Устройство приема радиосигналов

  Коэффициент усиления УПЧ записывается так:

, где

К_ФСИ = 2 - коэффициент усиления каскада с ФСИ;

К_ОК = 5 - коэффициент усиления широкополосного каскада;

К_О = 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 f_п=30МГц;
4. ослабление зеркального канала приемника S_зк=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

ρ_A=ρ_B=50 Ом, Y_A=1/ρ_A=0.02 См, Y_A=Y_B=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:

f_з=f₀±2·f_п=(645±60)МГц       

Полоса  запирания фильтра равна:

ΔF_з=4·f_п=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:

ΔF_з/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 ε_r=9.8.

6. Рассчитаем электрические характеристики фильтра при n=3.

Согласно  заданию: ρ_A=ρ_B=50 Ом, Y_A=1/ρ_A=0.02 См, Y_A=Y_B=0.02 См.

Электрическую длину резонатора берем θ₀=π/4.

Волновое  сопротивление фильтра принимаем  равным ρ_ai=70 Ом.

Y_ai=1/ρ_ai=0.014 См.        

По формуле (6.6) определяем эффективную диэлектрическую  постоянную:

ε_эф=1+q(ε_r-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      

Y_ai/Y_A=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  S_i+1 между полосками фильтра находим из графика рис 2.6 [1] и по рассчитанным взаимным емкостям C_i,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  ε_эф=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].

Q_c=2000·1·0.78/2.54=614       

Оценим  потери в диэлектрике:

Q_d=1/tgδ=10000        

Определим добротность микрополосковой линии

        

Потери  на излучение снижают добротность резонатора, поэтому для несимметричной микрополосковой линии добротность вычисляют по формуле

Q_о=ηQ=0.7·578=405,       

где η=0.5..0.7.

Затухание определяется из

d=1/Q_о=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 I_к=5мА и напряжении коллектора U_к=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,

                                                   Φ₁₁=-90.7,  Φ₁₂=58.8,  Φ₂₁=110, Φ₂₂=-21.3

          Коэффициент передачи номинальной мощности достигает  максимального значения в режиме двустороннего согласования активного элемента:

     . (7.2)

    Далее рассчитываем , для параллельного включения (рис. 2.16а)

для последовательного  включения (рис.2.16б)

где – коэффициент устойчивости транзистора, находящегося в ОПУ, – параметры транзистора на той частоте диапазона, где принимает наименьшее значение.

    Далее рассчитывают S-параметры четырехполюсника, состоящего из стабилизирующего резистора. Для параллельного  включения

    

    Затем рассчитывают новые S-параметры составного АЭ, состоящего из каскадно включенных транзистора и стабилизирующего резистора:

    

;

    :  S₁₁=0.377,  S₁₂=0.04, S₂₁=7.149, S₂₂=0.756,

      Φ₁₁=-90.7,  Φ₁₂=58.8,  Φ₂₁=110, Φ₂₂=-21.3 

где Д= =1.45

    В зависимости от требований к параметрам приемника усилитель может быть рассчитан в одном из двух режимов:

    – в режиме минимального коэффициента шума;

    – в режиме экстремального усиления.

    Режим минимального коэффициента шума рассмотрен, например, в [9]. Рассмотрим режим экстремального усиления.

    После расчета параметров усилителя по формулам 2.16-2.22 находят максимальный коэффициент усиления по мощности

    В (2.23) знак минус соответствует АЭ, находящемуся в ОБУ, знак плюс, находящемуся в ОПУ.

    Экстремальные режимы достигаются при двустороннем комплексном согласовании на входе и на выходе АЭ: