Рабочее (электрическое) проектирование радиоприемника 71

Эскизное проектирование 47

Выбор типа структурной схемы 47

Определение числа поддиапазонов 51

Расчет сквозной полосы пропускания приемника 51

Выбор структуры преселектора и числа преобразований частоты 52

Определение избирательной системы тракта промежуточной частоты 54

Выбор первых каскадов приемника 60

Выбор электронных приборов для высокочастотного тракта 61

Распределение усиления между трактами радиоприемника 63

Оценка динамического диапазона приемника 65

Выбор регулировок приемника 68

Выбор тракта усиления низкой частоты 70

Структурная схема 70

Рабочее (электрическое) проектирование радиоприемника 71

Расчет параметров электронных приборов 71

Расчет входных цепей 73

Расчет усилителя радиочастоты 74

Расчет смесителя 76

Расчет усилителя промежуточной частоты 77

Расчет детектора 80

Компьютерное проектирование электронных схем 81

Моделирование структурных и функциональных схем 82

Схемотехническое проектирование 83

Проектирование печатных структур 84

Подготовка печатных плат к производству 85

Проектирование конструктива 85

Рекомендации по выбору системы проектирования 86

Организационные основы выполнения курсового проекта 87

Цели и задачи курсового проектирования 87

Тематика курсовых проектов 88

Календарный план выполнения курсового проекта 88

Оформление технической документации 89

Типовые задания на проектирование 90

ПРИЛОЖ,ЕНИЕ 1 94

Методические указания по проектированию РЭС в САПР P-CAD 200x 94

I. Построение условного графического обозначения (УГО) электрорадиоэлемента (ЭРЭ) 94

II. Построение схемы электрической принципиальной 99

III. Создание посадочного места ЭРЭ (например, ИМС с DIP-корпусом) 101

IV. Проектирование печатной платы 105

Приложение II. Интегральные микросхемы для радиотракта вещательных приемников. 108

Микросхемы для построения АМ - приемников 108

Микросхемы для построения ЧМ - приемников 109

Микросхемы для совмещенного тракта 110

Библиографический список 111

1. Общие вопросы проектирования радиоприемных устройств

Классификация радиоприемных устройств

 

Радиоприемное устройство состоит из антенны, радиоприемника и оконечного устройства. В пособии рассматриваются только вопросы проектирования радиоприемников.

Радиоприемники можно классифицировать по ряду признаков, из которых основными являются:

- назначение приемника;

- диапазон принимаемых частот;

- вид принимаемых сигналов;

- тип структурной схемы;

- форма выполнения основных операций над сигналом;

- вид активных элементов, используемых в приемнике;

- тип конструкции приемника.

По назначению различают приемники связные, радиовещательные, телевизионные, радиолокационные, ретрансляционные и многие другие. Назначение приемника во многом определяет технические решения, выбираемые при проектировании.

Диапазон частот радиосигналов весьма широк: от 30 кГц до 300 ГГц, что соответствует волнам от 10 км до 1 мм. Приемник может быть предназначен для работы на одной или нескольких фиксированных частотах, или в некотором диапазоне частот. От диапазона частот напрямую зависит выбор активных элементов (транзисторов и микросхем) и резонансных систем (с сосредоточенными или распределенными постоянными).

Вид принимаемых сигналов определяется видом модуляции или ее отсутствием. Используются непрерывные, дискретные и цифровые сигналы. В случае непрерывных сигналов применяют амплитудную, частотную или фазовую модуляцию. В случае дискретных сигналов применяют аналогичные виды манипуляции. Радиолокационный импульсный сигнал может быть немодулированным. Кроме простых сигналов, имеющих базу порядка единицы, применяют сложные сигналы, база которых значительно больше единицы по порядку величины. Полоса пропускания главного тракта приемника всегда согласуется с шириной спектра принимаемого сигнала. Способ детектирования определяется видом модуляции.

По типу структурной схемы различают приемники прямого усиления, прямого преобразования и супергетеродинные приемники. Наилучшие качественные показатели обеспечивает применение супергетеродинной схемы. В профессиональных приемниках используют двойное и тройное преобразование частоты.

Основные операции над сигналом могут выполняться в аналоговой, цифровой или цифроаналоговой форме. Усилительно-преобразовательный тракт обычно является аналоговым, демодуляция и последующая обработка сигналов в современных приемниках часто делается цифровой.

В качестве активных элементов широко применяются полевые и биполярные транзисторы и интегральные микросхемы. Элементная база постоянно обновляется.

Конструктивно приемники выполняются на основе печатного или объемного монтажа с использованием интегральных микросхем, представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целые приемники.

При учебном проектировании целесообразно начать работу с ознакомления с типовыми решениями, применяемыми в приемниках определенного назначения. Эти решения выверены многолетней практикой, и их стоит придерживаться.

Основные стадии проектирования

Согласно ЕСКД проектирование включает в себя составление технического задания, технического предложения, эскизного и технического проектов.

Техническое задание (ТЗ) составляется на стадии проектирования связной или радиолокационной системы в целом. При учебном проектировании оно задается преподавателем. В ТЗ содержатся общие характеристики приемного устройства, характеристики принимаемых сигналов и помех, электрические характеристики приемника, конструктивные и эксплуатационные требования.

На стадии технического предложения выполняют анализ ТЗ, осуществляют подбор необходимой литературы, приводят и сравнивают различные варианты структурных схем радиоприемного устройства. При учебном проектировании техническое предложение завершается представлением черновых материалов преподавателю.

На стадии эскизного проектирования выбирают и обосновывают функциональную схему радиоприемного устройства, составляют принципиальную схему и производят ее расчет, разрабатывают конструкции отдельных узлов и всего радиоприемного устройства. При учебном проектировании эту стадию целесообразно разделить на два этапа: этап эскизного и этап рабочего проектирования. Первый этап относится к составлению и расчету структурной схемы, второй - к составлению и расчету принципиальной схемы. Стадия эскизного проектирования завершается разработкой конструкции.

При создании технического проекта составляют рабочие чертежи деталей, узлов и самого приемника, приводят методику настройки и регулировки, климатических и механических испытаний, а также контроля параметров, составляют техническую документацию, содержащую технический паспорт, описание и инструкцию по эксплуатации радиоприемного устройства.

Радиовещательные приемники

Основное назначение радиовещательных приемников ─ высококачественное воспроизведение музыкальных и речевых передач.

Радиовещательный прием осуществляется в километровом (150…300 кГц), гектометровом (300…3000 кГц), и метровом (66…108 МГц) диапазонах радиочастот. Для звукового вещания выделены определенные области частот, которые традиционно характеризуют как диапазоны длинных волн ДВ, средних волн СВ, коротких волн КВ и ультракоротких волн УКВ. Коротковолновый диапазон разбивается на ряд поддиапазонов, расположенных вблизи волн с длиной 75, 49, 41, 31, 25, 19, 16, 13 и 11 метров.

В зависимости от условий эксплуатации радиоприемные устройства подразделяются на стационарные, переносные, автомобильные и миниатюрные. По электроакустическим параметрам и по комплексу потребительских удобств они делятся на четыре группы сложности: 0, 1, 2 и 3.

Аналоговые сигналы звукового вещания имеют следующие виды модуляции: АМ, ЧМ, ЧМ - стерео и АМ - стерео. В развитых странах наряду с аналоговыми используются цифровые сигналы. В России Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) приняла решение об организации в ряде регионов опытных зон экспериментального цифрового звукового радиовещания стандарта DRM в диапазоне 3,95 ─ 26,1 МГц.

Приемники должны иметь достаточно высокие качественные показатели, обладая приемлемой стоимостью. Они должны также иметь простое управление и отличаться высокой надежностью, так как эксплуатируются неквалифицированными пользователями.

Для измерения чувствительности АМ - приемников используется модулированный гармоническим колебанием сигнал с глубиной модуляции несущей m = 0,3 и частотой модуляции F = 400 или 1000 Гц. Стандартную выходную мощность принимают равной 50 мВт для приемников с выходной мощностью больше 150 мВт и 5 мВт для приемников с выходной мощностью не превышающей 150 мВт. Требуемое отношение сигнал/шум на выходе приемника составляет 20 дБ.

Для ЧМ - приемников ультракоротковолнового диапазона в качестве испытательных используют сигналы с девиацией частоты 15 кГц (при пиковой девиации 50 кГц, которая принимается в диапазоне частот 64…74 МГц) или 22,5 кГц (при пиковой девиации 75 кГц, которая принимается в диапазоне частот 88…108 МГц). Отношение сигнал/шум на выходе приемника должно быть не менее 26 дБ.

Для характеристики односигнальной (линейной) селективности используют следующие параметры:

1. Селективность по соседнему каналу. Частота соседнего канала отличается от частоты настройки в диапазонах АМ на ± 9 кГц (в Европе) или
± 10 кГц (в США и Японии), а в диапазонах ЧМ на ± 180 или ± 300 кГц.

2. Селективность по зеркальному каналу. Частота зеркального канала выше частоты настройки на удвоенное значение промежуточной частоты (при верхней настройке гетеродина).

3. Селективность по промежуточной частоте.

4. Селективность по дополнительным каналам приема, образованным взаимодействием гармоник частоты сигнала и частоты гетеродина. Наиболее опасные из них располагаются между соседним и зеркальным каналами приема.

Ширина спектра принимаемого сигнала в случае АМ равна удвоенной верхней частоте модуляции, в случае ЧМ она составляет 180 кГц в отечественном УКВ - диапазоне и 250 кГц в зарубежном FM - диапазоне.

Современные радиовещательные приемники, как правило, строятся по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты. Прямое усиление используется лишь в миниатюрных переносных приемниках с низкими показателями качества, а двукратное ─ в дорогих приемниках, приближающихся по показателям к профессиональным.

Станции, работающие в ДВ и СВ - диапазонах, принимаются на встроенную ферритовую (магнитную) антенну. Программы КВ и УКВ - диапазона принимаются на штыревую (телескопическую) антенну. В приемнике может быть предусмотрена работа и от внешней антенны.

На рис. 1 приведена типовая структурная схема радиовещательного приемника сигналов с частотной модуляцией.

Сигнал фиксации настройки

ССН

ВЦ

УРЧ

См

УПЧ

ЧД

Г

СтД

Л

АРУ

БшН

АПЧ

П

Сигнал индикации режима «стерео»

Напряжение настройки

 

Рис. 1. Структурная схема радиоприемного тракта вещательного приемника: БшН ─ бесшумная настройка, ССН ‑ схема слежения за настройкой, СтД ─ стереодекодер, ВЦ ─ входная цепь, УРЧ ─ усилитель радиочастоты, См ─ смеситель, УПЧ ─ усилитель промежуточной частоты, ЧД ─ частотный детектор, Г ─ гетеродин, АРУ ─ автоматическая регулировка усиления, АПЧ ─автоматическая подстройка частоты

 

Сигнал от антенны поступает на входную цепь, представляющую собой узкополосный фильтр, и далее на усилитель радиочастоты. После преобразования частоты сигнал усиливается в усилителе промежуточной частоты, детектируется и поступает на усилитель звуковых частот. Радикальным методом улучшения звучания радиоприемного устройства является переход к стереофоническому вещанию. Разделение сигналов левого и правого каналов происходит в стереодекодере. Автоматическая подстройка частоты обеспечивает точность и стабильность настройки на станцию. Автоматическая регулировка усиления обеспечивает стабильность уровня сигнала на входе демодулятора. Паразитная амплитудная модуляция устраняется за счет применения схемы частотного детектора, нечувствительной к ней. Для удобства слушателя вводятся дополнительные схемы: схема бесшумной настройки и схема слежения за настройкой.

При приеме АМ - сигналов промежуточная частота чаще всего выбирается равной 465 кГц, при приеме ЧМ - сигналов ─ 10,7 МГц. В стереовещании используются сигналы с полярной модуляцией и с пилот-тоном.

Для современных радиовещательных приемников наиболее характерны следующие особенности: улучшение основных показателей качества, отказ от механических и электромеханических узлов и деталей, применение цифровых систем управления, синтезаторов частот и микропроцессоров, а также повышение требований к дизайну.

Улучшение показателей качества осуществляется за счет применения современной элементной базы и схемотехники. Существует большое число транзисторов, устойчиво работающих на высоких частотах, имеющих большие коэффициенты усиления, малые собственные шумы, хорошую линейность характеристик. Применяются электронные системы настройки с помощью варикапов и всевозможные устройства подавления помех. Выпускается широкая номенклатура специализированных интегральных микросхем и больших интегральных микросхем (БИС), на которых выполняются любые блоки радиоприемного устройства и даже практически весь тракт приемника.

