Проектирование радиолокационного приёмника

 

 

 

 

Курсовая  работа

 

Проектирование радиолокационного  приёмника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление:

 

1. Исходные  данные………………………………………………….…………………………………………………………….…2
2. Полоса пропускания……………………………………….………………………………………………………………………2
3. Полосовой фильтр………………………………….……………………………………………………………………………….3
4. Определяем схему преселектора………………………………………………………………………………………….4
5. Коэффициент усиления ЛТ……………………………………………………………………………………………………..5
6. Выбор смесителя частоты и УПЧ………………………………………………………………………………………….…5
7. Шум приёмника……………………………………………………………………………………………………………………….8
8. Глубина АРУ……………………………………………………………………………………………………………………………..9
9. Расчёт входной цепи…………………………………………………………………………………………………………….…9
10. Расчёт коэффициента шума(с учётом вычисления коэффициента шума входной цепи).…13
11. Выбор амплитудного детектора…………………………………………………………………………………………..13
12. Выбор усилителя низких частот (УНЧ)……………………………………………………………………………….…14
13. Структурная схема приёмника……………………………………………………………………………………………..15
14. Принципиальная схема приёмника…………………………………………………………………………………..…16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные:

 

2. Рабочая частота                                                               fc = ГГц
3. Чувствительность                                                            = Вт
4. Длительность импульса                                                =3 мкс
5. Частота повторения импульсов                                  Fп=500 Гц
6. Скорость полета цели                                                      равна нулю
7. Количество импульсов отраженных от цели                 10
8. Вероятность правильного обнаружения                       =0.7
9. Вероятность ложной тревоги                                      =
10. Вид выходного устройства                                                     ЭЛТ
11. Выходное напряжение                                                 = 50 В
12. Сопротивление нагрузки                                                  R_Н =70 Ом
13. Емкость нагрузки                                                                           С_Н = 50 пФ
14. Избирательность по зеркальному каналу                       
15. Коэффициент прямоугольности Kп (при )                          ≤ 2

 

 

2. Полоса пропускания

 

Причём 

Получается, что .

 

Внесём ясность:

  ширина спектра полезного сигнала;

 «база» сигнала» (В=1 – для простого сигнала; у нас простой сигнал);

рабочая частота сигнала

запас по полосе, обусловленный нестабильностью передатчика =;

относительная нестабильность частоты передатчика (изменение - ). Пусть.

 

Замечание:

Доплеровский сдвиг частоты  включает в себя такую составляющую, как скорость полёта цели. А так как данная составляющая равна нулю, то и доплеровский сдвиг в данном случае мы не  учитываем.

 

 

 

 

 

 

 

3. Полосовой фильтр

Подберём полосовой  фильтр, который будет удовлетворять требованиям по полосе пропускания и заданному коэффициенту прямоугольности (Kп).

 

Поставим последовательно два  полосовых фильтра FP-475 (см. описание фильтра ниже)

 

Тем самым мы получим:

 Номинальная частота: 70 МГц;

 Вносимое затухание по полосе  пропускания: 2 дБ;

 Получившаяся полоса системы  фильтров: 0.5 МГц;

 Коэффициент прямоугольности:  .

http://www.mniirs.org/mniirs/product/filters04.php

 

4. Определяем схему преселектора.

 

Нам известно, что , причём  эквивалентное затухание фильтра тракта сигнальной частоты (принимаем равным 0.003) ; обобщённая расстройка зеркального канала.

Определим обобщённую расстройку по зеркальному каналу:

_{(в децибелах:}  )

По графику получаем:

Избирательность по зеркальному  каналу ( равна 50 дБ

Поэтому выбраем следующую схему преселектора:

Причём:

к – колебательный контур;

э –активный элемент.

 

 

5. Коэффициент усиления ЛТ

Знаем, что  и

Имеем:  , тогда .

Тогда ;

.

