Составление, обоснование и расчет структурной схемы устройства. Общие принципы построения структурной схемы устройства

4. Составление, обоснование и  расчет  структурной  схемы  устройства

4.1. Общие принципы  построения структурной схемы устройства

Построение структурной схемы разрабатываемого  устройства  осуществляется в соответствии с назначением устройства, выполняемыми им функциями, выбранным методом пеленгации, методами передачи, приема и обработки сообщений. 

Исходя из этого, в составе устройства необходимо выделить следующие блоки :

1.  Антенная  решетка и согласующее устройство, обеспечивающее синфазную запитку всех излучателей антенны. Данный блок обеспечивает избирательность устройства по азимуту и обеспечивает определение направления на объект радиоизлучения.

2. Общий тракт приема сигналов, обеспечивающий предварительную частотную фильтрацию, предварительное усиление сигнала, преобразование частоты.

3. Тракт приема частотно-манипулированных сигналов, содержащий усилитель промежуточной частоты, ограничитель, частотный детектор.

4.  Тракт (канал) пеленгации, содержащий усилитель с регулируемым усилением, импульсный детектор, пиковый детектор, а также устройства ручной и автоматической регулировки усиления, устройства индикации пеленга.

5. Тракт обработки сигналов, осуществляющий согласованную фильтрацию продетектированного сигнала, выделение информации о состоянии туриста и ее индикацию.

6.  Блок  управления,  обеспечивающий запись кодов в согласованный фильтр, их  хранение, ввод кодов с клавиатуры.

Составление структурной схемы  проводится последовательно, в соответствие с этими пунктами.

Исходные данные для расчета  структурной схемы :

1. Частота сигнала  f₀ = 892 МГц .

2.  Минимальный уровень сигнала на входе приемника :

P_{c вх  мин} = Р_пер G₁G₂ h₁h₂L_мах = 2,2*1,64*2,5*0,9*0,81*6,3*10^-15= 4,2*10^-14 Вт.

Таким образом чувствительность приемника должна быть не хуже, чем 4,2*10^-14 Вт. При согласовании на входе приемника чувствительность, выраженная в микровольтах составит :

E_A = мкВ.

3. Полоса частот, занимаемая спектром сигнала составляет 400 кГц.

4.2. Выбор  промежуточных частот и числа преобразований  частоты

Известно, что промежуточная частота должна удовлетворять требованию f_n > 10 П_с , где П_с  - полоса частот, занимаемая спектром сигнала. Для нашей задачи П_с = 400 кГц, что соответствует минимальной промежуточной частоте 4 МГц.        Выбирается стандартное  значение промежуточной частоты f_n = 10,7 МГц. 

Поскольку все радиомаяки работают на одной частоте, а также, учитывая то, что их работа происходит в малонаселенной  местности с простой электромагнитной обстановкой, требования к избирательности по зеркальному каналу сводятся  лишь  к тому, чтобы не допустить значительного расширения шумовой полосы приемника за счет преобразования шумов с зеркального канала на основной, а требования к избирательности по соседнему каналу отсутствуют, и требуется лишь обеспечить требуемую полосу пропускания приемника.

Известно, что при избирательности по зеркальному каналу  равной и более 20 дБ,  расширением  шумовой полосы  приемника можно пренебречь.

При выполнении преселектора в виде соединения одноконтурной входной цепи на полосковом резонаторе и усилителя радиочастоты, обеспечивающих избирательность по зеркальному каналу  по 10 дБ  каждый, требуемая нагруженная добротность  резонаторов входной цепи и усилителя радиочастоты составит :

Q_э = .

Получить такую добротность на частоте 892 МГц на полосковом резонаторе возможно, но достаточно сложно. Получаются маленькие коэффициенты включения, малые расстояния  до точек  подключения генератора и нагрузки, малый коэффициент передачи и большой коэффициент шума входной цепи.

Поэтому целесообразно выполнить двойное преобразование частоты. Хотя  при этом также будет некоторое расширение шумовой полосы приемника за счет шумов по второй промежуточной частоте, но оно будет влиять в меньшей степени.

Первая промежуточная частота должна быть выбрана такой чтобы при эквивалентной добротности Q_э = 6¸7  обеспечить избирательность 10 дБ (3,16 раз).  Это соответствует требованию к частоте первого зеркального канала  f_зк1 > (1,24¸1,28)f₀ , что в свою очередь соответствует требованию к первой промежуточной частоте f_n1 > (0,12¸0,14)f₀ = (0,12¸0,14)*892 =107¸124 МГц. 

Выбирается значение первой промежуточной частоты f_п1 = 112 МГц.  Такая промежуточная частота используется в международной практике, и кроме того она не является поражающей частотой, то есть не кратна стандартной сетке частот задающих генераторов.

Вторая промежуточная частота выбирается из условия обеспечения требуемой полосы пропускания   f_n2 > 10 П_с = 4 МГц  и  выбирается  равной

f_n2 = 10,7 МГц.

Частота первого зеркального канала

 f_зк2 = f₀ + 2f_п1 = 892+2*112 = 1116 МГц.

Частота второго зеркального канала

f_зк1 = f_п1 + 2f_п2 = 112+2*10,7 = 133,4  МГц.

4.3. Расчет  полосы  пропускания  приемника

1. Полоса частот, занимаемая спектром сигнала П_с = 400 кГц.

2. Нестабильность частоты сигнала

Df_c = df_cf₀   = 10^-5*892*10⁶ = 8920 Гц.

df_c »10^-5  ( при использовании частотно-фазовой автоподстройки частоты передатчика).

3. Нестабильность частоты первого гетеродина

Df_г1 = df_г1f_г1   = 10^-5*1004*10⁶ = 10040 Гц.

Частота  первого гетеродина  f_г1 =  f₀+ f_п1 =  892+112 =1004 МГц.