120_Pvu (564985), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИЕМНИКАОбщие положенияПроектирование радиоприемника начинается с выбора и обоснования его общейструктуры. Этот этап в настоящее время в типичных ситуациях не вызывает особыхзатруднений.В результате накопленного опыта разработки общая структура приемника может бытьопределена практически сразу. На рис.3 показана типовая структура супергетеродинногоприемника с однократным преобразованием частот. Такая структура лежит в основе построения большинства современных радиоприемников. В настоящем пособии вопросыпроектирования приемника будут рассматриваться применительно к этой схеме.Следующим шагом является определение требований к отдельным блокам приемника:определение коэффициента усиления отдельных блоков и общего коэффициента усиления,определение полос пропускания и избирательности блоков, определение их шумовых свойств.На этом шаге устанавливаются рабочие частота блоков, требования к АРУ и АПЧ.
Принеобходимости производится моделирование приемника или отдельных его частей на ЦВМ иоптимизация параметров его блоков.Исходными данными для решения задач этого этапа являются сведения в ТЗ почувствительности, динамическому диапазону входного сигнала, уровню выходного сигнала,стабильности частоты сигнала, а также сведения о рабочем диапазоне частот, способемодуляции и частотных свойствах сообщения, о требуемом качестве воспроизведениясообщения. По результатам этого шага уточняется структура приемника, в частностипоясняется необходимость применения УВЧ или ПУПЧ, необходимость в дополнительныхпреобразованиях частоты, в блоках автоматических регулировок и т.д.
Рассмотренный этапвключает в себя по существу синтез структуры приемника в целом, его анализ и определениетребований к функциональным звеньям.Следующий этап - это проектирование отдельных функциональных звеньев приемника.Проектирование каждого звена (или блока) начинается с определения его структуры, затемструктуры его отдельных блоков и так далее, вплоть до проектирования принципиальныхэлектрических схем. Детально проектирование функциональных звеньев приемника,электрических схем рассматривается в пособиях, список которых приведен в указателелитературы. Отметим, что при проектировании отдельных функциональных звеньев на этапесинтеза их структуры широко применяется метода статистического синтеза.Особенно это касается вопросов синтеза структуры оптимальных и квазиоптимальныхдемодуляторов различных приемников, определения временных и частотных характеристиклинейной части, синтеза структуры систем последетекторной обработки и т.д.Следует, однако, отметить, что такие функции радиоприемника, как усиление содновременным обеспечением требуемой чувствительности и избирательности методамистатистического синтеза, не рассматриваются.III.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИЕМНО-УСИЛИТЕЛЬНЫХУСТРОЙСТВКаждый этап проектирования приемно-усилительного устройства может выполняться сиспользованием ЭВМ. Одним из пунктов задания на курсовое проектирование может являтьсярасчет и моделирование с помощью ЭВМ отдельных узлов, частей или всего устройства.Полная автоматизация процесса проектирования невозможна, так как процесспроектирования приемного устройства не может быть строго формализован, как указывалосьвыше. Однако применение средств вычислительной техники на отдельных этапах позволяетсущественно ускорить процесс проектирования.Разработанные в настоящее время метода автоматизированного проектированияпозволяют 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 ипараметров может быть произведен на ЭВМ с учетом действия различных факторов, которыеобычно не принимаются во внимание при анализе без использования ЭВМ. В связи с этимчисло итераций при разработке устройства может существенно сократиться, а на стадииэскизного проектирования этап физического моделирования может быть заменен полностьюили частично расчетом на ЭВМ.
Характерной ситуацией в настоящее время являетсяподробный расчет на ЭВМ части, узла приемно-усилительного устройства, для которогоразвиты метода анализа.3. моделирование приемно-усилительных устройств. Под моделированием понимаетсяимитационное моделирование, когда модель позволяет получить эквивалент сигналов,действующих в устройстве. Моделирование - это средство анализа устройств, которое используется, как правило, для получения статистических характеристик устройства в целом или егосущественных частей.
Метода моделирования позволяют существенно сократить времяпроектирования за счет уменьшения числа итераций при поиске решения, а на этапе эскизногопроектирования - за счет исключения этапа физического моделирования.4. Оптимизация узлов, входящих как составные части в приемно-усилительноеустройство. В настоящее время развита и нашла широкое применение параметрическаяоптимизация, при которой схема задана и производится варьирование численных значенийпараметров элементов схемы.
Применение методов оптимизации на ЭВМ при проектированиипозволяет существенно сократить время, необходимое для завершения проектирования, атакже найти такие инженерные решения, которые при обычных методах расчета не могутбыть найдены.5. Синтез узлов приемно-усилительных устройств. Методы синтеза приемноусилительных 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, немогут быть определены другими известными в настоящее время способами. Таким образом,применение ЭВМ для синтеза узлов и блоков приемно-усилительных устройств позволяет нетолько ускорить, но и качественно улучшить процесс проектирования.1У.
ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕБОВАНИЙ К УЗЛАМ ПРИЕМНИКА БОРТОВОЙИМПУЛЬСНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ ОБНАРУЖЕНИЯI. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕСпроектировать приемник бортовой радиолокационной станции обнаружения последующим исходным данным:Качество обнаружения сигнала:а) вероятность правильного обнаруженияб) вероятность ложной тревогиРабочий диапазон (длина волны)Длительность зондирующего импульсаЧастота повторения импульсовМинимальный уровень мощности на входеприемникаМаксимальное изменение мощности сигнала навходе приемникаВиды антенныМаксимальная радиальная скорость перемещенияобъекта, отражающего зондирующие сигналы,относительно РЛСОтносительная нестабильность частотысигнала (передатчика)Уровень сигнала на выходе видеоусилителяРПОРЛТƒ0λ0Fп0,9I0-6 .10000 МГц.(3 см)I мкс.I кГц.PB.k.min3* I0-13τи∂ max80 дБ.параболическая.Vp0,8 км/c.Δƒпрд/ƒ0U3*I04.20 ВНагрузка видеоусилителяДопустимое изменение сигнала на выходе приемникаRH , СНp22.
ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕБОВАНИЙ.В соответствии с ТЗ проектируемый приемник должен обладать высокойчувствительностью. Поэтому выбираем приемник супергетеродинного типа.Структурная типовая схема такого приемника показана на рис.3.Для получения заданного качества обнаружения сигнала необходимо иметьопределенное отношение сигнала к шуму γ на входе детектора приемника.
Эта величинаопределяется на основе заданных в ТЗ вероятностей правильного обнаружения и ложнойтревоги по характеристикам обнаружения или по формулам. Примем, что, кроме начальнойфазы, параметры обнаруживаемого радиоимпульса известны.Начальная фаза случайна и распределена равномерно в интервале (-π , π ). Врассматриваемом случае значение γ можно определить по формулеγ=E/N0≡(√(ln(1/ РЛТ ))+√ln(1/(1-РПО ))-1,4)2где E - энергия сигнала; N0 - спектральная плотность мощности шума (односторонняя).Для заданных в ТЗ вероятностей получимγ=(√(ln106 )+√(ln10-1,4))2 = 22 (13,5 дБ).Обеспечение этой величины и, следовательно, требуемого качества обнаружения зависит,прежде всего, от реальной чувствительности приемника, которая определяется выражениемРреал=k*T0*(F-1+tA)* γ* Δƒшгде k - постоянная Больцмана ( k = I,38*10-23 Дж/K);T0 -абсолютная температура (T0 = 293''К);F - коэффициент шума приемника; tA- относительная шумовая температура антенны.Δƒш - шумовая полоса пропускания линейной части приемника (тракта приемника додетектора).При известных минимальной мощности сигнала Pвх.min , температуре антенны tA , шумовойполосе Δƒш можно оценить допустимое значение коэффициента шума F, при котором будетобеспечиваться требуемое отношение сигнала к шуму γ .
Может случиться, что при оценкекоэффициента шума F его значение окажется отрицательным. Это означает, что требуемоекачество обнаружения в данном случае достигнуто быть не может, следовательно, необходимо или увеличивать энергию сигнала, или уменьшать температуру антенны t . Если этоневозможно осуществить, то остается пойти на ухудшение качества обнаружения сигнала, т.е.уменьшать отношение сигнала к шуму на входе детектора до таких величин, при которыхполучается реализуемое технически значение коэффициента шума.Для определения возможности технической реализации приемника в рассматриваемомслучае примем, что Рреал= Pвх.min , tA =0,8 и оценим полосу пропускания приемника.
Без учетанестабильностей частот сигнала и гетеродина шумовая полоса пропускания приемника,предназначенного для обнаружения одиночного прямоугольного радиоимпульса,определяется по формуле Δƒш =1,1/ τa и будет равнаΔƒш0 =1,1/106=1,1*106 Гц= 1,1 МГцДалее необходимо произвести опенку нестабильностей частот и доплеровского смещениячастоты и определить запас по полосе пропускания и необходимость в АПЧ. Используяхорошую известную методику[1], находим, что с учетом реальных нестабильностей запас пополосе пропускания должен быть равен Δƒзап =6,4 МГцТак как запас полосы пропускания Δƒзап получился гораздо больше величины Δƒш0 , товводим систему АПЧ, коэффициент регулирования которой Капч примем равным 30 .
С учетомдействия АПЧ ширина полосы линейного тракта Δƒш получаетсяΔƒш = Δƒш0 + Δƒзап / Капч =1,1+6,4/30=1,32 МГц,Найдем необходимую полосу пропускания преселектора, т.е. всего селективного трактадо смесителя ΔƒпресΔƒпрес = Δƒш0 +2* Δƒпрд+2* Δƒдоп =1,1+6+0,106 = 7.1 МГц,где Δƒпрд - нестабильность частоты передатчика, равная 3 МГц;Δƒдоп = 0.053 МГц - доплеровское смещение частоты.Из формулы для реальной чувствительности найдем допустимый коэффициент шумаFДОП = Pвх.min / (k* T0* γ* Δƒш )+1- tA =3* I0-13/( I,38*10-23 *293*22* I,32*106)+1-0,8=2,7Приемник с таким коэффициентом шума в трехсантиметровом диапазоне техническиможно реализовать.Следующий шаг - определение усиления приемника и его отдельных блоков с учетомзатухания во входных цепях.Потери во входной части приемника - в антенном переключателе и входной цепи (фидер,потеря на отражение, диодный ограничитель) - примем равными LВЦ = 1,0 дБ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
