Особенно это касается вопросов синтеза структуры оптимальных и квазиоптимальных демодуляторов различных приемников, определения временных и частотных характеристик линейной части, синтеза структуры систем последетекторной обработки и т.д.

III. Автоматизация проектирования приемно-усилительных устройств.

Каждый этап проектирования приемно-усилительного устройства может выполняться с использованием ЭВМ. Одним из пунктов задания на курсовое проектирование может являться расчет и моделирование с помощью ЭВМ отдельных узлов, частей или всего устройства.

Полная автоматизация процесса проектирования невозможна, так как процесс проектирования приемного устройства не может быть строго формализован, как указывалось выше. Однако применение средств вычислительной техники на отдельных этапах позволяет существенно ускорить процесс проектирования.

Разработанные в настоящее время методы автоматизированного проектирования позволяют решать следующие задачи при проектировании приемно-усилительных устройств:

1. Расчет по сложным формулам. Такой расчет на ЭВМ позволяет сократить время вычислений.

1. 12

   Анализ приемно-усилительных устройств и их узлов. Расчет характеристик и параметров может быть произведен на ЭВМ с учетом действия различных факторов, которые обычно не принимаются во внимание при анализе без использования ЭВМ. В связи с этим число

Необходимое изменение коэффициента усиления регулируемого усилителя m для обеспечения заданного p будет равно

И, наконец, выберем величину промежуточной частоты из условий

1.

2.

где

S_зкз - заданное ослабление зеркального канала, которое принимаем равным 15 дБ (30 раз);

n - число колебательных систем в преселекторе, n=2

Выберем стандартную промежуточную частоту для радиолокационных приемников 30 МГц.

На этом определение основных требований к узлам радиолокационного приемника можно считать законченным.

21

Для обеспечения линейного детектирования напряжение на входе диодного детектора U_{вх д} должно составлять 0,5-1 В (примем U_{вх д} = 0,8 В). Тогда коэффициент усиления ГУПЧ (по напряжению)

С учетом коэффициента запаса K_зап³3 требуемое усиление УПЧ будет равно:

Примем

Коэффициент передачи диодного детектора K_Д примем равным 0б7. Следовательно, коэффициент усиления видеоусилителя К_ВУ будет равен

Теперь вновь оценим получившийся коэффициент шума приемника. Коэффициент шума ГУПЧ с учетом кабеля примем равным 25, тогда

Сравнивая F_S с F_доп, делаем вывод, что требуемые характеристики приемника будут обеспечены.

Следующим шагом является определение требования к системе АРУ. Максимальный уровень мощности на входе приемника

20

Изменение напряжения на входе приемника

итераций при разработке устройства может существенно сократиться, а на стадии эскизного проектирования этап физического моделирования может быть заменен полностью или частично расчетом на ЭВМ. Характерной ситуацией в настоящее время является подробный расчет на ЭВМ части, узла приемно-усилительного устройства, для которого развиты методы анализа.

1. Моделирование приемно-усилительных устройств. Под моделированием понимается имитационное моделирование, когда модель позволяет получить эквивалент сигналов, действующих в устройстве. Моделирование - это средство анализа устройств, которое используется, как правило, для получения статистических характеристик устройства или его существенных частей. Методы моделирования позволяют существенно сократить время проектирования за счет уменьшения числа итераций при поиске решения, а на этапе эскизного проектирования - за счет исключения этапа физического моделирования.

2. Оптимизация узлов, входящих как составные части в приемно-усилительное устройство. В настоящее время развита и нашла широкое применение параметрическая оптимизация, при которой схема задана и производится варьирование численных значений параметров элементов схемы. Применение методов оптимизации на ЭВМ при проектировании позволяет существенно сократить время, необходимое для завершения проектирования, а также найти такие инженерные решения, которые при обычных методах расчета не могут быть найдены.

1. 13

   Синтез узлов приемно-усилительных устройств. Методы синтеза приемно-усилительных устройств в целом не разработаны. Отдельные узлы и блоки, обычно линейные, могут быть в настоящее время синтезированы с помощью ЭВМ. Как правило, решения, которые получаются с использованием ЭВМ при синтезе, не могут быть найдены другими известными в настоящее время способами. Таким образом, применение ЭВМ для синтеза узлов и блоков приемно-усилительных устройств позволяет не только ускорить, но и качественно улучшить процесс проектирования.

