7428

Чувствительность коротковолнового радиолюбительского приёмника всех допустимых длин волн

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Аннотация. В данной работе я рассчитал чувствительность коротковолнового радиолюбительского приёмника всех допустимых длин волн, сделал выводы по полученным результатам и предложил методы повышения её значения. The summary. In the given work I have ...

Русский

2013-01-23

158 KB

33 чел.

Аннотация.

В данной работе я рассчитал чувствительность коротковолнового радиолюбительского приёмника всех допустимых длин волн, сделал выводы по полученным результатам и предложил методы повышения её значения.

The summary.

In the given work I have calculated sensitivity of the short-wave radio amateur receiver of all admissible lengths of waves, have drawn conclusions by the received results and have offered methods of increase of its value.

Содержание.

1 Введение………………………………………………………………….5.

2Расчёт чувствительности приёмника……………………………………9.

3 Анализ полученных результатов………………………………………18.

4 Заключение……………………………………………………………...19.

5 Список литературы……………………………………………………..20.

1 Введение.

Наш мир заселен любителями - увлеченными людьми, посвящающими свой досуг какому-то любимому делу. Кого только не встретишь среди них. Книголюбы, коллекционеры, туристы, рыболовы, фотолюбители, рукодельники, садоводы... Порой энергия и мастерство, упорство в достижении поставленной цели увлеченных людей заставляют относиться к этим энтузиастам с глубоким уважением: один склеивает из спичек макет храма Василия Блаженного, другой готов обегать полгорода в поисках редкой почтовой марки или открытки.

Истинные энтузиасты отдают любимому делу весь свой досуг, порой выкраивая время и за счет сна. Так что и одного увлечения вполне хватает - с избытком.

Есть, однако, увлечение совсем особого рода. Оно позволяет объединить воедино азарт охотника и страсть коллекционера, заставляет заниматься конструированием, требует умения говорить на иностранных языках, побуждает знакомиться с географией и радиотехникой. Это, конечно же, коротковолновое радиолюбительство.

По последним данным, общее число коротковолновиков в мире скоро достигнет нескольких миллионов. Самым молодым представителям этой армии меньше десяти лет, старейшим - за семьдесят. Короткими волнами увлекаются люди техники и искусства, военнослужащие и домашние хозяйки, школьники и студенты, учителя и политические деятели, рабочие и предприниматели.

Чтоб заняться коротковолновым радиолюбительством, предстоит преодолеть немало трудностей. Основных же трудностей две. Первая — изучение телеграфной азбуки. Точнее не самой азбуки (запомнить число точек и тире в каждой букве и цифре было бы не так уж трудно), а мелодии звучания знаков, другими словами - приобретение навыков приема телеграфных знаков на слух и передачи их ключом.

Вторая трудность на пути в короткие волны связана с приобретением аппаратуры для радиолюбителей - коротковолновиков. Эту аппаратуру промышленность выпускает, но не всем она по карману. Есть три основных способа преодолеть эту трудность: использовать аппаратуру для профессиональной связи, купить у радиолюбителей или изготовить ее самому. Мне больше по душе третий путь: следуя им, радиолюбитель сможет приобрести ценные практические навыки и теоретические знания.

Для того чтобы судить о достоинствах или недостатках того или иного приемника, необходимо знать его основные характеристики, а именно: диапазон принимаемых волн, чувствительность, избирательность, максимальную выходную мощность и экономичность.

Диапазон принимаемых волн определяется во многом классом приемника. Для удобства настройки на радио станции хорошо было бы иметь все девять коротковолновых диапазонов, каждый из которых растянут на всю шкалу приемника. Но это осуществимо лишь в приемниках высшего класса. В радиолюбительских приемниках часть диапазонов, как правило, 20м, 30 м, 40 м, делают растянутыми, а некоторые диапазоны  объединяют в один полурастянутый .В этом случае настройка на станции менее удобна, но зато конструкция переключателя диапазонов намного упрощается

Коротковолновикам выделены девять относительно узких участков - радиолюбительских КВ - диапазонов :

160-метровый (1,81 - 2 МГц),

80-метровый (3,5 - 3,8 МГц),

40-метровый (7 - 7,1 МГц),

30-метровый (только телеграф 10,1 - 10,15 МГц),

20-метровый (14 - 14,35 МГц),

16-метровый (18,068 - 18,318 МГц),

15-метровый (21 - 21,45 МГц),

12-метровый (24,89 - 25,14 МГц),

10-метровый (28 - 29,7 МГц).