Бытовой радиоприемник должен иметь хорошие эргономические характеристики и удовлетворять требованиям художественной эстетики.

Радиолокационные приемники

Радиолокационный приемник является частью радиолокационной станции (РЛС) и работает от общей с передатчиком приемопередающей антенны. Различают РЛС непрерывного и импульсного излучения. Обработка сигнала в приемнике предусматривает обнаружение сигнала, отраженного от цели, и (или) определение его параметров. Функции обнаружения сигнала и измерения его параметров могут быть расчленены.

Оптимальный приемник простого импульсного сигнала (с базой порядка единицы) состоит из двух частей: широкополосной линейной части и оптимального обнаружителя или измерителя. В широкополосном линейном тракте производится усиление сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы обнаружителя или измерителя, а также предварительная фильтрация сигнала. На первом этапе приемное устройство РЛС работает в режиме обнаружения сигнала. На втором решается задача измерения его параметров. Мы ограничимся задачей обнаружения.

Математически задача обнаружения сигнала на фоне флуктуационной помехи сводится к вычислению корреляционного интеграла и его сравнения с заданным порогом обнаружения. Для сигнала u (t), форма которого считается известной, формируется опорный сигнал u ₀(t), отличающийся от него только произвольным фазовым сдвигом и уровнем. Корреляционным интегралом называют результат интегрирования их произведения:

.

При φ = 0 и t _з = 0 корреляционный интеграл принимает наибольшее значение и обеспечивается наивысшее достижимое отношение сигнал/шум. Это обеспечивает наилучшие характеристики обнаружения.

Устройства, вычисляющие корреляционный интеграл, могут быть двух типов. Используется либо коррелятор, либо согласованный фильтр. Их схемы приведены на рис. 7.

u (t)

u 0(t)

t = t 1, t 2

Z

∫

Ф

Z

t = t 1, t 2

u (t)

а

б

Рис.7. Устройства, вычисляющие корреляционный интеграл: а ‑ коррелятор; б ‑ согласованный фильтр

 

 

Эти схемы применяются при когерентной обработке сигнала. В случае использования коррелятора опорный сигнал должен совпадать по фазе с принимаемым, интегрирование должно начинаться в момент прихода ожидаемого сигнала и заканчиваться в момент его окончания. В случае применения согласованного фильтра момент замыкания ключа должен совпадать с моментом окончания ожидаемого сигнала с точностью не хуже одной десятой доли периода несущей частоты импульса на входе фильтра. Указанные условия реализовать на практике достаточно сложно, поэтому обычно используются методы некогерентной обработки.

Структуры некогерентных приемников обнаружения одиночного радиоимпульса приведены на рис.8. Применяют один из следующих вариантов схемы:

- фильтровая схема;

- корреляционно-фильтровая схема;

- квадратурная схема.

 

Рис.8. Оптимальные некогерентные приемники обнаружения: а ‑ фильтровая; б ‑ корреляционно-фильтровая; в ‑ квадратурная схемы

в

СУ

ПУ

ЛД

СФ

t = t 2

U пор

Да   Нет

ПФ

ЛД

СУ

ПУ

U пор

Да   Нет

t = t 2

U оп(t)

б

а

Кор

ГОС

Кор

Кв

Кв

СУ

ПУ

cos ώ t

sin ώ t

Z 1^2

Z 2^2

│ Z │^2

t = t 2

U ^2пор

Да   Нет

СУ

ПУ

ЛД

СФ

t = t 2

U пор

Да   Нет

ПФ

ЛД

СУ

ПУ

U пор

Да   Нет

t = t 2

U оп(t)

б

а

Кор

ГОС

Кор

Кв

Кв

СУ

ПУ

cos ώ t

sin ώ t

Z 1^2

Z 2^2

│ Z │^2

t = t 2

U ^2пор

Да   Нет

 

 

Фильтровой приемник обнаружения состоит из согласованного фильтра (СФ), выполняемого обычно на промежуточной частоте, линейного детектора (ЛД), синхронизирующего устройства (СУ) и порогового устройства (ПУ). Неизвестная начальная фаза принимаемого сигнала исключается за счет применения детектора до фиксации момента окончания сигнала t = t ₂, выполняемого синхронизирующим устройством. Благодаря этому с пороговым напряжением сравнивается огибающая сигнала и требования к точности синхронизации многократно снижаются.