IV. Пример определения требований к узлам приемника бортовой импульсной радиолокационной станции обнаружения.

1. Техническое задание.

Спроектировать приемник бортовой радиолокационной станции обнаружения по следующим исходным данным:

Качество обнаружения сигнала:
a) вероятность правильного обнаружения	Pп0	0,9
b) вероятность ложной тревоги	Pлт	10-6
Рабочий диапазон (длина волны)	f0 l0	10000 МГц 3 см
Длительность зондирующего импульса	tи	1 мкс
Частота повторения импульсов	Fп	1 кГц
Реальная чувствительность приемника	Pвх min	3·10-13 Вт

14

Максимальное изменение мощности сигнала на входе приемника

dmax

80 дБ

В качестве усилителя высокой частоты выбираем неохлаждаемый параметрический усилитель на полупроводниковом диоде. Из работы [2, табл. 1, 3] для нашего диапазона ориентировочно находим: коэффициент усиления КУВЧ 20 дБ; коэффициент шума К_УВЧ 2,7 дБ.

Можно применить УРЧ на современных малошумящих полевых транзисторах с барьером Шоттки, которые в этом диапазоне получить малошумящий усилитель с усилением 20 - 30 дБ и коэффициентом шума 1,5 - 2.5 дБ

Смеситель выполним по балансной схеме на СВЧ диодах с барьером Шоттки (ДБШ). В качестве ПУПЧ используем малошумящий однокаскадный транзисторный усилитель. По справочным данным [2] ориентировочно определяем : потери преобразования 6 дБ; относительная шумовая температура смесителя 1,5; коэффициент шума ПУПЧ 1,5 дБ; коэффициент усиления ПУПЧ 10 дБ; общий коэффициент передачи смесителя с ПУПЧ

а общий коэффициент шума смесителя с ПУПЧ

Подсчитаем напряжение сигнала на входе первого каскада ГУПЧ

где:

K_рф - коэффициент передачи кабеля, соединяющего высокочастотный блок приемника с каскадами основного усиления; K_рф=0,9

R_{вх 1} - входное сопротивление первого каскада ГУПЧ, R_{вх 1}=100 Ом.

19

где :

Df_прд - нестабильность частоты передатчика, равная 3 МГц.

Df_доп = 0,053 МГц - доплеровское смещение частоты.

Избирательность преселектора обеспечивается волноводным резонатором антенного переключателя и контуром УРЧ. Примем добротность этих колебательных систем (контуров) Q_k=500. Тогда полоса пропускания преселектора при числе контуров n=2, равна:

,

(где y(n)=1,55 для n=2 [2]), что удовлетворяет полученным ранее требованиям.

Из формулы для реальной чувствительности найдем допустимый коэффициент шума

Приемник с таким коэффициентом шума в трехсантиметровом диапазоне технически можно реализовать.

Следующий шаг - определение усиления приемника и его отдельных блоков с учетом затухания во входных цепях.

Потери во входной части приемника - в антенном переключателе и входной цепи (фидер, потери на отражение, диодный ограничитель) - примем равными L_ВЦ = 1.0 дБ. Коэффициент передачи по мощности входной части K_{Р ВЦ} = 0.8.

18

Виды антенны		параболическая
Максимальная радиальная скорость перемещения объекта, отражающего зондирующие сигналы, относительно РЛС	Vр	0,8 км/с
Относительная нестабильность частоты сигнала (передатчика)	Dfпрд/f0	3·104
Уровень сигнала на выходе видеоусилителя	Uвых	20 В
Нагрузка видеоусилителя	Rн, Cн
Допустимое изменение сигнала на выходе приемника	p	2

2. Порядок определения требований

В соответствии с ТЗ проектируемый приемник должен обладать высокой чувствительностью. Поэтому выбираем приемник супергетеродинного типа. Типовая структурная схема такого приемника показана на рис. 3.

Для получения заданного качества обнаружения необходимо иметь определенное отношение мощностей сигнала и шума g на входе детектора приемника. Эта величина определяется на основе заданных в ТЗ вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги по характеристикам обнаружения или по формулам. При случайной начальной фазе сигнала и оптимальной, для этого случая, обработке его в приемном устройстве можно выделить отношение энергии сигнала и шума на входе приемника по заданным P_пo и P_лт по формуле

15