Приемное устройство РЛС

Схема расчета Рисунок 11. Схема расета.Характеристики фильтраРисунок 12. Расчетная характеристика фильтра ВЧ.Поскольку по ТЗ требуется подавление 55 дБ, то необходимо увеличить количество звеньев или применить 2 фильтра последовательно в канале приема. Так как настраивать фильтр с большим количеством звеньев является трудной задачей, то будем применять два фильтра включенных последовательно.В каннеле ПЧ необходимо применять фильтры на сосредоточенных элементах, так как фильтры на полосковых линиях являются достаточно большими.Простейшим частотно-избирательнымПП фильтром являетсяколебательный контур. В радиотехнике такие контуры применяются в основном как фильтры промежуточной частоты (ФПЧ). Однако одноконтурные узкополосные цепи обладают существенным недостатком — невысокой частотной избирательностью. За границами полосы пропускания значения амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) таких цепей стремятся к нулю недостаточно быстро. Поэтому выходное колебание содержит не только полезный сигнал, спектр которого располагается вблизи максимума АЧХ, но и некоторую,порой значительную долю мешающих сигналов, шумов и т. д.Для повышения частотной избирательности фильтров используют многоконтурные устройства, в которых удается получить форму АЧХ, близкую кидеальной (прямоугольной). Простейшим многоконтурным частотно-избирательным фильтром является система двух связанных колебательныхконтуров. Контуры называются связанными, если имеет место переход энергиииз одного контура в другой.Связь между контурами при заданной полосе пропускания можно подобрать такой, чтобы резонансная кривая системы была по форме близка кП-образной характеристике идеального полосового фильтра. Подобную систему широко используют в основном для усиления промежуточной частоты радиоприемников. Кроме двухконтурных, в радиоаппаратуре находят применениеи многоконтурные связанные системы. Их АЧХ еще более приближаются к Побразной форме. Связь между контурами может осуществляться через электрическое поле(благодаря емкости) или через магнитное поле (благодаря взаимоиндуктивности или индуктивности). На рис. 13 показаны три разновидности связи двух колебательных контуров: а) трансформаторная, когда связь между контурамиосуществляется благодаря взаимоиндуктивности между катушками L1 и L2.Рис. 13. Виды связи двух колебательных контуровПолосой пропускания системы связанных контуров называют полосучастот, в пределах которой ток во втором контуре не падает ниже 1/от наибольшего Полоса пропускания связанных контуров при критическойсвязи в раз больше полосы пропускания одиночного контура. Форма резонансной кривой при небольшихрасстройках описывается полиномом 4-й степени, то есть характеризуется более плоской вершиной в полосе пропускания и более крутым спадом в полосе подавления.Для последовательного колебательного контура в RLC-цепях, в котором все три элемента включены последовательно:где R, L и C — сопротивление, индуктивность и ёмкость резонансной цепи, соответственно, ω— частота резонанса. Выражение } часто называют характеристическим или волновым сопротивлением колебательного контура. Таким образом, добротность в колебательном контуре равна отношению волнового сопротивления к активному.Поскольку мощность и энергия пропорциональны квадрату амплитуды колебаний, ширина полосы частот на АЧХ определяется на высоте  1/{ от высоты максимума (примерно −3 дБ). Поэтому чаще используется другое эквивалентное определение добротности, которое связывает ширину амплитудной резонансной кривой по уровню  1/ с круговой частотой резонанса Зная добротности контуров определяем значения элементов. Значение элемента связи определим из моделирования. Зная ширину полосы пропуская ∆ω =2·π·1.5·106/ ≈ 1 МГц.мкГнМодельРисунок 14.РасчетРисунок 15Как видим один фильтр на связанны контурах имеет небольшое подавление вне полосы пропускания, Поэтому необходимо применять последовательное включение фильтров в канале ПЧ. Но при последовательном включении фильтров уменьшается полоса пропускания в канале. Скорректируем фильтр для включения 3 последовательно Рисунок 16.Получаем характеристику фильтра. Рисунок 17.Определим разницу частот для получения развязки 50 дБ между каналами. Отстройка частоты дляуровень подавления одного фильтра 20 дБ ∆f = 60 - 56.66 = 3.34МГцТак как полоса пропускания есть 1.5 МГц, то шаг между каналами должен бытьШf =∆f +П /2 = 3.34 + 1.5 / 2 = 4.1 МГцВ полосе 30 МГц таких каналов может бытьN = 30 / 4.1 = 7С проектируем частотно избирательную цепьРисунок 18.3.3 Выбор активных элементовВ качестве ВЧ усилителя выберем микросхему AD8354. Данная микросхема имеет следующие парfметры:Фиксированное усиление 20 дБРабочая частота от 1 МГц до 2,7 ГГцЛинейная выходная мощность до 4 дБмВход / выход внутренне согласован до 50 ОмТемпература и источник питания стабильныйКоэффициент шума: 4,2 дБЭлектропитание: 3 В или 5 В.Схема соединения выводов.Рисунок 19.В современных приемниках СВЧ в большинстве случаев применяют двухдиодные балансные смесители (БС). Главнымплюсом является способность подавить шум амплитудной модуляции колебаний гетеродина, это важно для получения низкого коэффициента шума. Так же БС обладает и другими плюсами перед однодиодным небалансным смесителем. БС работает при маленькой мощности гетеродина, у него есть повышенная помехоустойчивость к сигналам помех определенных частот, что позволит уменьшить мощность гетеродина, которая просачивается в антенну.Схема БС состоит из двух смесителей секции и СВЧ моста. К двум плечам моста подключаются смесительные секции, а к двум другим подводят соответственно напряжения сигнала Uс и гетеродина Uг.ФункционированиеБС основывается на равном распределении мощности сигнала и гетеродина между двумя диодами, но с определенными относительными фазовыми сдвигами, это обеспечиваетСВЧ мост. В итоге мы получаем, что на выходе смесителя, на промежуточной частоте, у преобразованного сигнала диодами, имеются одинаковые фазы и поэтому они складываются, а шум гетеродина вычитается, так как он на выходе диодов оказывается противофазным. Рисунок 20 - Схема балансного смесителяПроведем расчет балансного смесителя. Используем ДБШ типа АА112Б. Его данные:Lпр_дБ=6дБПотери преобразования (в дБ).Рг_опт=3·10-3ВтОптимальная мощность сигнала гетеродина.N=6,5дБКоэффициент шума.rвых_мин=300Омrвых_макс=560ОмКСВ=1,8Коэффициент стоячей волны (КСВ).Ррас=50·10-3ВтМаксимальная рассеиваемая мощность. Волновые сопротивления четвертьволновых отрезков МПЛ в выходной цепи секций принимаем равными 20 и 90 Ом соответственно для низкоомных разомкнутых и высокоомных отрезков При вычислении входной цепи УПЧ за значение выходного сопротивления балансного смесителя примемrбс_ср:rбс_ср=0,25·( rвых_мин+rвых_макс)=215 ОмПримем потери преобразования балансного смесителя: Lбс_макс=LпрОтношение шума для ДБШ в качестве паспортного параметра не указывается. Для этих диодов величину nш можно определить следующим образом:nш=N/Lпр-0,41=0,712Отношение шумаБС примем равным шумовому отношению смесительного диода:nбс=nшВысчитаем суммарную величину потерь за счет разбаланса амплитуд моста, разброса потерь преобразования LдБ, и разброса сопротивлений rL∑=δ+LдБ+10log(r)=1,034Рисунок 21.Коэффициент подавления шумаПо графику определяем коэффициент подавления шума гетеродина (в дБ).Sш_дБ=26дБНайдем нужную мощность гетеродина на входе БС, полагая оптимальную мощность гетеродина равной паспортной (Рг_опт = 3 мВт):Рг=2Lм·Рг_опт=6,14·10-3Для характеристики уровня выходного шума гетеродина удобно использовать понятие удельного шумового отношения гетеродина nг0 (1/мВт), который соотвествует относительной величине выходного шума гетеродина, 1 мВт его выходной мощности:nг0=24,988Определим шумовое отношение гетеродина (в Вт): nг=nг0· Рг=0,153Определим коэффициент шума смесителя:Nбс_дБ=7,229дБ(В качестве усилителя ПЧ выберем усилитель на транзисторе КТ368.Граничная частота работы транзистора 900 МГц. Номинальный ток 20-40 мА.Схема усилителя одного каскадаРисунок 22.Составим схему усилителя в MWO.Рисунок 23.Рассчитаем характеристикиРисунок 24.Для разработки усилителя с регулируемым коэффициентов усилителя можно применить схемы на основе цифрового аттенюатора на - 60 дБ и усилителя 60 дБ. Управление цифровым аттенюатором должно проводиться согласно мощности убывания на входе приемника по показаниям детектора или согласно программе. Однако данный путь уменьшает чувствительность РЛС приемника, так как малые цели начинают пропадать на фоне больших сигналов. Поэтому применяют каналы с детекторами разной чувствительности, т.е. усилители в них имеют разный коэффициент усиления. Однако данный способ ведет к увеличению размеров выходной части РЛС. Динамический диапазон выходных сигналов 15 дБ указывает, что АЦП регистрирующие выходное напряжение должно иметь 32 уровня, а это значит АЦП должно иметь как минимум 5 разрядов. АЦП с малым разрядом обладает большим быстродействием.Литература1.Проектирование радиоприемных устройств\ под ред. А.П.Сиверса.М.,Сов.радио 1976.2.Проектирование радиолокационных приемных устройств.Уч.пособие .\под.ред.М.А.Соколова,М.Высшая школа,19843.В.В.Саломасов.Радиоприемные устройства.Методич.указания к курсовому проекту, ЛИАП,1985.(Шифр 22-36).