Реферат по предмету "Коммуникации и связь"


Устройство приема радиосигналов

--PAGE_BREAK--Находим допустимый коэффициент шума:


После этого приступаем к расчету реального коэффициента шума:

, где   ,

а  КР ВХ Ц
= 0.5— коэффициент шума и коэффициент передачи по мощности входной цепи, для несимметричной микрополосковой линии с диэлектрической подложкой;

 

КР
УРЧ
= 10,а N
УРЧ
= 8

    КР
ПЧ
= 0,1, а N
ПЧ
= 5

;

    Отсюда найдём N
:  

2.1.3. Выбор средств обеспечения избирательности приемника

   
Определим количество резонаторов: =70 дБ,

;

;





Количество резонаторов равно n = 4
2.1.4. Расчет коэффициента усиления линейного тракта приемника.

Коэффициент усиления линейного тракта приемника может быть найден по формуле: , где

 = 1 В — амплитуда на выходе УПЧ (на входе детектора);

R
а
= 75 Ом— сопротивление антенного тракта на входе приемника;

При выборе средств обеспечения усиления начинают с определения коэффициента усиления преселектора.

В супергетеродинном приемнике СВЧ коэффициент усиления преселектора по мощности равен:

, где

КР ВХ.Ц. = 0.5— коэффициент передачи по мощности входной цепи;

КР УРЧ = 10— коэффициент передачи по мощности УРЧ;

n
= 4— число каскадов УРЧ;

КР ПЧ = 0.1   — коэффициент передачи по мощности преобразователя частоты;

Найдем амплитуду напряжения промежуточной частоты на выходе преселектора (на входе УПЧ);

 , где

— входное сопротивление первого каскада;

После определения коэффициента усиления преселектора определяется коэффициент усиления по напряжению УПЧ;

Для расчета УПЧ необходимо выбрать схему его построения, то есть, конкретизировать распределение усиления и избирательности внутри схемы. УПЧ разделяют на два типа: УПЧ с распределенной избирательностью и УПЧ с фильтрами сосредоточенной избирательности (ФСИ). Т.к. построение УПЧ с ФСИ имеет некоторые преимущества, то воспользуемся им.

Коэффициент усиления УПЧ записывается так:

, где

КФСИ = 2— коэффициент усиления каскада с ФСИ;

КОК = 5— коэффициент усиления широкополосного каскада;

КО = 2 — коэффициент усиления оконечного слабоизбирательного каскада;

Теперь находим количество широкополосных каскадов:






3. Расчет входной цепи.

На СВЧ в качестве резонаторов используются цепи с распределенными параметрами, а именно, отрезки длинных линий. В диапазоне частот от 300 МГц до 4 ГГц применяются фильтры, состоящие из отрезков коаксиальных, полосковых и микрополосковых линий передач.

Проектирование фильтра преселектора начинается с выбора конструктивного исполнения его элементов (резонаторов). Критериями выбора типа резонатора могут служить габариты, потери, широкополосность, простота изготовления и т.д.

Фильтры на полосковых и микрополосковых отрезках линий имеют большие потери, но более технологичны и широкополосны, а также малогабаритны.

В длинноволновой части СВЧ диапазона целесообразнее применять четвертьволновые резонаторы как имеющие наименьшие габариты.

Рассчитаем полосовой фильтр преселектора приемника по следующим исходным данным [1]:

1.   средняя частота настройки приемника f=0,645ГГц;

2.   полоса пропускания приемника Δf=10МГц;

3.   промежуточная частота fп=30МГц;

4.   ослабление зеркального канала приемника Sзк=70дБ.

Считая, что L=70, n=4. Так Наш приемник состоит из Вх. цепи и УРЧ, то  избирательность по зеркальному каналу поделим поровну м/у входной цепью и УРЧ по 35 дБ с запасом


N=2, g0=1, g1=1,82, g2=0.66, g3=2.65

ρA=ρB=50 Ом, YA=1/ρA=0.02 См, YA=YB=0.02 См.


