Бесплатный учебный файл

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Тема: «Цифровой канал радиосвязи с разработкой радиоприёмного устройства и электрическим расчётом блока усилителя радиочастоты». ЗАДАНИЕ на курсовое проектирование По дисциплине «Д-4242» 1 .ТЕМА ПРОЕКТА Цифровой канал радиосвязи с разработкой радиоприёмного ус т ройства и электрическим расчётом блока усилителя радиочаст о ты 2.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 1. Дальность радиосвязи L( км.) - 90; 2. 2. Мощность передатчика Р(Вт)- 500; 3. КНД передающей антенны Д (дб) - 1; 4. Тип приёмной антенны АШ; 5. Входное сопротивление антенны R (Ом) - 75; 6. Диапазон рабочих частот F (МГц)30...60; 7. Скорость телеграфирования V (Бод) - 240; 8. Отношение P с /P ш ( раз) - 9; 9. Коэффициент шума ПРМ N 0 ( раз) - 6; 10. Вид сигнала АМ; 11. Разнос частот F p (кГц) - 0; 12. Высота размещения антенны H (м) - 14; 13. Избирательность по зеркальному каналу (дб) - 60; 14. Избирательность по соседнему каналу (дб) - 60; 15. Коэффициент нестабильности частоты - 10 -7 ; 16. Длина сообщения N (двоичных символов) - 720; 17. Вероятность доведения Р Д - 0,999; 18. Вероятность трансформации P тр - 10 -7 . 3. ВЫПОЛНИТЬ: 1. Произвести расчёт радиоканала и оценить достоверность цифровой и н фор- мации. 2. Выбор и обоснование электрической структурной и функциональной схем устройства. 3. Выбор и обоснование электрической принципиальной схемы устро й ства. 4. Электрический расчёт блока. 4. ПРЕДСТАВИТЬ: 1. Пояснительную записку (25 - 30 листов). 2. Электрическую принципиальную схему устройства (формат А4). 3. Листинг расчётов на ЭВМ. Содержание 1. Введение 2. Анализ технического задания. 3. Энергетический расчёт 4. Оценка достоверности цифровой информации в канале связи 5. Выбор типа структурной схемы радиоприёмника 6. Выбор промежуточных частот радиоприёмника 7. Разработка функциональной схемы приёмника 8. Электрический расчёт усилителя радиочастоты 9. Заключение 10. 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, м а лому энергоснабжению, безотказной работы в течение всего срока эксплуатации, которые, прежде всего, определяются особенностями его эксплуатации. Целью данной курсовой работы является разработка цифрового канала радиосв я зи, с электрическим расчётом усилителя радиочастоты радиоприёмника. В соответствии с поставленной задачей был проведён анализ технического зад а ния с целью разработки цифрового канала радиосвязи, с электрическим расчётом усилителя радиочастоты радиоприёмника при конкретных технических требован и ях. В данной курсовой работе была разработана функциональная модель цифров о го канала радиосвязи, а также был проведён его энергетический расчёт заданным техническим требованиям. Кроме того, по результатам, полученным в данной курсовой работе, была выбр а на наиболее целесообразная структурная схема приёмного устройства, на основ а нии 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 климатич е ским условиям эксплуатации приёмника, а также вероятность его нормальной р а боты 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 раб о чих температур составляет от -50 0 С до +50 0 С, при влажности окружающей среды не более 90%. С целью обеспечения требуемой надёжности эксплуатации предлагается двукра т ное 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. 1. С учётом исходных данных в начале была рассчитана полоса пропускания радиоприёмника по [5] : =(1,1…1,2)* F с , 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: 2. В соответствии с техническим заданием и условиями работы определена чувс т вительность радиоприёмника по формуле: U тр =2* , (1) где 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; =792 Гц; h =9 - заданное превышение мощности сигнала над мощностью шума (помехи) на входе приёмника. Таким образом: U тр =2* =0,21*10 -6 (В). 3. Определена зона расположения приёмника. Освещена зона (зона прямой видимости) найдена согласно [5] : L пр =3,57*( ), (2) При этом нижняя зона блокирования определена по формуле [5] : L бл =18* , (3) Где - эквивалентные высоты антенн - минимальная длина волны в используемом диапазоне 30…60 МГц =300 / F max , где F max =60МГц; (4) =с / F max =3*10 8 /6*10 7 =5 м. (5) Лист 4 Изм Лист № докум Подпись Дата Подставляя в формулу значения ,и были получены: , (6) где R ЭЗ = 8,5*10 6 м - эквивалентный радиус Земли. =3,6 м. L бл =18* =46,6(м). L пр =3,57*( )=26,7(км). Сравнивая требуемую дальность радиосвязи L св со значением L пр , получим L пр L св , то есть 26,7(км) 90( км). Следовательно, расчёт напряжённости электромагнитн о го поля в точке приёма был произведён по формуле Фока, которая имеет следу ю щий вид: E Д = , (8), где: L - длина радиолинии; L пр - расстояние прямой видимости; v - коэффициент дифракции; P 1 - мощность подводимая к передающей антенне; G - коэффициент усиления антенны ПРДУ; - средняя длина волны; R зэ - эквивалентный радиус Земли (8500 км); E Д = = 0,00015 В / м; 4. Зная напряжённость электромагнитного поля в точке приёма, определим дейс т вующее значение напряжения на входе приёмника в точке приёма: U Д =Е Д *Н Д , (9) где Н д сим =( )* tg ( k * l )/ , (10) где - средняя длина волны рабочего диапазона; l - длина одного плеча симметричного вибратора; k = (2*3,14)/7,5=8,37 (1/ м); l = /4=1,875 м; Н д сим =( )* tg ( k * l )/ =8,66*10 -3 м; 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 U тр 065*10 -6 0 21*10 -6 . Из эт о го вытекает, что радиоприёмное устройство будет уверенно принимать сигнал. 