Устройство приема радиосигналов (стр. 2 из 6)
В супергетеродинном приемнике СВЧ коэффициент усиления преселектора по мощности равен:
, гдеКР ВХ.Ц. = 0.5 - коэффициент передачи по мощности входной цепи;
КР УРЧ = 10 - коэффициент передачи по мощности УРЧ;
n = 4 - число каскадов УРЧ;
КР ПЧ = 0.1 - коэффициент передачи по мощности преобразователя частоты;
Найдем амплитуду напряжения промежуточной частоты на выходе преселектора (на входе УПЧ);
, где 
- входное сопротивление первого каскада;После определения коэффициента усиления преселектора определяется коэффициент усиления по напряжению УПЧ;
Для расчета УПЧ необходимо выбрать схему его построения, то есть, конкретизировать распределение усиления и избирательности внутри схемы. УПЧ разделяют на два типа: УПЧ с распределенной избирательностью и УПЧ с фильтрами сосредоточенной избирательности (ФСИ). Т.к. построение УПЧ с ФСИ имеет некоторые преимущества, то воспользуемся им.
Коэффициент усиления УПЧ записывается так:
, гдеКФСИ = 2 - коэффициент усиления каскада с ФСИ;
КОК = 5 - коэффициент усиления широкополосного каскада;
КО = 2 - коэффициент усиления оконечного слабоизбирательного каскада;
Теперь находим количество широкополосных каскадов:
3. Расчет входной цепи.
На СВЧ в качестве резонаторов используются цепи с распределенными параметрами, а именно, отрезки длинных линий. В диапазоне частот от 300 МГц до 4 ГГц применяются фильтры, состоящие из отрезков коаксиальных, полосковых и микрополосковых линий передач.
Проектирование фильтра преселектора начинается с выбора конструктивного исполнения его элементов (резонаторов). Критериями выбора типа резонатора могут служить габариты, потери, широкополосность, простота изготовления и т.д.
Фильтры на полосковых и микрополосковых отрезках линий имеют большие потери, но более технологичны и широкополосны, а также малогабаритны.
В длинноволновой части СВЧ диапазона целесообразнее применять четвертьволновые резонаторы как имеющие наименьшие габариты.
Рассчитаем полосовой фильтр преселектора приемника по следующим исходным данным [1]:
1. средняя частота настройки приемника f0=0,645ГГц;
2. полоса пропускания приемника Δf0=10МГц;
3. промежуточная частота fп=30МГц;
4. ослабление зеркального канала приемника Sзк=70дБ.
Считая , что L=70, n=4. Так Наш приемник состоит из Вх. цепи и УРЧ, то избирательность по зеркальному каналу поделим поровну м/у входной цепью и УРЧ по 35 дБ с запасом
N=2, g0=1 , g1=1,82 , g2=0.66, g3=2.65
ρA=ρB=50 Ом, YA=1/ρA=0.02 См, YA=YB=0.02 См.
На входе и выходе фильтр должен быть согласован с трактом с волноводным сопротивлением 50 Ом. Габариты фильтра должны быть минимальны.
1. Так как фильтр применяется в приемнике СВЧ, работающем в длинноволновой части дециметрового диапазона волн для сокращения габаритов фильтра используем для его построения четвертьволновые резонаторы и гребенчатую структуру.
2. Ввиду того, что требования к подавлению зеркального канала высокие выберем чебышевскую аппроксимацию характеристики затухания.
3. Зеркальный канал приемника расположен:
fз=f0±2·fп=(645±60)МГц
Полоса запирания фильтра равна:
ΔFз=4·fп=120МГц
4. В соответствии с заданием полоса пропускания приемника, определяемая фильтрами УПЧ равна Δf0=10МГц. Выберем полосу пропускания преселектора в несколько раз больше:
ΔF=8·Δf0=80МГц.
5. Находим отношение:
ΔFз/ΔF-1=0.5
Из графиков рис. 2.3 [1] находим, что для подавления зеркального канала, равного L=70дБ, фильтр преселектора должен состоять из n=3 звеньев (резонаторов) при пульсациях на вершине характеристики ΔL=1дБ. поделим заданную избирательность между входной цепью и УРЧ, т.е. 40 и 40 дБ соответственно. Тогда из графика изображенного на рис.4 находим, что n = 3.
Для реализации выберем микрополосковую несимметричную линию передачи на поликоре с εr=9.8.
6. Рассчитаем электрические характеристики фильтра при n=3.
Согласно заданию: ρA=ρB=50 Ом, YA=1/ρA=0.02 См, YA=YB=0.02 См.
Электрическую длину резонатора берем θ0=π/4.
Волновое сопротивление фильтра принимаем равным ρai=70 Ом.
Yai=1/ρai=0.014 См.
По формуле (6.6) определяем эффективную диэлектрическую постоянную:
εэф=1+q(εr-1)=1+0.62(9.8-1)=6.6,
где q=0.55..0.85.
Параметры прототипа находим из таблицы 2.2 [4]:
g0=1; g1=2.02; g2=0.99; g3=2.02; g4=1.
Из формулы (6.7) получаем:
Находим промежуточные параметры.
w=ΔF/f0=80/645=0.12
Yai/YA=0.014/0.02=0.7
Находим нормированные емкости на единицу длины по формулам:
Находим нормированные взаимные емкости между линиями по следующим формулам
Сосредоточенные емкости на концах линий находим по формуле:
7. Проведем расчет конструкторских параметров.
Зададимся поперечным размером фильтра b=10мм и t/b=0.01.
Расстояние Si+1 между полосками фильтра находим из графика рис 2.6 [1] и по рассчитанным взаимным емкостям Ci,i+1/ε:
S01/b=0.22; S12/b=0.55; S23/b=0.55; S34/b=0.22
S01=2.2мм; S12=5.5мм; S23=5.5мм; S34=2.2мм
Ширину полосок рассчитаем по следующим формулам:
S0=1,9мм; S1=0,6мм; S2=0.59мм; S3=0.64мм; S4=2.2мм
Найдем уточненное значение эффективной диэлектрической проницаемости по формуле (6.30)
,где h - высота подложки.
Получаем εэф=7.6
Найдем длину резонаторов:
8. Рассчитаем потери фильтра в полосе пропускания. Расчет произведем в следующем порядке.
Определим потери в проводниках по выражению :
,где b - поперечный размер резонатора, см, f - частота настройки фильтра, ГГц, α - находится из графика рис. 2.8 [1].
Qc=2000·1·0.78/2.54=614
Оценим потери в диэлектрике:
Qd=1/tgδ=10000
Определим добротность микрополосковой линии
Потери на излучение снижают добротность резонатора, поэтому для несимметричной микрополосковой линии добротность вычисляют по формуле
Qо=ηQ=0.7·578=405,
где η=0.5..0.7.
Затухание определяется из
d=1/Qо=1/405=2.4·10-3
Проведем расчет потерь по (6.38). В результате получим:
9. Эскиз фильтра приведен на рис.3
Рис. 3.
4.Усилитель радиочастоты.
Рассчитаем усилитель радиочастоты с центральной частотой f0=0.6ГГц на биполярном транзисторе КТ391.
Из таблицы 2.3 [5], где приведены S-параметры транзистора при токе коллектора Iк=5мА и напряжении коллектора Uк=5В, видно, что на данной частоте транзистор находится в области потенциальной устойчивости (ОПУ). Коэффициент устойчивости транзистора составляет Ку=0,5<1.
S-параметры транзистора: S11=0.377, S12=0.04, S21=7.149, S22=0.756,