Проектирование радиоприемного устройства частотно-модулируемых сигналов, страница 2

Б).     Параметры микросхем К174ПС1 и К174ХА6                         100

В).     Перечень элементов схемы электрической                  принципиальной.                                                                                 101.

Введение.

Курсовой проект по дисциплине “Устройства приема и обработки сигналов” преследует следующие основные цели: развития навыков самостоятельного решения комплексных задач; расширение и систематизацию теоретических знаний; изучение ряда специальных вопросов, связанных с темой курсового проекта; закрепление навыков оформления конструкторской документации. Главная задача курсового проекта состоит в выборе наиболее эффективных, с технико-экономической точки зрения, путей реализации технического задания на проектируемое устройство. В соответствии с учебным планом специальности 201500 курсовой проект выполняется в восьмом семестре.

Имеющиеся пособия по проектированию радиоприемных устройств в значительной степени устарели и не содержат всех необходимых сведений для проектирования современных устройств приема и обработки сигналов.В частности недостаточно рассмотрены вопросы, связанные с применением современной элементной базы, цифровой обработкой сигналов, использованием средств вычислительной техники и сети ИНТЕРНЕТ при проектировании. В процессе работы над проектом важно также изучить нормативные документы, относящиеся к порядку разработки радиоэлектронной аппаратуры.

В пояснительной записке, в соответствии с техническим заданием, приведены обоснование и расчет структурной, функциональной и принципиальной схем радиоприемного устройства частотно модулированных(ЧМ) сигналов. Определены результирующие характеристики. Рассмотрены методики контроля основных параметров приемника.

1. Принципы построения радиоприемных устройств сигналов с частотной модуляцией.

1.1.Особенности сигналов с частотной модуляцией.

Применение ЧМ позволяет повысить использование мощности передатчика и помехоустойчивость приема, улучшить качественные показатели передачи, в частности расширить динамический диапазон передаваемой программы и диапазон передаваемых частот. Наиболее полная реализация этих преимуществ частотной модуляции достигается при больших индексах модуляции. Однако при этом спектр сигнала занимает настолько широкую полосу частот, что практическое осуществление передачи возможно только в диапазоне УКВ.

При частотной модуляции в соответствии с модулирующим сигналом изменяется частота высокочастотного колебания[2]:

                                                 (1).

где U₀ – амплитуда колебания;

 - мгновенная фаза колебания;

j₀ – начальная фаза.

Ряд характеристик эффективности ЧМ зависит от такого обобщенного параметра, как индекс модуляции[2]:

                                                  (2).

где Dw_max – девиация частоты;

     W _max – максимальная частота модуляции.

Тогда ЧМ колебание, на основании связи угловой частоты w(t) с мгновенной фазой колебания j(t), описывается следующим выражением[2]:

                            (3).

где w₀ – частота, излучаемая передатчиком при отсутствии модуляции;

       W - частота модуляции.

Различают системы с большими индексами модуляции (y>1) и меньшими индексами модуляции (y<1).

Как известно спектр ЧМ - сигнала в отличие от спектра АМ – сигнала занимает широкую полосу, даже при модуляции с одним гармоническим сигналом. Однако, составляющие, удаленные от частоты, излучаемой передатчиком w₀ при отсутствии модуляции, малы и могут не учитываться.

Рис.1 - Сигнал, модулированный по частоте

На рисунке 2 показан спектр сигнала, при модуляции одним гармоническим колебанием для разных значений y.

y=0,5                                               y=2

                                     w                                                                      w

               w₀                                                              w₀

           а)                                                               б)

Рис.2 - Спектр частотно модулированного сигнала

Рассматривая спектр ЧМ – сигнала, следует отметить так же, что многочисленные боковые частоты отстоят от несущей w_н=w₀ на расстояниях кратных модулирующей частоте, а их амплитуды определяются функциями Бесселя.

Значение полосы частот ЧМ – сигнала определяется по формуле[2]:

,                                          (4).

где F_max – максимальная частота модуляции.

Для узкополосной ЧМ (y<1) имеется по одной боковой составляющей с каждой стороны от несущей частоты, а ширина полосы частот занимаемая ЧМ – сигналом может быть определена по приближенной формуле:

Df_{сп ЧМ}» 2F_max                                                             (5).

При широкополосной ЧМ (y>>1) амплитуда несущей может быть очень малой, что обуславливает высокую эффективность ЧМ, т.е. основная информация содержится в боковых составляющих.

Для улучшения отношения сигнал/шум (С/Ш) на выходе приемника необходимо увеличивать полезную девиацию сигнала, а значит повышать индекс частотной модуляции, применяя широкополосную ЧМ. Аналитическая зависимость С/Ш на выходе от отношения С/Ш на входе приемника следующая:

                                                        (6).

где q_вх – отношение С/Ш на входе приемника;

     Df_max – максимальная девиация частоты сигнала;

     П_{ш пч} – шумовая полоса частот.

Рис.3 - Пороговое свойство ЧД

Формула (6) справедлива при q_вх>2. При отношении С/Ш равному единице (на входе), наступает порог слышимости, что выражается в

пороговое свойство частотного детектора (ЧД).Поэтому при проектировании радиоприемного устройства отношение С/Ш на входе ЧД должно быть больше двух, так как при нестабильности отношения С/Ш значение порога может оказаться ниже пороговой точки, что приведет к резкому возрастанию шумов. Существуют способы снижения порога: уменьшение полосы пропускания контура за счет применения схемы следящего фильтра; использование следящего ФД; применение схемы следящего гетеродина. Такие способы снижения порога позволяют увеличить отношение С/Ш и улучшить качество приема.