Корреляционно-фильтровой приемник обнаружения имеет коррелятор, работающий на промежуточной частоте. Коррелятор образован перемножителем (преобразователем частоты) и полосовым фильтром ПФ, постоянная времени которого значительно больше длительности импульса. Фильтр выполняет роль интегратора высокочастотного колебания. Сигнал на выходе коррелятора при воздействии на него радиоимпульса с прямоугольной огибающей имеет вид высокочастотного импульса с треугольной огибающей. Далее сигнал детектируется, и полученный треугольный импульс в момент достижения максимума напряжения сравнивается с пороговым уровнем.

Оптимальный квадратурный приемник обнаружения состоит из двух квадратурных каналов с корреляторами (Кор), на выходах которых установлены квадраторы (Кв). Выходные напряжения квадраторов суммируются, в результате чего образуется квадрат модуля корреляционного интеграла:

│ Z │² = Z ₁² + Z ₂²,

не зависящий от начальной фазы сигнала. Далее, как и в предыдущих схемах, следуют синхронизирующее и пороговое устройства.

Величину порога выбирают обычно в соответствии с критерием Неймана- Пирсона, при котором фиксируется вероятность ложной тревоги:

,

где U ₀ = U _пор / , Е ─ энергиясигнала, N ₀ ─ спектральная плотность мощности шума.

Качество обнаружения определяется рабочей характеристикой, представляющей собой зависимость вероятности правильного обнаружения от вероятности ложной тревоги при различных отношениях сигнал/шум.

Вероятность правильного обнаружения рассчитывается по формуле

,

где I ₀(x) ─ функция Бесселя. Отношение сигнал/шум принимается в виде γ =
= 2 Е / N ₀.

Качество всех трех видов некогерентных обнаружителей одинаково. Решение о том, какую из схем обнаружителей выбрать, определяется конструктивными соображениями.

При проектировании РЛС задают определенные значения вероятности правильного обнаружения и вероятности ложной тревоги. Затем определяют отношение сигнал/шум γ, порог обнаружения U _пор и чувствительность приемника.

Реализация оптимальных алгоритмов обнаружения иногда приводит к чрезмерному усложнению и удорожанию приемника. В этих случаях приходится изменять некоторые параметры оптимального алгоритма или видоизменять сам алгоритм, а иногда делать и то и другое. При этом конструктивные, технические, а часто и эксплуатационные параметры приемника улучшаются, но увеличивается пороговое отношение сигнала к шуму по сравнению с требуемым в оптимальном алгоритме. Если увеличение невелико, то измененный алгоритм называют подоптимальным.

При приеме одиночного радиоимпульса (простого сигнала с базой порядка единицы) вполне возможно использовать вместо согласованного (оптимального) фильтра фильтр с амплитудно-частотной характеристикой близкой к прямоугольной или к колоколообразной. Близкая к прямоугольной АЧХ получается в УПЧ с системой связанных контуров, близкая к колоколообразной ─ в УПЧ с одиночными настроенными в резонанс контурами. За счет правильного подбора полосы пропускания такого фильтра можно свести к минимуму потери из-за неоптимальности формы АЧХ. Такие фильтры называют квазиоптимальными.

Расчет оптимальной полосы пропускания для радиоимпульса с прямоугольной огибающей ведут по формулам:

П _опт = 1,37/ t _и при прямоугольной АЧХ,

П _опт = 0,8/ t _и при колоколообразной АЧХ.

Потери в пороговом отношении сигнал/шум при этом составляют 0,8 дБ в случае прямоугольной АЧХ и 0,3 дБ в случае колоколообразной АЧХ. Если огибающая радиоимпульса имеет колоколообразный характер, потери еще меньше. Таким образом, форма АЧХ мало влияет на пороговый сигнал.

