Разработка приемника системы персонального радиовызова

Введение

Системы персонального радиовызова позволяют передавать вызов и необходимый минимум информации одному человеку или группе людей независимо от места их нахождения. Первоначально системы персонального радиовызова функционировали с радиусом действия, ограниченным территорией или помещениями, охваченными многовитковой проводной петлёй. Подобные системы с индуктивной связью, использующие магнитной поле с низкими частотами несущих колебаний, находят применение и в настоящее время.

Для значительных территорий системы персонального радиовызова строятся на основе радиосвязи на метровых и дециметровых волнах. Абонент системы персонального радиовызова использует малогабаритный приёмник, имеющий индивидуальный номер (адрес). Вызывающий набирает номер нужного абонента на любом телефонном аппарате, вызов поступает по телефонной сети на центральную станцию, преобразуется в кодированный радиосигнал и передаётся по выделенной для системы персонального радиовызова частоте в то место, где находится абонент. Если радиус действия одного передатчика центральной станции не позволяет обслужить всю территорию, то она разбивается на отдельные зоны, в каждой из которых имеется свой передатчик. Сигнал вызова длительностью 1…2с передаётся всем приёмникам, однако срабатывает только тот из них, который настроен на определённую частоту и имеет соответствующий адрес. Получив вызов, абонент по телефонному аппарату по заранее известному номеру принимает адресованное ему сообщение или получает телефонный разговор, либо сигнал вызова совмещается в приёмнике с визуальным отображением сообщения небольшого объёма на дисплее. Сигнал вызова может подаваться не только одному, но и группе вызовов.

Обобщённая схема приёмника системы персонального радиовызова показана на рис.1.

Рис.1 Схема приёмника системы персонального радиовызова.

ЛТ - линейный тракт;

ИТ - информационный тракт;

БУ - блок управления;

Д - дисплей;

УС - устройство сигнализации.

В ЛТ осуществляется усиление, селекция и преобразование сигнала; в ИТ он декодируется для определения соответствия или несоответствия принятого адреса собственному адресу абонента и, если помимо вызова передаётся дополнительная информация, она обрабатывается, при необходимости записывается в память и отображается на дисплее (Д); устройство УС сигнализирует в той или иной форме о наличии вызова.

В современных приёмниках ЛТ часто реализуется по схеме с прямым преобразованием (например, приёмники с синхронным детектированием). В подобных приёмниках нет зеркального канала, что позволяет существенно упростить преселектор. В приёмниках с более широкими возможностями, предназначенными для работы в глобальных системах персонального радиовызова, ЛТ выполняется по схеме с двойным преобразованием частоты.

Устройство УС может включать в себя акустическую, световую и тактильную сигнализацию. Последняя обеспечивает воздействие на кожу человека с помощью миниатюрного вибратора. Абонент выбирает вид сигнализации по своему усмотрению. Если приёмник расположен не непосредственно на теле абонента, целесообразнее использовать звуковую сигнализацию, которая, однако, может оказаться незамеченной в шумном помещении. Тогда о вызове оповестит световая сигнализация.

При разработке систем персонального радиовызова особое внимание уделяется следующим принципам и схемотехническим решениям: совмещение частотного и временного разделения каналов связи для расширения сети и увеличения числа обслуживаемых абонентов; разработка кодов с повышенной надёжностью и ёмкостью как индивидуального, так и группового вызова абонентов; совмещению сигнализации и визуального отображения информации с введением её в память для повторного воспроизведения и напоминания абоненту о наиболее важных сообщениях; обеспечению возможности приёма как цифровых, так и речевых сообщений; реализация последовательного пакетного приёма сообщений относительного большого объёма с устранением разрывов при воспроизведении; повышение надёжности вызова путём совместного одновременного или последовательного использования звуковой, световой и тактильной сигнализации; использованию ждущего режима работы приёмника для продления срока службы источника питания; миниатюризации и повышению приёмника.

В дальнейшем намечается обеспечение возможности ответной сигнализации от абонента либо о приёме сообщения, либо о необходимости переадресования вызова и сообщений другим абонентам. Рассматривается возможность приёма речевой информации. Разнос между частотами передатчиков в системах персонального радиовызова в выделяемых полосах частот лежит в пределах от 2,5…6,5 до 25кГц.

1.     
Разработка структурной схемы линейного тракта приемника

1.1    Состав блок-схемы приемника

При выборе типа схемы радиоприемника остановились на супергетеродинном приемнике, так как приемники данного типа обладают существенными преимуществами перед приемниками других типов и широко применяются на ДВ и СВ диапазонах частот. Преимуществом супергетеродинных приемников является то, что:

существенно упрощается система настройки приемника (по сравнению с приемником прямого усиления), поскольку перестраиваются только селективные цепи входной цепи, УРЧ и гетеродина;

также можно обеспечить значительно лучшую фильтрацию сигнала от помех, результирующая АЧХ радиотракта приемника определяется в основном АЧХ селективных цепей тракта промежуточной частоты, которые при приеме сигналов в диапазоне частот не перестраиваются. Это позволяет получить АЧХ, по форме достаточно близкую к прямоугольной, обеспечив при этом качественную фильтрацию сигналов от помех, и поддерживать практически неизменными параметры приемника при его перестройке;

при перестройке приемника основные показатели радиотракта практически не изменяются, поскольку они определяются показателями тракта промежуточной частоты, настроенного на промежуточную частоту;

кроме того, в супергетеродинном приемнике легче обеспечить большое усиление, обычно промежуточная частота меньше частоты сигнала, а на более низкой частоте паразитная обратная связь между входом и выходом усилителя проявляется слабее, что позволяет реализовать более высокое усиление.

А принципиальные недостатки супергетеродинных приемников, главным из которых является наличие дополнительных каналов приема, при высокой избирательности преселектора практически не сказываются.

Рисунок 2 - Блок - схема приёмника.

Обозначения:

ВЦ- входная цепь,

УРЧ- усилитель радиочастоты,

СМ- смеситель,

Г - гетеродин,

АО- амплитудный ограничитель,

Дчмс- детектор частотно моделированных сигналов,

УНЧ- усилитель низкой частоты,

К- компаратор.

Выбор такой блок-схемы обусловлен следующими причинами:

ВЦ соединяет антенну с УРЧ, позволяет осуществить избирательность по зеркальному.

УРЧ предназначен для усиления принятого сигнала, вместе с ВЦ обеспечивает

необходимую избирательность приемника, позволяет понизить коэффициент шума.

Преобразователь частоты преобразует несущую частоту принимаемого сигнала в промежуточную частоту. Гетеродин вырабатывает высокочастотный сигнал. На преобразователь частоты подаётся входной сигнал (после преселектора) и сигнал с гетеродина.

Фильтр основной селекции обеспечивает избирательность по соседнему каналу, настроен на фиксированную частоту и поэтому может быть выполнен в виде как многоконтурного фильтра, так и пъезоэлектрического фильтра с высокой селективностью.

Использование УПЧ позволяет сформировать необходимый уровень сигнала для работы детектора. Основное усиление и избирательность в высокочастотном тракте осуществляются в каскадах УПЧ.

Использование УНЧ позволяет сформировать необходимый уровень сигнала для работы ИЭ.

Характерной особенностью приёмников ЧМС является наличие ограничителя амплитуды, что позволяет существенно ослабить вредную амплитудную модуляцию сигнала помехами, а это позволяет улучшить качество приёма сигнала.

Компаратор предназначен для формирования на выходе РПУ логического “0” или ”1”.

1.2    Выбор антенны и расчет её параметров

В качестве антенны будем использовать настроенную полноразмерную рамку квадратной формы. Такая антенна обладает рядом важных преимуществ по сравнению с не полноразмерными:

1. Такая же ЭДС на выходе при более простой конструкции и реализации

2. Чисто активное входное сопротивление

Поскольку рамочная антенна будет установлена в пейджер, имеющий конкретные размеры (в частности периметр), необходимо согласовать размер антенны с размером пейджера. Частоте 159МГц соответствует длинна волны 1,7м, в то время как периметр пейджера составляет около 0,24м. Т.е. максимальный периметр рамки 0,24м. Следовательно, для того, что бы рамка была полноразмерной необходимо преобразовать её электрическую длину, что осуществляется покрытием антенны слоем диэлектрика с подобранной относительной диэлектрической проницаемостью .

Рамочная антенна обладает направленными свойствами, в то время как для пейджера идеальным вариантом является антенна, не обладающая направленными свойствами, т.е. точечная антенна, но в ней, индуцируемая ЭДС настолько мала, что придется использовать УРЧ с огромным коэффициентом усиления.

