СЕРПУХОВСКИЙ ВОЕННЫЙ ИНСТИТУТ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема: «Цифровой канал радиосвязи с разработкой
радиоприёмного устройства и электрическим
расчётом блока усилителя радиочастоты».
Выполнил:
Проверил: профессор Г.А. Линючев
Оценка:
CЕРПУХОВ
1999г
«УТВЕРЖДАЮ»
Начальник кафедры №42
Полковник В.Зеленевский
«___» ________________1999 г.
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование
По дисциплине «Д-4242»
Курсанту ______________ Учебная группа № _____
Выдано «___» _______ 1999г. Срок сдачи «___»_______ 1999г.
Руководитель: Линючев Г.А.
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;
F(МГц)30…60;
Скорость телеграфирования V(Бод) – 240;
Отношение Pс/Pш (раз) – 9;
Коэффициент шума ПРМ N0(раз) – 6;
Вид сигнала АМ;
Разнос частот Fp (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 РД – 0,999;
Вероятность трансформации Pтр – 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.
Задание рассмотрено : «__» _______1999г. На заседании кафедры №42
Протокол №20
Преподаватель:_________________
ПОДПИСЬ
Содержание
Стр.
Введение…………………………………………………………………………… …2
Анализ технического задания………………………………………………………. .3
Энергетический расчёт………………………………………………………………. 4
Оценка достоверности цифровой информации в канале связи…………………… 7
Выбор типа структурной схемы радиоприёмника………………………………… 10
Выбор промежуточных частот радиоприёмника………………………………………11
Разработка функциональной схемы приёмника……………………………………..13
Электрический расчёт усилителя радиочастоты…………………………………….16
Заключение…………………………………………………………………………….18
Список литературы…………………………………………………………………..19
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 Tотк.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
Тотк 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.
радиоприёмника по [5]:
=(1,1…1,2)*Fс ,
где значение Fс для сигнала с амплитудной манипуляцией выбирается из
условия:
,
Исходя из этого, было вычислено значение:
В соответствии с техническим заданием и условиями работы определена
чувствительность радиоприёмника по формуле:
, (1)где
T=273 K – температура окружающей среды в Кельвинах;
K=1,38*10-23(Дж/к) – постоянная Больцмана;
N=6 – коэффициент шума приёмника;
Ra=75 Ом – входное сопротивление антенны;
=792 Гц;
=9 – заданное превышение мощности сигнала над мощностью шума (помехи)
на входе приёмника.
Таким образом:
=0,21*10-6(В).
3.Определена зона расположения приёмника.
Освещена зона (зона прямой видимости) найдена согласно [5]:
), (2)
При этом нижняя зона блокирования определена по формуле [5]:
, (3)
– эквивалентные высоты антенн
– минимальная длина волны в используемом диапазоне 30…60 МГц
=300/Fmax, где Fmax=60МГц; (4)
=с/Fmax=3*108/6*107=5 м. (5)
были получены:
, (6)
где RЭЗ=8,5*106м – эквивалентный радиус Земли.
=3,6 м.
=46,6(м).
)=26,7(км).
Lсв,
90(км). Следовательно, расчёт напряжённости электромагнитного поля в
точке приёма был произведён по формуле Фока, которая имеет следующий
вид:
, (8), где:
L – длина радиолинии;
Lпр – расстояние прямой видимости;
v – коэффициент дифракции;
P1 – мощность подводимая к передающей антенне;
G – коэффициент усиления антенны ПРДУ;
– средняя длина волны;
Rзэ – эквивалентный радиус Земли (8500 км);
=0,00015 В/м;
Зная напряжённость электромагнитного поля в точке приёма, определим
действующее значение напряжения на входе приёмника в точке приёма:
UД=ЕД*НД, (9) где
, (10)где
– средняя длина волны рабочего диапазона;
l – длина одного плеча симметричного вибратора;
(2*3,14)/7,5=8,37 (1/м);
/4=1,875 м;
=8,66*10-3м;
Нд несим=0,5*Нд сим=4,33*10-3 м.
Лист
5
Изм Лист № докум Подпись Дата
UД=ЕД*НД=0,00015*4,33*10-3=0,65*10-6 В
021*10-6. Из этого вытекает, что радиоприёмное устройство будет
уверенно принимать сигнал.
Рассчитано номинальное значение отношения сигнал/шум на входе приёмника:
9(0,65*10-6/0,21*10-6)2=86;
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. Ротк=0
в приёме дискретного символа.
