Содержание

1. Введение

2. Анализ технического задания.

3. Энергетический расчёт

4. Оценка достоверности цифровой информации в канале связи

5. Выбор типа структурной схемы радиоприёмника

6. Выбор промежуточных частот радиоприёмника

7. Разработка функциональной схемы приёмника

8. Электрический расчёт усилителя радиочастоты

9. Заключение

10. Список литературы

Лист

1

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Введение.

В настоящее время к современным радиоприёмникам военного назначения предъявляются высокие требования по массово - габаритным характеристикам, малому энергоснабжению, безотказной работы в течение всего срока эксплуатации, которые, прежде всего, определяются особенностями его эксплуатации.

Целью данной курсовой работы является разработка цифрового канала радиосвязи, с электрическим расчётом усилителя радиочастоты радиоприёмника.

В соответствии с поставленной задачей был проведён анализ технического задания с целью разработки цифрового канала радиосвязи, с электрическим расчётом усилителя радиочастоты радиоприёмника при конкретных технических требованиях. В данной курсовой работе была разработана функциональная модель цифрового канала радиосвязи, а также был проведён его энергетический расчёт заданным техническим требованиям.

Кроме того, по результатам, полученным в данной курсовой работе, была выбрана наиболее целесообразная структурная схема приёмного устройства, на основании которой разработана его функциональная и принципиальная схемы.

Высокие требования, предъявляемые к современным военным радиоприёмникам и с учётом современной элементной базы, был произведён электрический расчёт усилителя радиочастоты, и на основе полученных результатов была синтезирована его принципиальная схема.

Лист

2

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Анализ технического задания.

В исходных данных технического задания отсутствуют требования по климатическим условиям эксплуатации приёмника, а также вероятность его нормальной работы за среднее время наработки на отказ T_отк.ср.

С учётом того, что радиоприёмник будет эксплуатироваться в войсках, то есть работать в полевых условиях или же в закрытых, не отапливаемых, зачастую во влажных помещениях, то были выбраны самые жёсткие условия эксплуатации.

Согласно ГОСТ 24375-80 для территории Российской Федерации диапазон рабочих температур составляет от -50⁰С до +50⁰С, при влажности окружающей среды не более 90%.

С целью обеспечения требуемой надёжности эксплуатации предлагается двукратное дублирование радиоприёмника, то есть так называемый «горячий резерв».

Исходя из этих условий, значение вероятности нормального функционирования было выбрано P=0,998, за среднее время эксплуатации Т_{отк ср}=3000 часов.

С учётом исходных данных технического задания и, разработанных требований эксплуатации был произведён энергетический расчёт цифрового радиоканала.

Лист

3

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Энергетический расчёт УКВ радиоканала.

1. С учётом исходных данных в начале была рассчитана полоса пропускания

радиоприёмника по [5]:

=(1,1…1,2)*F_с ,

где значение F_с для сигнала с амплитудной манипуляцией выбирается из условия:

F_с= ,

где U_m=R_k

Исходя из этого, было вычислено значение:

1. В соответствии с техническим заданием и условиями работы определена чувствительность радиоприёмника по формуле:

U_тр=2* , (1)где

T=273 K - температура окружающей среды в Кельвинах;

K=1,38*10^-23(Дж/к) - постоянная Больцмана;

N=6 - коэффициент шума приёмника;

R_a=75 Ом - входное сопротивление антенны;

=792 Гц;

h =9 - заданное превышение мощности сигнала над мощностью шума (помехи) на входе приёмника.

Таким образом:

U_тр=2* =0,21*10^-6(В).

3.Определена зона расположения приёмника.

Освещена зона (зона прямой видимости) найдена согласно [5]:

L_пр=3,57*( ), (2)

При этом нижняя зона блокирования определена по формуле [5]:

L_бл=18* , (3)

Где - эквивалентные высоты антенн

- минимальная длина волны в используемом диапазоне 30…60 МГц

=300/F_max, где F_max=60МГц; (4)

=с/F_max=3*10⁸/6*10⁷=5 м. (5)

Лист

4

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Подставляя в формулу значения ,и были получены:

, (6)

где R_ЭЗ=8,5*10⁶м - эквивалентный радиус Земли.

=3,6 м.

L_бл=18* =46,6(м).

L_пр=3,57*( )=26,7(км).

Сравнивая требуемую дальность радиосвязи L_св со значением L_пр,получим L_пр L_св,

то есть 26,7(км) 90(км). Следовательно, расчёт напряжённости электромагнитного поля в точке приёма был произведён по формуле Фока, которая имеет следующий вид:

E_Д= , (8), где:

L - длина радиолинии;

L_пр - расстояние прямой видимости;

v - коэффициент дифракции;

P₁ - мощность подводимая к передающей антенне;

G - коэффициент усиления антенны ПРДУ;

- средняя длина волны;

R_зэ - эквивалентный радиус Земли (8500 км);

E_Д= =0,00015 В/м;

1. Зная напряжённость электромагнитного поля в точке приёма, определим действующее значение напряжения на входе приёмника в точке приёма:

U_Д=Е_Д*Н_Д, (9) где

Н_{д сим}=( )*tg(k*l)/ , (10)где

- средняя длина волны рабочего диапазона;

l - длина одного плеча симметричного вибратора;

k= (2*3,14)/7,5=8,37 (1/м);

l= /4=1,875 м;

Н_{д сим}=( )*tg(k*l)/ =8,66*10^-3м;

Н_{д несим}=0,5*Н_{д сим}=4,33*10^-3 м.

Лист

5

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

U_Д=Е_Д*Н_Д=0,00015*4,33*10^-3=0,65*10^-6 В

Проверено выполнение следующего условия: U_Д U_тр 065*10^-6 021*10^-6. Из этого вытекает, что радиоприёмное устройство будет уверенно принимать сигнал.

1. Рассчитано номинальное значение отношения сигнал/шум на входе приёмника:

9(0,65*10^-6/0,21*10^-6)²=86;

После расчёта канала связи была проведена оценка достоверности цифровой информации в канале связи.

Лист

6

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Оценка достоверности цифровой информации в канале связи.

Оценка достоверности цифровой информации в канале связи проведена с учётом вероятности отказа системы связи без учёта отказа аппаратуры канала связи (техники),

т.е. Р_отк=0

Результатом проведения энергетического расчёта является обеспечение требуемого отношения мощности полезного сигнала к мощности шума плюс помеха на входе линейной части приёмника. В заданной полосе пропускания при фиксированной дальности связи L и мощности передатчика P. Тогда по заданному виду сигнала (модуляции), в данном случае сигнал АМ, для фиксированного значения по известной зависимости в приёме дискретного символа.

При известной длине сообщения, в данном случае длина сообщения N=720 , вероятность доведения некодированного сообщения определяется из графической зависимости P_дов=(1-P_Э)^N, где P_Э=1,25*10^-2, определяется из графической зависимости

P_Э=f( ),

P_дов=(1-1,25*10^-2)⁷²⁰=0,000116604;

После расчёта вероятности доведения информации необходимо проверить условие Р_дов Р_{дов треб} или 0,000116604 0,999, то есть такая вероятность доведения информации меньше требуемой. Для повышения вероятности доведения информации

необходимо либо увеличивать мощность передатчика с целью увеличения , а это в данном случае невозможно и не выгодно, либо применять помехоустойчивое кодирование, которое не требует дополнительных энергетических затрат, а требует лишь возможности расширения полосы пропускания канала связи в n/k раз, по сравнению с некодированной системой связи при фиксированном времени доведения сообщения T, использовать кодирование информации. Выбираем код (n,k,d)=(15,10,4), где

n - длина кодовой комбинации;

k - количество информационных символов;

d - минимальное кодовое расстояние.

Вероятность ошибки: Р_0(n,k,d)=2,8*10^-3

P_тр=1-(1-Р_0(n,k,d))^n/k=5,36*10^-9;

Следовательно, если мы сравним с требуемым значением =10^-7,

P_тр P_{тр треб} 5,36*10^-9 10^-7, из этого можно сделать вывод о том, что выбранный нами код правильный.

Р_пр=1-(1-8,7*10^-4)²³=0,99975;

Р_дов=0,99964;

Р_{пр дек}= , где

t_и=1 - число гарантированно исправляемых кодом ошибок,

Р_эк=1,75*10^-2, исходя из этого вычисляем вероятность правильного декодирования:

Лист

7

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Р_пр.дек=0,9998.

Вероятность ошибки на бит информации Р₀ , которая отдаётся получателю, определяется по формуле:

Р₀=(1- Р_пр.дек)/2=0,0001,

Следует отметить, что именно значение Р₀ является одним из ключевых требований, которые предъявляет заказчик на проектируемую систему связи, при этом обязательно должно выполняться условие Р₀ Р_0.тр, в данном случае это условие выполняется.