 - площадь рамки

 - в случае полноразмерной квадратной рамки

 - эффективная площадь рамки

 - сопротивление излучения антенны

- коэффициент направленного действия - действующая высота антенны

 - мощность на выходе антенны

- ЭДС на выходе антенны

1.3   
Расчет необходимой полосы пропускания линейного тракта приемника

Необходимая ширина полосы частот излучения передатчика П_С зависит от вида передачи и модуляции и определяется следующим образом :

При частотной манипуляции:

для 1,5 < m < 5,5 П_С = 1,3 ∆f_T + 0,55B, Гц;

для 5,5 < m < 20 П_С = ∆f_T + 1,9B, Гц ,

где m=∆f_T /B - индекс частотной манипуляции;

В - скорость телеграфирования, бод;

∆f_T - разнос между максимальной и минимальной частотами радиосигнала.

В=1200 бод

∆f_T =4.5кГц

В результате получим:

т.е. П_С = 1,3 ∆f_T + 0,55B=6510Гц

1.4    Расчёт допустимого коэффициента шума приёмника

Если реальная чувствительность задана в виде величины ЭДС

сигнала в антенне, при которой отношение значений напряжений сигнал/помеха на выходе приёмника больше минимально допустимого отношения  или равно ему, то следует вычислить допустимый коэффициент шума  из условия

где - минимально допустимое отношение напряжений сигнал/помеха на выходе приёмника;

 - шумовая полоса линейного тракта;

- постоянная Больцмана;

 - стандартная температура приёмника;

- сопротивление приёмной антенны.

Для получения выигрыша в отношении сигнал/шум, даваемого системой ограничитель - частотный детектор, необходимо иметь  [3].

Принимаем .

Таким образом, допустимый коэффициент шума

.

1.5    Выбор и расчёт параметров транзистора радиотракта

Транзистор для высокочастотного тракта необходимо выбирать из условия:

где - частота принимаемых сигналов;

 - граничная частоты крутизны характеристики в схеме с ОЭ;

- коэффициент частотного использования.

При  параметры транзистора практически не зависят от частоты, что позволяет использовать его в высокочастотных трактах радиоприёмных устройств.

Таким образом, необходимо выбирать транзистор так, чтобы

Транзисторы выбирают также из условия наименьшего коэффициента шума.

Из справочника выбираем транзистор КТ399А который является одним из лучших с точки зрения шумовых характеристик и их граничная частота удовлетворяет условию .

Y-параметры транзисторов, включённых по схемам с ОЭ, на частотах ниже 500МГц можно рассчитать по формулам табл.1 (см. приложение).

В табл.5 (см. приложение) приведены рассчитанные Y-параметры транзисторов КТ399А.

1.6    Выбор первых каскадов приёмника

При предварительном расчете коэффициента шума и коэффициента передачи воспользуемся табл.1.1

Таблица 1.1 Минимально-достижимый коэффициент шума и максимально - достижимый коэффициент передачи по мощности для разных режимов работы каскада

В разработке РПУ предполагается использование микросхемы МС 3362 с коэффициентом шума.

Т.к. E_A<0.7мкВ (0,7мкВ-необходимый уровень сигнала на входе микросхемы), то необходимо добавить однокаскадный УРЧ на транзисторе с общим эмиттером, обладающий малым  и большим . В каскаде УРЧ используется транзистор КТ399А с.

1.7    Расчёт необходимого коэффициента усиления линейного тракта

Необходимое усиление сигналов в линейном тракте следует обеспечить при достаточной устойчивости каскадов (возможно меньшем их числе), используя экономичные электронные приборы. Если чувствительность задана в виде ЭДС сигнала в антенне , то коэффициент усиления линейного тракта должен быть равен

где - необходимый уровень сигнала на входе микросхемы МС3362;

Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта можно начать с определения коэффициента усиления преселектора (ВЦ и УРЧ).

В транзисторных приёмниках коэффициент усиления преселектора

В приёмниках с фиксированной настройкой коэффициент передачи входной цепи можно рассчитать по формуле

где - для одноконтурной входной цепи;

- эквивалентное затухание контура.

Будем применять двухконтурную входную цепь, следовательно коэффициент передачи будет равен  (если контуры входной цепи обладают одинаковыми добротностями).

