В настоящее время большинство радиолюбителей заинтересовано в развитии ЦРВ (цифрового радиовещания). Учитывая большой интерес радиолюбителей к затронутой проблеме, необходимо познакомить их с положением дел в областях ЦРВ – цифрового радиовещания и у нас в стране, и за рубежом.

Очевидно, что в настоящее время коренное революционное изменение системы радиовещания может быть связано только с использованием цифровых методов обработки сигнала. Во всех звеньях тракта вещания, в том числе и в эфирном звене. Помимо улучшения качества передачи и приёма сигнала, применение цифровых методов позволяет предоставить слушателям дополнительные услуги в виде различного рода сервисной информации, видового сопровождения звуковых программ в форме неподвижных изображений, мультипликаций, таблиц, графиков и т. д.

За последние 10-15 лет как в России, так и за рубежом проведены многочисленные исследования и оптимально проведены опытно-конструкторские работы, в ходе которых были созданы и испытаны несколько вариантов различных систем ЦРВ.

За рубежом наиболее интенсивные исследования по созданию новых систем ЦРВ велись во Франции, Германии, Нидерландах, США и Японии. В начале 1986 года состоялось заседание представителей немецкой, французской и нидерландской электронной промышленности и ряда исследовательских центров с целью подготовки Европейского проекта исследований и разработки в области ЦРВ. В том числе, в этом же году он был принят и утверждён на конференции министров связи и почт в Стокгольме и получил название «Проект Эврика-147». Реализовать проект планировалось в течение четырёх лет (1987-1991). Общая стоимость работ оценивалась предварительно в 55 млн. USD.

К настоящему времени «Проект Эврика-147» при значительном превышении стоимости работ завершён. Европейским институтом стандартизации систем телекоммуникаций принят официальный для Европы стандарт ETS 300401 на предусмотренную проектом систему ЦРВ, получившую название DAB.

Многочисленные испытания система DAB в различных странах Европы и Северной Америки подтвердили её хорошие качественные характеристики при высокой эффективности использования занимаемого её спектра и надёжности в работе.

Вместе с тем в ходе разработки отдельных вариантом систем ЦРВ выявились некоторые сложности, связанные с их организацией и внедрением.

Например, полный сигнал наземной системы ЦРВ Т-DАВ занимает полосу частот 1,5 МГц. Такая широкополосность сигнала Т-DAB обеспечивает высокие качественные характеристики, но создаёт значительные проблемы при её реализации. Дело в том, что наиболее пригодный для передачи сигналов системы T-DAB диапазон 30…1000 МГц занят сегодня важнейшими радиосистемами обороны, службой подвижных радиостанций, а также системами телевизионного и радиовещания. Так, например, в европейских странах 40% этого диапазона выделено телевизионным и радиовещательным станциям, 30% – системам связи обороны и около 20% – службе сухопутных подвижных радиостанций. Остальная часть поделена между навигационными, морскими, спутниковыми, радиоастрономическими и любительскими радиостанциями.

Таким образом, внедрение системы ЦРВ T-DAB возможно только за счёт интересов этих служб, причём, использование для неё частотных полос, занятых вещательными радиостанциями, приведёт, кроме того, к необходимости коренной перестройки организационной и экономической структуры звукового радиовещания.

Все эти обстоятельства заставили администрации и радиовещательные организации многих стран, и, в первую очередь, США, попытаться найти такой путь внедрения ЦРВ, который бы позволил не разрушать уже существующую систему радиовещания.

В итоге ещё в 1991 году ряд компаний США выступил с предложением разработать систему ЦРВ, способную работать совместно с существующей системой АМ и ЧМ. Первоначально появилась идея создания системы ЦРВ, использующей полосу соседнего с плановым аналоговым АМ и ЧМ радиовещательным каналом (система IBAC DAB). Позднее начали исследоваться системы, работа которых возможна в полосе совмещённого канала (система IBOC DAB), то есть одна и та же полоса частот использовались бы дважды: один раз – для передачи аналогового вещательного сигнала, а другой – для цифрового. К настоящему времени в США разработаны три системы IBOC DAB, предназначенные для работы в полосе ЧМ (88…108 МГц) и АМ-радиовещания.

В 1995 году специалисты радиосвязи США представили последние данные об основных параметрах полосных ЦРВ систем в совмещённом канале (IBOC DAB) и их сравнение с системой DAB.

Система ЦРВ АМ IBOC DAB, предназначенная для радиовещательных диапазонов, где традиционно используется амплитудная модуляция, гарантирует передачу стереопрограмм с качеством, близким к качеству звучания CD. При этом используется радиопередатчик с амплитудной модуляцией, и передача ведётся в одном канале с такой же аналоговой монофонической программой.