Вероятность доведения сообщения, кодируемого (n, k d_min), то есть (15,10,4), кодом определяется следующим выражением:

Р_дов=(Р_пр.дек)^N/K=0,9998^720/10=0,9996,

Данная вероятность доведения сообщения с использованием кода не менее требуемой.

Важным параметром дискретной системы связи является вероятность трансформации сообщения, которая определяется следующим выражением:

Р_{тр N}= =1-[1-P_но(n,k,d)]^N/K,

где P_но(n,k,d)= - выражает вероятность необнаруженной ошибки (трансформации) кодовой комбинации, которая возникает при L1=3 и более, ошибочно принятых двоичных символах.

L1=t_и+2=3;

Р_{но(15,10,4)}= =5,65*10^-8

Р_тр15=1-[1-P_{но(15,10,4)}]^15/10=8,4*10^-9

Таким образом вероятность доведения дискретного сообщения до получателя Р_ДОВ и связанная с ней вероятность ошибки на бит информации Р₀, вероятность трансформации сообщения Р_тр15 при заданных дальности радиосвязи, частотно - временных и энергетических затратах являются важнейшими тактико-техническими показателями связи.

P_дов P_{ДОВ.ТРЕБ}, при Т=const;

Р₀ Р_0ТРЕБ, при L=const ;

Р_{тр n} Р_{тр n ТРЕБ}, при Р₁=const;

Для разрабатываемой системы радиосвязи обеспечивается выполнение указанных условий при наименьших частотно-временных и энергетических затратах, то есть в этом смысле она почти оптимальна.

Далее был проведён выбор структурной схемы приёмника.

Лист

8

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

ВЫБОР ТИПА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РАДИОПРИЁМНИКА

Современные связные приёмники чаще всего строятся по супергетератинной схеме, что позволяет реализовать наибольшую чувствительность и избирательность по сравнению с другими типами схем. Однако супергетератинным приёмникам свойственны определённые недостатки:

• наличие «зеркального канала»;

• наличие «паразитных» радиочастотных излучений гетеродинов;

• наличие «паразитных» условий и амплитудной модуляции сигнала за счёт внутренних помех в системе стабилизации.

Указанные недостатки необходимо учитывать при выборе типа структурной схемы. Структурная схема радиоприёмника - это графическое изображение, дающее представление о структуре радиоприёмника и состоящее из функциональных частей и связей между ними.

Основой для выбора структурной схемы связного радиоприёмника являются технические требования:

• к относительному изменению частоты подстройки радиоприёмника;

• к чувствительности радиоприёмника;

• к избирательности по «зеркальному» и соседнему каналам;

Из двух возможных вариантов с одним или двойным преобразователем, была выбрана схема с двойным преобразователем частоты, так как только она обеспечивает требования селективности и требования технического задания.

Входная цепь выполняет следующую функцию: обеспечивает подстройку приёмной антенны и входного фильтра радиоприёмника на заданную рабочую частоту.

С входной цепи сигнал поступает на усилитель радиочастоты, который обеспечивает выполнение заданных требований по избирательности относительно зеркального канала и осуществляет предварительное усиление принимаемого сигнала и исключения паразитного излучения гетеродинов. В первом и во втором смесителе осуществляется преобразование частоты радиосигнала соответственно в сигналы первой и второй промежуточных частот. Гетеродинные напряжения поступают с синтезатора частот. В первом и во втором усилителе промежуточной частоты осуществляется усиление сигналов первой и второй промежуточных частот. Со второго усилителя промежуточной частоты сигнал поступает на детектор. В зависимости от вида модуляции принимаемых сигналов детектор может быть амплитудным, частотным, фазовым или пиловым. Для обеспечения оперативного управления и контроля современные радиоприёмники имеют в своем составе устройство управления и контроля. Синтезированная структурная схема представлена на рисунке 1. Далее сделаем выбор промежуточных частот.

Лист

9

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

ВЫБОР ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЧАСТОТ

Важным этапом проектирования является выбор номиналов промежуточных частот радиоприёмника. Значения промежуточных частот могут быть оценены с помощью соотношений:

f_{1ПР ,}(11)

f_{2ПР ,} (12)

Где

f_{0 max} - верхняя частота диапазона радиоприёмника;

а - параметр рассогласования антенно-фидерного устройства и выхода радиоприёмника (а=1 при настроенной антенне в режиме согласования);

d_{3 ТР} =1000 - требуемое подавление зеркальной помехи;

Q_РЧ=50 - результирующая добротность контуров тракта радиочастоты;

f_ПЧ=792 Гц - полоса пропускания тракта ПЧ;

Q_ПЧ=50 - добротность контуров тракта ПЧ;

F(П_ПЧ)=0,64 - функция, учитывающая особенности тракта ПЧ;

f_1ПР 134 МГц,

f_2ПР 254,43 Кгц.