Коэффициент усиления усилителей радиочастоты и промежуточной

частоты на транзисторах (при правильном их выборе) в основном ограничивается устойчивостью работы усилителя.

В связи с этим при определении необходимого числа каскадов УРЧ и УПЧ будем считать, что при их полном электрическом расчёте обеспечивается получение усиления, близкого к максимально устойчивому.

Учитывая эти соображения, можно в большинстве случаев считать при предварительном расчёте усиление каскадов УРЧ и УПЧ равным максимально устойчивому коэффициенту усиления усилителя, который принимают для усилителей на транзисторах

где - крутизна характеристики транзистора на рабочей частоте, мА/В;

- максимальная рабочая частота, МГц;

- ёмкость коллектор-база, пФ.

Для одного каскада УРЧ на транзисторе КТ399А получаем следующий устойчивый коэффициент усиления

Подсчитаем предварительный коэффициент усиления преселектора

1.8    Выбор промежуточных частот и средств обеспечения избирательности

При выборе промежуточной частоты необходимо учитывать следующее:

1. Промежуточная частота не должна находиться в диапазоне принимаемых частот приёмника или близко от границ этого диапазона.

2. Промежуточная частота не должна совпадать с частотой какого-либо мощного передатчика.

3. С увеличением промежуточной частоты:

1 увеличивается избирательность по зеркальному каналу;

2 уменьшается избирательность по соседнему каналу;

3 расширяется полоса пропускания;

4 уменьшается входное и выходное сопротивление электронных приборов, что приводит к увеличению шунтирования контуров;

5 уменьшается коэффициент усиления на каскад за счёт уменьшения резонансного сопротивления контура;

4. С уменьшением промежуточной частоты:

1 увеличивается избирательность по соседнему каналу;

2 уменьшается избирательность по зеркальному каналу;

3 увеличивается входное и выходное сопротивление электронных приборов, что приводит к уменьшению шунтирования контуров;

4 понижается коэффициент шума.

Поэтому применение двухкратного преобразования частоты позволяет использовать достоинства высокой и низкой промежуточных частот.

Для получения требуемой селективности по зеркальному каналу при разностном преобразовании первая промежуточная частота должна удовлетворять условию

где  - обобщённая расстройка для зеркального канала;

- частота настройки;

- эквивалентное затухание контуров тракта.

Эквивалентное затухание контуров тракта целесообразно выбрать равным , где - коэффициент шунтирования контура активными элементами (для биполярных транзисторов) в диапазоне частот 30…300МГц(табл.2, см. приложение); - минимальное достижимое значение затухания ненагруженных контуров.

Обобщённая расстройка для зеркального канала вычисляется по формуле

где - количество одиночных контуров;

- ослабление зеркального канала по техническому заданию;

- коэффициент рассогласования антенно-фидерного тракта и входа приёмника;

Вычисляем первую промежуточную частоту

.

Выбираем первую промежуточную частоту , используемую в радиотехнике в качестве промежуточной.

В качестве второй промежуточной частоты выбираем частоту 465кГц. Это сделано по двум причинам:

1)   так как в качестве ФОС на этой частоте можно применить стандартный пьезокерамический фильтр с достаточно хорошими характеристиками по затуханию вне полосы пропускания;

2)   так как данная частота используется в качестве промежуточной.

Теперь перейдём к расчёту средств избирательности тракта радиочастоты.

1. Задаёмся ориентировочным числом одиночных контуров тракта радиочастоты: .

. Необходимая добротность контуров, обеспечивающая заданную избирательность по зеркальному каналу:

где ,

так как частота гетеродина принимается ниже частоты сигнала.

. Так как (максимально осуществимое), принимаем число контуров  и эквивалентное качество контура .

. Определяем:

1) вспомогательные коэффициенты для дальнейшего расчёта

 - расстройка, при которой задана избирательность по соседнему каналу.

2) избирательность по соседнему каналу

избирательность по зеркальному каналу

.

Исходные данные выполнены, так как полученная избирательность по зеркальному каналу получилась больше заданной.

Таким образом, в тракте радиочастоты необходимо применить 3 контура для удовлетворения требований по зеркальному каналу.

2.     
Расчёт схемы приёмника

2.1    Расчёт усилителя радиочастоты

Т.к. нужно получить усиление более 1.75 раза, используем схему однокаскадного УРЧ рис. 2.1. Она удобна в усилителях с фиксированной рабочей частотой, так как не требует выполнения отвода у контурной катушки при автотрансформаторном включении.