Для использования в диапазонах УКВ-ЧМ радиовещания в США

разработаны системы FM IBOC A и FM IBOC B. Система может работать в однополосном и двухполосном режимах передачи. Однополосный режим применяется в том случае, когда на соседнем канале работает близко расположенная аналоговая радиостанция. В двухполосном режиме цифровой сигнал передаётся в полосах 70 кГц с каждой стороны от несущей частоты аналогового радиопередатчика, а в однополосном – в полосе 80 кГц. Уровень цифрового сигнала на 14 дБ ниже уровня аналогового, и спектр его частот отдалён от несущей частоты аналогового передатчика более чем на 100 кГц.

По некоторым прогнозам, в недалёком будущем внедрение ЦРВ создаст огромный мировой рынок бытовой приёмной аппаратуры, который потребует 2000 миллионов стационарных, портативных и автомобильных приёмников (500 миллионов приёмников только для Европы).

К сожалению, наша страна заметно отстала в развитии цифрового радиовещания от стран Запада. Но в настоящее время в России ведутся работы по усовершенствованию аналогового радиовещания.

К представителям аналогового радиовещания можно отнести двухдиапазонный переносной УКВ ЧМ приёмник на аналоговой микросхеме КХА 058, который я представил в данном курсовом проекте.

1 Постановка задачи

В данном курсовом проекте необходимо разработать схему электрическую принципиальную двухдиапазонного переносного УКВ приёмника на двух интегральных микросхемах.

Также необходимо разработать печатную плату и рассмотреть принципы настройки приёмника. Описание его работы и методика выбора отдельных функциональных узлов.

Двухдиапазонный переносной УКВ приёмник должен обладать следующими техническими характеристиками:

- Диапазон принимаемых частот:

- УКВ 1, МГц.                                                                                  65,8…74;

- УКВ 2, МГц.                                                                                   88…108;

- Реальная чувствительность, мкВ.                                                          10;

- Селективность по зеркальному каналу, дБ.                                          40;

- Максимальная выходная мощность УЗЧ, Вт.                                        2;

- Диапазон частот, воспроизводимых УЗЧ, Гц.                        63…20000;

- Напряжение питания, В.                                                                           9;

- Потребляемый ток при средней громкости, мА.                                  50;

2  Электрическая часть

2.1 Разработка структурной схемы

Для реализации поставленной задачи курсового проекта мною предложена следующая структурная схема супергетеродинного УКВ приёмника, которая содержит в себе следующие блоки (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурная схема супергетеродинного УКВ приёмника.

1.     ВЦ – входная цепь

2.     УРЧ – усилитель радиочастоты

3.     ПЧ – Преобразователь частоты

3.1    С – Смеситель

3.2    Г – Гетеродин

4.     УПЧ – усилитель промежуточной частоты

5.     Д – детектор

6.     БН – блок настройки

7.     УНЧ – Усилитель низкой частоты

8.     ВУ – воспроизводящее устройство

9.     БП – Блок питания

Входная цепь предназначена для выделения заданного сигнала высокой частоты из всех сигналов, поступающих из антенны, при этом заметно ослабляются сигналы других станций и различных помех. Во входной цепи осуществляется предварительная начальная избирательность приёмника.

Усилитель радиочастоты производит усиление выделенного колебания высокой частоты и ослабление других сигналов и помех. То есть, усилитель радиочастоты обеспечивает избирательность приёмника. Усилитель радиочастоты должен обеспечить оптимальный уровень сигнала для детектора.

Преобразователь частоты предназначен для преобразования сигнала высокой частоты, усиленного усилителем радиочастоты в колебания промежуточной частоты. Для преобразования частоты требуется вспомогательное напряжение. Для получения этого напряжения используется маломощный генератор гармонических колебаний – гетеродин, который является составной частью преобразователя частоты. При совместном действии напряжения сигнала и напряжения гетеродина в смесителе образуется сложное колебание – биение, из которого контуру выделяется разностная частота.

Усилитель промежуточной частоты производит усиление разностной частоты, преобразованной преобразователем частоты, при этом увеличивается чувствительность и избирательность.

Детектор осуществляет преобразование выделенных модулированных колебаний в низкочастотный сигнал.

Блок настройки предназначен для подстройки опорной частоты гетеродина, тем самым, осуществляя настройку на нужную частоту диапазона.

Усилитель низкой частоты необходим для усиления по мощности сигнала для лучшей работы воспроизводящего устройства, при этом усилитель низкой частоты не должен искажать формы сигнала, если это специально не предусмотрено.

Воспроизводящее устройство предназначено для воспроизведения сигнала звуковой частоты, усиленного усилителем низкой частоты.

2.2 Разработка отдельных узлов

2.2.1 Входная цепь

Антенна – это неотъемлемая часть радиоприёмного устройства, предназначенная для приёма радиоволн путём преобразования колебаний электромагнитного поля в токи высокой частоты. Она оказывает значительное влияние на свойства входной цепи. Существует множество типов приёмных антенн, которые зависят от назначения приёмника и того диапазона волн, в котором он работает. Геометрические размеры антенны связаны с длиной волны, которую принимает приёмник. Для эффективной работы необходимо, чтобы её размеры были соизмеримы с половиной или, хотя бы, с чётвертью длины волны.

Так как разрабатываемый мною приёмник работает в диапазоне ультракоротких волн, то я посчитал целесообразным применить в приёмнике одноштыревую телескопическую антенну. Основное преимущество такой антенны – простота конструкции.

На рисунках 2 и 3 приведены схемы входных цепей с штыревой антенны.

Рисунок 2 – Входная цепь с штыревой антенной

Для разрабатываемого мною радиоприёмного устройства я применил схему входной цепи, которая состоит из самой антенны и конденсатора, который одновременно является и конденсатором связи с УРЧ (рисунок 2). Для уменьшения влияния антенны на контур, конденсатор связи выбирают достаточно малым (единицы-десятки пФ).

Рисунок 3 – Схема входной цепи при автотрансформаторной связи

На рисунке 3 показана схема входной цепи при автотрансформаторной связи антенны с контуром.

Автотрансформаторное включение позволяет эффективно осуществить согласование антенны со входом первого каскада.

В схеме входной цепи присутствует варикапная сборка, к центральному выводу которой через резистор R1 поступает сигнал с ПЧ, при помощи которого производится начальная подстройка ВЦ на заданную частоту, в результате чего улучшаются свойства ВЦ и приёмника в целом.

Преимуществом автотрансформаторной связи является малая зависимость коэффициента передачи от частоты.

2.2.2Усилитель радиочастоты

Усилитель радиочастоты – это устройство, предназначенное для усиления сигналов по напряжению или по мощности на несущей частоте без существенных изменений спектра принимаемых сигналов.

Различают резонансные усилители радиочастоты, в которых в качестве нагрузки служат одиночные или связанные системы контуров, и апериодические, нагрузкой которых являются резисторы.

Также бывают УРЧ однокаскадные и многокаскадные. Мой УРЧ собран по однокаскадной схеме на одном транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером. Что приводит к более упрощённой схеме по сравнению с многокаскадными, это не приводит к сильным изменениям основных параметров усилителя.

Благодаря своеобразному включению резистора R1, который играет роль обратной связи, производится автоматическая регулировка усиления в моём УРЧ (рисунок 4). Конденсатор С2 – разделительный, исключает прохождение постоянной составляющей в последующие каскады.

Рисунок 4 – Однокаскадный транзисторный усилитель, схема с общим эмиттером.

Схемы с общим эмиттером обладают следующими достоинствами:

1.     Большое входное сопротивление и малое выходное. Это позволяет создавать многокаскадные УРЧ, так как не шунтируется сопротивление нагрузки предыдущего каскада из-за большого входного сопротивления УРЧ.

2.     Схемы обладают большими значениями коэффициента усиления по напряжению и по току.

Существенным недостатком схем УРЧ с общим эмиттером является то, что они имеют ограниченное действие по частоте, так как возникновение паразитных связей приводит к самовозбуждению.

Различают также УРЧ, включённые по схеме с общей базой (рисунок 5).

Рисунок 5 – Однокаскадный транзисторный усилитель, схема с общей базой.

Схема с общей базой используется в основном в усилителях высокой частоты. Эта схема УРЧ имеет достаточно высокую граничную частоту.

Но, в отличие от УРЧ, собранного по схеме с общим эмиттером, такая схема не позволяет использовать большое сопротивление нагрузки в предыдущем каскаде, так как входное сопротивление данного каскада включено параллельно сопротивлению нагрузки предыдущего и оказывает на него шунтирующее влияние. Это является существенным недостатком УРЧ с общей базой.

Существуют также каскадные схемы УРЧ, в которых сочетаются произвольные включения схем с общей базой и общим эмиттером (рисунок 6).

Рисунок 6 – Сочетание схем транзисторных усилителей, включенных по схеме с общей базой и с общим эмиттером.

Сочетание различных схем включения транзисторов в одном каскаде УРЧ улучшает его характеристика.

Транзистор VT1 включён по схеме с общим эмиттером, VT2 – с общей базой. Преимуществом такой схемы УРЧ является то, что она применяется во всех диапазонах, включая УКВ.

2.2.3      Преобразователь частоты

Преобразование сигналов радиочастот в сигнал промежуточной частоты осуществляется в частотно-преобразовательных каскадах ПЗВ. Для преобразования используется нелинейность ВАХ, преобразующих элементов (ПЭ), в качестве которых обычно используются полупроводниковые диоды и транзисторы. Для получения сигнала промежуточной частоты (ПЧ), помимо напряжения сигнала, к ПЭ необходимо подвести напряжение от гетеродина с частотой, отличающейся от частоты сигнала на значение ПЧ. Напряжение гетеродина для преобразования сигнала с малыми искажениями должно превышать уровень самого большого из принимаемых сигналов. От правильного выбора режима ПЭ зависят такие характеристики приёмника, как чувствительность, селективность, искажения сигнала. Преобразователи по типу применённого преобразующего элемента делятся на пассивные и активные, а по способу получения напряжения гетеродина – на преобразователи с отдельным гетеродином (смесители частот) и с совмещённым гетеродином (генерирующие преобразователи).

Страницы: 1, 2, 3