Вследствие нестабильности частот РЛС и доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала приходится расширять полосу радиотракта по сравнению с полосой, согласованной с импульсным сигналом:

П = П _опт + 2Δ f _д + П _нс,

где П _опт ─ оптимальная полоса, Δ f _д ─ максимальный сдвиг доплеровской частоты, П _нс ─ нестабильность частоты РЛС с учетом действия системы АПЧ, если она введена. При расширении полосы возникают потери. В случае прямоугольной огибающей радиоимпульса и прямоугольной АЧХ приемника общие потери (по сравнению с оптимальным вариантом) составляют 1,9 дБ при П t _и = 2 и 7 дБ при П t _и = 5. Сужение полосы по сравнению с оптимальной также ведет к увеличению потерь (порядка 3 дБ при П t _и = 0,5).

Квазиоптимальная фильтрация не применяется при приеме сложных сигналов, база которых может достигать величины порядка десятков и сотен тысяч, так как в этом случае преимущества сложных сигналов практически сводятся на нет.

Структурная схема радиолокационного приемника, входящего в РЛС конического сканирования и работающего от общей антенны с передатчиком, приведена на рис.9.

Тракт радиочастоты состоит из разрядника, защищающего вход приемника в момент излучения сигнала передатчиком, и усилителя радиочастоты. В тракт промежуточной частоты входят смеситель См-1, гетеродин, усилитель промежуточной частоты УПЧ-1 и амплитудный детектор. Для защиты приемника от действия мощных импульсных помех, длительность которых превышает длительность полезного сигнала, введена система быстродействующей автоматической регулировки усиления БАРУ, время срабатывания которой больше длительности сигнала, но меньше длительности помехи.

Разр.

УРЧ

См-1

АД

Г

ВУ

ЧД

Антенна

Тракт АПЧ

УПЧ-1

БАРУ

См-2

ДМ

УПЧ-2

РЧ

П

Тракт радиочастоты

Видео- тракт

Тракт промежу-точной частоты

Рис. 9. Структурная схема радиолокационного приемника, входящего в РЛС конического сканирования, работающего от общей антенны с передатчиком: П – передатчик, ДМ – делитель мощности, Разр. – разрядник, УРЧ – усилитель радиочастоты, См - смеситель, УПЧ – усилитель промежуточной частоты, АД – амплитудный детектор, ВУ – видеоусилитель, Г – гетеродин, ЧД – частотный дискриминатор, РЧ – регулятор частоты

 

 

Нестабильность частот передатчика и гетеродина компенсируется системой автоматической подстройки частоты, в которую входят делитель мощности, второй смеситель См-2, второй усилитель промежуточной час тоты УПЧ-2, частотный дискриминатор и регулятор частоты. В видеотракте использован видеоусилитель. Для расширения динамического диапазона приемника в основном тракте часто используются логарифмические усилители.

При расчете радиолокационного приемника обычно задаются: длина волны (частота) сигнала, длительность импульса, частота следования импульсов, длительность фронта, нестабильность частоты сигнала, реальная чувствительность, коэффициент различимости, избирательность по зеркальному каналу, динамический диапазон принимаемых сигналов, допустимое изменение амплитуды сигнала на входе детектора, напряжение на выходе приемника, сопротивление и емкость нагрузки.

Полоса пропускания приемника зависит от назначения РЛС и предъявляемых к ней технических требований. В тех случаях, когда первостепенное значение имеет дальность действия станциистанции, и вопрос точности определения расстояния особо не оговорен, полосу пропускания приемника выбирают оптимальной с точки зрения характеристик обнаружения, как уже было описано выше.

Точное определение расстояния до цели зависит от крутизны фронта импульса на выходе приемника. Время нарастания распределяют по отдельным блокам приемника:

,

где τ _вч ─ время нарастания фронта импульса в высокочастотном тракте,τ _ад ─ время нарастания фронта импульса в детекторе,τ _вх ─ время нарастания фронта импульса в видеоусилителе. Близкое к оптимальному распределение получается при τ _вч = 0,9τ _ф; τ _ад = 0,27 τ _ф; τ _ву = 0,36 τ _ф. Эти соотношения являются исходными при определении полосы пропускания высокочастотного тракта и видеоусилителя. В частности, полоса пропускания высокочастотного тракта определяется следующим образом:

,

где П _нс ─ результирующая нестабильность частот, К_АПЧ ─ коэффициент автоподстройки частоты. Относительная нестабильность частоты передатчика при проектировании приемника обычно задается в ТЗ. Ее величина может быть порядка 10^–3. Примерно такой же порядок имеет относительная нестабильность частоты транзисторного гетеродина. Неточность настройки УПЧ составляет примерно (0,003…0,01) f _п. Результирующая нестабильность определяется суммированием отдельных нестабильностей в среднеквадратическом смысле (рассчитывается корень квадратный из суммы квадратов абсолютных нестабильностей). Расширение полосы частот по сравнению с оптимальным вариантом не должно превышать 10…20%. Это требование позволяет решить вопрос о необходимости введения системы АПЧ и о значении коэффициента автоподстройки.

Выбор первых каскадов определяется допустимым коэффициентом шума приемника, который рассчитывается по заданной чувствительности. При этом возможны следующие основные варианты:

- схема начинается с диодного или транзисторного смесителя;

- в схему вводится транзисторный усилитель радиочастоты;

- применяется параметрический усилитель без охлаждения или с охлаждением.

Расчет рекомендуется начать с наиболее простого первого варианта. В случае диодного смесителя коэффициент шума приемника рассчитывается по формуле

N = N _УПЧ/ K _Ф K _Р K _С ,

где N _УПЧ = 2 N _Тр (N _Тр ─ коэффициент шума первого транзистора УПЧ, обычно порядка 3…5 дБ), K _Ф = 0,9; K _Р = 0,7…0,8; K _с = 0,2…0,3 ─ соответственно коэффициенты передачи (по мощности) фидера, разрядника и смесителя. Если рассчитанный коэффициент шума не превышает допустимого, полученного на основе заданной чувствительности, на этом варианте и останавливаются.

Если коэффициент шума приемника оказывается больше допустимого, применяют транзисторный усилитель радиочастоты, или (если N _доп<5) параметрический усилитель.

Промежуточная частота выбирается в интервале 30…120 МГц, при этом руководствуются следующими основными соображениями:

- повышение промежуточной частоты улучшает фильтрацию составляющей промежуточной частоты после видеодетектора;

- для лучшего воспроизведения формы огибающей импульса период промежуточной частоты должен составлять не более 0,05 t _и;

- низкая промежуточная частота обеспечивает повышенную устойчивость УПЧ, позволяет уменьшить его коэффициент шума, но требует более совершенной системы АПЧ;

- большая избирательность по зеркальному каналу обеспечивается при выборе более высокой промежуточной частоты.

Эскизное проектирование

При эскизном проектировании решаются следующие вопросы:

– выбор и обоснование структурной схемы приемника;

– определение числа поддиапазонов, расчет сквозной полосы пропускания приемника;

– выбор структуры первых каскадов преселектора и числа преобразований частоты;

– выбор первых каскадов приемника;

– определение избирательной системы тракта промежуточной частоты;

– выбор электронных приборов для высокочастотного тракта;

– распределение усиления между трактами приемника;

– оценка динамического диапазона приемника;

– выбор тракта усиления низких частот;

– выбор регулировок приемника.

Выбор регулировок приемника

При эскизном проектировании предусматривается система регулировок, обеспечивающая:

- поддержание точной настройки приемника на частоту принимаемого сигнала;

- поддержание заданного уровня сигнала на входе детектора.

Автоматическая подстройка частоты гетеродина позволяет уменьшить до допустимой величины требуемую полосу пропускания УПЧ приемника, если абсолютное значение нестабильности настроек велико.

Если принять, что без системы АПЧ требуется полоса

,

 

то при наличии АПЧ с коэффициентом подстройки К _АПЧ

.

Здесь f _Д – доплеровское смещение частоты, а величина нестабильности настроек П_НС определяется по формуле:

,

где и – нестабильности частот сигнала и гетеродина, и – неточности настроек частот гетеродина и УПЧ.

При расчете задаются относительной нестабильностью частот , соответствующей выбранной схеме устройства. Чем выше частота f, тем больше получается абсолютное значение нестабильности. Поэтому, например, в области ДВ и СВ вещательных диапазонов величина П_НС оказывается небольшой, по сравнению с П_С, и система АПЧ не требуется, а в области УКВ диапазона – большой, что делает систему АПЧ обязательной.

Транзисторный гетеродин без кварцевой стабилизации имеет относительную нестабильность частоты порядка 10 ^{– 3} … 10 ^{– 4} в диапазоне частот ниже
30 МГц и 10 ^{– 2} … 10 ^{– 3} в диапазоне частот выше 30 МГц. Применение кварцевой стабилизации