При известной длине сообщения, в данном случае длина сообщения N=720
, вероятность доведения некодированного сообщения определяется из
графической зависимости Pдов=(1-PЭ)N, где PЭ=1,25*10-2, определяется из
графической зависимости
),
Pдов=(1-1,25*10-2)720=0,000116604;
0,999, то есть такая вероятность доведения информации меньше требуемой.
Для повышения вероятности доведения информации
, а это в данном случае невозможно и не выгодно, либо применять
помехоустойчивое кодирование, которое не требует дополнительных
энергетических затрат, а требует лишь возможности расширения полосы
пропускания канала связи в n/k раз, по сравнению с некодированной
системой связи при фиксированном времени доведения сообщения T,
использовать кодирование информации. Выбираем код (n,k,d)=(15,10,4), где
n – длина кодовой комбинации;
k – количество информационных символов;
d – минимальное кодовое расстояние.
Вероятность ошибки: Р0(n,k,d)=2,8*10-3
Pтр=1-(1-Р0(n,k,d))n/k=5,36*10-9;
Следовательно, если мы сравним с требуемым значением =10-7,
10-7, из этого можно сделать вывод о том, что выбранный нами код
правильный.
Рпр=1-(1-8,7*10-4)23=0,99975;
Рдов=0,99964;
, где
tи=1 – число гарантированно исправляемых кодом ошибок,
7
Изм Лист № докум Подпись Дата
Рпр.дек=0,9998.
Вероятность ошибки на бит информации Р0 , которая отдаётся получателю,
определяется по формуле:
Р0=(1- Рпр.дек)/2=0,0001,
Р0.тр, в данном случае это условие выполняется.
Вероятность доведения сообщения, кодируемого (n, k dmin), то есть
(15,10,4), кодом определяется следующим выражением:
Рдов=(Рпр.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:
=1-[1-Pно(n,k,d)]N/K,
– выражает вероятность необнаруженной ошибки (трансформации) кодовой
комбинации, которая возникает при L1=3 и более, ошибочно принятых
двоичных символах.
L1=tи+2=3;
=5,65*10-8
Ртр15=1-[1-Pно(15,10,4)]15/10=8,4*10-9
Таким образом вероятность доведения дискретного сообщения до получателя
РДОВ и связанная с ней вероятность ошибки на бит информации Р0,
вероятность трансформации сообщения Ртр15 при заданных дальности
радиосвязи, частотно – временных и энергетических затратах являются
важнейшими тактико-техническими показателями связи.
PДОВ.ТРЕБ, при Т=const;
Р0ТРЕБ, при L=const ;
Ртр n ТРЕБ, при Р1=const;
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:
,(11)
, (12)
Где
f0 max – верхняя частота диапазона радиоприёмника;
а – параметр рассогласования антенно-фидерного устройства и выхода
радиоприёмника (а=1 при настроенной антенне в режиме согласования);
d3 ТР =1000 – требуемое подавление зеркальной помехи;
QРЧ=50 – результирующая добротность контуров тракта радиочастоты;
fПЧ=792 Гц – полоса пропускания тракта ПЧ;
QПЧ=50 – добротность контуров тракта ПЧ;
F(ППЧ)=0,64 – функция, учитывающая особенности тракта ПЧ;
134 МГц,
254,43 Кгц.
С точки зрения унификации были выбраны значения промежуточных частот:
f1ПР=14 МГц,
f2ПР=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 КПД
способ равных частотных поддиапазонов
КПД=f2/f1=f3/f2=…=fn/fn-1,
fПД=f2-f1=f3-f2;
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:
КПД=fmax/fmin=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;
SA11, SA21 – 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:
Ik0=2.5 мА, IБ0=7 мкА, Uкэ0= 5В, Ек=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 Rд=1,06, то параметры транзистора и каскада изменяются мало.
Поэтому расчет произведен на средней частоте, для которой Y21=0,077 сМ,
д11=7 мСм, д22=1 мСм, С11=36 пФ, С22=4 пФ.
0,8*36=29 пФ.
Устойчивый коэффициент усиления каскада:
,
расчет проведен на устойчивый коэффициент усиления. Рассчитаем
минимальный каскад пропускания:
;
коэффициент включения антенной цепи и входа первого каскада к контуру:
)=1,25 мГн
Так как входная проводимость равна 2,1*10-3 См, то RВХ=476 Ом, входная
емкость разделительного конденсатора равна СВХ=29пф. Конденсатор
колебательного контура имеет емкость равную Скк=10-365 пФ, индуктивность
колебательного контура Lrr=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
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter