Цифровой канал радиосвязи с разработкой радиоприемного устройства и электрическим расчетом блока усилителя радиочастоты (работа 2)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема: «Цифровой канал радиосвязи с разработкой
радиоприёмного устройства и электрическим
расчётом блока усилителя радиочастоты».
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование
П
о дисциплине
«Д-4242»
1.ТЕМА ПРОЕКТА
Цифровой канал радиосвязи с разработкой радиоприёмного устройства и электрическим расчётом блока усилителя радиочастоты
2.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Дальность радиосвязи L(км.) - 90;
2. Мощность передатчика Р(Вт)- 500;
КНД передающей антенны Д (дб) - 1;
Тип приёмной антенны АШ;
Входное сопротивление антенны R (Ом) - 75;
Диапазон рабочих частотF(МГц)30...60;
Скорость телеграфирования V(Бод) - 240;
Отношение P>с>/P>ш>> > (раз) - 9;
Коэффициент шума ПРМ N>0>(раз) - 6;
Вид сигнала АМ;
Разнос частот F>p> (кГц) - 0;
Высота размещения антенны H(м) - 14;
Избирательность по зеркальному каналу (дб) - 60;
Избирательность по соседнему каналу (дб) - 60;
Коэффициент нестабильности частоты - 10-7;
Длина сообщения N (двоичных символов) - 720;
Вероятность доведения Р>Д >- 0,999;
Вероятность трансформации P>тр> - 10-7.
3. ВЫПОЛНИТЬ:
1. Произвести расчёт радиоканала и оценить достоверность цифровой инфор-
мации.
Выбор и обоснование электрической структурной и функциональной схем
устройства.
Выбор и обоснование электрической принципиальной схемы устройства.
Электрический расчёт блока.
ПРЕДСТАВИТЬ:
1. Пояснительную записку (25 - 30 листов).
2. Электрическую принципиальную схему устройства (формат А4).
3. Листинг расчётов на ЭВМ.
Содержание
Введение Анализ технического задания. Энергетический расчёт Оценка достоверности цифровой информации в канале связи Выбор типа структурной схемы радиоприёмника Выбор промежуточных частот радиоприёмника Разработка функциональной схемы приёмника Электрический расчёт усилителя радиочастоты Заключение Список литературы
|
||||||
Лист |
||||||
1 |
||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
Введение. В настоящее время к современным радиоприёмникам военного назначения предъявляются высокие требования по массово - габаритным характеристикам, малому энергоснабжению, безотказной работы в течение всего срока эксплуатации, которые, прежде всего, определяются особенностями его эксплуатации. Целью данной курсовой работы является разработка цифрового канала радиосвязи, с электрическим расчётом усилителя радиочастоты радиоприёмника. В соответствии с поставленной задачей был проведён анализ технического задания с целью разработки цифрового канала радиосвязи, с электрическим расчётом усилителя радиочастоты радиоприёмника при конкретных технических требованиях. В данной курсовой работе была разработана функциональная модель цифрового канала радиосвязи, а также был проведён его энергетический расчёт заданным техническим требованиям. Кроме того, по результатам, полученным в данной курсовой работе, была выбрана наиболее целесообразная структурная схема приёмного устройства, на основании которой разработана его функциональная и принципиальная схемы. Высокие требования, предъявляемые к современным военным радиоприёмникам и с учётом современной элементной базы, был произведён электрический расчёт усилителя радиочастоты, и на основе полученных результатов была синтезирована его принципиальная схема.
|
|||||||
Лист |
|||||||
2 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
Анализ технического задания. В исходных данных технического задания отсутствуют требования по климатическим условиям эксплуатации приёмника, а также вероятность его нормальной работы за среднее время наработки на отказ T>отк.ср.> С учётом того, что радиоприёмник будет эксплуатироваться в войсках, то есть работать в полевых условиях или же в закрытых, не отапливаемых, зачастую во влажных помещениях, то были выбраны самые жёсткие условия эксплуатации. Согласно ГОСТ 24375-80 для территории Российской Федерации диапазон рабочих температур составляет от -500С до +500С, при влажности окружающей среды не более 90%. С целью обеспечения требуемой надёжности эксплуатации предлагается двукратное дублирование радиоприёмника, то есть так называемый «горячий резерв». Исходя из этих условий, значение вероятности нормального функционирования было выбрано P=0,998, за среднее время эксплуатации Т>отк ср>=3000 часов. С учётом исходных данных технического задания и, разработанных требований эксплуатации был произведён энергетический расчёт цифрового радиоканала. |
|||||||
Лист |
|||||||
3 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
Энергетический расчёт УКВ радиоканала.