С точки зрения унификации были выбраны значения промежуточных частот:

f_1ПР=14 МГц,

f_2ПР=265 КГц.

После выбора структурной схемы и определения промежуточных частот была синтезирована функциональная схема.

Лист

10

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Функциональная схема - это графическое изображение радиоприёмника, представленное его основными функциональными частями и связями между ними в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД.

На этапе разработки функциональной схемы радиоприёмника необходимо решить следующие основные задачи:

• произведено разбиение диапазона рабочих частот на поддиапазоны;

• проведено распределение избирательности по трактам;

• произведено распределение усиления радиоприёмника по трактам;

• проведен выбор элементной базы для основных каскадов радиоприёмника;

• определён состав трактов;

При проектировании радиоприёмника предназначенного для работы в широком диапазоне радиочастот, заданный диапазон рабочих частот должен быть разбит на несколько поддиапазонов. На практике применяются два основных способа разбиения на поддиапазоны: способ равных коэффициентов перекрытия К_ПД

способ равных частотных поддиапазонов

К_ПД=f₂/f₁=f₃/f₂=...=f_n/f_n-1,

f_ПД=f₂-f₁=f₃-f₂;

При распределении усиления было учтено, что в первых каскадах оно ограничено от 5 до 10, в тракте первой промежуточной частоты, усиление в тракте УЗЧ должно быть с учётом оконечных устройств.

На завершающем этапе разработки функциональной схемы радиоприёмника решается задача выбора количества и типов каскадов трактов радиочастоты, промежуточной и звуковой частот.

Рассчитаем количество поддиапазонов следующим образом:

К_ПД=f_max/f_min=60/30=2,

следовательно схема имеет два полосовых фильтра.

Таким образом, исходя из решения задачи функциональная схема имеет вид, представленный на рис.2 Входной сигнал поступает на антенно-фидерное устройства и входа первого каскада усилителя радиочастоты.. также эти фильтры осуществляют селекцию принимаемого сигнала. Выделенный в фильтрах Z1 и Z2 полезный сигнал поступает на усилитель радиочастоты, в котором осуществляется усиление, а также осуществляется избирательность по зеркальному каналу. Для этого к выходу усилителя радиочастоты подключают фильтр. В целом этот тракт является трактом радиочастоты. Он осуществляет первичную обработку радиосигнала. Поэтому сигнал, поступивший на преобразователь 1 промежуточной частоты окончательно «взберется по зеркальному каналу и помощью фильтра выделится полезный сигнал.

Лист

12

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Помехи и низкочастотные составляющие отфильтровываются. После смесителя сигнал усиливается. Дальнейшая обработка происходит в смесителе и усилителе промежуточной частоты , где осуществляется преобразование по частоте. Далее сигнал попадает в усилитель промежуточной частоты где происходит избирательность по соседнему каналу, то есть помехи ослабляются, АРУ поддерживает требуемое отношение сигнал/шум на выходе фильтра, а также поддерживается постоянным коэффициент усиления радиоприемника, при изменении входного сигнала. Затем сигнал поступает в частотный тракт который в своем составе содержит ограничитель амплитуды, частотный детектор. Продетектированный сигнал усиливается в УЗЧ и поступает на оконечное устройство.

На схеме обозначено:

WA - приемная антенна;

SA₁₁, SA₂₁ - переключатели поддиапазонов;

Z1, Z2 - полосовые фильтры;

A1...A5 - УРЧ:

А1, А2 - усилители радиочастоты;

А3, А4 - УПЧ;

А5 - УЗЧ;

UZ1, UZ2 - смесители;

UR- детектор.

После разработки и обоснования функциональной схемы, был проведен, согласно техническому заданию расчет усилителя радиочастоты.

Лист

13

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ РАДИОЧАСТОТЫ.

Для выбора элементной базы разрабатываемого блока, в данном случае это усилитель радиочастоты, произведен электрический расчет. Проведен расчет усилителя радиочастоты одного из поддиапазонов.

