Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

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.

2. 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 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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:

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

и принять, что оно равно требуемому отношению мощностей сигнала и помехи на входе детектора, т.е. считать что

.

Обеспечение этой величины и, следовательно, требуемого качества обнаружения зависит, прежде всего, от реальной чувствительности приемника, которая определяется выражением

где :

k - постоянная Больцмана (k = 1,38·10^-23 Дж/К)

T₀ - абсолютная температура (T₀ = 293 К)

F - коэффициент шума приемника

t_A - относительная шумовая температура антенны,

Df_ш - шумовая полоса пропускания линейной части приемника (тракта приемника до детектора)

При известных минимальной мощности сигнала P_{вх min}, температуре антенны t_А, шумовой полосе Df_ш можно оценить допустимое значение коэффициента шума F_доп, при котором будет обеспечиваться требуемое отношение сигнала к шуму g. Может случиться, что при оценке коэффициента шума F его значение окажется отрицательным. Это означает, что требуемое качество обнаружения в данном случае достигнуто быть не может, следовательно, необходимо или увеличивать энергию сигнала, или уменьшать температуру антенны t_А. Если это невозможно осуществить, то остается пойти на ухудшение качества обнаружения сигнала, т.е. уменьшать отношение сигнала к шуму на входе детектора до таких величин, при котором получается реализуемое технически значение коэффициента шума.

Для определения возможности технической реализации приемника в рассматриваемом случае примем, что P_реал = P_{вх min}, t_a=0,8 и оценим полосу пропускания приемника. Без учета нестабильностей частот сигнала и гетеродина шумовая полоса приемника, предназначенного для обнаружения одиночного прямоугольного радиоимпульса, определяется по формуле и будет равна .

Далее необходимо произвести оценку нестабильностей частот и доплеровского смещения частоты и определить запас по полосе пропускания и необходимость в АПЧ. Используя хорошую известную методику [2], находим, что с учетом реальных нестабильностей запас по полосе пропускания должен быть равен Df_зап=8,4 МГц.

Так как запас полосы пропускания Df_зап получился гораздо больше величины Df_ш0, то вводим систему АПЧ, коэффициент регулирования которой K_АПЧ примем равным 35. С учетом действия АПЧ ширина полосы линейного тракта (Df_ш) получается

.

Найдем необходимую полосу пропускания преселектора, т.е. всего селективного тракта до смесителя Df_прес:

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.

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

Характеристики

Список файлов учебной работы