На входе и выходе фильтр должен быть согласован с трактом с волноводным сопротивлением 50 Ом. Габариты фильтра должны быть минимальны.

1.    Так как фильтр применяется в приемнике СВЧ, работающем в длинноволновой части дециметрового диапазона волн для сокращения габаритов фильтра используем для его построения четвертьволновые резонаторы и гребенчатую структуру.

2.    Ввиду того, что требования к подавлению зеркального канала высокие выберем чебышевскую аппроксимацию характеристики затухания.

3.    Зеркальный канал приемника расположен:

fз=f±2·fп=(645±60)МГц                      

Полоса запирания фильтра равна:

ΔFз=4·fп=120МГц                            

4.    В соответствии с заданием полоса пропускания приемника, определяемая фильтрами УПЧ равна Δf=10МГц. Выберем полосу пропускания преселектора в несколько раз больше:

ΔF=8·Δf=80МГц.                       

5.    Находим отношение:

ΔFз/ΔF-1=0.5                           

Из графиков рис. 2.3 [1] находим, что для подавления зеркального канала, равного L=70дБ, фильтр преселектора должен состоять из n=3 звеньев (резонаторов) при пульсациях на вершине характеристики ΔL=1дБ. поделим заданную избирательность между входной цепью и УРЧ, т.е. 40 и 40 дБ соответственно. Тогда из графика изображенного на рис.4 находим, что n
= 3.

 Для реализации выберем микрополосковую несимметричную линию передачи на поликоре с εr=9.8.

6.    Рассчитаем электрические характеристики фильтра при n=3.

Согласно заданию: ρA=ρB=50 Ом, YA=1/ρA=0.02 См, YA=YB=0.02 См.

Электрическую длину резонатора берем θ=π/4.

Волновое сопротивление фильтра принимаем равным ρai=70 Ом.

Yai=1/ρai=0.014 См.                              

По формуле (6.6) определяем эффективную диэлектрическую постоянную:

εэф=1+q(εr-1)=1+0.62(9.8-1)=6.6,                

где q=0.55..0.85.

Параметры прототипа находим из таблицы 2.2 [4]:

g=1; g1=2.02; g2=0.99; g3=2.02; g4=1.

Из формулы (6.7) получаем:

                   

Находим промежуточные параметры.

w=ΔF/f=80/645=0.12                      

Yai/YA=0.014/0.02=0.7                         

           

                   

                   

            

            

Находим нормированные емкости на единицу длины по формулам:

           

 

   

           



Находим нормированные взаимные емкости между линиями по следующим формулам

                     

                  

                  

                     

Сосредоточенные емкости на концах линий находим по формуле:

   

7.    Проведем расчет конструкторских параметров.

Зададимся поперечным размером фильтра b=10мм и t/b=0.01.

Расстояние Si+1между полосками фильтра находим из графика рис 2.6 [1] и по рассчитанным взаимным емкостям Ci,i+1/ε:

S01/b=0.22; S12/b=0.55; S23/b=0.55; S34/b=0.22

S01=2.2мм; S12=5.5мм; S23=5.5мм; S34=2.2мм

Ширину полосок рассчитаем по следующим формулам:

  

 

  



 

S0=1,9мм; S1=0,6мм; S2=0.59мм; S3=0.64мм; S4=2.2мм

Найдем уточненное значение эффективной диэлектрической проницаемости по формуле (6.30)

,                      

где h— высота подложки.

Получаем εэф=7.6

Найдем длину резонаторов:

   

8.    Рассчитаем потери фильтра в полосе пропускания. Расчет произведем в следующем порядке.

Определим потери в проводниках по выражению :

,                                 

где b— поперечный размер резонатора, см, f— частота настройки фильтра, ГГц, α — находится из графика рис. 2.8 [1].

Qc=2000·1·0.78/2.54=614                         

Оценим потери в диэлектрике:

Qd=1/tgδ=10000                           

Определим добротность микрополосковой линии

                           

Потери на излучение снижают добротность резонатора, поэтому для несимметричной микрополосковой линии добротность вычисляют по формуле

Qо=ηQ=0.7·578=405,                       

где η=0.5..0.7.