Коэффициент усиления усилителя радиочастоты изменяется в пределах от 10 до 20. Частота на которой он работает, изменяется в пределах от 30 до 45 МГц. Исходя из технического задания выбран из справочника тип транзистора, который по своим техническим характеристикам наиболее подходит к рассчитанному блоку усилителя радиочастоты, таким является транзистор ГТ308 В параметры которого:

I_k0=2.5 мА, I_Б0=7 мкА, U_кэ0= 5В, Е_к=12 В.

Для того, чтобы добиться заданных требований по избирательности параметры колебательного контура должны находиться в пределах:

С=10...365 пФ,

собственное затухание контура 0,01...0,03, затухание катушки связи 0,05.

Входом схемы является входная цепь, далее идет каскад преобразователя частоты на транзисторе.

Посколько R_д=1,06, то параметры транзистора и каскада изменяются мало. Поэтому расчет произведен на средней частоте, для которой Y₂₁=0,077 сМ, д₁₁=7 мСм, д₂₂=1 мСм, С₁₁=36 пФ, С_{22=4 пФ.}

Принято : д₁₁ 0,75*2,8 = 2,1 мСм и С₁₁ 0,8*36=29 пФ.

Устойчивый коэффициент усиления каскада:

,

расчет проведен на устойчивый коэффициент усиления. Рассчитаем минимальный каскад пропускания:

;

коэффициент включения антенной цепи и входа первого каскада к контуру:

Р₁=

P₂=

L_К=1/( )=1,25 мГн

Так как входная проводимость равна 2,1*10^-3 См, то R_ВХ=476 Ом, входная емкость разделительного конденсатора равна С_ВХ=29пф. Конденсатор колебательного контура имеет емкость равную С_кк=10-365 пФ, индуктивность колебательного контура L_rr=1,25 мГН, напряжение питания схемы постоянное 12 В. В соответствии с полученными результатами проведенных расчетов выбрана элементная база.

Лист

15

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В данном курсовом проекте, в соответствии с заданием, спроектирован радиоканал цифровой радиосвязи с разработкой радиоприемного устройства и с электрическим расчетом усилителя радиочастоты. Проведен энергетический расчет радиоканала.

При обосновании и выборе структурной схемы радиоприемника, сделан анализ возможных схем радиоприемника, сформулирован критерий по которому может быть выбрана схема проектируемого устройства. Важнейшими параметрами были выбраны : чувствительность и избирательность канала. После выбора схемы электрической структурной радиоприемника обоснованы параметры не указанные в задании на курсовое проектирование.

На этапе разработке схемы электрической функциональной установлены общие принципы функционирования отдельных блоков и всего радиоприемника в целом. Уяснена роль и назначение его отдельных элементов. В процессе синтеза радиоприемника определены не только его каскады в целом, но и место отдельных каскадов тракта радиочастот; тракта промежуточных частот и тд.

На основе схемы электрической функциональной была разработана схема электрическая принципиальная всего радиоприемника. На этом этапе, на основе электрического расчета, также были выбраны полупроводниковые элементы, используемые в схеме.

Разработанное радиоприемное устройство целесообразно использовать в РВСН, так как его характеристики удовлетворяют требованиям предъявляемым к аппаратуре боевого управления, в частности на машине связи.

Дальность связи позволяет использовать данное радиоприемное устройство в позиционном районе ракетного полка для приема сигналов оперативного управления. В тоже время вероятность доведения и трансформации , а также высокая избирательность, позволяют использовать данное радиоприемное устройство для приема сигналов АСБУ.

Рабочий диапазон частот позволяет произвести сопряжение разработанного радиоприемного устройства с другими радиосредствами РК.

Была выбрана неоптимальная с точки зрения элементной базы принципиальная схема. Более целесообразной могла стать схема приемника на одной микросхеме. Например: К174ХА10.

ВЫВОДЫ:

1. Поставленная задача решена полностью.

2. Разработанная схема приемника соответствует требованиям технического задания

Лист

17

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

ЛИТЕРАТУРА

1. Бобров Н.В., Москва, «Радио и связь», 1981 г., « Расчет радиоприемников».

2. Екимов В.Д,, Павлов П.Н., Связь, 1970 г., «Проектирование РПМИ».

3. Злобин В.И. и др., Серпухов, 1985 г., «Радиопередающие и радиоприемные устройства».

4. Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1994 г., «Радиопередающие устройства».

5. Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1992 г., «Проектирование цифровых каналов связи».

6. Хиленко В.И., Малахов Б.М., Москва, «Радио и связь», 1991 г., «Радиоприемные устройства».

Лист

17

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата