Проектирование радиоприемного устройства частотно-модулируемых сигналов, страница 9

Питание радиоприемного устройства осуществляется от бортовой сети автомобиля U_п. = 14,4В (обычно 10,8 – 15,6 В)

В качестве оконечного устройства используется устройство с входным сопротивлением 4,5 кОм и управляющим напряжением – (6+0,5)В.

3.Разработка структурной и функциональной схем приемника и выбор элементной базы.

3.1. Обоснование выбора структурной схемы.

Исходя из анализа технического задания с учетом требуемого обеспечения стабильности частоты сигнала и требуемой чувствительности, а также высокой селективности по дополнительным каналам приема, наиболее приемлемой схемой приемника ЧМ - сигналов является супергетеродинная схема (рис. 21).

Учитывая специфику ЧМ – сигналов спектры гармоник, возникающих при прохождении сигнала через нелинейный тракт, не перекрываются, следовательно, использовать в приемнике систему АРУ нецелесообразно.

Для цифровой индикации частоты необходимо измерять частоту гетеродина, делая поправку на промежуточную частоту.

Если приемник, построенный по схеме представленной на рис.21 не может обеспечить выполнения требований к избирательности по зеркальному каналу, то следует использовать гетеродин с двойным преобразованием частоты. Промежуточная частота первого преобразователя выбирается порядка десятков мегагерц, а иногда больше частоты сигнала, что позволяет избавиться от помехи по зеркальному каналу. Второй преобразователь частоты обеспечивает высокую селективность по соседнему каналу.

 

                                                                                                                                                                                                   Вых.

Рис.21.- Структурная схема разрабатываемого РпрУ ЧМ - сигналов

3.2. Проверка необходимости разбивки заданного диапазона частот на поддиапазоны. Определение пределов изменения управляющего напряжения на варикапах.

Исходными данными для разбивки заданного диапазона частот является диапазон рабочих частот – его нижняя частота f_0min и верхняя частота f_0max, а также максимальный коэффициент перекрытия по частоте k_д перестраиваемого элемента. Из-за разбросов параметров радиоэлементов дальнейшие расчеты проводятся с запасом по частоте 3% т.е.:

 f_0min=0,97∙f_{с min}=0,97×165×10⁶=160,05 Гц.

f_0max =1,03∙f_{с mах} =1,03×200×10⁶=206 Гц.

Коэффициент перекрытия диапазона [1], с запасом по частоте в 3%:

,                                                                       (31)

В качестве перестраиваемого элемента используется варикап. Для варикапа максимально возможный коэффициент перекрытия по частоте составляет 1,4….1,6. Выбор большого коэффициента перекрытия диапазона усложняет сопряжение контуров преселектора, поэтому для варикапов k_д.£ 1,3, что подходит для заданногодиапазона частот. Разбивка заданного диапазона рабочих частот на поддиапазоны нецелесообразна.

В качестве варикапа можно использовать варикап КВ117А с максимальной емкостью С_max = 33 пФ.

Для определения пределов изменения напряжения на варикапе необходимо определить минимальную и максимальную емкости варикапа, обеспечивающего перекрытие заданного диапазона частот.

Определим минимальное значение емкости варикапа С_min по формуле:

начальная емкость контура[1]:

                                            (32)

(пФ)

где С_L=2…3 пФ – собственная емкость катушки;

С_М=2…6 пФ – емкость монтажа;

С_подстр=4…15 пФ – емкость построечного конденсатора;

С_вх , С_вых – входная и выходная емкости элементов подключенных к контуру, составляют 5…10 пФ;

р₁, р₂ – коэффициенты включения контура (обычно р₁=1, р₂=0,2…0,5);

минимальная емкость варикапа:

                                                         (33)

 (пФ)

Напряжение на варикапе необходимое для достижения С_min[1]:

                                           (34)

(В)

где U_обр=3В – обратное напряжение для варикапа КВ117А

Полученное напряжение не превышает заданное тепловое питающее напряжение поэтому делать дополнительное преобразование напряжения нет необходимости.

Таким образом, пределы изменения регулирующего напряжения на варикапе составляют от 3 до 8,5 В.

3.3.Предварительный расчет полосы пропускания приемника и выбор гетеродина. Проверка необходимости применения системы АПЧ.

Полоса пропускания приемника определяется шириной спектра принимаемого сигнала П_с,, доплеровским сдвигом частоты Δf_д сигнала и запасом полосы Δf_нест , зависящие от нестабильности частот принимаемого сигнала и гетеродина приемника, погрешностей в настройке отдельных контуров и всего приемника [3]:

,                                            (35).

Исходя из назначения и условий работы приемника величиной Δf_д – можно пренебречь. Величина Δf_нест определяется следующим образом:

,                       (36).

 

где δ_с – относительная нестабильность частоты принимаемого сигнала, составляет [3] 10^-6;

f_c=f_max – частота принимаемого сигнала (максимальная);

δ_г – относительная нестабильность частоты гетеродина, учитывая назначение проектируемого радиоприемника и диапазон рабочих частот, нестабильность частоты принимаемого сигнала, выбирается гетеродин с кварцевой реализацией, тогда [3] δ_г = 1·10^-5;

δ_н≈0 – относительная погрешность настройки приемника, приблизительно равная нулю.

δ_пр – относительная нестабильность промежуточной частоты, равная [3] 0,0003…0,003 эта величина принимается равной 0,0003 ;

f_г , f_пр – частота гетеродина и промежуточная, соответственно (значение промежуточной частоты f_пр выбирается равным стандартному 10,7 МГц, а частота гетеродина f_г= f_c+ f_пр=206·10⁶+10,7·10⁶=216,7МГц, т.е. выбирается верхняя настройка частоты гетеродина).

(кГц)

Тогда полоса пропускания приемника в целом будет равна:

П=105×10³+32,39×10³=137,39 (кГц)

Коэффициент расширения полосы определяется по формуле [1]:

,                                                                          (37)

Так как К<1,5, то применять АПЧ нет необходимости. Гетеродин может быть выполнен на синтезаторе частот с кварцевой стабилизацией частоты.

Система автоматической регулировки усиления применяется для предотвращения перегрузок в каскадах при приеме сильных сигналов, а также для устранения недопустимых нелинейных искажений.