Основные стадии проектирования

Согласно ЕСКД проектирование включает в себя составление технического задания, технического предложения, эскизного и технического проектов.

Техническое задание (ТЗ) составляется на стадии проектирования связной или радиолокационной системы в целом. При учебном проектировании оно задается преподавателем. В ТЗ содержатся общие характеристики приемного устройства, характеристики принимаемых сигналов и помех, электрические характеристики приемника, конструктивные и эксплуатационные требования.

На стадии технического предложения выполняют анализ ТЗ, осуществляют подбор необходимой литературы, приводят и сравнивают различные варианты структурных схем радиоприемного устройства. При учебном проектировании техническое предложение завершается представлением черновых материалов преподавателю.

На стадии эскизного проектирования выбирают и обосновывают функциональную схему радиоприемного устройства, составляют принципиальную схему и производят ее расчет, разрабатывают конструкции отдельных узлов и всего радиоприемного устройства. При учебном проектировании эту стадию целесообразно разделить на два этапа: этап эскизного и этап рабочего проектирования. Первый этап относится к составлению и расчету структурной схемы, второй – к составлению и расчету принципиальной схемы. Стадия эскизного проектирования завершается разработкой конструкции.

При создании технического проекта составляют рабочие чертежи деталей, узлов и самого приемника, приводят методику настройки и регулировки, климатических и механических испытаний, а также контроля параметров, составляют техническую документацию, содержащую технический паспорт, описание и инструкцию по эксплуатации радиоприемного устройства.

 

Основные типы радиоприемных устройств

Назначение приемника во многом определяет технические решения, выбираемые при проектировании, поэтому в рамках учебного проектирования, при анализе ТЗ, необходимо ознакомиться с решениями, применяемыми в типовых приемниках определенного назначения.

Радиовещательные приемники

Основное назначение радиовещательных приемников – высококачественное воспроизведение музыкальных и речевых передач.

Радиовещательный прием осуществляется в километровом (150…300 кГц), гектометровом (300…1800 кГц), и метровом (66…108 МГц) диапазонах радиочастот. Для звукового вещания выделены определенные области частот, которые традиционно характеризуют как диапазоны длинных волн ДВ, средних волн СВ, коротких волн КВ и ультракоротких волн УКВ. Коротковолновый диапазон разбивается на ряд поддиапазонов, расположенных вблизи волн с длиной 75, 49, 41, 31, 25, 19, 16, 13 и 11 метров.

В зависимости от условий эксплуатации радиоприемные устройства подразделяются на стационарные, переносные, автомобильные и миниатюрные. По электроакустическим параметрам и по комплексу потребительских удобств они делятся на четыре группы сложности: 0, 1, 2 и 3.

Аналоговые сигналы звукового вещания имеют следующие виды модуляции: АМ, ЧМ, ЧМ-стерео и АМ-стерео. В некоторых странах наряду с аналоговыми используются цифровые сигналы. В России Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) приняла решение об организации в ряде регионов опытных зон экспериментального цифрового звукового радиовещания стандарта DRM в диапазоне 3,95 – 26,1 МГц. DRM позволяет вести вещание с качеством, сравнимым с ЧМ, используя частоты ниже 30 МГц (это позволяет увеличить дальность распространения сигнала). Использование диапазона УКВ рассматривается в рамках стандарта DRM+. Стандарт DRM предполагает использование части старой аппаратуры вещания, в частности антенн, для снижения затрат. Вещание в формате DRM устойчиво к эффектам затухания и интерференции сигнала, которым подвержено обычное вещание.

Приемники радиосигналов должны иметь достаточно высокие качественные показатели, обладая приемлемой стоимостью. Они должны также иметь простое управление и отличаться высокой надежностью, так как эксплуатируются неквалифицированными пользователями.

Для измерения чувствительности АМ-приемников используется модулированный гармоническим колебанием сигнал с глубиной модуляции несущей m = 0,3 и частотой модуляции F = 400 или 1000 Гц. Стандартную выходную мощность принимают равной 50 мВт для приемников с выходной мощностью больше 150 мВт и 5 мВт для приемников с выходной мощностью не превышающей 150 мВт. Требуемое отношение сигнал/шум на выходе приемника составляет 20 дБ.

Для ЧМ-приемников УКВ-диапазона в качестве испытательных используют сигналы с девиацией частоты 15 кГц (при пиковой девиации 50 кГц, которая принимается в диапазоне частот 64…74 МГц) или 22,5 кГц (при пиковой девиации 75 кГц, которая принимается в диапазоне частот 88…108 МГц). Отношение сигнал/шум на выходе приемника должно быть не менее 26 дБ.

