«Разработка приёмника радиолокационной станции обнаружения» Содержание Введение 3 Исходные данные для расчёта 1 Выбор и обоснование структурной схемы приёмника 1.1 Определение параметров структурной схемы приёмника 1.1 Определение эквивалентных параметров антенны 6 1.1.2
Расчет полосы пропускания линейного тракта РПрУ 1.3 Определение структуры радиотракта 1.4 Обеспечение необходимого усиления трактом ВЧ 1.5 Обеспечение необходимого усиления трактом НЧ 1.6 Окончательная структурная схема приёмника 2 Расчёт усилителя промежуточной частоты 3 Конструкция приёмника 18
Заключение 19 Список литературы 20 Приложение Схема электрическая принципиальная узла УПЧ 21 Введение Радиолокационный приёмник является составной частью радиолокационных станций, предназначенных для обнаружения, определения координат и параметров движения удаленных объектов (радиолокационных целей). Для извлечения информации используется зондирование пространства радиосигналами, с последующим приемом отражённой от целей электромагнитной энергии, причем информация о целях может содержаться в изменении
во времени амплитуды (или отношении амплитуд) и частоты (или спектра) сигналов. Такой способ носит название активной радиолокации с пассивным ответом. Передатчик и приёмник в таких системах, как правило, работают на общую антенну. Различают РЛС импульсного и непрерывного излучения. В РЛС с непрерывным излучением используются немодулированные и
ЧМ колебания. Однако наибольшее применение нашли импульсные приемопередающие радиолокационные станции, излучающие в направлении цели короткие зондирующие СВЧ-радиоимпульсы с фиксированным периодом следования, длительностью импульсов, амплитудой и несущей частотой, что обеспечивает высокую разрешающую способность и точность при измерении дальности. Радиоприемные устройства таких станций служат для приема части энергии излучаемых радиоимпульсов, отраженной
от цели. Исходные данные для расчёта 1. Спроектировать приёмник радиолокационной станции обнаружения 2. Составить и рассчитать структурную схему приёмника. 3. Провести электрический расчёт узла УПЧ. 4. Исходные данные для проектирования: - рабочий диапазон частот: МГц см - вид сигнала: импульсный мкс - чувствительность: 4∙10 Вт - ослабление побочных каналов приёма: дБ - изменение уровня входного сигнала:
60 дБ - уровень выходного сигнала и его изменение: 10 В; 4 дБ - оконечная нагрузка: Rн=100 Ом, Сн=5 пФ - источник электроэнергии: сеть 220 В - условия эксплуатации: Токр= -10…+40 С 5. Узел для конструирования: плата УПЧ 6. Дополнительные требования: использование микросхем 1 Выбор и обоснование структурной схемы приёмника Существенное улучшение всех показателей
РПрУ достигается на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала - переноса его в частотную область, где он может быть обработан с наибольшей эффективностью. Самое широкое распространение во всех радиодиапазонах получила построенная на этом принципе схема супергетеродинного приемника. Эта схема в настоящее время наиболее совершенна. Приемники супергетеродинного типа позволяют успешно решать задачи получения требуемой фильтрации принимаемого
сигнала, обеспечение заданного усиления, решение проблемы селективности, простоты перестройки, которая обеспечивается с помощью простых колебательных систем преселектора. Относительная широкополосность приемников импульсных сигналов позволяет, как правило, строить такие приемники с однократным преобразованием частоты. Из выше сказанного можно сделать вывод, что построение проектируемого РПрУ целесообразно выполнять по супергетеродинной схеме, наилучшим образом удовлетворяющей
заданным техническим требованиям. Структурная схема приемника с однократным преобразованием частоты: АФТ – антенно-фидерное устройство; ВЦ - входная цепь; СМ - смеситель; Г - гетеродин; ДМ - демодулятор; Н - нагрузка; АРУ - автоматическая регулировка усиления; АПЧГ - автоматическая подстройка частоты гетеродина; ПРД – передатчик. Амплитуда сигналов, поступающих на вход радиолокационного