Затухание определяется из

d=1/Qо=1/405=2.4·10-3                        

Проведем расчет потерь по (6.38). В результате получим:


9.    Эскиз фильтраприведен на рис.3



Рис. 3.


4.Усилитель радиочастоты.
Рассчитаем усилитель радиочастоты с центральной частотой f=0.6ГГц на биполярном транзисторе КТ391.

Из таблицы 2.3 [5], где приведены S-параметры транзистора при токе коллектора Iк=5мА и напряжении коллектора Uк=5В, видно, что на данной частоте транзистор находится в области потенциальной устойчивости (ОПУ). Коэффициент устойчивости транзистора составляет Ку=0,5

S-параметры транзистора:  S11=0.377,  S12=0.04, S21=7.149, S22=0.756,

                                               Φ11=-90.7,   Φ12=58.8,  Φ21=110, Φ22=-21.3

Коэффициент передачи номинальной мощности достигает максимального значения в режиме двустороннего согласования активного элемента:

.(7.2)

Далее рассчитываем , для параллельного включения (рис. 2.16а)

= =

(2.18)

для последовательного включения (рис.2.16б)



(2.19)

где  – коэффициент устойчивости транзистора, находящегося в ОПУ,  – параметры транзистора на той частоте диапазона, где  принимает наименьшее значение.

Далее рассчитывают S-параметры четырехполюсника, состоящего из стабилизирующего резистора. Для параллельного  включения



(2.20)



Затем рассчитывают новые S-параметры составного АЭ, состоящего из каскадно включенных транзистора  и стабилизирующего резистора:

;

(2.22)

;

:  S11=0.377,  S12=0.04, S21=7.149, S22=0.756,

  Φ11=-90.7,   Φ12=58.8,  Φ21=110, Φ22=-21.3
гдеД==1.45

В зависимости от требований к параметрам приемника усилитель может быть рассчитан в одном из двух режимов:

– в режиме минимального коэффициента шума;

– в режиме экстремального усиления.

Режим минимального коэффициента шума рассмотрен, например, в [9]. Рассмотрим режим экстремального усиления.

После расчета параметров усилителя по формулам 2.16-2.22 находят максимальный коэффициент усиления по мощности



(2.23)

В (2.23) знак минус соответствует АЭ, находящемуся в ОБУ, знак плюс, находящемуся в ОПУ.

Экстремальные режимы достигаются при двустороннем комплексном согласовании на входе и на выходе АЭ:

;   ;

(2.24)

При этом входные и выходные сопротивления АЭ находят по формулам;

; ;

(2.25)

где Z
– волновое сопротивление тракта (подводящих линий).

;

(2.26)

– оптимальные коэффициенты отражения от генератора и нагрузки. В формулах (2.26)  находятся из выражений:

; ;

;

;

;

В выражениях (2.26) знак минус берется при >0, и знак плюс при

Гн опт=0,65j

Определим входное и выходное сопротивления активного элемента на частоте 0,62ГГц (волновое сопротивление W=50 Ом):

                     

                

Для согласования применим Г-образные цепи, состоящие из двух одношлейфовых трансформаторов на МПЛ. Первый шлейф, включенный параллельно, компенсирует реактивную составляющую проводимости АЭ, а второй шлейф, представляющий собой четвертьволновый трансформатор полного сопротивления, согласует действительную составляющую проводимости АЭ с характеристическим сопротивлением подводящих линий W01=W02=50 Ом. Для расчета параллельных шлейфов пересчитаем входное и выходное сопротивления АЭ в проводимости:

Yвх АЭ=1/Zвх АЭ=08,6-j6,8 См,                    

Yвых АЭ=1/Zвых АЭ=0,76-j3,5мСм,           

Рассчитаем длины шлейфов схемы, полагая ε=5, h=1мм.

Шлейф 1 — четвертьволновый трансформатор с характеристическим сопротивлением

                    

Находим ширину полоски из :

                            

Ширина полоски составляет b1=1.38мм.