В качестве активного элемента применяется транзистор КТ399А.

Рис.2.1

2.1.1 Расчёт элементов схемы питания

Определяем изменение обратного тока коллектора

где  - обратный ток коллектора транзистора КТ399А.

Находим тепловое смещение напряжения базы

где .

Рассчитаем необходимую нестабильность коллекторного тока

Вычисляем сопротивление

Вычисляем сопротивление

Находим и

Подсчитываем ёмкости и

Входное сопротивление усилителя

где - входное сопротивление транзистора.

Разделительная ёмкость

где ; ; .

2.1.2 Расчёт контура в цепи коллектора УРЧ

Определяем коэффициент шунтирования контура входным сопротивлением микросхемы МС 3362 и выходным сопротивлением транзистора, допустимым из условий устойчивости и обеспечения заданной эквивалентной добротности:

где - устойчивый коэффициент усиления усилителя;

- крутизна транзистора на рабочей частоте;

- ёмкость коллектор-база транзистора КТ399А;

 - входное сопротивление микросхеме МС 3362

 - выходное сопротивление транзистора.

. Необходимые конструктивные и эквивалентные затухания контура

. Определяем характеристическое сопротивление контура, приняв коэффициент включения в цепь коллектора :

. Выбираем эквивалентную ёмкость контура согласно табл.3 (см. приложение) .

. Определяем коэффициент включения контура

. Общая величина ёмкости емкостного делителя

где - выходная ёмкость транзистора КТ399А.

. Величина емкостей делителя:

где - входная ёмкость микросхеме МС 3362.

. Определяем индуктивность контура:

где ; ; .

2.1.3 Расчёт резонансного коэффициента усиления и шума УРЧ

. Рассчитаем резонансный коэффициент усиления УРЧ:

. Коэффициент усиления УРЧ по мощности:

где - входное сопротивление УРЧ

- входное сопротивление МС3362

Коэффициент усиления получился меньше устойчивого коэффициента усиления() , следовательно каскад устойчив.

. Определяем коэффициент шума каскада:

где

-эквивалентная шумовая проводимость транзистора;

- эквивалентное шумовое сопротивление транзистора.

 - сопротивление базы транзистора КТ399А

2.2    Расчёт входной цепи

Входной цепью называют часть схемы приемника, связывающую антенно-фидерную систему с входом первого каскада.

Она предназначена для передачи напряжения сигнала от антенны к первому каскаду и для ослабления внешних помех. В соответствии с этим к входной цепи приемника предъявляются следующие требования:

1)   Входная цепь должна передать возможно большее напряжение на вход УРЧ.

2)   Входная цепь должна обеспечить ослабление всех мешающих сигналов, в том числе помехи, проходящей по зеркальному каналу, побочному каналу, помехи на частоте, равной промежуточной. Для уменьшения перекрестных искажений входная цепь должна обеспечить ослабление мешающих сигналов большой амплитуды.

3)   Входная цепь должна быть настроена на частоту принимаемого сигнала. Если предусмотрена работа приемника в диапазоне частот, то входная цепь должна обеспечить перекрытие этого диапазона. При этом изменение качественных показателей не должно превышать заданной нормы.

4)   Изменение параметров антенны и входных параметров первого каскада не должно вызывать превышающих норму изменений качественных показателей. Это накладывает требования на выбор способа связи с антенной и входом первого каскада и на ее величину.

5)   Входная цепь должна пропускать спектр частот принимаемого радиосигнала с неравномерностью не больше заданной нормы.

В данном курсовом проекте для удовлетворения требований обеспечения высокой избирательности по зеркальному каналу (60 дБ), заданной в техническом задании, необходимо использовать двухконтурную входную цепь. Такое решение принято потому, что для обеспечения заданной избирательности по зеркальному каналу необходимо 4 контура, имеется 2 резонансных УРЧ, значит надо еще 2 контура.

Многоконтурные входные цепи используются для повышения избирательности радиочастотного тракта. Они способствует более эффективному ослаблению приёма по побочным каналам (в том числе и зеркальный). Увеличивается также и подавление сильной помехи, что уменьшает перекрестные искажения. Однако многоконтурные входные цепи имеют меньший коэффициент передачи.

В качестве схемы входной цепи применим двухконтурную схему с трансформаторной связью с антенной.

