Радиоприемное устройство для приема сигналов типа F3EH

критичность к изменению нагрузочных сопротивлений позволяет подключать их к базе транзисторов непосредственно;

постоянство ЧХ;

небольшие размеры, вес;

технологичность изготовления.

Определим ослабление на краях полосы пропускания σпу и избирательность по соседнему каналу σcу, которые должен обеспечить ТПЧ:

(2.45)

(2.46)

где σп и σс – ослабление и избирательность, заданная для ВЧ тракта приемника;

σпmax, σcmin – ослабление на краях полосы пропускания и избирательность по соседнему каналу ТПЧ в наихудших точках всех поддиапазонов приемника.

Поскольку фильтр ФП1П-049Б обеспечивает избирательность 26дБ, то для получения требуемой селекции СК будем использовать 3 таких фильтра. Общая избирательность 72 дБ. Недостающие 16 дБ способны дать широкополосные колебательные контура согласующие преобразователь частоты и ПКФ, УПЧ и ПКФ.

Определяем требования по избирательности σсш и ослабление на краях полосы пропускания σпш для широкополосного контура

(2.47)

(2.48)

где σфп=4дБ – ослабление на краях полосы пропускания ПКФ;

σфс=72дБ – избирательность по соседнему каналу обеспечиваемая ПКФ.

Допустимая добротность контуров обеспечивающая заданное ослабление на краях полосы пропускания

(2.49)

Необходимая добротность

(2.50)

Возможную эквивалентную добротность определим по формуле (2.30), приняв Qk=75, Ψ=0.17

Эквивалентную добротность контура принимаем равной Qэквmax=50 (чтобы выполнялось условие ).

Находим вспомогательные коэффициенты

(2.52)

(2.53)

Избирательность по соседнему каналу

(2.54)

Ослабление на краях полосы пропускания

(2.55)

Ослабление на краях полосы пропускания ВЧ тракта приемника

(2.56)

Избирательность по соседнему каналу

(2.57)

2.8 Выбор числа и типов усилительных каскадов

Определим требования к коэффициенту шума первого усилительного каскада преселектора, остальными мы пренебрегаем виду малого оказываемого ими влияния.

(2.58)

где - входное отношение сигнал помеха, его нужно иметь таким для обеспечения работы частотного детектора в надпороговом режиме и получения выигрыша;

Е – реальная чувствительность заданная в единицах напряженности вТЗ;

К=1.38·10-23 Дж/град – постоянная Больцмана;

Пш»1.1·П=225.5кГц – шумовая полоса линейного тракта;

Т0=293 К – стандартная температура приемника;

RA»50 Om;

EП=1мкВ/м – средний уровень помех днем;

Из справочника по графикам для КТ399 находим Кш@ 0.1(дБ)=1.012.

Требуемое усиление линейного тракта находим как

(2.59)

где Uупч=0.1 В, напряжение на выходе последнего каскада УПЧ;

Еа=25мкВ/м – заданная по ТЗ чувствительность;

hд – действующая высота антенны, находится по формуле для несимметричного вибратора

(2.60)

где l=4.68 м – длинна волны сигнала;

l=1 м – длинна телескопической антенны.

Поскольку коэффициент усиления каскада, с точки зрения устойчивой работы, не может быть больше устойчивого коэффициента усиления, то коэффициент усиления каскада примем равным устойчивому коэффициенту усиления на максимальной рабочей частоте.

При использовании транзистора КТ399, он нам подходит по коэффициенту шума, в УРЧ его коэффициент усиления составит

(2.61)

где S – крутизна ВАХ, мА/В;

f’max – максимальная рабочая частота, МГц;

Ск – емкость перехода коллектор-база, пФ.

Коэффициент усиления ПЧ рассчитываем по (2.61).

Для каскада УПЧ коэффициент усиления так же рассчитываем по (2.61).

Общее усиление до детектора

(2.62)

где Квц=0.5 – коэффициент передачи входной цепи;

nурч=1, nупч=3 – количество каскадов в УРЧ и УПЧ соответственно, для начала зададимся приведенными цифрами.

Поскольку К0min<Kобщ, то расчет произведен верно и принимается схема с одним УРЧ и тремя УПЧ.

Коэффициент усиления выбран с запасом по следующим причинам:

Уменьшение коэффициента усиления в результате старения элементов;

В предварительном расчете не учитывались затухания вносимые избирательными системами, стоящими в тракте ПЧ;

Уменьшения напряжения источника питания питания в результате эксплуатации;

Необходимость учесть расстройку контуров.

2.9 Анализ предварительного расчета

На основании предварительного расчета составляем структурную схему рис.2.2. Результаты расчета сведены в таб.3, там же приведены параметры которые должен обеспечить приемник.

Параметр	Заданный в задании	Полученный в результате расчета
Чувствительность мкВ/м	25
Избира-тельность	СК	50	69.72
	ЗК	90	90.51
	ПЧ		92.17
Диапаз. приним. частот		65.8 – 108
Количество каскадов	УРЧ		1
	УПЧ		3
	Охв. АРУ		3

Таб3.

Рис2.2.

3. Электрический расчет.

3.1 Расчет одноконтурной входной цепи в режиме удлинения

Принципиальная схема приведена на рис3.1.

Рис3.1.

Особенностью данной схемы является встречно-последовательное включение варикапов 2В105А и применение в качестве коммутирующего элемента p-i-n диода типа 2А510.

Параметры варикапа приведены в таблице 3.1.

Тип варикапа	Сmax пФ	Сmin пФ	Qv
2В105А	600	400	500

Таб.3.1

За счет встречно-последовательного включения средняя емкость варикапов изменяется значительно меньше, чем при использовании одного варикапа, к тому же обеспечивается компенсация четных гармоник.

С помощью p-i-n диода происходит подключение конденсатора С2, который обеспечивает переключение диапазона частот.

Схема работает в режиме удлинения, это обеспечивается путем подключения параллельно Lсв “удлиняющей емкости”, в нашем случае это паразитная емкость антенны. При этом обеспечивается более равномерный коэффициент передачи по диапазону.

Находим минимальную емкость контура

(3.1)

где Сmin – минимальная емкость варикапа;

Сm=8 пФ – емкость монтажа;

C1=2 пФ – межвитковая емкость катушки;

Cвхсл=11.8 пФ – входная емкость следующего каскада;

м=0.5 – коэффициент включения первого усилительного каскада в контур.

При последовательном включении варикапов общую емкость находим как

(3.2)

(3.3)

Найдем для проверки выполнения условий предварительного расчета коэффициент перекрытия диапазона

(3.4)

По формуле 3.1 получим

Индуктивность контура

(3.5)

где f0max=108 МГц – максимальная частота принимаемого сигнала;

Частота антенного контура

(3.6)

где Кудл=0.5 – коэффициент удлинения;

f0min=65.8 МГц – минимальная частота принимаемого сигнала.

Индуктивность катушки связи

(3.7)

где Са=28пФ – емкость антенны.

Далее расчет будем вести для шести частот (65.8, 69.4, 72.5, 89, 98, 108), результаты сведем в таблицу 3.2.

Находим емкость контура необходимую для настройки на приведенные частоты.

(3.8)

Величину емкости С2 найдем как (472.7-213)пФ=259.7пФ.

Конденсатора такой емкости нет, для получения необходимой емкости соединяем параллельно конденсаторы 240 и 20пФ.

Трансформирующий множитель

(3.9)

Сопротивление потерь катушки связи

(3.10)

где QL1=30 – добротность катушки связи.

Сопротивление потерь антенной цепи

(3.11)

где Rа=73 Ом – сопротивление антенны.

Волновое сопротивление контура

(3.12)

Сопротивление потерь контура

(3.13)

где Qкк=150 – конструктивная добротность контура

Показатель связи антенны с контуром

(3.14)

Коэффициент расширения полосы пропускания

(3.15)

Эквивалентная добротность контура

(3.16)

Коэффициент передачи входной цепи

(3.17)

Избирательность по зеркальному каналу

(3.18)

где - абсолютная растройка;

- частота зеркального канала.

Избирательность по каналу прямого прохождения

(3.19)

Недостающую избирательность по зеркальному каналу обеспечит УРЧ.

F МГц	65.8	69.4	72.5	89	98	108
Cк пФ	573.8	515.9	472.7	313	258.7	213
аа	0.01	0.01	0.0097	0.009	0.0087	0.0085
RL1 Ом	11.3	11.9	12.52	15.37	16.93	18.05
Rац Ом	84.3	84.9	85.52	88.37	89.93	91.65
r Ом	4.21	4.44	4.63	5.69	6.27	6.91
Rk Ом	0.036	0.038	0.04	0.049	0.054	0.06
Аа	4.02	4.49	4.9	6.88	7.86	8.89
Da	1.24	1.22	1.204	1.145	1.127	1.112
Qэ	92.47	94.4	95.82	100.74	102.36	103.71
К0	0.479	0.474	0.469	0.454	0.449	0.445
Sзк дБ	37.45	37.05	36.7	34.98	34.145	33.29
Sпч дБ	54.85	55.53	56.05	58.33	59.33	60.31

Таб 3.2

3.2 Расчет усилителя радиочастоты

принципиальная схема приведена на рис3.2.

Рис3.2. Принципиальная схема УРЧ

Комбинированная связь позволяет выровнять коэффициент передачи в пределах поддиапазона.

В контуре УРЧ так же применяем встречно-последовательное соединение варикапов. Как и в предыдущем случае Сvmin=200пФ, Сvmax=300пФ.

Находим минимальную емкость контура

(3.20)

где м1, м2 – коэффициенты включения предыдущего и последующего каскадов в контур соответственно м1=м2=0.23;

Спосл=11пФ – входная емкость преобразователя частоты;

Спред=2.79пФ – выходная емкость УРЧ;

С6=5.1пФ – добавочная емкость, служащая для выравнивания величин катушек индукцивности контуров ВЦ и УРЧ;

См=8пФ – емкость монтажа.

Индуктивность контура

(3.21)

Находим собственную частоту коллекторной цепи

(3.22)

где n=2 – коэффициент удлинения.

Определяем индуктивность катушки связи

(3.23)

Значение С3 выбираем так, чтобы индуктивности L1, одного порядка с L2, С3=1нФ.

Найдем емкость контура необходимую для настройки УРЧ на частоты приведенные в таб 3.2. Так же как и в предыдущем пункте, результаты расчетов сведем в таб 3.3

(3.24)

Величину емкости С8 найдем как 476.7-214.8=261.9 пФ.

Поскольку конденсатора такой величины нет, то для получения необходимой емкости соединяем параллельно конденсаторы 240 и 20 пФ.

Параметр связи р0 выбираем из следующих условий:

Обеспечение устойчивой работы каскада;

Увеличение затухания колебательного контура не более чем на 25%;

Смещение настройки контура не более чем на половину полосы пропускания;

Обеспечение требуемого коэффициента усиления.

Согласно первому условию параметр связи:

(3.25)

где Gпосл=0.96мСм – входная проводимость преобразователя частоты;

Cпр=1.7пФ – проходная емкость транзистора;

Согласно второму условию

(3.26)

где Gкэ=43.7мСм – внутренняя проводимость транзистора;

Поскольку коэффициенты включения малы, а необходимое изменение емкости контура, нужное для перестройки по частоте, значительно больше возможного значения входных и выходных емкостей транзисторов, то третье условие можно опустить.

Согласно четвертому условию

(3.27)

где Gпред=57.6мкСм – выходная проводимость УРЧ;

к0=5.38 – требуемый от УРЧ коэффициент усиления.

Из всех полученных значений выбираем наименьшее, р0=0.216.

Находим проводимость нагрузки

(3.28)

Рассчитываем коэффициент взаимоиндукции М и емкость связи С5, обеспечивающие постоянства коэффициента усиления на крайних частотах поддиапазона.

Вспомогательные коэффициенты

(3.29)

где Gнmax, Gнmin – проводимость нагрузки в конце и в начале поддиапазона соответсвенно.

(3.30)

(3.31)

где f – значение частоты, при которой определено значение параметра р.

(3.32)

Принимаем С5=300пФ.

Находим коэффициент связи

(3.33)

Коэффициент усиления по напряжению

(3.34)

Устойчивый коэффициент усиления транзистора по схеме с ОЭ

(3.35)

В любой точке поддиапазона, для предотвращения самовозбуждения, коэффициент устойчивого усиления должен быть больше коэффициента усиления, обеспечиваемого УК, проверим выполнение этого условия на верхней частоте диапазона

Условие выполняется следовательно усилитель будет работать устойчиво.

Находим эквивалентную добротность контура

(3.36)

Рассчитываем избирательность усилителя.

Для одноконтурного усилителя величину избирательности можно определить по следующей формуле