Материал: Устройства приема и обработки радиосигналов

- оптимальный коэффициент отражения от нагрузки в стандартном тракте с характеристическим сопротивлением W₀=50 Ом

=

К_ш0= 2,46

минимальное значение коэффициента шума каскада УРЧ

К_{ш min}= 2,35

оптимальный коэффициент отражения от генератора

=

Расчетные параметры каскада УРЧ

Все расчеты выполняются для режима согласования, т.е. АЭ согласован по входу и выходу с подводящими линиями.

Входное сопротивление транзистора

Входная проводимость транзистора

Выходное сопротивление транзистора

Выходная проводимость транзистора

Экстремум коэффициента передачи номинальной мощности транзистора (ожидаемый коэффициент усиления)

Коэффициент шума СВЧ усилителя при коэффициенте отражения Г_гопт (ожидаемый коэффициент шума)

7. Расчет коэффициента шума смесителя

Используется диодный (на 4-х диодах) двухбалансный смеситель с фазовым подавлением зеркального канала. Коэффициент шума рассчитывается для предполагаемой шумовой мощности от гетеродина при возможном её ослаблении за счет того, что коэффициент передачи преобразовательного диода меньше 1 и за счет выполнения баланса в схеме.

Параметры диода

F_шд = 0,9 - шумовой множитель, характеризующий добавку шумов, вносимую диодом;

К_рд = 0,25 - коэффициент передачи диода по мощности;

N - число диодов.

Коэффициент шума диодного смесителя с учетом шумов гетеродина

где F_г - множитель, характеризующий шумы, вносимые гетеродином

где F_г0 =150 - шумовой множитель, соответствующий одному милливатту от мощности используемого гетеродина;

Р_д = 3 мВт - число милливатт мощности гетеродина, требуемое для оптимальной работы диода;

S=400 - степень подавления шумов гетеродина.

8. Расчет общего коэффициента шума РПУ

Коэффициент шума РПУ в целом, определяется по формуле:

где F_УРЧ = 8,1

F_см = 8,1

F_пупч = 2

К_УРЧ= 8,7

К_см =0,25

9. Схема усилителя радиочастоты

Рис. 9.1 Схема усилителя радиочастоты

Схема УРЧ выполнена на биполярном транзисторе. Усилитель ставится в режим согласования по входу и выходу с помощью микрополосковых линий. Тем самым, усилитель приводится к тем условиям, при которых показатели данного УРЧ были рассчитаны ранее.

Режим согласования позволяет добиться максимума коэффициента передачи усилителя по мощности.

Микрополосковая линия (МПЛ) представляет собой несимметричную полосковую линию, заполненную диэлектриком с высокой относительной диэлектрической приницаемостью ɛ (порядка 10).

В качестве материала диэлектрика выбираем Поликор с параметрами ɛ=9,8; толщина подложки h=0,5 мм.

При большой величине ɛ, бόльшая часть энергии поля сосредоточена в подложке. Однако, часть её находится также в пространстве над подложкой и верхней полоской проводника, что эквивалентно уменьшению диэлектрической проницаемости среды в МПЛ, по сравнению с величиной ɛ подложки. Поэтому, чтобы охарактеризовать диэлектрическую проницаемость среды в конкретной линии, используют параметр ɛ_эф - эффективная диэлектрическая проницаемость среды в линии (ɛ_эф<ɛ).

ɛ_эф зависит от волнового сопротивления линии W, которое зависит от ширины полоска b и параметров диэлектрика h и ɛ.

Широкая МПЛ имеет меньшее W, чем узкая. Получается, что рассеяние поля для узкой линии, в процентном отношении, больше, а её ɛ_эф меньше.

Z_ш1 - четвертьволновый трансформатор полного сопротивления. Имеет длину λ/4. Служит для согласования активной части входного сопротивления усилительного каскада с активным сопротивлением фидерной линии.

Z_ш2 - отрезок МПЛ, разомкнутый на конце, имеющий длину l > λ/4, т.к. характер входного сопротивления индуктивный.

Z_ш3 - отрезок МПЛ, замкнутый на конце, имеющий длину l < λ/4, т.к. характер выходного сопротивления емкостной.

Z_ш4 - четвертьволновый трансформатор полного сопротивления. Имеет длину λ/4. Служит для согласования активной части выходного сопротивления усилительного каскада к значению 50 Ом.