Трансформаторная связь применяется на частотах до 500МГц и позволяет хорошо развязать РПУ от антенны.

Рис.2.2 Схема двухконтурной входной цепи с трансформаторной связью с антенной.

Расчёт:

Выбираем ёмкость контура - для частот 100-200МГц. Примем  и собственное затухание контура (табл.4, см. приложение).

1. Рассчитаем предварительную ёмкость контура:

где - ёмкость монтажа

- паразитная ёмкость катушки

1. Рассчитаем коэффициент шунтирования ВЦ со стороны первого каскада УРЧ:

1. Вычисляем коэффициент включения УРЧ во входную цепь:

где- входное сопротивление каскада УРЧ

1. Рассчитываем суммарную ёмкость контура:

где- суммарная ёмкость контура.

- входная ёмкость каскада УРЧ

- ёмкость вносимая во входную цепь со стороны УРЧ

1. Находим индуктивность контура:

где ; ; .

1. Вычисляем индуктивность связи:

где

- входное сопротивление антенны

1. Вычисляем коэффициент связи между антенной и ВЦ:

 - взаимная индуктивность

где - коэффициент связи между антенной и ВЦ

1. Вычисляем емкость связи между контурами:

1. Вычисляем коэффициент передачи входной цепи:

Вычисляем коэффициент передачи входной цепи по мощности:

где - входное сопротивление антенны,

 - входное сопротивление первого каскада УРЧ.

1. Вычисляем коэффициент шума входной цепи:

.3 Применение микросхемы MC3362

До появления специализированных МС приемные устройства РТ строились на биполярных транзисторах по схемам, аналогичным схемам транзисторных приемников, предназначенных для приема радиовещательных УКВ станций. В обоих случаях в передатчиках осуществляется частотная модуляция радиосигнала - широкополосная для радиовещания и узкополосная - для связи. В связных радиопередающих устройствах применяются и другие виды модуляции, например, фазовая. В приемниках систем персонального радиовызова - как правило частотная.

Позже были разработаны специализированные МС для построения радиоприемного тракта узкополосных связных приемников ЧМ сигналов, где девиация частоты не превышает .

Для 100%-ной надежности вхождения в связь базового и носимого блоков во всех без исключения схемах радиоприемников РТ применяется кварцевая стабилизация частоты гетеродина или ее подстройка с помощью петли ФАПЧ.

Для улучшения избирательности приемника РТ по зеркальному каналу (это особенно существенно в перегруженном радиостанциями и помехами эфире больших городов), повышения устойчивости и чувствительности приемника, облегчения его настройки и регулировки применяется супергетеродинная схема с однократным или двойным преобразованием частоты сигнала. Последнее особенно желательно для миниатюризированной радиоаппаратуры, где малые размеры катушек снижают добротность входных колебательных контуров, а плотный монтаж деталей может создавать паразитные обратные связи, вызывающие самовозбуждение УПЧ и других каскадов.

Одним из первых разработчиков специализированных микросхем была американская фирма Motorola , являющаяся мировым лидером в области производства полупроводниковых приборов для телекоммуникационного оборудования. Моtоrola выпускает целый ряд микросхем радиоприемников, начиная от наиболее ранних МС3357, МС3359 (не рекомендуются для применения в новых разработках). Впоследствии были выпущены аналоги этих МС с улучшенными характеристиками - МС3361, МС3371/72. Еще более высокие параметры имеют микросхемы второго поколения МС3335, МС3362, МС3363. Эти микросхемы предназначены, в основном, для применения в узкополосных РПУ на частотах до 250...500 МГц.

Исходя из высоких требований, предъявляемых к разработке и современного уровня развития технологий ИСМ, в радиоприемном тракте будем применять интегральную микросхему МС3362 как наиболее подходящую в данной разработке по параметрам рассчитанным в пунктах 1.1 - 1.6.

Микросхема обеспечивает двойное преобразование частоты принимаемого сигнала и имеет в своем составе:

1. два гетеродина,

2. два смесителя,

3. ограничитель амплитуды,

4. квадратурный детектор,

5. компаратор.

Предполагается применение керамических или кварцевых фильтров на 10.7 МГц и 455 кГц.