С учётом исходных данных в
начале была рассчитана полоса
пропускания радиоприёмника по [5]:
где значение F>с> для сигнала с амплитудной манипуляцией выбирается из условия:
F>с>=
где U>m>=R>k > >Исходя из этого, было вычислено значение: В соответствии с техническим заданием и условиями работы определена чувствительность радиоприёмника по формуле:
U>тр>=2* T=273 K - температура окружающей среды в Кельвинах; K=1,38*10-23(Дж/к) - постоянная Больцмана; N=6 - коэффициент шума приёмника; R>a>=75 Ом - входное сопротивление антенны;
h Таким образом:
U>тр>=2* 3.Определена зона расположения приёмника. Освещена зона (зона прямой видимости) найдена согласно [5]:
L>пр>=3,57*( При этом нижняя зона блокирования определена по формуле [5]:
L>бл>=18*
Где
|
|||||||
Лист |
|||||||
4 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
Подставляя в формулу значения
где R>ЭЗ>=8,5*106м - эквивалентный радиус Земли.
L>бл>=18*
L>пр>=3,57*(
Сравнивая требуемую дальность
радиосвязи L>св>
со значением L>пр>,получим
L>пр
то есть 26,7(км)>
E>Д>= L - длина радиолинии; L>пр>> >- расстояние прямой видимости; v - коэффициент дифракции; P>1> - мощность подводимая к передающей антенне; G - коэффициент усиления антенны ПРДУ;
R>зэ> - эквивалентный радиус Земли (8500 км);
E>Д>= Зная напряжённость электромагнитного поля в точке приёма, определим действующее значение напряжения на входе приёмника в точке приёма: U>Д>=Е>Д>*Н>Д>, (9) где
Н>д
сим>=(
l - длина одного плеча симметричного вибратора;
k=
l=
Н>д
сим>=( Н>д несим>=0,5*Н>д сим>=4,33*10-3 м. |
|||||||
Лист |
|||||||
5 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
U>Д>=Е>Д>*Н>Д>=0,00015*4,33*10-3=0,65*10-6 В
Проверено выполнение следующего
условия: U>Д Рассчитано номинальное значение отношения сигнал/шум на входе приёмника:
После расчёта канала связи была проведена оценка достоверности цифровой информации в канале связи. |
|||||||
Лист |
|||||||
6 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
Оценка достоверности цифровой информации в канале связи. Оценка достоверности цифровой информации в канале связи проведена с учётом вероятности отказа системы связи без учёта отказа аппаратуры канала связи (техники), т.е. Р>отк>=0
Результатом проведения
энергетического расчёта является
обеспечение требуемого отношения
мощности полезного сигнала к мощности
шума плюс помеха
При известной длине сообщения, в данном случае длина сообщения N=720 , вероятность доведения некодированного сообщения определяется из графической зависимости P>дов>=(1-P>Э>)N, где P>Э>=1,25*10-2, определяется из графической зависимости
P>Э>=f( P>дов>=(1-1,25*10-2)720=0,000116604;
После расчёта вероятности
доведения информации необходимо
проверить условие Р>дов
необходимо либо увеличивать
мощность передатчика с целью увеличения
n - длина кодовой комбинации; k - количество информационных символов; d - минимальное кодовое расстояние. Вероятность ошибки: Р>0(>>n>>,>>k>>,>>d>>)>=2,8*10-3 P>тр>=1-(1-Р>0(>>n>>,>>k>>,>>d>>)>)n/k=5,36*10-9; Следовательно, если мы сравним с требуемым значением =10-7,
P>тр Р>пр>=1-(1-8,7*10-4)23=0,99975; Р>дов>=0,99964;
Р>пр дек>= t>и>=1 - число гарантированно исправляемых кодом ошибок, Р>эк>=1,75*10-2, исходя из этого вычисляем вероятность правильного декодирования: |
|||||||
Лист |
|||||||
|
7 |
||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
Р>пр.дек>=0,9998. Вероятность ошибки на бит информации Р>0> , которая отдаётся получателю, определяется по формуле: Р>0>=(1- Р>пр.дек>)/2=0,0001,
Следует отметить, что именно
значение Р>0>
является одним из ключевых
требований, которые предъявляет
заказчик на проектируемую систему
связи, при этом обязательно должно
выполняться условие Р>0> Вероятность доведения сообщения, кодируемого (n, k d>min>), то есть (15,10,4), кодом определяется следующим выражением: Р>дов>=(Р>пр.дек>)N/K=0,9998720/10=0,9996, Данная вероятность доведения сообщения с использованием кода не менее требуемой. Важным параметром дискретной системы связи является вероятность трансформации сообщения, которая определяется следующим выражением:
Р>тр
>>N>=
где P>но(>>n>>,>>k>>,>>d>>)>= L1=t>и>+2=3;
Р>но(15,10,4)>= Р>тр15>=1-[1-P>но(15,10,4)>]15/10=8,4*10-9 Таким образом вероятность доведения дискретного сообщения до получателя Р>ДОВ> и связанная с ней вероятность ошибки на бит информации Р>0>, вероятность трансформации сообщения Р>тр15 >при заданных дальности радиосвязи, частотно - временных и энергетических затратах являются важнейшими тактико-техническими показателями связи.
P>дов
Р>0
Р>тр >>n>> Для разрабатываемой системы радиосвязи обеспечивается выполнение указанных условий при наименьших частотно-временных и энергетических затратах, то есть в этом смысле она почти оптимальна. Далее был проведён выбор структурной схемы приёмника. |
|||||||
Лист |
|||||||
8 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
ВЫБОР ТИПА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РАДИОПРИЁМНИКА Современные связные приёмники чаще всего строятся по супергетератинной схеме, что позволяет реализовать наибольшую чувствительность и избирательность по сравнению с другими типами схем. Однако супергетератинным приёмникам свойственны определённые недостатки: наличие «зеркального канала»; наличие «паразитных» радиочастотных излучений гетеродинов; наличие «паразитных» условий и амплитудной модуляции сигнала за счёт внутренних помех в системе стабилизации. Указанные недостатки необходимо учитывать при выборе типа структурной схемы. Структурная схема радиоприёмника - это графическое изображение, дающее представление о структуре радиоприёмника и состоящее из функциональных частей и связей между ними. Основой для выбора структурной схемы связного радиоприёмника являются технические требования: к относительному изменению частоты подстройки радиоприёмника; к чувствительности радиоприёмника; к избирательности по «зеркальному» и соседнему каналам; Из двух возможных вариантов с одним или двойным преобразователем, была выбрана схема с двойным преобразователем частоты, так как только она обеспечивает требования селективности и требования технического задания. Входная цепь выполняет следующую функцию: обеспечивает подстройку приёмной антенны и входного фильтра радиоприёмника на заданную рабочую частоту. С входной цепи сигнал поступает на усилитель радиочастоты, который обеспечивает выполнение заданных требований по избирательности относительно зеркального канала и осуществляет предварительное усиление принимаемого сигнала и исключения паразитного излучения гетеродинов. В первом и во втором смесителе осуществляется преобразование частоты радиосигнала соответственно в сигналы первой и второй промежуточных частот. Гетеродинные напряжения поступают с синтезатора частот. В первом и во втором усилителе промежуточной частоты осуществляется усиление сигналов первой и второй промежуточных частот. Со второго усилителя промежуточной частоты сигнал поступает на детектор. В зависимости от вида модуляции принимаемых сигналов детектор может быть амплитудным, частотным, фазовым или пиловым. Для обеспечения оперативного управления и контроля современные радиоприёмники имеют в своем составе устройство управления и контроля. Синтезированная структурная схема представлена на рисунке 1. Далее сделаем выбор промежуточных частот. |
|||||||
Лист |
|||||||
9 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
ВЫБОР ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЧАСТОТ Важным этапом проектирования является выбор номиналов промежуточных частот радиоприёмника. Значения промежуточных частот могут быть оценены с помощью соотношений:
f>1ПР
f>2ПР Где f>0 >>max>> > - верхняя частота диапазона радиоприёмника; а - параметр рассогласования антенно-фидерного устройства и выхода радиоприёмника (а=1 при настроенной антенне в режиме согласования); d>3 ТР> =1000 - требуемое подавление зеркальной помехи; Q>РЧ>=50 - результирующая добротность контуров тракта радиочастоты;
> Q>ПЧ>=50 - добротность контуров тракта ПЧ; F(П>ПЧ>)=0,64 - функция, учитывающая особенности тракта ПЧ;
f>1ПР>
>
f>2ПР С точки зрения унификации были выбраны значения промежуточных частот: f>1ПР>=14 МГц, f>2ПР>=265 КГц. После выбора структурной схемы и определения промежуточных частот была синтезирована функциональная схема. |
|||||||
Лист |
|||||||
10 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ Функциональная схема - это графическое изображение радиоприёмника, представленное его основными функциональными частями и связями между ними в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД. На этапе разработки функциональной схемы радиоприёмника необходимо решить следующие основные задачи: произведено разбиение диапазона рабочих частот на поддиапазоны; проведено распределение избирательности по трактам; произведено распределение усиления радиоприёмника по трактам; проведен выбор элементной базы для основных каскадов радиоприёмника; определён состав трактов; При проектировании радиоприёмника предназначенного для работы в широком диапазоне радиочастот, заданный диапазон рабочих частот должен быть разбит на несколько поддиапазонов. На практике применяются два основных способа разбиения на поддиапазоны: способ равных коэффициентов перекрытия К>ПД> способ равных частотных поддиапазонов К>ПД>=f>2>/f>1>=f>3>/f>2>=...=f>n>/f>n>>-1,>
> При распределении усиления было учтено, что в первых каскадах оно ограничено от 5 до 10, в тракте первой промежуточной частоты, усиление в тракте УЗЧ должно быть с учётом оконечных устройств. На завершающем этапе разработки функциональной схемы радиоприёмника решается задача выбора количества и типов каскадов трактов радиочастоты, промежуточной и звуковой частот. Рассчитаем количество поддиапазонов следующим образом: К>ПД>=f>max>/f>min>=60/30=2, следовательно схема имеет два полосовых фильтра. Таким образом, исходя из решения задачи функциональная схема имеет вид, представленный на рис.2 Входной сигнал поступает на антенно-фидерное устройства и входа первого каскада усилителя радиочастоты.. также эти фильтры осуществляют селекцию принимаемого сигнала. Выделенный в фильтрах Z1 и Z2 полезный сигнал поступает на усилитель радиочастоты, в котором осуществляется усиление, а также осуществляется избирательность по зеркальному каналу. Для этого к выходу усилителя радиочастоты подключают фильтр. В целом этот тракт является трактом радиочастоты. Он осуществляет первичную обработку радиосигнала. Поэтому сигнал, поступивший на преобразователь 1 промежуточной частоты окончательно «взберется по зеркальному каналу и помощью фильтра выделится полезный сигнал. |
|||||||
Лист |
|||||||
12 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
Помехи и низкочастотные составляющие отфильтровываются. После смесителя сигнал усиливается. Дальнейшая обработка происходит в смесителе и усилителе промежуточной частоты , где осуществляется преобразование по частоте. Далее сигнал попадает в усилитель промежуточной частоты где происходит избирательность по соседнему каналу, то есть помехи ослабляются, АРУ поддерживает требуемое отношение сигнал/шум на выходе фильтра, а также поддерживается постоянным коэффициент усиления радиоприемника, при изменении входного сигнала. Затем сигнал поступает в частотный тракт который в своем составе содержит ограничитель амплитуды, частотный детектор. Продетектированный сигнал усиливается в УЗЧ и поступает на оконечное устройство. На схеме обозначено: WA - приемная антенна; SA>11>, SA>21> - переключатели поддиапазонов; Z1, Z2 - полосовые фильтры; A1...A5 - УРЧ: А1, А2 - усилители радиочастоты; А3, А4 - УПЧ; А5 - УЗЧ; UZ1, UZ2 - смесители; UR- детектор. После разработки и обоснования функциональной схемы, был проведен, согласно техническому заданию расчет усилителя радиочастоты. |
|||||||
Лист |
|||||||
13 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ РАДИОЧАСТОТЫ. Для выбора элементной базы разрабатываемого блока, в данном случае это усилитель радиочастоты, произведен электрический расчет. Проведен расчет усилителя радиочастоты одного из поддиапазонов. Коэффициент усиления усилителя радиочастоты изменяется в пределах от 10 до 20. Частота на которой он работает, изменяется в пределах от 30 до 45 МГц. Исходя из технического задания выбран из справочника тип транзистора, который по своим техническим характеристикам наиболее подходит к рассчитанному блоку усилителя радиочастоты, таким является транзистор ГТ308 В параметры которого: I>k>>0>=2.5 мА, I>Б0>=7 мкА, U>кэ0>= 5В, Е>к>=12 В. Для того, чтобы добиться заданных требований по избирательности параметры колебательного контура должны находиться в пределах: С=10...365 пФ, собственное затухание контура 0,01...0,03, затухание катушки связи 0,05. Входом схемы является входная цепь, далее идет каскад преобразователя частоты на транзисторе. Посколько R>д>=1,06, то параметры транзистора и каскада изменяются мало. Поэтому расчет произведен на средней частоте, для которой Y>21>=0,077 сМ, д>11>=7 мСм, д>22>=1 мСм, С>11>=36 пФ, С>22=4 пФ.>
