2. ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ПРИЕМА И ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ
Данные методические указания направлены на проектирование устройств передачи (УПд) и устройств приема (УПр) сигналов и содержат сведения, необходимые для проектирования устройств передачи сигналов различных видов модуляции, назначения и диапазонов частот, а также устройств приема сигналов профессиональной, мобильной, магистральной радиосвязи и систем радиовещания.
В процессе проектирования студент знакомится с соответствующими начальными этапами и этапом промышленного проектирования, с современной элементной базой и основами машинного проектирования.
Методические указания позволяют сократить затраты времени на проектирование. На стадиях эскизного проектирования УПр широко используется ЭВМ, что позволяет повысить качество проектирования, уменьшить время на разработку и стоимость проектирования.
2.1. Тематика курсовых проектов
2.1.1.Устройства передачи сигналов
1.Передатчик сигналов высочастотного диапазона.
2.Передатчик сигналов ультравысочастотного диапазона.
3.Передатчик магистральной радиосвязи.
4.Телевизионный передатчик сигналов звукового сопровождения.
5.Передатчик сигналов радиопомех.
Вопросы проектирования УПд различного назначения приведены в [1-11].
14
2.1.2.Устройства приема сигналов
1.Связной супергетеродинный приемник.
2.Радиоприемник мобильной радиосвязи.
3.Радиоприемник магистральной радиосвязи.
4.Приемник однополосных сигналов.
5.Супергетеродинный приемник АМ-4М сигналов.
6.Автомобильный приемник.
7.Поверочный расчет супергетеродинного приемника.
Вопросы проектирования УПр различного назначения приведены в [12-17].
15
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ПЕРЕДАЧИ
Проектирование устройств передачи выполняется в несколько этапов:
выбор и обоснование структурной схемы;
расчет структурной схемы;
электрический расчёт принципиальных схем функциональных узлов, образующих уточнённую структурную схему;
составление полной принципиальной схемы разработанного УПд.
3.1. Выбор и обоснование структурной схемы УПд
Разработка структурной схемы проектируемого УПд начинается с тщательного изучения технического задания (ТЗ). На этом этапе нужно, исходя из ТЗ и современного уровня техники сформулировать общее представление об основных функциональных узлах УПд. Обосновать тип возбудителя – типовой или специализированный в виде отдельного устройства или встроенного в передатчик. Если проектируемое устройство – радиостанция связи, то нужно определить, какие узлы передатчика будут общие с приемником. Затем следует принять решение о структуре выхода УПд: симметричный, несимметричный. После этого выбрать схемы предварительных каскадов усиления: резонансные, широкополосные. Обосновать степень автоматизации передатчика и провести выбор источников питания. Результатом работы на этом этапе должна стать ориентировочная структурная схема УПд, имеющая все необходимые функциональные узлы, число каскадов которой уточняется на следующем этапе проектирования. Оптимально собранная структурная схема может быть получена на основе рассмотрения различных видов типовых схем, приведенных в [1-8], схемы выбранного прототипа, в качестве которого выбирается промышленное УПд сигналов.
16
После выбора схемы необходимо обосновать требования к функциональным узлам этой схемы, выбрать тип усилителей и других функциональных узлов. Особенности формирования различных видов модуляции, схем используемых усилителей и автогенераторов изложены в [1-8].
При формировании заданного вида сигнала возможны различные варианты.
Наиболее просто реализовать амплитудную манипуляцию (АМ) [4]. Принцип формирования цифровой АМ изложен в [1, 3].
Частотная манипуляция (ЧМ) с фазовой манипуляцией (ФМ) широко используется в профессиональной радиосвязи
[4, 8].
В современных системах связи широко применяются и многоуровневые методы цифровой модуляции. При этом наиболее перспективными являются многоуровневая ФМ и квадратурно-амплитудная манипуляция (КАМ) [1, 2]. Их преимущество – большая помехоустойчивость, уменьшающая полосу частот, занимаемой каналом.
Существенное отличие устройства передачи СПЦС от аналогово состоит в структуре и функциях, выполняемы модулятором при формировании различных видов радиосигналов. При этом сигнал предварительно поступает в информационный блок, в котором преобразуется в импульснокодовую модуляцию, а затем передается в сигнальный процессор. В процессоре происходит выполнение операций кодирования, перемножения, пакетирования и шифрование [1].
Сформированная последовательность импульсов передается в последовательно-параллельный преобразователь, в котором формируется две последовательности квадратурных сигналов. Полученные последовательности импульсов поступают непосредственно на модулятор, в котором с помощью высокочастотного опорного колебания осуществляется операция перемножения, в результате которой формируется радиосигнал.
17
Высокочастотный тракт цифровых передатчиков радиосвязи также имеет свои особенности: более широкие полосы частот, высокие требования к подавлению внеполосных излучений и ряд других. Источник опорных колебаний такого устройства должен иметь высокую кратковременную нестабильность частоты [8].
При выборе структурной схемы телевизионного УПд необходимо также учесть, что получение малых нелинейных искажений тракта РЧ при больших уровнях мощности на выходе УМ (сотни ватт, единицы киловатт) представляет достаточно сложную и противоречивую задачу, решение которой может быть получено путем тщательного анализа возможных вариантов схемных решений, выбора элементной базы и конструктивных решений.
Возбудитель опорный генератор является источником высокочастотных колебаний, допустимая долговременная нестабильность несущей частоты которого определяется требованиями ГОСТ для различных видов радио излучений. Для реализации этих требований применяются автогенераторы со стабилизацией частоты: с применением кварцевых резонаторов, резонаторов на основе ПАВ и другие, поскольку LC-автогенераторы обеспечивают нестабильность частоты порядка 10-3... 10-4.
Обычно возбудители имеют небольшую выходную мощность (1... 10 мВт) и реализуются с использованием маломощных высокочастотных транзисторов, у которых паразитные параметры и инерционность проявляются незначительно. Малая мощность задающего автогенератора позволяет обеспечить и тепловой режим транзисторов и эталонного резонатора, при котором стабильность частоты достигается наибольшей.
Кварцевые автогенераторы чаще всего работают на частотах 10…20 МГц (основная частота) и на гармониках до 300 МГц. Автогенераторы на ПАВ резонаторах работают на более высоких частотах (до 1 ГГц и выше). Их достоинством является более высокий уровень мощности, малый уровень
18