Для характеристики односигнальной (линейной) селективности используют следующие параметры:

Селективность по соседнему каналу. Частота соседнего канала отличается от частоты настройки в диапазонах АМ на ±9 кГц (в Европе) или ±10 кГц (в США и Японии), а в диапазонах ЧМ на ±180 кГц или ±300 кГц.

Селективность по зеркальному каналу. Частота зеркального канала выше частоты настройки на удвоенное значение промежуточной частоты (при верхней настройке гетеродина).

Селективность по промежуточной частоте.

Селективность по дополнительным каналам приема, образованным взаимодействием гармоник частоты сигнала и частоты гетеродина. Наиболее опасные из них располагаются между соседним и зеркальным каналами приема.

Ширина спектра принимаемого сигнала в случае АМ равна удвоенной верхней частоте модуляции, в случае ЧМ она составляет 180 кГц в отечественном УКВ-диапазоне и 250 кГц в зарубежном FM-диапазоне.

Современные радиовещательные приемники, как правило, строятся по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты. Прямое усиление используется лишь в миниатюрных переносных приемниках с низкими показателями качества, а двукратное – в дорогих приемниках, приближающихся по показателям к профессиональным.

Ключевая особенность приемников прямого преобразования – отсутствие зеркального и прямого канала приема. Поэтому приемники прямого преобразования могут не содержать высокоизбирательных входных цепей, а все остальные узлы и блоки можно упаковать в одну микросхему без существенного количества навесных элементов. Именно такие дешевые миниатюрные приемники встраивают в многофункциональные гаджеты типа сотовых телефонов.

Станции, работающие в ДВ и СВ-диапазонах, принимаются на встроенную ферритовую (магнитную) антенну. Программы КВ и УКВ-диапазона принимаются на штыревую (телескопическую) антенну. В приемнике может быть предусмотрена работа и от внешней антенны.

В качестве примера на рис. 2.1 приведен вариант структурной схемы супергетеродинного радиовещательного приемника ЧМ-стереосигналов при однократном преобразовании частоты.

Рис. 2.1. Пример структурной схемы радиоприемного тракта вещательного приемника:
ВЦ – входная цепь, УРЧ – усилитель радиочастоты, См – смеситель, Г – гетеродин, УПЧ – усилитель промежуточной частоты, ЧД – частотный детектор, СтД – стереодекодер, УНЧ – усилитель низкой частоты, АРУ – автоматическая регулировка усиления, АПЧ – автоматическая подстройка частоты, БшН – бесшумная настройка, ССН – схема слежения за настройкой

 

Сигнал от антенны поступает на входную цепь ВЦ, представляющую собой узкополосный фильтр, и далее на усилитель радиочастоты УРЧ. После преобразования частоты в смесителе См сигнал усиливается в усилителе промежуточной частоты УПЧ и направляется в частотный детектор. При стереофоническом вещании разделение сигналов левого (Л) и правого (П) каналов происходит в стереодекодере СтД, звуковые сигналы с которого поступают в усилители низких (звуковых) частот. Автоматическая подстройка частоты АПЧ обеспечивает точность и стабильность настройки на станцию. Автоматическая регулировка усиления АРУ обеспечивает стабильность уровня сигнала на входе детектора. Паразитная амплитудная модуляция устраняется за счет применения схемы частотного детектора, нечувствительной к ней. Для удобства слушателя вводятся дополнительные схемы: схема бесшумной настройки БшН и схема слежения за настройкой ССН, со стереодекодера выдаётся сигнал индикации «стерео-режима».

При приеме АМ-сигналов промежуточная частота, как правило, выбирается из стандартного ряда частот: 455, 465 кГц для АМ и узкополосной ЧМ, 10,7 МГц при приеме широкополосных ЧМ-сигналов. В стереовещании для передачи так называемого комплексного стереосигнала используются более широкополосные сигналы с полярной модуляцией (стандарт OIRT) и с пилот-тоном (стандарт CCIR).

Для современных радиовещательных приемников наиболее характерны следующие особенности: улучшение основных показателей качества, отказ от механических и электромеханических узлов и деталей, применение цифровых систем управления, синтезаторов частот и микропроцессоров, а также миниатюризация и повышение требований к дизайну.

Улучшение показателей качества осуществляется за счет применения современной элементной базы и схемотехники. Существует большое число транзисторов, устойчиво работающих на высоких частотах, имеющих большие коэффициенты усиления, малые собственные шумы, хорошую линейность характеристик. Применяются электронные системы настройки с помощью варикапов и всевозможные устройства подавления помех. Выпускается широкая номенклатура специализированных интегральных микросхем и больших интегральных микросхем, на которых выполняются любые блоки радиоприемного устройства и даже практически весь тракт приемника.

Бытовой радиоприемник должен иметь хорошие эргономические характеристики и удовлетворять требованиям художественной эстетики.