данным уже можно сделать некоторые выводы.

Делаем расчет для приемника станция сухопутной подвижной службы, способной перемещаться по поверхности в пределах географических границ страны или континента.

Приемник может быть предназначен для одной или нескольких фиксированных частотах или в непрерывном диапазоне частот. В нашем случае это диапазон 80 МГц с каналами в кол-ве 10, отсюда следует что нужна дискретная настройка. Имея такой диапазон необходимо перестраивать устройство, это осуществим благодаря переменным конденсаторам.

Чувствительность – это параметр, характеризующий способность тюнера принимать слабые сигналы, она должна быть относительно малой, так как мощности передатчиков значительны. В данной работе чувствительность равна 1,7 мкВ/м.

Ослабление побочных каналов будет определяться выбранной входной цепью, а ослабление соседнего канала, при заданной расстройке, определяется выбранным фильтром сосредоточенной селекции.

В данном приемнике необходима стабилизация несущей частоты, которую можно осуществить с помощью стабилизатора на микросхемах.

При прохождении сигналов по цепям возникают нелинейные, частотные и другие искажения. Частотные искажения оцениваются «кривой верности воспроизведения» т.е. зависимостью коэффициента усиления от частоты модуляции, в данной работе он задан и равен 3 дБ. Нелинейные – коэффициентом нелинейных искажений при заданном коэффициенте модуляции, здесь равен 3%.

Питание радиовещательного приемника +12В.

Как уже было сказано выше, проектируемое устройство должно состоять из следующих блоков:

- Антенное устройство (АУ);

- входные цепи (ВЦ);

- усилитель радиочастоты (УРЧ);

- смеситель (С);

- гетеродин (Г);

-автоматическая регулировка усиления (АРУ)

- усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

- частотный демодулятор (частотный детектор) (ЧД);

- усилитель низкой частоты (УНЧ);

- оконечное устройство (головные телефоны или динамик) (ОУ).

При этом стоит отметить, что первые пять блоков относятся к линейному тракту приемника.

Теперь перейдем к созданию обобщенной структурной схемы ЧМ приемника. Результат представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Обобщенная структурная схема ЧМ приемника

 

Следующим шагом будет подбор необходимых радиоэлементов и разработка электрической принципиальной схемы устройства.

 

Выбор промежуточной частоты

Поскольку промежуточная частота не задана, а ослабление зеркальных (побочных каналов) задано, и равно 70 дБ, то воспользуемся [1].

Рисунок 2.1 – Нормированные частотные характеристики преселекторов для больших обобщенных расстроек

Из рисунка 2.1 видно, что наиболее простыми типами схем преселектора, обеспечивающего ослабление зеркального канала 70 дБ, являются схемы 4, 5. Выбрали схему 5 (рисунок 2.2). При этом обобщенная расстройка  дБ.

Рисунок 2.2 - Типовая схема преселектора

Рассчитаем промежуточную частоту

                                 (2.1)

Здесь , выбрали = 0.025,  - максимальная частота сигнала, 80 МГц.

МГц, но фильтра с такой промежуточной частотой не найти, таким образом, выбрали  = 10,7 МГц. Так как это распространённая промежуточная частота в фильтрах.

Смеситель

Смеситель реализуем на ИМС К174ПС1, которая представляет собой балансный смеситель, работающий до 170 МГц, с точностью перемножения сигналов 5-10% обладающий следующими характеристиками:

· Ток потребления, не более 2,5 мА;

· Входное напряжение, не более 1 В;

· Напряжение питания, 9 ± 10% В;

· Верхняя частота входного сигнала, не менее 60 МГц;

· Напряжение стабилизации, не более 1 В.

Рисунок 3.3 – Электрическая схема смесителя К174ПС1

Рисунок 3.4 – Типовая схема включения смесителя К174ПС1

УПЧ и ЧД

УПЧ и ЧД реализуем ИМС К174УР3, которая представляет собой усилитель ограничитель с ЧД и предварительным усилителем НЧ.

Функциональная схема и типовая схема включения К174ХА представлены на рисунках 3.5 и 3.6

Рисунок 3.5 – Функциональная схема ИМС К174УР3

Ⅰ - Амплитудный ограничитель;

Ⅱ – Частотный детектор;

Ⅲ – Предварительный УРЧ;

Рисунок 3.5 – Схема включения ИМС К174УР3

Электрические параметры К174ХА:

· Ток потребления, не более 12 мА;

· Напряжения питания, 9 В;

· Выходное напряжения НЧ при f _пр = 10,7 МГц, Δ f _пр = 50 кГц, f _мод = 1 кГц, не менее 100 мВ;

· Входное напряжение при ограничении, не более 100 мкВ;

· Коэффициент гармоник, не более 2%;

· Коэффициент ослабления АМ при f _пр = 10,7 МГц, Δ f _пр = 50кГц, f _мод = 1кГц, 40 дБ.

Усилителя низкой частоты

Рисунок 3.6 – Типовая схема УНЧ двухкаскадного.

Оконечный усилитель двухкаскадный. Первый каскад на транзисторе с ОЭ усиливает сигнал по напряжению. Второй каскад двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности на комплементарных транзисторах.

Для расчета используем следующие исходные данные:

Выходная мощность;

Тип оконечного устройства Г/Л;

Сопротивление нагрузки R_н = 8/600 Ом;

Определим значение выходной мощности приемника. Для этого воспользуемся формулой 3.26:

                                           (3.26)

Согласно исходных данных нам задано изменение выходного напряжения 4 дБ. Переведем данную величину в вольты, получим 0,5 В. Теперь подставим данное значение в формулу 3.26, при этом стоит учитывать возможность подключения различных нагрузок, таким образом, мы получаем:

Определяем коэффициент усиления по напряжению (3.27):

                                              (3.27)

Требования к источнику питания

Поскольку в техническом задании определен источник питания разрабатываемого устройства – бортовая сеть автомобиля, то, следовательно, питание приемника должно быть 12 В.

Для улучшения стабильности работы приемника и защиты радиокомпонентов от повреждения на входе цепи питания РПрУ поставим стабилизатор напряжения, на вход которого может подаваться постоянное напряжение в диапазоне от 11-15V, на выходе гарантировано будет 12V постоянного напряжения. В основе схемы будет интегральный стабилизатор LM368-12V.

На основании проведенных расчетов разработаем электрическую принципиальную схему устройства. Результат представлен в приложении 1. Перечень используемых элементов в приложении 2.

 

Заключение

Во время выполнения работы были повторены теоретические сведения, полученные во время учебного процесса, а также приобретены практические навыки по расчету элементов, водящих в проектируемое устройство.

В ходе работы были изучены основные принципы построения различных компонентов ЧМ приемника, проанализированы преимущества и недостатки каждой из существующих схем. На основе данного анализа был выбран наиболее оптимальный вариант конструкции приемника, рассчитаны его параметры и разработана электрическая принципиальная схема.

 

Список литературы

1. Сиверс А.П. “Проектирование радиоприёмных устройств”/ А.П. Сиверс - Москва, Советское радио, 1976. – 216 с.

2. В.Т.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. Учебное пособие для ВУЗов /Поляков В. Т. – М, 1990г. – 97 с.

3. Палшков В. В. Радиоприемные устройства. Учебное пособие / А. В. Палшков – М.: Радио и Связь, 1984 – 392 с.

4. Радиоприемные устройства: Учеб. Пособие для радиотехнисечких специальностей ВУЗОВ / Под ред. А. П. Жуковского – М.: Высшая школа - 1989. – 342 с.

5.   М.К. Белкин, В.Т. Белинский, Ю.Л. Мазор «Справочник по проектированию приемно-усилительных устройств» -2-е изд. /М.К. Белкин, В.Т. Белинский, Ю.Л. Мазор -К: Высшая школа - 1988 г – 278 с.

 

 

 

 

Разраб.

Фадеева Я.А.

Провер.

Храмов К.К.

Т. Контр.

Реценз.

Разраб.

Фадеева Я.А.

Провер.

Храмов К.К.

Т. Контр.

Реценз.

Разраб.

Фадеева Я.А.

Провер.

Храмов К.К.

Т. Контр.

Реценз.

Разраб.

Фадеева Я.А.

Провер.

Храмов К.К.

Т. Контр.

Реценз.

Разраб.

Фадеева Я.А.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лис 40 ттттттт

МИВУ 11.03.02- 06.000 ПЗ Э3

Разраб.

Провер.

Ромащов В.В.

Т. Контр.

Н. Контр.

Утверд.

Радиоприемное устройство радиостанции сухопутной подвижной службы

Лит.

Листов

ИТ-117

Реценз.

Масса

Масштаб

Утверд.

Утверд.

Утверд.

Утверд.

Утверд.

Муромский институт (филиал)

Федерального государственного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

 

Факультет РЭКС

Кафедра   Радиотехники

 

 

Курсовая

 работа

 

По предмету: Радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа

(наименование дисциплины)

Тема:       Радиоприемное устройство радиостанции сухопутной

подвижной службы