5. 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 и н формации 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 (те х ники) , т.е. Р отк =0 Результатом проведения энергетического расчёта является обеспечение требу е мого отношения мощности полезного сигнала к мощности шума плюс помеха на входе линейной части приёмника. В заданной полосе пропускания при фикс и рованной дальности связи L и мощности передатчика P . Тогда по заданному виду сигнала (модуляции), в данном случае сигнал АМ, для фиксированного значения по известной зависимости в приёме дискретного символа. При известной длине сообщения, в данном случае длина сообщения N =720 , в е роятность доведения некодированного сообщения определяется из графической зависимости P дов =(1- P Э ) N , где P Э =1,25*10 -2 , определяется из графической завис и мости P Э = f ( ), P дов =(1-1,25*10 -2 ) 720 =0,000116604; После расчёта вероятности доведения информации необходимо проверить усл о вие Р дов Р дов треб или 0,000116604 0,999 , то есть такая вероятность доведения и н формации меньше требуемой. Для повышения вероятности доведения информации необходимо либо увеличивать мощность передатчика с целью увеличения , а это в данном случае невозможно и не выгодно, либо применять помехоустойчивое к о дирование, 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 довед е ния 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: 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 P тр треб 5,36*10 -9 10 -7 , из этого можно сделать вывод о том, что выбранный нами код правильный. Р пр =1-(1-8,7*10 -4 ) 23 =0,99975; Р дов =0,99964; Р пр дек = , где t и =1 - число гарантированно исправляемых кодом ошибок, Р эк =1,75*10 -2 , исходя из этого вычисляем вероятность правильного декодиров а ния: Лист 7 Изм Лист № докум Подпись Дата Р пр.дек =0,9998. Вероятность ошибки на бит информации Р 0 , которая отдаётся получателю, о п ределяется по формуле: Р 0 =(1- Р пр.дек ) / 2=0,0001, Следует отметить, что именно значение Р 0 является одним из ключевых треб о ваний, которые предъявляет заказчик на проектируемую систему связи, при этом обязательно должно выполняться условие Р 0 Р 0.тр , в данном случае это условие выполняется. Вероятность доведения сообщения, кодируемого ( n , k d min ), то есть (15,10,4), кодом определяется следующим выражением: Р дов =(Р пр.дек ) N / K =0,9998 720/10 =0,9996, Данная вероятность доведения сообщения с использованием кода не менее тр е буемой. Важным параметром дискретной системы связи является вероятность тран с формации сообщения, которая определяется следующим выражением: Р тр N = =1-[1- P но ( n , k , d ) ] N / K , где P но ( n , k , d ) = - выражает вероятность необнаруженной ошибки (трансформации) кодовой комбинации, которая возникает при L 1=3 и более, ош и бочно принятых двоичных символах. L 1 = t и +2=3; Р но(15,10,4) = =5,65*10 -8 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 P ДОВ.ТРЕБ , при Т= const ; Р 0 Р 0ТРЕБ , при L = const ; Р тр n Р тр n ТРЕБ , при Р 1 = const ; Для разрабатываемой системы радиосвязи обеспечивается выполнение указа н ных 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, да ю щее 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 обеспеч и вает требования селективности и требования технического задания. Входная цепь выполняет следующую функцию: обеспечивает подстройку пр и ёмной антенны и входного фильтра радиоприёмника на заданную рабочую частоту. С входной цепи сигнал поступает на усилитель радиочастоты, который обесп е чивает выполнение заданных требований по избирательности относительно зе р кального 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 ос у ществляется усиление сигналов первой и второй промежуточных частот. Со втор о го 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 упра в ления 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 , (11) f 2ПР , (12) Где f 0 max - верхняя частота диапазона радиоприёмника; а - параметр рассогласования антенно-фидерного устройства и выхода ради о приёмника (а=1 при настроенной антенне в режиме согласования); d 3 ТР =1000 - требуемое подавление зеркальной помехи; Q РЧ =50 - результирующая добротность контуров тракта радиочастоты; f ПЧ =792 Гц - полоса пропускания тракта ПЧ; Q ПЧ =50 - добротность контуров тракта ПЧ; F (П ПЧ )=0,64 - функция, учитывающая особенности тракта ПЧ; f 1ПР 134 МГц, f 2ПР 254,43 Кгц. 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, пре д ставленное его основными функциональными частями и связями между ними в в и де условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД. На этапе разработки функциональной схемы радиоприёмника необходимо р е шить 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 ра з биения 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, f ПД = f 2 - f 1 = f 3 - f 2 ; При распределении усиления было учтено, что в первых каскадах оно огранич е но 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 р е шается задача выбора количества и типов каскадов трактов радиочастоты, пром е жуточной 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 устро й ства и входа первого каскада усилителя радиочастоты.. также эти фильтры осущ е ствляют селекцию принимаемого сигнала. Выделенный в фильтрах Z 1 и Z 2 поле з ный сигнал поступает на усилитель радиочастоты, в котором осуществляется ус и ление, 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. П о этому сигнал, поступивший на преобразователь 1 промежуточной частоты оконч а тельно «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 избирател ь ность по соседнему каналу, то есть помехи ослабляются, АРУ поддерживает тр е буемое отношение сигнал/шум на выходе фильтра, а также поддерживается пост о янным коэффициент усиления радиоприемника, при изменении входного сигнала. Затем сигнал поступает в частотный тракт который в своем составе содержит огр а ничитель амплитуды, частотный детектор. Продетектированный сигнал усиливае т ся в УЗЧ и поступает на оконечное устройство. На схеме обозначено: WA - приемная антенна; SA 11 , SA 21 - переключатели поддиапазонов; Z 1, Z 2 - полосовые фильтры; A 1... A 5 - УРЧ: А1, А2 - усилители радиочастоты; А3, А4 - УПЧ; А5 - УЗЧ; UZ 1, UZ 2 - смесители; UR - детектор. После разработки и обоснования функциональной схемы, был проведен, согла с но 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 ус и литель радиочастоты, произведен электрический расчет. Проведен расчет усилит е ля 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 св о им техническим характеристикам наиболее подходит к рассчитанному блоку усил и теля 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. Поэт о му 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 0,75*2,8 = 2,1 мСм и С 11 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: Р 1 = P 2 = L К =1 /( )=1,25 мГн Так как входная проводимость равна 2,1*10 -3 См, то R ВХ =476 Ом, входная е м кость разделительного конденсатора равна С ВХ =29 пф. Конденсатор колебательного контура имеет емкость равную С кк =10-365 пФ, индуктивность колебательного ко н тура 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 радиок а нал цифровой радиосвязи с разработкой радиоприемного устройства и с электр и ческим расчетом усилителя радиочастоты. Проведен энергетический расчет ради о канала. 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 эле к трической структурной радиоприемника обоснованы параметры не указанные в з а дании 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 ради о приемника определены не только его каскады в целом, но и место отдельных ка с кадов тракта радиочастот; тракта промежуточных частот и тд. На основе схемы электрической функциональной была разработана схема эле к трическая принципиальная всего радиоприемника. На этом этапе, на основе эле к трического расчета, также были выбраны полупроводниковые элементы, испол ь зуемые в схеме. Разработанное радиоприемное устройство целесообразно использовать в РВСН, так как его характеристики удовлетворяют требованиям предъявляемым к аппар а туре боевого управления, в частности на машине связи. Дальность связи позволяет использовать данное радиоприемное устройство в позиционном районе ракетного полка для приема сигналов оперативного управл е ния. В тоже время вероятность доведения и трансформации , а также высокая и з бирательность, позволяют использовать данное радиоприемное устройство для приема сигналов АСБУ. Рабочий диапазон частот позволяет произвести сопряжение разработанного р а диоприемного 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: 1. Поставленная задача решена полностью. 2. Разработанная схема приемника соответствует требованиям технического з а дания Лист 17 Изм Лист № докум Подпись Дата ЛИТЕРАТУРА 1. Бобров Н.В., Москва, «Радио и связь», 1981 г., « Расчет радиоприемников». 2. Екимов В.Д,, Павлов П.Н., Связь, 1970 г., «Проектирование РПМИ». 3. Злобин В.И. и др., Серпухов, 1985 г., «Радиопередающие и радиоприемные устройства». 4. Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1994 г., «Радиопередающие устройства». 5. Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1992 г., «Проектирование цифровых кан а лов связи». 6. Хиленко В.И., Малахов Б.М., Москва, «Радио и связь», 1991 г., «Радиоприе м ные устройства». Лист 17 Изм Лист № докум Подпись Дата

Приложенные файлы


Добавить комментарий