Длина полоски определяется из:

l=Λ/4,                                   

где , εэф=4,2 — эффективная относительная диэлектрическая проницаемость среды в линии.

Длина полоски составляет l1=60мм.

Шлейф 2 — четвертьволновый трансформатор с характеристическим сопротивлением

                       (7.10)

Ширина полоски составляет b2=6.1мм, длина полоски — l2=60мм

Шлейф 3 — четвертьволновый трансформатор с характеристическим сопротивлением

                       (7.11)

Ширина полоски составляет b3=1,61мм, длина полоски — l3=60мм

Шлейф 4 — четвертьволновый трансформатор с характеристическим сопротивлением

                      (7.12)

Ширина полоски составляет b3=16мм, длина полоски — l3=60мм

Схема УРЧ приведена на рис. 7.1



Рис.7.1.


8. ФСС.
Рассчитаем фильтр сосредоточенной селекции предварительного усилителя промежуточной частоты.

Фильтр должен иметь следующие характеристики: полоса пропускания составляет 5 МГц; избирательность по соседнему каналу 60 дБ; соседний канал отстроен от промежуточной частоты приемника на 5 МГц; нагрузкой фильтра служит входное сопротивление микросхемы 219УВ1А (усилитель ПЧ), которое составляет 25 Ом; промежуточная частота 94 МГц.

1. Ввиду высоких требований к избирательности данного фильтра, целесообразно выбрать фильтр с чебышевской характеристикой затухания.

2. Определим нормированную частоту.

Из задания: 2Δf=10МГц; f=fпч=90МГц; fн=100МГц; f-н=80МГц. Отсюда по выражению (8.1) рассчитаем нормированную частоту:

Ω=(fн-f-н)/2Δf=10/10=1                         (8.1)

3. Пересчитаем заданное ослабление Sск=60дБ в неперы, считая, что 1дБ=0.115неп. В итоге получим ан=7 неп.

4. По этим значениям по графику определим количество звеньев, класс фильтра n=4.

5. Выберем схему прототипа (рис.1.3а [4]). Схема приведена на рис..


Рис.
6. Так как вход фильтра нагружен на сопротивление намного большее, чем его выход, будем считать r1=∞. Параметры фильтра прототипа определим из таблицы 1.10 [2].

Катушки индуктивности возьмем с добротностью Q=100.

Потери в элементах фильтра составляют

δ=f/[Q·Δf]=90*106 /100*5*106=0.18                   

а4=1,87; а3=1,69; а2=2,82; а1=0,504;

7. Переходим от элементов прототипа к элементам фильтра по следующим формулам (8.3):














               
Электрическая схема фильтра без учета потерь в элементах представлена на рис.8.2.


Рис.8.2.
Величина потерь фильтра в полосе пропускания составляет амин=0.25неп=2.174дБ.    продолжение
--PAGE_BREAK--
         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         
9. Преобразователь частоты.

Преобразователь частоты состоит из смесителя, к которому подводится принимаемый сигнал, и гетеродина напряжение которого периодически изменяет параметры смесителя. На выходе смесителя выделяется сигнал преобразованной частоты f
П .    В преобразователях с внешним гетеродином функции последнего выполняет отдельный электронный прибор. В преобразователях с внутренним гетеродином для смесителя и гетеродина используется общий электронный прибор.

При простом преобразовании частоты f
П =
f
Г –
f
С или f
П =
f
С –
f
Г.
9.1. Расчёт балансного смесителя.

В качестве смесителя используем двух диодный балансный смеситель (БС), наиболее подходящий для СВЧ приёмников. Ниже приведена эквивалентная и топологическая схемы рассчитанного двухшлейфного квадратного моста.



Исходные данные.

-     (f
=0.
62 ГГц)

-      — относительная полоса рабочих частот.

-   N
БС  ≤ 2 дБ  (при коэффициенте шума УПЧ N
П = 2 дБ)

-   Подложка БС из поликора (ε = 9,  
tgδ = 0.005 ) толщиной h = 0.5 мм

-   Волновое сопротивление проводящих линий W = 5О м.

-   Материал проводников – медь с удельной проводимостью σ = 4.1·10
7 См/м
 


Выберем смесительные диоды с барьером шотки типа АЛ112Б, для которых

-   Мощность гетеродина P
Г
опт = 3 мВт

-   Потери преобразования αПР
≤ 6 дБ

-   Шумовое отношение ηШ

= 0.85   

-   r
ВЫХ
сд =500 Ом

Расчёт.

1.Определяем волновое сопротивление основной линии

2.  Для шлейфов . Находим ширину полоски основной линии и шлейфа:



3.Эквивалентную диэлектрическую проницаемость рассчитываем по формуле:

      

Для основной линии:   ε
ЭЛ
= 7.13,

для  шлейфовε
ЭШ
= 6.7.

4.  Длину четвертьволнового отрезка основной линии и шлейфов найдем по формуле:

.

5.  Рассчитываем потери в основной линии и шлейфах и шлейфах моста. Толщина скин-слоя в полосках:

 

6.Поверхностное сопротивление проводника:



7.Полные потери проводимости оцениваются по формуле:



Для основной линии и шлейфа имеем:



Потери проводимости отрезка основной линии и шлейфа соответственно равны:

        α
ПЛ
=
β
ПЛ
·
l
Л
= 0.10 дБ;         
α
ПШ
=
β
ПШ
·
l
Ш
= 0.11 дБ

8.  Погонные диэлектрические потери в подложке микрополосковой линии рассчитываются:









9.Диэлектрические потери в основной линии и шлейфа:

α
ДЛ
=
β
ДЛ
·
l
Л
= 2.24 ·10
-6
дБ;         
α
ДШ
=
β
ДШ
·
l
Ш
= 2.4 ·10
-6
дБ

10.   Полные потери основной линии и шлейфа и моста:

α
1
=
α
ПШ
+
α
ДШ
  = 0.11+0.158=0.268 дБ = 0.0268 неп; 

α
2
=
α
ПЛ
+
α
ДЛ
  = 0.10+0.
044
=
0.0144
неп;

11.   Коэффициент стоячей волны входных плеч моста равен:

         ,   дб

12.   Развязка изолированного плеча (развязка между сигналом и гетеродином):

 ,        дб

Потери моста:        ,   

На этом расчет квадратного моста закончено.

13.   Находим необходимую мощность гетеродина на входе БС, полагая оптимальную  мощность гетеродина, равной паспортной  и пренебрегая потерями моста:

P
Г = 2 ·
α
М ·
P
Г
опт = 0.222 мВт

Считаем, что смесительные диоды подобны в паре, тогда:

r
БС
= 0.5 ·
r
ВЫХ сд
= 250 Ом

α
БС
=
α
ПР
= 6 дБ

η
БС

=
η
Ш

= 0.85
    

14.    Определим шумовое отношение гетеродина по формуле :   η
Г
 =
η
Г о ·
P
Г


Величина ηГ озависит от типа гетеродина, частоты гетеродина и величины промежуточной частоты, и лежит в пределах от единицы до нескольких десятков мВт. Полагаем ηГ о =
10 , тогда: ηГ
 = 2.2 ·10
-3.

15.   Общий коэффициент шума БС преобразователя частоты определяется по формуле:



Полагая, что коэффициент подавления шума гетеродина SШ
= 20 дБ, находим:

.


6. Расчет импульсного детектора.

1.  Для детектирования радиоимпульсов используем последовательный диодный детектор на диоде Д2В с параметрами Сд=1пФ, Ri=160Ом, выполненный по схеме:



В таких детекторах используют германиевые диоды.

2.Определим ёмкость конденсатора и сопротивление нагрузки равна:

С
Н=10 С
Д— С
М= 7 пФ,

где СД= 1 пФ – ёмкость диода, СМ= 3 пФ– монтажная ёмкость.