Первый смеситель работает на частотах до 200 МГц при использовании внутреннего гетеродина. При использовании внешнего гетеродина предельная частота входного сигнала 450МГц. Электрические параметры микросхемы приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Электрические параметры ИМ МС3362

приемник радиочастота микросхема транзистор

Рис. 2.3 Выводы и структурная схема микросхемы МС3362

Рис. 2.4 Схема подключения навесных элементов к микросхеме МС3362

Таблица 2.2 Назначение выводов ИС MC3362.

На выходе микросхемы МС3362 получаем необходимые логические уровни “0”или”1”.

.4 Выбор фильтров основной селекции

В качестве ФОС1 выбираем пьезокерамический фильтр SFE10.7MS2A, рекомендованный фирмой-изготовителем МС3362 к использованию совместно с микросхемой, имеющий следующие параметры:

1 средняя частота полосы пропускания 10,7МГц;

2 полоса пропускания на уровне -3дб равна 50кГц;

коэффициент прямоугольности на уровне -80дб ;

1 входное и выходное сопротивление 330 Ом

Данный фильтр согласован по входу и выходу с микросхемой МС3362.

Из коэффициента прямоугольности несложно определить, что на частоте отстоящей от средней частоты полосы пропускания на 125кГц, спад АЧХ имеет уровень -80дБ. Зеркальный канал второго преобразования отстоит от средней частоты полосы пропускания на 910кГц, откуда видно, что подавление зеркального канала второго преобразования не менее 80дБ. Задание по подавлению зеркального канала выполнено.

В качестве ФОС2 выбираем пьезокерамический фильтр SFW455X, рекомендованный фирмой-изготовителем МС3362 к использованию совместно с микросхемой, имеющий следующие параметры:

2 средняя частота полосы пропускания 455кГц;

3 полоса пропускания на уровне -3дб равна 20кГц;

коэффициент прямоугольности на уровне -80дб ;

1 входное и выходное сопротивление 2кОм.

Данный фильтр согласован по входу и выходу с микросхемой МС3362.

Фильтр предназначен для подавления соседнего канала. Из коэффициента прямоугольности несложно определить, что на частоте отстоящей от средней частоты полосы пропускания на 20кГц, спад АЧХ имеет уровень -80дБ. Соседний канал по техническому заданию отстоит от средней частоты полосы пропускания на 25кГц, откуда видно, что подавление соседнего канала не менее 80дБ. Задание по подавлению соседнего канала выполнено.

2.5 Применение микросхемы КР142ЕН5А

Микросхема КР142ЕН5А трех выводной стабилизатор с фиксированным выходным напряжением 5 вольт. Она применяется в широком спектре радиоэлектронных устройств в качестве источниках питания логических систем, измерительной технике, устройств высококачественного воспроизведения и других радиоэлектронных устройств.

Внешние компоненты могут быть использованы для ускорения переходных процессов. Входной конденсатор необходим только в том случае, если регулятор находиться на расстоянии более 5 см от фильтрующего конденсатора источника питания.

Необходимость использования микросхемы заключается в том, что напряжение питания МС3362 должно находиться в пределах 2-6В.

Электрические характеристики

Все параметры приведены при Vin=10В, Iout=500mA, 0°C<Tj<125°C, Cin=0.33mF, Cout=0.1mF

Таблица 2.3

Типовая схема включения

Рис. 2.5 Схема подключения навесных элементов к микросхеме КР142ЕН5А

2.6 Расчёт гетеродина

Для удовлетворения стабильности настройки 10^-5 % необходимо использовать гетеродин с кварцевой стабилизацией частоты.

Следовательно, целью расчёта гетеродина является выбор схемы автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты для удовлетворения требований по стабильности настройки приёмника, а так же расчёт параметров этого автогенератора.

В данном курсовом проекте сложность расчёта гетеродина с кварцевой стабилизацией обусловлена тем, что он должен генерировать частоту 399,3 МГц, а в настоящее время существуют кварцевые резонаторы, максимальная первая гармоника которых около 30 МГц. Хотя кварцевые резонаторы работают и на 5-ой гармонике с той же добротностью, что и на первой - этого недостаточно для реализации нужного нам гетеродина.

Основой для получения весьма высоких частот на выходе тракта гетеродина является совместное использование кварцевых автогенераторов, работающих на частоте механической гармоники кварцевого резонатора, и последующих каскадов умножения частоты.

Для умножения частоты можно использовать транзисторные умножители частоты, которые по существу являются генераторами с внешним возбуждением и отличаются от них только тем, что выходной контур умножителя настроен на n-ю гармонику частоты возбуждения, а режим транзистора выбирается таким, чтобы получить максимальную полезную мощность и КПД. В этих схемах колебательный контур в выходной цепи должен быть настроен на вторую и третью гармонику входной частоты (n=2,3). Более высокая кратность умножения почти не применяется из-за резкого снижения полезной мощности и КПД.

Выберем кварцевый резонатор с добротностью на 3-ой гармонике (74.4 МГц)  и строим на нем гетеродин с кварцевой стабилизацией частоты, а затем с помощью транзисторного умножителя частоты умножаем на 2.

Входное сопротивление первого смесителя в микросхеме МС3362 составляет 690 Ом. Уровень принятого сигнала на входе первого смесителя 44мкВ (сигнал после антенны, входной цепи и усилителя радиочастоты). Как первый, так и второй смесители построены на транзисторах (т.к. они усиливают сигнал ПЧ на 18 и 22 дБ соответственно). Уровень сигнала гетеродина выбирается таким образом, чтобы получить с одной стороны требуемую крутизну преобразования, а с другой стороны - работать на участке ВАХ транзистора с требуемой нелинейностью. Т.к. нам не известна ВАХ преобразующего элемента микросхемы, выберём примерный уровень сигнала гетеродина для преобразователей на транзисторах 0,3В. Следовательно, примерная необходимая мощность гетеродина:

Требуемая мощность гетеродина получилась относительно невысокой, т.к. в качестве преобразователя частоты используется активный элемент.

2.7 Расчет общего коэффициента усиления и общего коэффициента шума

Для обеспечения заданных параметров радиоприемного устройства произведем оценку параметров основных элементов и узлов.

Общий коэффициент усиления линейного тракта радиоприемника составил:

где К_ВЦ=0,44

К_УРЧ=5,64

К_МС=18+22=40дБ=100

Коэффициент шума:

Таким образом, коэффициент шума усилителя меньше, чем необходимо для обеспечения заданной чувствительности. Реальные значения коэффициента шума будут зависеть от шумовых характеристик применяемых транзисторов. Следовательно, применяя транзисторы с минимальным F_ш можно повысить соотношение C/Ш на входе (понизить коэффициент шума усилителя), и тем самым поднять чувствительность.

Заключение

В результате выполнения курсового проекта рассчитан приемник персонального радиовызова, схемотехнически состоящий из следующих узлов:

1)   Двухконтурная входная цепь;

2)   УРЧ, состоящий из одного каскада на КТ399А. Каскад является резонансным, что обеспечивает требуемую избирательность по зеркальному каналу.

К_{усил.УРЧ} =5,64

3)   Многофункциональная микросхема МС3362, используемая в качестве

·         преобразователя частоты;

·        амплитудного ограничителя;

·        ЧМ-детектора;

·        компаратора.

1)   Микросхема КР142ЕН5А - трех выводной стабилизатор с фиксированным выходным напряжением 5 вольт.

Таким образом, коэффициент шума приёмника получился равным 8,87, что меньше допустимого коэффициента шума .

Литература

1. Екимов В.Д. Расчёт и конструирование транзисторных радиоприёмников. М., «Связь», 1972.

2. Ладик А.И., Сташкевич А.И. Изделия электронной техники: пьезоэлектрические и электромеханические приборы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1993.-104с.: ил.

3. Ерпылов К.Н. Учебное пособие по курсу «Радиоприёмные устройства». Проектирование входных цепей приёмников СВЧ. М.-1972.

4. Резисторы: Справочник. Под ред. И.И. Четверткава и В.М. Терехова. - М.: Радио и связь, 1991.-528с.: ил.

5. Конденсаторы: Справочник. Под ред. И.И. Четверткава и М.Н. Дьяконова. - М.: Радио и связь, 1993.-392с.: ил.

6. Проектирование радиоприёмных устройств. Под ред. А.П. Сиверса. Учебное пособие для вузов. М., «Сов. радио», 1976.

7. Справочник по учебному проектированию приёмно-усилительных устройств. Под ред. Белкина. Учебное пособие для вузов. М., «Сов. радио», 1982.

8. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990.-256с., ил.

Приложение

Таблица 1. Формулы для расчёта Y-параметров транзисторов на частотах ниже 500МГц