РПрУ, изменяется в широких пределах, т.к. мощность отраженных от цели сигналов обратно пропорциональна четвертой степени расстояния до цели (которое может меняться) и, кроме того, зависит от типа цели и её эффективной поверхности рассеивания. Работа РЛС в реальных условиях сопровождается действием разного рода активных и пассивных нестационарных помех естественного и искусственного происхождения, уровень мощности которых зачастую значительно (на 20 60 дБ) превышает уровень полезного сигнала, а параметры
априорно неизвестны. Воздействие помех еще больше расширяет диапазон изменения сигналов, поступающих в антенну РЛС. 1.1 Определение параметров структурной схемы приёмника 1.1 Определение эквивалентных параметров антенны Проектируемый радиолокационный приемник имеет настроенную антенну, т.е. её сопротивление чисто активно и равно сопротивлению фидера: Ом Относительная шумовая температура антенны: ; где
T0 - стандартная температура приёмника Т0=290 0 К ; ТА - абсолютная шумовая температура антенны. Для нашей приемной антенны примем: ТА =140 0 К. 1.2 Расчет полосы пропускания линейного тракта РПрУ Для импульсных сигналов полоса пропускания приемника выбирается исходя из получения максимального отношения сигнал/шум на выходе радиотракта. Такая полоса называется оптимальной и определяется как:
кГц Ширина полосы пропускания линейного тракта П складывается из ширины спектра принимаемого сигнала Пс, доплеровского смещения частоты сигнала fд и запаса полосы, требуемого для учета нестабильностей и неточностей настроек приемника Пнс: Доплеровское смещение: кГц, где Vц - скорость цели относительно антенны РЛС (у нас 600 м/с); с - скорость света в вакууме. Запас полосы для учёта нестабильностей: , где бс - относительная нестабильность несущей частоты принимаемого
сигнала; при использовании в передатчике кварцевой стабилизации частоты несущей можно получить бс =(10-5 10-6) бг- относительная нестабильность частоты гетеродина, которую на данном этапе можно оценить лишь приблизительно. Выбрав транзисторный однокаскадный гетеродин с кварцевой стабилизацией, можно получить бг=10-6 бпр - относительная погрешность и нестабильность настройки контуров тракта промежуточной частоты, принимаем бпр=(0,0003 0,003); бн - относительная нестабильность частоты, вызванная неточностью настройки контуров
гетеродина, бн = (0,001 0,01); Промежуточная частота выбирается исходя из условий: МГц где Sзкз - заданное ослабление зеркального канала, которое принимаем равным 25 дБ (320 раз); n - число колебательных систем в преселекторе, n=2, Qк – добротность резонансного контура в ППФ в радиотракте, для обеспечения требований избирательности по зеркальному каналу. В РЛП миллиметрового и сантиметрового диапазонов промежуточная частота равна либо 30, либо 60
МГц. Выберем промежуточную частоту из стандартного ряда: fпр=60 МГц Частота гетеродина: fг=fc-fпр=7,5-0,06=7,44 ГГц = = 15 МГц Пнс>(1,2 1,5)Пс, следовательно придётся использовать частотную автоматическую подстройку частоты (ЧАПЧ) или фазовую автоподстройку частоты (ФАПЧ). При использовании ЧАПЧ с Кчапч=10 полоса пропускания приемника: кГц .
При использовании ФАПЧс Кфапч  полоса пропускания приемника: МГц . ПФАПЧ получилась уже, чем ПЧАПЧ, поэтому будем использовать ЧАПЧ. Полоса пропускания: МГц Отношение сигнал/шум связано с флуктуационной ошибкой соотношением: , где полоса Fэ =(5 10)/2 2 Необходимо учитывать потери в отношении сигнал/шум, возникающие из-за следующих причин: потери при распространении
радиоволн 1 = 1 3 дБ потери в антенно-фидерном тракте  2 = 1 дБ потери при амплитудном детектировании  3 = 1 5 дБ потери на квантование  4 = 2 дБ ( при двухуровневом квантовании ) Суммарный коэффициент потерь:  = i = 5 10 дБ. Примем  = 10 [дБ] = 3,16 [раз] Отношение сигнал/шум с учетом потерь: (Рс/Рш)`= (Рс/Рш) = 0,453,16  1,42
Расчет предельно допустимого коэффициента шума: где: Кр.ф. 0,8 - коэффициент передачи фидера по мощности. Пш = 1,1П = 1,10,715=0,786 МГц. К - постоянная Больцмана К=1,3810-23 Дж/К. 1.1.3 Определение структуры радиотракта АФТ представляет из себя волновод соединяющий антенну
с последующими каскадами. Оценим коэффициент шума линейного тракта РПрУ, после чего решим вопрос о включении или невключении УРЧ в состав радиотракта. Также в радиотракте следует установить устройство защиты УЗ, которое защитит приёмник от протикающей через антенный переключатель из передатчика ПРД 1% мощности излучаемого сигнала (≈10Вт).
