Розробка структурної схеми радіоприймального пристрою

3. Розробка структурної схеми радіоприймального пристрою

Скориставшись даними таблиці, що описує основні характеристики приймачів вибрано супергетеродинну схему приймача. Оскільки серед інших, наприклад, приймач прямого підсилення або надгенеративний, дана схема забезпечує найкращі параметри. Такі як смуга пропускання, чутливість, стабільність роботи та ймовірність похибок при заданому відношенні сигнал/шум. Також вирішено застосовувати одиничне перетворення частоти, оскільки подвійне (та більша кількість перетворень) застосовуються для більшого коефіцієнта подавлення по дзеркальному каналу, підвищення селективності, а для даного типу приймача такі вимоги не є суттєвими. Також даний приймач володіє достатньо хорошим значенням чутливості 4,644·10-9 (В).

Тому можна розробити структурну схему даного приймача (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Структурна схема радіоприймального пристрою

ВК – вхідне коло, ПСЧ – підсилювач сигнальної частоти, ЗМ – змішувач, Г – гетеродин, ППЧ – підсилювач проміжної частоти, Х – перемножувач, S0, S1 – опорні сигнали, ФНЧ – фільтр нижніх частот, АЦП – аналого-цифровий перетворювач, ЦСП – цифровий сигнальний процесор, МП –мікропроцесор, СЧ1,2 – синтезатори частот, ПЕОМ – персональна електронна обчислювальна машина

Вхідне коло – це частина радіоприймального пристрою, що зв’язує антенно-фідерну систему із входом першого каскаду, у нашому випадку це підсилювач сигнальної частоти. Вхідне коло може бути представлене пасивним лінійним чотириполюсником, що складається з одного або декількох селективних елементів, настроєних на фіксовану частоту. Вхідне коло призначене для узгодження опору антени з вхідним опором першого каскаду ПСЧ, а також для попередньої частотної вибірковості сигналу.

Підсилювач високої частоти призначений для підсилення сигналу за потужністю, попередньої частотної вибірковості та зменшення коефіцієнта шуму приймача.

Змішувач та синтезатор частоти утворюють перетворювач частоти. Це виконується для лінійного перенесення спектра сигналу в область більш низьких (проміжних) частот. Перетворення частоти сигналу призводить до забезпечення достатнього підсилення за амплітудою і забезпечення достатньої частотної вибірковості.

Завданням підсилювача проміжної частоти є підсилення сигналу за напругою та частотна вибірковість.

Наступний елемент схеми, що включає перемножувачі, синтезатор частоти, фазообертач та фільтри низької частоти, утворює схему формування комплексного сигналу. При цьому СЧ налаштовується на частоту вхідного сигналу і виділяє комплексну обвідну сигналу. Загальне призначення синтезатора частоти – це перетворення двійкового вхідного коду в гармонійне або імпульсне коливання з відповідною частотою, що відповідає коду. В СЧ використовується один кварцовий генератор з високою стабільністю частоти. Оскільки необхідно отримати синусоїдальний та косинусоїдальний сигнали з виходу одного генератора, то необхідно включити фазообертач на 900. ФНЧ пропускають коливання з різницевою частотою і подавлюють сумарну паразитну частоту спектра.

Аналого-цифровий перетворювач перетворює відповідне значення напруги аналогового сигналу у цифрове значення (1 або 0), тобто відбувається дискретизація у часі та квантування за рівнем вхідних аналогових сигналів.

Цифровий сигнальний процесор здійснює обробку прийнятих від АЦП сигналів, здійснюючи, таким чином, ще й операції детектування та демодуляції.

Мікропроцесор керує синтезаторами частоти, один з яких призначений для перетворення частоти сигналу, а інший для формування комплексного сигналу. МП аналізує та задає необхідні частоти синтезаторам частоти.

Персональна електронна обчислювальна машина являє собою пристрій обробки отриманих значень вхідних сигналів та їх аналіз.

4. Розробка принципової електричної схеми підсилювача проміжної частоти радіоприймального пристрою

 

На сучасному етапі проектування та виробництва радіоприймальних пристроїв та їх елементів велике значення мають мікросхеми. Вони забезпечують необхідні параметри приймача, потребують менше часу на розробку та виробництво коливальних контурів і мають відносно невелику ціну. Тому, враховуючи це, в даному курсовому проекті буде розраховано підсилювач проміжної частоти на мікросхемах.

