Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

Г.И.ИЛЬИН, Л.А.ТРОФИМОВ, М.А.ЦАРЕВА

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ

Учебное пособие для курсового

и дипломного проектирования

Рекомендовано Учебно-методическим центром КГТУ им.А.Н.Туполева

2010

УДК 621.396

Ильин Г.И., Трофимов Л.А., Царева М.А. Проектирование радиоприемных устройств СВЧ: Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования . Казань: Изд. Казан. гос. техн. ун., 2010. 240с.

Излагаются основы и методы проектирования супергетеродинных радиоприемных устройств СВЧ различного назначения, различных видов сигналов.

Даются методы эскизного проектирования и расчета входных цепей, усилителей радио- и промежуточной частоты, преобразователей частоты. Рассматриваются приемники, использующие как транзисторы в дискретном исполнении, так и интегральные микросхемы. Излагаемые методы иллюстрируются примерами проектирования и расчета радиоприемных устройств.

Книга является учебным пособием по курсу «Устройства приема и обработки сигналов» и предназначена для студентов очной и заочной форм обучения радиотехнических специальностей как пособие по курсовому и дипломному проектированию радиоприемников.

Табл.: 38 Ил.: 127 Библиогр.: 33 назв.

Рецензенты:	д.т.н., профессор О.Г.Морозов (ГОУВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»(Казанский филиал))
	К.т.н., профессор М.Ю.Застела (РТС ИРЭТ КГТУ им.А.Н.Туполева)

© Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2010.

© Ильин Г.И., Трофимов Л.А.,

Царева М.А., 2010.

Введение

Современные радиоприёмные устройства (РПрУ) представляют собой сложную систему, состоящую из большого числа взаимосвязанных узлов: приемной антенны, радиоприемника, оконечного устройства. В данном учебном пособие рассматривается проектирование только радиоприемников. Параметры и типы антенн и оконечных устройств учитываются с точки зрения необходимости для проектирования радиоприемников.

Помимо традиционных задач усиления, фильтрации, преобразования и детектирования сигнала в РПрУ производится обработка, поиск и обнаружение сигнала, синхронизация по несущей частоте, адаптация и т.д.

По принципу построения блок-схемы РПрУ различают на приемники прямого усиления (без регенерации и с регенерацией) и супергетеродинные приемники с однократным, двукратным и многократным преобразованием частоты. Данное учебное пособие посвящено проектированию супергетеродинных приемников, так как они обладают существенными преимуществами перед приемниками других типов и широко применяются во всех диапазонах частот.

По характеру модуляции принимаемых сигналов различают РПрУ непрерывных сигналов, модулированных по амплитуде (АМ), частоте (ЧМ), фазе (ФМ) и сигналов с различными видами импульсной модуляции (АИМ, ШИМ, ВИМ, КИМ и др.) В учебном пособие рассматривается проектирование приемников разных видов сигналов.

По назначению различают приемники связные, радиовещательные, телевизионные, радиолокационные, радионавигационные и др.

Спектр радиочастот (от 3КГц до 3000ГГц) делится на диапазоны, в настоящем учебном пособие будут рассматриваться вопросы проектирования приемников, работающих в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн принимаемых сигналов (300МГц-30ГГц).

В качестве активных элементов каскадов приемников используют полупроводниковые приборы (транзисторы и диоды). Разнородность и быстрое “старение” элементной базы усложняют разработку и проектирование РПрУ. Наряду с аналоговыми способами обработки сигнала в РПрУ в последнее время широко применяется цифровая обработка. Успехи микроэлектроники позволяют часть узлов РПрУ выполнить в виде малых и больших микросхем (БИС). Появившиеся в последние годы акустоэлектронные устройства формирования и обработки сигнала также внесли существенный вклад в расширение функциональных возможностей приёмника.

Проектирование РПрУ выполняется согласно техническому заданию и ведётся по принципу от сложного к простому, от более общего представления к детализации.

Последовательность проектирования РПрУ можно разбить на несколько этапов:

1. Анализ исходных данных – технического задания (ТЗ) на разработку приёмника.

2. Выбор способа обработки сигнала и разработка структурной схемы РПрУ.

3. Проектирование функциональной схемы РПрУ.

4. Разработка (расчёт) принципиальной электрической схемы РПрУ.

5. Расчёт надёжности, разработка инструкций по настройке и испытанию РПрУ.

6. Разработка конструкций узлов и блока в целом с технической документацией на изготовление.

7. Изготовление, настройка и испытание макета РПрУ.

В настоящем пособии проектирование РПрУ ограничено разработкой принципиальной электрической схемы приёмника.

Исходные данные (ТЗ) на проектирование РПрУ формируются в процессе разработки системы, в которую входит приёмник и, как правило, состоят из следующих основных требований:

1. Общие требования: назначение и место установки приемника, узлы, входящие в состав РПрУ (антенна, радиоприемник, оконечное устройство) и не входящие в комплект приемника, но с которыми он должен работать, условия работы, габариты;

2. Диапазон частот: количество принимаемых частот связи в диапазоне перестройки приёмника;

3. Чувствительность : характеризует способность приемника принимать слабые сигналы, оценивается минимальным уровнем ЭДС (номинальной мощности) сигнала в антенне (или ее эквиваленте), при котором обеспечивается заданное отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе приемника. Если чувствительность ограничивается только внутренними шумами приемника (внешние шумы не учитываются), то ее можно оценить реальной или предельной чувствительностью, коэффициентом шума, шумовой температурой. В диапазоне дециметровых и более коротких волн чувствительность приемника оценивается в единицах мощности сигнала (10^-9-10^-19Вт). Иногда чувствительность определяют в децибелах (дБ);

4. Избирательность S: характеризует способность приемника выделять полезный сигнал и подавлять помеху, оценивается по резонансной характеристике приемника. В радиоприемнике обеспечиваются избирательность по соседнему каналу (50-80дБ) и избирательности по зеркальному каналу;

5. Динамический диапазон D: отношение максимального уровня ЭДС (номинальной мощности) сигнала к минимальному уровню на входе () и выходе () приемника, выраженное в децибелах. Динамический диапазон ограничивается нелинейными искажениями, возникающими за счет перегрузки последних каскадов приемника при приеме сильных сигналов. Современные приемники обладают динамическим диапазоном 80-100дБ - на входе и 4-10дБ - на выходе;

6. Качество воспроизведения сигналов: определяется степенью искажений (частотных, фазовых, нелинейных) принимаемого сигнала. Искажения импульсных сигналов оцениваются длительностями переднего и заднего фронтов, неравномерностью вершины;

7. Характеристики входного сигнала (вид, коэффициент, частота модуляции и т.д.);

8. Требований к выходному сигналу РПрУ (мощность и форма выходного напряжения): определяется целевым назначением и типом оконечного устройства;

В результате анализа исходных данных выявляются основные и вспомогательные функции, выполняемые приёмником, на основании чего составляется структурная и функциональная схемы приёмника.