Приемник с таким коэффициентом шума может быть реализован в указанном диапазоне при использовании в качестве УВЧ транзисторного усилителя.

Для дальнейших расчетов положим, как и в разд. 4, общие потери во входных цепях L_вх = 1.0 дБ; коэффициент передачи входной цепи К_ВЦ =0,8; коэффициент усиления УВЧ К_УВЧ = 20 дБ; потери преобразования L_пр = 6 дБ.

26

Указанные величины после окончательного расчета приемника должны быть уточнены.

характер процесса проектирования распространяется также на техническое задание, т.е. замысел может изменяться (уточняться) под влиянием процесса проектирования.

Вторая существенная особенность процесса проектирования состоит в том, что каждая итерация (на любом уровне) заканчивается принятием решения, при этом решение всегда принимается в условиях неопределенности, так как оно представляет собой процесс выбора одного или нескольких предпочтительных вариантов из множества возможных (несколько вариантов выбирается, как правило, только на стадии предварительного эскизного проектирования). Именно эта неопределенность является прежде всего причиной неоднозначности результата проектирования. Поэтому вторым существенным свойством процесса проектирования является неоднозначность результата.

2. Содержание технического задания на проектирование приемника.

Приемник в радиотехнической системе предназначен для преобразования радиосигнала в сообщение.

Основной характеристикой приемника является качество воспроизведения сообщения. С количественной точки зрения качество воспроизведения сообщения может характеризоваться по-разному. На качество воспроизведения сообщения влияют различного рода помехи и искажения в элементах радиоприемных устройств

7

Такие характеристики, как точность воспроизведения сообщений или вероятность ошибочного решения, связаны с отношением сигнала к аддитивному шуму в полосе пропускания приемника. Эти зависимости определены в настоящее время для весьма большого количества разнообразных случаев приема. Часть из них в виде формул и графиков приведена в приложениях к пособию. Зная заранее требуемые точности или вероятности ошибок при воспроизведении сообщений с помощью этих зависимостей для конкретных случаев приема, можно определить необходимое отношение сигнала к шуму и, следовательно, необходимую реальную чувствительность приемника. Сведения о требуемой точности или о допустимых вероятностях ошибок содержатся в ТЗ.

Существенное влияние на качество воспроизведения сообщений оказывают мультипликативные (модулирующие) помехи. Для борьбы с ними в приемниках применяются различные методы, в частности автоматические регулировки. В ТЗ содержатся необходимые данные для проектирования автоматических регулировок и других устройств для борьбы с указанными помехами.

В техническом задании имеются сведения о характере всех предполагаемых помех и задаются требования по помехоустойчивости приемника по отношению к ним, например частотная, пространственная и временная избирательность.

В техническом задании задаются также требования по допустимому уровню линейных и нелинейных искажений сообщения, перекрестных искажений в приемниках дискретных систем передачи информации.

8

Моменты, которые оказывают существенное влияние на качество воспроизведения сообщения, определяют основное содержание технического задания на проектирование приемника. Вместе с тем в техническое задание включаются такие данные, которые не оказывают непосредственного влияния на качество воспроизведения сообщения. Это

Определим теперь требуемое отношение сигнала к шуму на выходе линейной части приемника.

Отношение сигнала к шуму g_2fmax на выходе линейной части приемника в полосе частот 2f_max может быть определено из следующего выражения [2] :

где :

f_min - минимальная частота в спектре группового сигнала;

f_max = F₁-f_max = 47 кГц;

F_k - частота поднесущей канала.

Наихудшее отношение сигнала к шуму при частотной модуляции несущей будет в последнем канале, так как спектральная плотность мощности шума на выходе ЧМ-демодулятора растет пропорционаольно квадрату частоты.

Поэтому, принимая F_k = F₂₀, имеем

25

Тогда g в полосе П определится, как

Теперь есть возможность по известной П_С определить ширину полосы пропускания П линейного тракта.

Полоса П должна быть выбрана с учетом нестабильностей и неточностей настроек приемника и доплеровского сдвига частот. Расширение полосы П ухудшает отношение сигнала к шуму.

С другой стороны, уход промежуточной частоты от номинального значения может привести к нелинейным искажениям при ЧМ-демодуляции и возникновению межканальных помех. Определяя возможное изменение промежуточной частоты Df_пр, выраженное доплеровским сдвигом и нестабильностями, по методике, изложенной в работе [2], получаем примерно 6 Мгц. Чтобы избежать возникновения нелинейных искажений при ЧМ-демодуляции из-за большого ухода промежуточной частоты, применим систему фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). ФАПЧ снижает уход промежуточной частоты до величины, определяемой небольшой нестабильностью частоты внутреннего генератора ФАПЧ.

Нестабильность частоты этого генератора равна

где :

d_Г =10^-6 - соответствует нестабильности кварцевого генератора;

f_ПР £ 100 МГц.

24

Таким образом, принимаем, что проектируемый приемник должен иметь систему ФАПЧ с кварцевым опорным генератором. В этом случае ширина полосы пропускания приемника линейного тракта может быть выбрана равной

такой набор данных, с помощью которого осуществляется как бы привязка проектируемого приемника к условиям работы всей радиосистемы. Это данные о рабочем диапазоне частот, о наборе промежуточных частот, способ модуляции, число каналов, способ перестройки по диапазону и т.д. Ряд исходных требований технического задания связан с конструктивной и эксплуатационной стороной: масса, габариты, установочные размеры, климатические условия, устойчивость к механическим перегрузкам. Часто в техническом задании накладываются ограничения на типы применяемых активных и других элементов схем, на потребление энергии от источников питания. Задаются в техническом задании также требования по надежности работы приемника, накладываются ограничения на стоимость разработки и себестоимость приемника при его серийном производстве. Техническое задание может включать и ряд других требований, например требования по внешнему оформлению, по расположению элементов управления и т.д. Набор исходных данных в задании на курсовое проектирование существенно ограничен. Ограничен также и объем выполняемых работ, который в процессе выполнения работ может корректироваться ведущим преподавателем. В приложениях приведены примеры заданий на курсовой проект, рассматривается порядок выполнения типовых проектов, указан необходимый минимум работ.

3. Порядок проектирования приемника.

Общие положения.

9

Проектирование радиоприемника начинается с выбора и обоснования его общей структуры. Этот этап в настоящее время в типичных ситуациях не вызывает особых затруднений.

В результате накопленного опыта разработки общая структура приемника может быть определена практически сразу. На рис. 3 показана типовая структура супергетеродинного приемника с однократным преобразованием частот. Такая структура лежит в основе построения большинства современных радиоприемников. В настоящем пособии вопросы проектирования приемника будут рассматриваться применительно к этой схеме.

Следующим шагом является определение требований к основным элементам приемника: определение общего коэффициента усиления и его распределение по отдельным частям приемного тракта, определение полосы

Чувствительность приемника	P	2·10-13 Вт
Максимальное изменение мощности на входе приемника	dmax	20 дБ
Максимальная радиальная скорость перемещения объекта, отражающего зондирующие сигналы, относительно РЛС	Vр	1 км/с
Относительная нестабильность частоты (передатчика)	dПРД	10-4
Избирательность приемника по соседнему каналу	SСК	20 дБ
Частота соседнего канала
Избирательность по зеркальному каналу	SЗК	20 дБ

Рис. 3. Структурная схема приемника с однократным преобразованием частоты:

А - антенна; ВЦ - входная цепь; УВЧ - усилитель высокой частоты; СМ - смеситель; Г - гетеродин; ПУПЧ и ГУПЧ - предварительный и главный усилители промежуточной частоты; ДМ - демодулятор; БНЧ - блоки низкой частоты; И - индикатор сообщения; АРУ - автоматическая регулировка усиления; АПЧ - автоматическая подстройка частоты гетеродина.

2. Порядок определения требований к узлам приемника.

Для обеспечения требуемой по ТЗ высокой чувствительности проектируемый приемник должен быть супергетеродинным.

Для получения заданного отношения к шуму в одном канале приемника g_k необходимо иметь определенное отношение сигнала к шуму g на выходе линейной части приемника, т.е. на входе частотного демодулятора группового сигнала. Требуемое значение g может быть определено на основе параметров группового сигнала, параметров сигнала в канале.

10

23

Определим полосу пропускания П_С группового сигнала. Для этого предварительно вычислим частоту поднесущей последнего (двадцатого) канала F₂₀ и максимальную частоту в спектре этого канала f_max :

V. Пример составления структурной схемы определения требований к узлам приемника многоканальной системы связи.

1. Техническое задание.

Спроектировать приемник наземной станции многоканальной системы связи с летательным аппаратом; проектированию подлежит часть приемника, осуществляющая обработку группового сигнала.

Исходные данные на проектирование.

Вид модуляции		АМ-ЧМ
Число каналов	nk	20
Максимальная частота спектра сигнала, передаваемого по одному каналу	Fmax	3 кГц
Защитный интервал между спектрами каналов	DFЗ	1 кГц
Поднесущая первого канала	F1	50 кГц
Отношение сигнала к шуму в канале при шумоподобном виде сообщения с равномерным спектром	gk	> 30 дБ
Частота несущей	f0	300 Мгц
Пиковое значение индекса частотной модуляции	m	7,5

22

Эффективное (среднеквадратическое) значение индекса частотной модуляции

s

3

пропускания и избирательности радиоприемного устройства вцелом и пропускания и избирательности радиоприемного устройства вцелом и отдельных его частей, определение их шумовых свойств. отдельных его частей, определение их шумовых свойств.

На этом шаге устанавливаются рабочие частоты элементов приемного тракта, требования к АРУ и АПЧ. При необходимости производится моделирование приемника или отдельных его частей на ЦВМ и оптимизация параметров его блоков.

Исходными данными для решения задач этого этапа являются сведения в техническом задании по чувствительности, динамическому диапазону входного сигнала, уровню выходного сигнала, стабильности частоты сигнала, а также сведения о рабочем диапазоне частот, способе модуляции и частотных свойствах сообщения, о требуемом качестве воспроизведения сообщения. По результатам этого шага уточняется структура приемника, в частности выясняется необходимость применения УВЧ или ПУПЧ, необходимость в дополнительных преобразованиях частоты, в автоматических регулировках и т.д. Рассмотренный этап включает в себя по существу синтез структуры приемника в целом, его анализ и определение требований к функциональным звеньям.

11

Следующий этап - это проектирование отдельных функциональных звеньев приемника. Проектирование каждого звена начинается с определения его структуры, затем структуры его отдельных составляющих и так далее, вплоть до проектирования принципиальных электрических схем. Детально проектирование функциональных звеньев приемника, электрических схем рассматривается в пособиях, список которых приведен в указателе литературы. Отметим, что при проектировании отдельных функциональных звеньев на этапе синтеза их структуры широко применяется методы статистического синтеза.