УЗ представляет из себя полупроводниковый диодный ограничитель. Коэффициент шума радиотракта без использования усилителя радиочастоты: Все коэффициенты шума ориентировочно: Швц=1,3 Квц=0,8 коэффициент передачи входной цепи Шпч=5 Кпч=8 (при использовании транзисторного ПЧ) Шупч=10 КФ=0,8 коэффициент передачи фильтра < Шдоп=28 можно обойтись без
УРЧ. 1.1.4 Обеспечение необходимого усиления трактом ВЧ Обеспечение достаточного усиления радиосигнала трактом ВЧ необходимо для нормальной работы детектора, а так же получения низкого уровня шума. Основное усиление обеспечивается в тракте ПЧ. Основными требованиями к усилительным каскадам линейного тракта являются их достаточная устойчивость (возможно меньшее число каскадов) и построение на основе
наиболее экономичной и современной электронной базы. Коэффициент усиления линейного тракта: , где RА - активное сопротивление антенны; Uпр - амплитуда сигнала на выходе УПЧ; Требуемая амплитуда сигнала на выходе УПЧ определяется амплитудой напряжения, необходимой для нормальной работы детектора: Uвых=1В. Расчет коэффициента усиления линейного тракта:
Коэффициент передачи по мощности для транзисторного преобразователя частоты примем равным: КРпч = 8 Амплитуда напряжения на входе УПЧ : Uвх= 4РвхRвх = 2РаКвц᠕ 5;КпчRвх = 2410-13ɨ 55;0,88103 = 0,03 мВ. Коэффициент усиления УПЧ по напряжению: Купч=Uвых/Uвх=1/(0,310-4)=33 ,3103 1.1.5
Обеспечение необходимого усиления трактом НЧ Коэффициент передачи диодного детектора KД примем равным 0,7. Следовательно, коэффициент усиления видеоусилителя КВУ будет равен: 1.1.6 Окончательная структурная схема приёмника 2 Расчёт усилителя промежуточной частоты Начнём расчёт усилителя в выбора транзистора. Для УПЧ используют высокочастотные биполярные транзисторы.
В качестве транзистора выбираем 2N2478, т.к. МГц. = 120 МГц и выполняется условие (2-3) Параметры транзистора 2N2478: = 200МГц, 0.5 = 60МГц, = 30 мА/В, g = 2 мСм, С = 70пФ, g = 6мкСм, С = 8пФ, С = 2пФ, h = 50, Nм= 5дБ, Iкбо= 2мкА. Для обеспечения избирательности по соседнему каналу применяют фильтр сосредоточенной селекции (ФСИ) на
ПЧ, т.к. ФСИ может дать лучшую избирательность , чем УПЧ с распределенной избирательностью. При этом каскад УПЧ содержит каскад с ФСИ, который обеспечивает требуемую избирательность и ряд апериодических или слабоизбирательных каскадов, создающих основное усиление на ПЧ. Исходные данные для расчёта: = 60 МГц – промежуточная частота, П= 15.75 МГц – полоса пропускания, =35103 – коэффициент усиления
УПЧ, Особые требования по избирательности по соседнему каналу на предъявляются. Принципиальная схема каскада с ФСИ. Расчёт: Определим величину : = ; где - промежуточная частота, - собственное затухание контура, П - полоса пропускания УПЧ. d = 0.004, П = 15.75 МГц. = = 0.03 Задаемся числом звеньев и в качестве начального приближения выбираем n= 4. Находим ослабление на границе полосы пропускания, обеспечиваемое одним звеном: , где
- ослабление на границе полосы пропускания. = 3дб. По графику для = 0.03 и = 0.75 находим параметр . Из графиков параметр получился равным = 0.9. Определим разность частот среза: = = = 17.5 МГц. Определим вспомогательные величины y и : y = = y = 1.8 = По графику находим для = 0.027 и y = 1.8: Из графиков параметр S = 10.3 дБ. Определяем расчетное ослабление соседнего канала, задавшись величиной :
S = n , где S - ухудшение избирательности из-за рассогласования фильтра с источником сигнала и нагрузкой. S = 4 = 38.2 дБ Особых требований к избирательности по соседнему каналу не предъявлялось, будем считать, что S = 38.2 дБ нам подходит. Для расчета элементов фильтров зададимся величиной номинального характеристического сопротивления: Wo= 20кОм. Вычисляем коэффициенты трансформации по формулам: m = m = = 20∙10 ∙6∙10 = 0.12 1 , = 20∙10 ∙2∙10
= 40 1 . По графикам определяем коэффициент передачи ФСИ для n = 4, = 0.027 Из графика коэффициент передачи ФСИ получился равным, Кпф= 0.75. Получилось что , то для согласования фильтра с коллекторной цепью параллельно входу фильтра включаем шунтирующий резистор с проводимостью: См → Ом Рассчитаем коэффициент усиления каскада с
ФСИ: Рассчитываем элементы, образующие звенья ФСИ: где m - соответствует коэффициенту трансформации m , - коэффициент связи (0.7-0.9). Расчёт параметров усилительных каскадов: Площадь усиления: , где - коэффициент усиления одного каскада ( ), - требуемая верхняя граничная частота ( ). Гц Гц Определим число каскадов из номограмм, где построены зависимости, отношения площади усиления к верхней частоте усиления , от коэффициента усиления
АУ . При этом - верхняя граничная частота с учётом числа каскадов . в нашем случае равно . Гц Из номограмм видно, что нам потребуется два каскада усиления после каскада ФСИ. Будем использовать тот же транзистор, что и в каскаде с ФСИ. Для требуемого усиления (35∙ ) в УПЧ необходимо 3 каскада. Тогда коэффициент усиления составит: Напряжение на выходе 3-х каскадного
УПЧ с ФСИ составит: В Превышением усиления в нашем случае можно пренебречь. Исходные данные для расчёта усилителя: П= 15.75 МГц – полоса пропускания, Гц – верхняя граничная частота с учётом количества каскадов, - диапазон рабочих температур, Технологический параметр для кремния: Коэффициент температурного сдвига: Ток эмиттера: А Обратный ток коллектора: А Источник питания:
В Сопротивление коллектора: Ом Транзистор: 2N2478 Напряжение коллектор-эмиттер: В Напряжение эмиттер-база: В Коэффициент усиления по напряжению: Изменение обратного тока коллектора: Ток делителя: Сопротивления в цепи базы: Сопротивление в цепи эмиттера: Емкость в цепи эмиттера: - влияние ёмкости в цепи эмиттера.
Разделительные ёмкости: Сопротивление в цепи коллектора: Принципиальная схема трёхкаскадного УПЧ с ФСИ приведена в приложении. 3 Конструкция приемника Основной задачей конструирования приемника является обеспечение работоспособности устройства с параметрами заложенными в его электронный расчет. Необходимо добиться такого взаимного расположения каскадов и узлов на печатной плате, чтобы минимизировать
паразитные связи; обеспечить жесткость конструкции, коррозийной и стойкости устройства; обеспечить удобство управления, контроля, ремонта и транспортировки; уменьшить габаритные размеры и массу; согласовать конструктивно приемник с аппаратурой, с которой он работает. Для уменьшения паразитных связей необходимо тщательно продумать размещение каскадов. Используют размещение схемы ‘в линейку’, либо ‘по периметру’. Для обеспечения жесткости конструкции печатные платы крепятся на прочном основании.
В профессиональных устройствах, имеющих блочную конструкцию такие рамы в виде кассет вставляются в кожухи. При использовании приемника в тяжелых климатических условиях отдельные элементы и блоки помещают в специальные герметические кожухи. При работе приемника необходим отвод тепла через естественную конвенцию воздуха. Проектирование внешнего вида приемника является одной из важнейших задач и должно производиться в содружестве с художником. Форма и расположение ручек управления влияет на работоспособность оператора.
Заключение В процессе эскизного проектирования, мы получили практические знания в области проектирования радиоприёмных устройств. Пробовали и применяли различные способы подхода к выбору структурных схем блоков, узлов и радиоприёмника в целом, учитывая особенности каждой отдельной схемы, исходя из области её применения. Рассчитывали отдельный блок приёмника, что позволило более точно понять работу этого блока, и его вклад в общую работу схемы. Изучили особенности работы радиолокационного приёмника.
Список литературы 1.Методические указания по проектированию радиоприёмных устройств Бакалов В.П Белоусов Н.Н Выборный В.Г (под редакцией Протопопова А.С.) Москва1999г 2. Проектирование РПУ. | Под редакцией Сиверса. 1976г. | 3.Расчет радиоприемников. | Бобров Н.В. и др. 1971г. | 4.Справочник по п.п. диодам, транзисторам и интегральным микросхемам.
5.Проектирование радиолокационных приемных устройств.| Под редакцией Соколова М. А. 1984г.
| ! |
Как писать рефераты Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов. |
| ! | План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом. |
| ! | Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач. |
| ! | Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты. |
| ! | Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ. |
| → | Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре. |