ПРИМЕЧАНИЕ : В разных странах количество диапазонов и полосы частот несколько отличаются. Необходимо следовать инструкции по эксплуатации любительских радиостанций последнего года выпуска, где указаны полосы частот и мощности, разрешенные на передачу для разных категорий радиостанций.

Обычно для оценки величины сигнала в месте приема пользуются понятием напряженности поля, измеряемой в вольтах на метр (в/м). Напряженность поля удаленных радиостанций измеряется величинами порядка 10~3 в/м, а порой 10~* в/м. Прием таких слабых сигналов может быть сильно ухудшен атмосферными и индустриальными помехами , а также внутренними шумами самого преемника.

Приемная антенна преобразует энергию радиоволн в электрические сигналы. Антенна может быть электрической и магнитной в зависимости от того, на какую составляющую поля электромагнитных волн она реагирует. Например, широко распространенные Г- и Т-образные и телескопические антенны — электрические,  рамочные и ферритовые — магнитные. В радиовещательных КВ приёмниках  для приёма всех поддиапазонов ,применяются вертикальные штыревые телескопические антенны длиной  от 1м.

Но какой радиолюбительский приёмник будет обладать лучшей чувствительностью? Чувствительность зависит от мощности шумов, приведенных к входу. Мощность шумов - есть произведение спектральной плотности шумов на полосу пропускания.

Спектральная плотность шумов на входе (коэффициент шума) зависит от шумовых свойств активных усилительных приборов и качества согласования по мощности. Эти вещи однотипны для любых приемников.

А вот полоса пропускания, это параметр, реализуемый в разных приемниках по-разному.

В простейших приемниках прямого усиления полосу пропускания, как правило, задает только одно селективное звено - входной контур. К тому же он еще и перестраивается по диапазону. Полоса пропускания получается разной для разных частот несущих, и к тому же она, как правило, больше, чем необходимо для того, чтобы пропустить спектр полезного сигнала. Такой приемник не оптимален по полосе, а, следовательно, и по шумам.

В супергетеродине полоса пропускания определяется ФПЧ (фильтром промежуточной частоты). Его полоса всегда оптимизирована и равна удвоенной полосе полезного сигнала модуляции.

В общем случае, если и приемник прямого усиления оптимизирован по полосе (например, приемник для приема фиксированной несущей частоты), то по чувствительности разницы между ним и супергетеродином не будет, но мы остановимся на супергетеродинном приёмнике.

2Расчёт чувствительности приёмника.

Чувствительность приёмника задаётся минимальным значением Э.Д.С. сигнала, создающейся в приёмной антенне, при которой обеспечивается нормальный приём сигнала для требуемого значения коэффициента ,  определяющего необходимое превышение сигнала над помехами на входе приёмника. При расчёте приёмника элементы высокочастотного тракта  выбираются так, чтобы требуемая чувствительность обеспечивалась при выбранной антенне. Поэтому чувствительность приёмников рассчитывается исходя из технической возможности её реализации, что определяется расчётом структурной схемы приёмника.

2.1 Расчётные данные.

Структурная схема высокочастотного тракта приёмника представлена на   рис. 1.

Рис.1Структурная схема супергетеродинного приёмника.

2.1.1=  – требуемое отношение сигнал/шум на входе детектора.

Для всех поддиапазонов радиовещательных КВ приёмников всех классов промежуточная частота определена ГОСТ 5651-76 равной 465кГц. Поэтому для всех этих поддиапазонов радиотракт строится по одинаковой схеме с использованием одних и тех же транзисторов. На основании этого

выбор схемы и транзисторов радиотракта выполняют для самого высокочастотного, т.е. 10-метрового (28 - 29,7 МГц), и расчёт будем производить по нему. На остальных поддиапазонах характеристики радиотракта по чувствительности будут лучше. Относительная ширина поддиапазона, равная 2*(29,7-28)/(29,7+28)=0,06 весьма мала. Поэтому изменениями параметров транзистора в пределах поддиапазона можно пренебречь и считать их постоянными и соответствующими средней частоте поддиапазона:

Граничные частоты низкочастотного тракта приёмника определяем        ГОСТ 5651 -76: и , следовательно, полоса пропускания низкочастотного тракта приёмника будет иметь значение:

Действующую полосу пропускания низкочастотного тракта вычисляем по формуле:

Полоса пропускания высокочастотного тракта приемника  складывается из ширины спектра сигнала  и нестабильностей в тракте и неточности настроек :

Ширина спектра сигнала определяется верхней частотой спектра сигнала:

Нестабильность учитывается следующим образом:

, где

- нестабильность частоты сигнала;  

- нестабильность частоты гетеродина приемника;

- начальная неточность настройки гетеродина;

- неточность настройки сигнала.

Для наших расчетов выбираем стандартное значение промежуточной частоты  = 465кГц

Пусть

,

тогда для транзисторного гетеродина с кварцевой стабилизацией:

.

начальная неточность настройки гетеродина:

нестабильность частоты сигнала равна:

неточность настройки сигнала равна:

Тогда полоса пропускания высокочастотного тракта  приёмника составит:

Аналогично  вычисляем значение действующей полосы пропускания

Высокочастотного тракта:

Отношение сигнал/шум на входе детектора при приёме амплитудно-модулированного сигнала и воздействии шумовой или другой широкополосной помехи, определяется уравнением:

, где

- отношение сигнал/шум на выходе детектора. ГОСТ 6551-76 определяет это  значение,  равное 26 (используемое в расчёте);

- средний коэффициент  модуляции сигнала, который принимают      равным 0,3.

2.1.2 Параметры антенны.

= 400 K – шумовая температура антенны, которая характеризует интенсивность воздействующих на антенну внешних шумов;

= 50 Ом – сопротивление антенны.

2.1.3  - коэффициент передачи по мощности антенного кабеля (фидера):

,где

- погонное затухание;

- длина кабеля.

Для кабеля РК-50-9-12 на частоте 100 МГц погонное затухание не превышает .

Возьмем длину фидера м.

2.1.4 Входное устройство.

В качестве входной цепи используем контур с  фиксированной частотой настройки с индуктивной связью с антенной. Данная связь обеспечит большой коэффициент передачи по напряжению а, следовательно, высокую чувствительность и избирательность. Примем стандартные  потери во входном устройстве для этой связи LВУ = 1,3 дБ

2.1.5  Усилитель радиочастоты.

В качестве УРЧ используем каскад на малошумящем полевом транзисторе 2П302А в схеме с общим истоком:

, где

– коэффициент передачи мощности УРЧ;

мСм, мкСм-параметры транзистора.

,где

– коэффициент шума УРЧ.

дБ - минимальный коэффициент шума для малошумящего полевого транзистора 2П302А.

2.1.6  Преобразователь частоты.

В качестве преобразователя используем каскад на полевом транзисторе 2П306А с общим истоком:

,

– коэффициент передачи мощности ПрЧ;

мСм, мкСм-параметры транзистора.

,где

– коэффициент шума ПрЧ.

дБ - минимальный коэффициент шума для малошумящего полевого транзистора 2П306А.

2.1.7 Фильтр сосредоточенной избирательности(ФСИ).

Lф = 1,8 дБ – потери в ФСИ;

Fф = 50 кГц – полоса пропускания ФСИ по уровню 3 Дб.

1.1.8  Усилитель промежуточной частоты.

В качестве первого каскада УПЧ используем каскад на транзисторе КТ368Б в схеме с ОЭ. Коэффициент передачи первого каскада УПЧ равен:

,где

мСм, мкСм-параметры транзистора.

,где

дБ - минимальный коэффициент шума для транзистора КТ368А.

Необходимо определить:

- Шумовую температуру приемника;

- Коэффициент шума приемника;

- Чувствительность приемника в единицах мощности [Вт];

- Чувствительность приемника в [дБВт];

- Чувствительность приемника в единицах напряжения [мкВ];

- Допустимый коэффициент шума;

- Дать оценку структуры приемника для возможного снижения шумов и повышения чувствительности;

- Предложить необходимые способы повышения чувствительности приемника.

2.2 Переводим исходные данные из дБ в разы, используя соотношение:

Получим следующие результаты:

2.3 Определяем значение коэффициента передачи и коэффициента шума пассивных узлов (кабель, ВУ, ФСИ) приемника, используя формулу:

Получим следующие результаты:

2.4 Вычислим значение шумовой температуры каждого каскада приёмника,     используя формулу:

, где

=290K- температура приёмника при нормальных условиях.

Получим следующие результаты:

2.5 Рассчитываем шумовую температуру приёмника в целом, фиксируя вклад каждого узла:

2.6 Находим коэффициент шума приёмника в целом:

2.7 Определяем суммарную тепловую температуру приёмника и антенны:

2.8 Вычисляем суммарную мощность шума на входе приёмника,

     полагая, что F = ∆Fф = ∆Fэф = 50 кГц:

, где

постоянная Больцмана.

2.9 Рассчитываем искомое значение чувствительности приёмника:

2.10 Вычисляем значение чувствительности в  в отношении :

2.11 Вычисляем значение чувствительности в единицах напряжения:

мкВ.

2.12 Вычисляем допустимый коэффициент шума приёмника:

3 Анализ полученных результатов.

В расчёте я использовал самые минимальные значения коэффициентов передачи и шума и, выбранные мною транзисторы, самые оптимальные для обеспечения хорошей чувствительности, поэтому трудно предложить какие-либо варианты для увеличения значения чувствительности приёмника.

3.1 Допустимый коэффициент шума на много больше коэффициента шума приёмника, следовательно, такой приёмник осуществим. В принципе с любым типом транзисторов, рассмотренных мною, которые обеспечивают усиление сигнала в КВ диапазоне, можно получить значительно меньший коэффициент шума. Поэтому при дальнейшем расчете транзисторы и схемы

радиотракта нужно выбирать так, чтобы гарантировать необходимую селективность приёмника.

3.2 Сравнение значений шумовой температуры анализируемого приемника и антенны (ТРПУ = 909 К и ТА = 400 К) позволяет говорить, что ТРПУ  не на много больше ТА. При уменьшении ТРПУ ,  увеличится чувствительность РПУ. Таким образом, снижение шумов приемника возможно, но весьма затруднительно

Основной вклад в ТРПУ вносят шумы усилитель промежуточной частоты(УПЧ) и преобразователь частоты(ПрЧ). Снизить их уровень можно подобрав транзисторы с ещё более большим коэффициентом усиления и меньшим значением коэффициента шума.

4 Заключение.

В современных радиоприемниках применены последние достижения науки и техники. Новейшие радиоприемники выполнены на микросхемах. В них применена автоматическая цифровая настройка радиоприемника на нужную частоту, возможность запоминания частот радиостанций и многое другое, но полученная мною в расчётах чувствительность, позволяет говорить, что для простого радиолюбителя и транзисторные приёмники, особенно собранные вручную, сослужат хорошую службу.

      

5 Список литературы.

1.«Проектирование радиоприемных устройств» под редакцией А.П. Сиверса  Москва, «Советское радио», 1976 г.

2. «Расчет радиоприёмников» под редакцией Н.В. Боброва, Москва, «Воениздат», 1971 г.

3. «Радиоприемные устройства» под редакцией Н.В. Боброва, Москва, «Советское радио», 1971 г.

4. « Радиосвязь»под редакцией Головина О.В.  Москва, « Горячая линия – Телеком», 2003. – 320 с.

5. « Радиоприемные устройства.»под редакцией Головина О.В. Учебник. Москва, «Радио и связь”, 2002. – 384 с.

6. «Основы радиоэлектроники и связи.» под редакцией Нефедова В.И.  Москва, Высшая школа, 2005. – 510 с.

7. «Си – Би – Радиосвязь для всех.» под редакцией Щербакова В.М. Москва, «Горячая линия – Телеком», 2000. – 112 с.

8. Сервер Кубанских радиолюбителей http://www.cqham.ru/.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8280. Правовідносини. Види, зміст, об’єкти і суб’єкти правовідносин 47.5 KB
  Тема уроку. Правовідносини. Види, зміст, об’єкти і суб’єкти правовідносин. Мета: Актуалізувати знання ліцеїстів з питання правовідносини, поглибити їх з урахуванням вікових та індивідуальних особливостей учнів розвивати вміння аналізувати...
8281. Теорії виникнення держави. Історичні типи держав 48.5 KB
  Тема №. 2. Теорії виникнення держави. Історичні типи держав. Мета уроку: Ознайомлення учнів з теорією виникнення держави та історичними типами держав розвивати в учнів здатність застосовувати отримані знання на практиці виховання в ліцеїстів право...
8282. Перегляд воєнних договорів у двадцятих роках 44 KB
  Тема. Перегляд воєнних договорів у двадцятих роках. Мета: розглянути спроби повоєнного переділу світу у 20-х роках розвивати аналітичні вміння при вивченні всесвітньої історії виховувати в учнів зацікавленість до новітнього періоду всесвітньої іст...
8283. Радянсько-польська війна та її наслідки для України 66.5 KB
  Радянсько-польська війна та її наслідки для України Скориставшись слабкістю своїх сусідів на сході, польські війська на кінець 1919 р. окупували майже всю Білорусію, Західну Волинь. У квітні 1920 р. між представниками польського уряду та Петлюри бул...