Расчет согласующих элементов схемы УРЧ.

Все СВЧ блоки приёмника проектируются из расчета входного и выходного сопротивления каждого каскада, равного 50 Ом.

Исходные данные:

W_ф = 50 Ом - волновое сопротивление фидерной линии на входе УРЧ;

f₀ = 3,4 ГГц - рабочая частота входного сигнала;

Z_вхУРЧ = 12,9+j28,05 - входное сопротивление УРЧ;

Z_выхУРЧ = 11,9 - j1,73 - выходное сопротивление УРЧ.

Рабочая частота МПЛ должна быть в 8-10 раз ниже критической частоты f_кр поверхностной ТЕ-волны найнизшего типа, определяемой соотношением:

Данное условие выполняется.

Длина волны колебания рабочей частоты приемника:

Длина волны в МПЛ определяется по формуле:

Расчет согласующих элементов на входе УРЧ.

Для того, чтобы сделать МПЛ с сопротивлением 25,4 Ом необходимо подобрать ширину линии b при выбранной толщине диэлектрика h и его диэлектрической проницаемости ɛ.

ɛ_эфш1 = 7,5

λ_ш1 = 3,2 см

l_ш1 = 8 мм

Шлейф Z_ш2 должен иметь емкостной характер чтобы компенсировать реактивную индуктивную составляющую входного сопротивления УРЧ. Используем разомкнутый шлейф. Полагая что Z_ш1= Z_ш2 и b_ш1= b_ш2 длина l_ш2>λ/4. l_ш2 = 8,5 мм

Расчет согласующих элементов на выходе УРЧ производится по приведенной выше методике.

Z_ш4 = 24,4

b_ш4 = 1,5 мм

ɛ_эфш4 = 7,2

λ_ш4 = 0,033

l_ш4 = 8,2 мм

Шлейф Z_ш3 должен иметь индуктивный характер чтобы компенсировать реактивную емкостную составляющую выходного сопротивления УРЧ. Используем короткозамкнутый шлейф. Полагая что Z_ш4= Z_ш3 и b_ш4= b_ш3 длина l_ш3<λ/4. l_ш3 = 7,5 мм

10.    Схема смесителя

Рис. 10.1 Схема смесителя

Схема выполнена на МПЛ и состоит из делителя мощности, квадратурных направленных ответвителей и шлейфов короткозамкнутых и разомкнутых для компенсации реактивных составляющих диодов.

Расчет делителя мощности

Рис. 10.2 Делитель мощности

;

 ;

Расчет квадратурного ответвителя

Рис. 10.3 Квадратурный направленный ответвитель

;

 ;

11.    Расчет элементов цепи согласования со входом ПУПЧ

Рис. 11.1 Цепь согласования

R0=34,24 Ом;

Вычислим значения входной емкости:

далее при расчете учтем эту емкость.

Вычислим значения C1:

Вычислим значения C2:

Вычислим значения L1:

Пересчитаем емкость С2 относительно емкости входа тк емкость С2 стоит параллельно емкости входа то тогда

Расчет фазосдвигающих цепей для ПУПЧ

Заключение

В процессе проектирования блока СВЧ приемника цифровой системы связи был произведен расчет необходимой полосы пропускания приемника и шумовой полосы, в которой учитываются шумы.

Исходя из рассчитанной шумовой полосы, в соответствии с заданной чувствительностью, был рассчитан допустимый коэффициент шума приемника для случая применения как когерентного, так и некогерентного демодулятора.

Далее был рассчитан общий коэффициент шума приемника, который показал, что заданную чувствительность можно обеспечить лишь в случае применения в схеме РПУ когерентного демодулятора. Затем был выполнен конструктивный расчет параметров элементов блока СВЧ РПУ с учетом согласования каскадов, а также составлена общая схема блока СВЧ.

Полученные навыки при разработке курсового проекта будут полезны в инженерной практике.

Список литературы

1. Проектирование радиоприёмных устройств Под ред. А.П. Сиверса. - М.: Сов. радио, 1976.

2.      Богданович В.А., Елистратов А.О., Сиротинин В.И. Пособие по курсовому проектированию «Радиоприёмные устройства». - Л, 1986.

.        Елистратов А.О., Сиротинин В.И., Шевченко М.Е. Преобразователи частоты СВЧ - диапазона: Учеб. пособие. - СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001.