Принято : д>11 Устойчивый коэффициент усиления каскада:
расчет проведен на устойчивый коэффициент усиления. Рассчитаем минимальный каскад пропускания:
коэффициент включения антенной цепи и входа первого каскада к контуру:
Р>1>=
P>2>=
L>К>=1/( Так как входная проводимость равна 2,1*10-3 См, то R>ВХ>=476 Ом, входная емкость разделительного конденсатора равна С>ВХ>=29пф. Конденсатор колебательного контура имеет емкость равную С>кк>=10-365 пФ, индуктивность колебательного контура L>rr>=1,25 мГН, напряжение питания схемы постоянное 12 В. В соответствии с полученными результатами проведенных расчетов выбрана элементная база. |
|||||||
Лист |
|||||||
15 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В данном курсовом проекте, в соответствии с заданием, спроектирован радиоканал цифровой радиосвязи с разработкой радиоприемного устройства и с электрическим расчетом усилителя радиочастоты. Проведен энергетический расчет радиоканала. При обосновании и выборе структурной схемы радиоприемника, сделан анализ возможных схем радиоприемника, сформулирован критерий по которому может быть выбрана схема проектируемого устройства. Важнейшими параметрами были выбраны : чувствительность и избирательность канала. После выбора схемы электрической структурной радиоприемника обоснованы параметры не указанные в задании на курсовое проектирование. На этапе разработке схемы электрической функциональной установлены общие принципы функционирования отдельных блоков и всего радиоприемника в целом. Уяснена роль и назначение его отдельных элементов. В процессе синтеза радиоприемника определены не только его каскады в целом, но и место отдельных каскадов тракта радиочастот; тракта промежуточных частот и тд. На основе схемы электрической функциональной была разработана схема электрическая принципиальная всего радиоприемника. На этом этапе, на основе электрического расчета, также были выбраны полупроводниковые элементы, используемые в схеме. Разработанное радиоприемное устройство целесообразно использовать в РВСН, так как его характеристики удовлетворяют требованиям предъявляемым к аппаратуре боевого управления, в частности на машине связи. Дальность связи позволяет использовать данное радиоприемное устройство в позиционном районе ракетного полка для приема сигналов оперативного управления. В тоже время вероятность доведения и трансформации , а также высокая избирательность, позволяют использовать данное радиоприемное устройство для приема сигналов АСБУ. Рабочий диапазон частот позволяет произвести сопряжение разработанного радиоприемного устройства с другими радиосредствами РК. Была выбрана неоптимальная с точки зрения элементной базы принципиальная схема. Более целесообразной могла стать схема приемника на одной микросхеме. Например: К174ХА10. ВЫВОДЫ: Поставленная задача решена полностью. Разработанная схема приемника соответствует требованиям технического задания |
|||||||
Лист |
|||||||
17 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |
|||
ЛИТЕРАТУРА Бобров Н.В., Москва, «Радио и связь», 1981 г., « Расчет радиоприемников». Екимов В.Д,, Павлов П.Н., Связь, 1970 г., «Проектирование РПМИ». Злобин В.И. и др., Серпухов, 1985 г., «Радиопередающие и радиоприемные устройства». Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1994 г., «Радиопередающие устройства». Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1992 г., «Проектирование цифровых каналов связи». Хиленко В.И., Малахов Б.М., Москва, «Радио и связь», 1991 г., «Радиоприемные устройства». |
|||||||
Лист |
|||||||
17 |
|||||||
Изм |
Лист |
№ докум |
Подпись |
Дата |