Проектирования радиосвязных и радиовещательных приемных устройств индивидуального пользования, страница 5

Порядок расчета следующий. Сначала определяется максимально допустимый коэффициент шума N_доп, линейного тракта исходя из заданной величины чувствительности Е_А. Затем определяется коэффициент шума N_лт, исходя из предполагаемой структуры линейного тракта. Требуемая чувствительность обеспечивается, если N_лт < N_доп. Если данное условие не выполняется, то меняется структура преселектора или вся структура линейного тракта.

Допустимый коэффициент шума

,   где g - требуемое отношение (в «разах») среднеквадратического напряжения сигнала к среднеквадратическому напряжению шума на выходе линейного тракта (на входе демодулятора), R_A – полное сопротивление антенны, k=1,38*10^-23дж/градK - постоянная Больцмана, T₀ =293°K – абсолютная температура в нормальных условиях, П_ш ≈ 1,1П – шумовая полоса линейного тракта.

Считаем, что антенна согласована со входом приемника, то есть полное сопротивление антенны равно волновому сопротивлению фидера, которое, в свою очередь, равно входному сопротивлению приемника.

Величина g определяется типом демодулятора и заданным отношением g_вых сигнал - шум на выходе демодулятора. В частности, если используется телефонная связь, то g_вых =3..10, а для радиовещательного АМ приема g_вых=10...20.

Связь между отношениями сигнал - шум на выходе и входе демодулятора определяется следующими выражениями.

АМ сигнал:

, где  (для синусоидального сигнала), m_a – коэффициент амплитудной модуляции, П_вых ≈ 1,1F_max – полоса пропускания низкочастотного тракта после демодулятора, F_max - максимальная частота модуляции сигнала.

ЧМ сигнал:

(при g≥3), где  - индекс частотной модуляции, Df – девиация частоты.

Следует отметить, что при g<3 обычный частотный детектор работает в подпороговом режиме, когда g_вых значительно уменьшается. Такой режим работы детектора нежелателен, поэтому в данном случае для дальнейших расчетов следует использовать g=3.

Коэффициент шума линейного тракта

, где  – коэффициент шума входной цепи (ВЦ),

K_pВЦ – коэффициент передачи ВЦ по мощности (в первом приближении можно считать, что ),

N_УРЧ – коэффициент шума УРЧ (, где N_тр - коэффициент шума (в «разах») транзистора в составе УРЧ),

N_{УПЧ+ПРЧ}  - коэффициент шума последовательно соединенных преобразователя частоты (ПРЧ) и УПЧ,

N_{УПЧ+ПРЧ}  ≈N_ПРЧ  (при K_pПРЧ >>1),

N_ПРЧ  - коэффициент шума ПРЧ,

,

 - коэффициент передачи УРЧ по мощности,

Y₂₁ и Y₁₂  - Y-параметры транзистора УРЧ,

K_Ф - коэффициент передачи антенного фидера, определяемый погонным затуханием и длиной фидера.

Пример

Исходные данные:

чувствительность Е_А = 4 мкВ;

отношение сигнал-шум на выходе частотного демодулятора g_{вых дБ} = 19 дБ;

полоса пропускания П = 40 кГц;

частота приема f = 100 МГц;

девиация частоты Df = 10 кГц;

максимальная частота модуляции F_max = 3,5 кГц;

сопротивление антенны R_А = 50 Ом;

коэффициент передачи фидера К_Ф = 0,99.

Сначала определяем шумовую полосу, полосу пропускания низкочастотного тракта и индекс частотной модуляции.

,_, .

Исходя из заданного значения , получаем .

Определяем отношение сигнал-шум на выходе линейного тракта:

.

Так как g= 0,8 <3, то принимаем g=3.

.

Определим коэффициент шума линейного тракта, предполагая, что в УРЧ и УПЧ используются одинаковые транзисторы, которые на частоте 100МГц имеют следующие параметры:

N_тр =1,8дБ; (=1.51 «в разах»)

Y₂₁ = 160мСм; 

Y₁₂ = 0.4мСм;

_;

N_УПЧ = 4N_тр = 6,04.

Все указанные параметры транзистора зависят от частоты.

Так как , то .

.

.

Так как 6,2 < 49,96, то данная структура линейного тракта обеспечивает заданную чувствительность с большим запасом. Требуемая чувствительность обеспечивается и без УРЧ. Его можно оставить в преселекторе, если для подавления зеркальной помехи требуется использовать несколько полосовых фильтров (транзистор УРЧ обеспечивает развязку между фильтрами).

Моделирование линейного тракта супергетеродина