Багато фірм-виробників пропонує свої рішення: Hew-lett-Packart, Philips, Motorola, Telefunken, Analog Devices та інші.

Компанія Analog Devices пропонує широкий вибір мікросхем з різноманітними параметрами, з яких легко вибрати необхідну. Тому в даній курсові роботі буде розроблено підсилювач проміжної частоти на елементній базі, що пропонує саме цей виробник.

З переліку мікросхем була вибрана мікросхема ADL5523, що забезпечує оптимальні параметри на заданій частоті. Функціональна схема мікросхеми зображена на рисунку 4.1.

Дана мікросхема належить до класу LNA (Low Noise Amplifier) – малошумлячий підсилювач.

Основні параметри мікросхеми:

- частота: від 400 МГц до 4000 МГц;

- спектральна щільність потужності внутрішніх шумів: на частоті 900 МГц;

 (дана частота є найближчою до необхідної нам 700 МГц) - 0,8 дБ;

- напруга живлення: 3 або 5 В;

- підсилення: на частоті 900 Мгц - 21,5;

- вхідний струм: 60 мА;

- кількість входів і виходів – 8.

Рисунок 4.1 – Схема включення мікросхеми ADL5523

За умовами ППЧ повинен забезпечувати підсилення 60 дБ, а на частоті 900 МГц дана мікросхема має підсилення 21,5 дБ. Тому необхідно будувати каскадну структуру, що складається із трьох послідовно з’єднаних мікросхем (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Структурна схема підсилювача проміжної частоти

Каскадами підсилення (1,2) виступає обрана мікросхема ADL5523. Також, враховуючи принци побудови приймачів даного типу, необхідно застосовувати автоматичне регулювання підcилення у ППЧ. Для цього в якості третього каскаду підсилення використовується відповідне з’єднання мікросхем AD8368 та AD8362.

Мікросхема AD8368 має регульований коефіцієнт підсилення від -12 до 22 дБ. Це досить широкі межі і повністю нас влаштовують. Для можливості визначення середньоквадратичного значення потужності сигналу, що поступає на дану мікросхему та регулювання підсилення мікросхеми AD8368 включається відповідним чином мікросхема AD8362. Дана мікросхема справляється зі своєю задачею на частотах від дуже низьких до 2,7 ГГц. Вона не чутлива до зміни пік фактору сигналу, що робить її підходящим рішенням для вимірювання дійсної середньоквадратичної потужності сигналів з цифровою модуляцією.

Умова по досягненню коефіцієнта підсилення 60 дБ виконується, оскільки коефіцієнт підсилення всіх каскадів дорівнює 65 дБ.

Функціональні схеми та відповідно схеми включення обраних мікросхем для регулювання підсилення зображені на рисунках 4.3, 4.4.

Рисунок 4.3 – Схема включення мікросхеми AD8368

Рисунок 4.4 – Схема включення мікросхеми AD8362

Параметри мікросхеми AD8368:

- діапазон робочих частот до 800 МГц

- межі зміни коефіцієнта підсилення від -12 до 22 дБ

- затухання, що вноситься в смугу пропускання 0,5 дБ

- робоча температура від -40 до +85 0С

- керується напругою до 1 В

- кількість входів і виходів 24

Параметри мікросхеми AD8362:

- діапазон робочих частот від 50 Гц до 3,8 ГГц

- затухання, що вноситься в смугу пропускання 3 дБ

- робоча температура від -40 до +85 0С

- напруга керування від 1 мВ до 1 В

- кількість входів і виходів 16

В якості смугового фільтра (СФ) вибраний смуговий фільтр на ПАХ ФТКП-49. Даний СФ має широке застосування, в тому числі в складі приймальної радіоапаратури.

Параметри обраного фільтра: Rг=Rн=75 Ом; t=250C

номінальна частота: 698 МГц

мінімальне затухання в смузі пропускання, що вноситься: 4,2 дБ

ширина смуги пропускання: не менше 8 МГц

На рисунку 4.5 зображена амплітудно-частотна характеристика смугового фільтра.

Рисунок 4.5 – АЧХ СФ

Але даний фільтр не задовольняє нашим вимогам за смугою пропускання. Необхідне значення – 3МГц. Тому необхідно звернутись до виробника для виготовлення фільтра, аналогічного обраному, але зі смугою пропускання, що приблизно дорівнює 3 МГЦ +/- 10%.