       , после этого определим коэффициент передачи  Кд,

    , тогда. из графика 9,2 найдём Кдкоторый равен   0,99., зная егоиз графика 9,5 находим    , отсюда   где  (для последовательного детектора)

3.  Проверим соотношение,   при невыполнении которого заметно падает коэффициент передачи детектора КД  :       1,5*10-6>> 1,06*10-8

4. Вычислим индуктивность нагрузки

,

где Q
H= 0.6,R
H

K= 1.65·
R
H= 358.05 КОм.

5.  Для улучшения фильтрации напряжение промежуточной частоты служит дроссель настраиваемый собственной ёмкостью Сф= 2 пФна частоту:

f
ф= (0.5…0.7)
f
п= 45 МГц

6.Определим индуктивность дросселя.

.



7. Расчет пьезоэлектрического фильтра.

Исходные данные:

— ƒ
= ƒ
ПЧ = 30 МГц;

— ƒ
-Н = 24.9 МГц;    ƒ
Н = 25.3 МГц;

— R
= 1000 Ом;

1.  Ширина полосы пропускания одного канала Δƒ
= 0.2 МГц.

2.  В полосе задерживания при расстройке средней частоты на Δƒ = ± 200 КГц затухание должно быть не меньше α
= 50 дБ.

3. Материал кварц АТ – среда.

Расчет:

1.Определяем нормированную частоту:



2. Определяем граничную частоту полосы задерживания фильтра прототипа НЧ:



По графику на рис.18 определяем класс фильтра n:



n = 5

Из таб. 3 в приложении находим значения элементов фильтра

3.Прототип фильтра выглядит так:



4.  Преобразовываем НЧ прототип в узкополосный с одинаковыми индуктивностями α1. Величину нормированной индуктивности находим как:



5. Переходим к схеме МПФ:



6. Выполняем расчет частного резонатора



7. Вычисляем коэффициенты связи между резонаторами:



8. Определяем расстояния между резонаторами по формуле (25):

— толщина пластины, где

Задаёмся величиной частотного понижения Δ = 0,015 и вычислим правые части неравенства

,   

Определяем конструктивные параметры ς по формуле:

;       

По графику на рис.9 находим нормированные частоты:

η = 0.18;    η
∞ = 0.15;  

;



Теперь переходим к расчету расстояния между резонаторами непосредственно:



N
1и N
3 определяются по графику: N
1 = N
3 = 0.9

10. Выбираем размеры пластины = 22х12х0,204мм;

11. Рассчитаем эквивалентную динамическую индуктивность и ёмкость по формулам:, где ρ= 2649,e
26 = -0.095

       

           

Номинальная индуктивность резонатора:     

Статическая ёмкость C
равна:       

Сопротивление нагрузки на входе и выходе фильтра:

       

Величину дополнительной ёмкости связи определим по формуле:

, где      

C
СВ = 2
C
= 1.4 мФ

12. Переходим к схеме МПФ:



13. Конструкция фильтра.



    продолжение
--PAGE_BREAK--


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! 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.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Художественное своеобразие мифов Ч. Айтматова
Реферат Методика вивчення ліричного твору в школі (на матеріалах лірики Г. Гейне)
Реферат соединение и выделение уголовных дел
Реферат «Свод правил русского правописания (орфография и пунктуация)»
Реферат Аблесимов Н. Е., Бруй В. Н., Дембо А. Т., Макаревич К. С., Терентьева Ю. К., Войнова И. П
Реферат Автор: Гриншпун Инна
Реферат Предмет и метод ГП
Реферат «утверждаю» Заместитель Председателя моо ого вфсо «Динамо»
Реферат Компаративные конструкции в лингвокогнитивном аспекте (на материале русского и английского языков)
Реферат Rave Culture The Number One Example Of
Реферат Идейно-художественное своеобразие и специфика конфликта в трагедии У.Шекспира “Макбет”
Реферат Социологическое изучение социальной структуры общества
Реферат Ответы к зачёту по астрономии за 11 класс
Реферат Пропозициональный анализ художественного текста как основа его интерпретации
Реферат Разработка технологического процесса и определение технико-экономических показателей производства