 

 

 

6. Выбор смесителя частоты и УПЧ

 

а) Смеситель

Для проектируемого радиолокационного приёмника будем использовать смеситель MAX2042A (описание приведено ниже)

• Широкий диапазон частот:
• Диапазон радиосигнала от 1600 МГц до 3900 МГц
• Диапазон гетеродина от 1300 МГц до 4000 МГц
• Диапазон ПЧ от 50 МГц до 500 МГц
• Потери преобразования 7,2 дБ
• Уровень собственного шума 7,25 дБ
• Высокая линейность:
• Уровень точки IP3 по входу +33 дБм
• Уровень точки компрессии 1 дБ +21,7 дБм
• Подавление паразитных составляющих в диапазоне (2LO - 2RF) при мощности радиосигнала -10 дБм – 72 дБс (типовое значение)
• Наличие встроенных компонент обеспечивает простую топологию печатной платы:
• Встроенный буфер для сигнала гетеродина
• Встроенные согласующие трансформаторы, обеспечивающие подачу несимметричных сигналов гетеродина и радиочастоты
• Низкий уровень сигнала гетеродина от -6 дБм до +3 дБм
• Идентичность выводов с микросхемой MAX2042 (смеситель диапазона от 2000 МГц до 3000 МГц)
• Совместимость по выводам с микросхемами MAX2029/MAX2031/MAX2033 (смесители с диапазоном от 650 МГц до 1550 МГц), MAX2039/MAX2041 (смесители с диапазоном от 1700 МГц до 3000 МГц) и MAX2044 (смесители с диапазоном от 2300 МГц до 4000 МГц)
• Для работы требуется однополярный источник напряжения +3,3 В или +5 В
• Вывод для подключения токоограничивающего резистора позволяет снижать энергопотребление микросхемы в рабочем режиме при некотором снижении рабочих характеристик.

Значит:

(http://www.efind.ru/forum/showthread.php?t=30157)

                 б) УПЧ

Определим необходимый коэффициент  усиления, который должен обеспечивать  УПЧ.

Мы знаем, что  , тогда

Выше было получено

; ; .

Коэффициент передачи входной цепи:

, где ,

Здесь .

Получается, что .

Следовательно .

Поэтому целесообразно  выбрать схему УПЧ AD8367 (параметры приведены ниже)

 

Замечание:  для обеспечения нужного коэффициент усиления необходима система из 3-х последовательно соединённых УПЧ данного типа ().

 

 

 

 

 

7. Шум приёмника

 

а) допустимый коэффициент шума

 

Знаем, что 

_{причём:}

чувствительность приёмника (известна);

-   постоянная Больцмана

-   температура по Кельвину

    -    полоса пропускания нашего фильтра (ФП3П7 – 516 - 3)

Учитывая, что  вероятность правильного обнаружения  =0.7 и вероятность ложной тревоги   =, то получаем, что .1.

Тогда получаем, что 

 

.

 

б) расчёт коэффициента шума

1) Примем коэффициент шума  входной цепи максимально-возможным (=2), коэффициент передачи по мощности 2,75.

2) Коэффициент шума смесителя  равен 7,25 (5,31 по мощности). Коэффициенту передачи смесителя равен 7,2дБ (5,25 по мощности). Коэффициент шума фильтра: .

3) Коэффициент шума УПЧ равен 6,2 дБ – по мощности 4,16 ,а коэффициент передачи равен 133.3 (по мощности 17378), поэтому мы получаем формулу:

 

 

 

Получили, что  .

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Глубина АРУ

Мы знаем, что . Причём и , где   - частота повторения импульсов ; – длительность импульса; – время восстановления АП РЛС (выберем равным 2 мкс)

Тогда ; .

Следовательно . При этом – динамический диапазон выходных сигналов равен 10 дБ,

следовательно глубина регулировки АРУ: 180,5 дБ (обеспечивается всё теми же 4-мя последовательно соединёнными микросхемами AD8367 УПЧ)

 

 

9. Расчёт входной цепи

 

Исходные данные:

 

• рабочая частота  ;
• полоса пропускания входной цепи по уровня затухания без учета активных потерь ;
• полоса заграждения ( выбираем с у четом того что по уровню затухания ;
• волновое сопротивление проводящих линий .

 

Важно:

 

Подложка толщиной имеет и .

Материал проводников медь.

 

 

1. Выбираем чебышевскую  аппроксимацию частотной характеристики, поскольку она обеспечивает более  крутые склоны при меньшем числе  звеньев фильтра по сравнению  с максимально плоской характеристикой. Следовательно, и суммарное затухание  в полосе пропускания будет тоже наименьшим, что весьма важно для  микрополосковых фильтров, активные потери которых относительно велики.

 

2. Определение необходимого числа элемента прототипной  схемы ФНЧ

 

 

 

 тогда , отсюда

Полученный результат округляем  до ближайшего целого n=2. Следовательно, необходимое число связанных четвертьволновых звеньев фильтра равно n+1=3.

 

3. По справочнику  для значения находим величину 1/r=2,66 и обобщенные параметры прототипа и .

 

4. По формулам и получаем:

 

 

 

5. По формуле  определяем коэффициенты , и

 

 

 

 

 

6. Расчет волновых сопротивлений связанных линий  каждого звена при четном и  нечетном видах возбуждения. Использование  полученных значений для нахождения отношения размеров каждого звена  и соответствующую относительную  ширину зазоров связанных линий.

 

	1	2	3
, Ом	56,97	51,28	72,78
, Ом	44,57	48,78	38,78
	1,2	1	0,7
	1	3	0,3

 

Вычисление:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По графику 4.29а, из (1), находим отношение  размеров каждого звена  и соответствующую  относительную ширину зазоров связанных  линий.

 

Заносим результаты в таблицу (см. выше).

 

7. По кривым 4.29б, из (1), находим эффективную диэлектрическую  проницаемость МПЛ каждого звена   и с ее помощью соответствующие длины четвертьволновых отрезков связанных линий.

 

6,4   6,37  

=[мм] ,

 

Полученные длины отрезков необходимо скорректировать на величину ,определяемую по 3.40 из (1) и учитывающую влияние концевой емкости разомкнутого конца четвертьволнового отрезка МПЛ. Поэтому требуемые длины отрезков МПЛ каждого звена равны

 

Таким образом, получаем:

, , ,

, , .

, , .

 

8. Расчет суммарного затухания ППФ в полосе пропускания. Поскольку геометрические размеры  микрополосковых резонаторов фильтра  близки между собой, полагаем их ненагруженные  добротности  одинаковыми и потери рассеяния фильтра в середине полосы пропускания рассчитываем по формуле:

 

Добротность определяем для четвертьволновых резонаторов.

 

 

 

 

 

 

 

Добротность резонатора, обусловленную потерями проводимости:

 

=

 

Учитывая, что , получаем: .

 

Найдем  значение коэффициента излучения:

 

Получаем

 

 

 

Теперь  рассчитываем ненагруженную добротность  резонатора.

 

.

 

Теперь  определим потери рассеяния в  середине полосы пропускания.

 

 

 

И Таким образом суммарное затухание

(3,05)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Расчёт коэффициента шума(с учётом вычисления коэффициента шума входной цепи)

 

1) Коэффициент шума входной цепи = 3,23, коэффициент передачи по мощности  2,75.

2) Коэффициент шума  смесителя равен 7,25 (5,3 по мощности). Коэффициенту передачи смесителя  равен 7,2дБ (5,25 по мощности). Коэффициент  шума фильтра: .

3) Коэффициент шума  УПЧ равен 6,2 дБ – по мощности 4,16 ,а коэффициент передачи равен  133.3 (по мощности 17378), поэтому мы  получаем формулу:

 

 

 

11. Получили, что  .

 

 

 

 

11. Выбор амплитудного детектора

 

Для нашего приёмника подойдёт детектор 235ДА1 (работает до 140 МГц, что  нам подходит)

 

 

 

12. Выбор усилителя низких частот (УНЧ)

 

Для нашего приёмника подойдёт УНЧ AD8320 (работает до 150 МГц, что нам подходит)

 

Приведём некоторые паспортные данные данного УНЧ:

13. Структурная схема приёмника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Принципиальная схема приёмника

 

 

Вывод по проделанной работе.

 

В ходе выполнения курсовой работы мы смоделировали радиолокационный приёмник, удовлетворяющий требованиям, представленным в начале  работы (см. «исходные  данные»).                  Считаю работу успешной и продуктивной, т.к. были выполнены все поставленные задачи и достигнуты все намеченные цели.