8

ВСТУП

В залежності від призначення радіоприймальні пристрої підрозділяються на радіомовні (приймачі звукового мовлення і телевізійних програм) та професійні (приймачі для службового зв’язку, радіонавігації та ін.).

Радіомовні приймачі, призначені для побутового використання, як правило, в залежності від типу, призначаються для прийому програм звукового радіомовлення у діапазоні довгих (148..283,5 кГц), середніх (526,5..1606,5 кГц), коротких (3,95..26,10 МГц) хвиль з амплітудною модуляцією та у діапазоні ультракоротких хвиль (65,8..74; 100..108 МГц) з частотною модуляцією, у тому числі прийому стереофонічних передач. [1]

На сучасному етапі розвитку засобів зв’язку до приймачів професійного зв’язку висуваються жорсткі вимоги, яким повинні відповідати більшість їх параметрів. Це пов’язано із збільшенням суб’єктів зв’язку в той час коли радіопростір залишається сталим. Важливими є не тільки електричні параметри приймачів, а й експлуатаційні. Але основна увага приділяється вимогам, котрі стосується чутливості, вибірності за всіма каналами завад, стабільності. Тому такі приймачі будуються за супергетеродинною схемою і використовують, в більшості випадків, подвійне перетворення частоти, а також автоматичні підстройки частоти і підсилення.

У загальному вигляді принцип роботи радіоприймача виглядає так: коливання електромагнітного поля (суміш корисного сигналу і перешкод різного походження) наводять в антені змінний електричний струм; отримані таким чином електричні коливання фільтруються для відділення необхідного сигналу від перешкод; з сигналу виділяється (детектуєтся) вкладена в ньому корисна інформація; отриманий в результаті сигнал перетвориться у вид, придатний для використання: звук, зображення на екрані телевізора, потік цифрових даних, безперервний або дискретний сигнал для управління виконавчим пристроєм. В залежності від конструкції приймача сигнал в його тракті може проходити, крім детектування, багатоетапну обробку: фільтрацію по частоті та амплітуді, посилення, перетворення частоти (зсув спектру), оцифровку з подальшою програмною обробкою і перетворенням в аналоговий вигляд.[3]

На даний момент в діапазоні сантиметрових і дециметрових, рідше в діапазоні метрових хвиль, широке застосування знаходять спіральні антени, електромагнітне поле випромінювання яких має обертову (кругову) поляризацію в напрямку своєї осі. Поля електромагнітних хвиль з обертовою поляризацією характеризуються тим, що вектори полів, які лежать в площині, перпендикулярній напрямку поширення, своїм кінцем описують еліпс; повний поворот векторів виникає за один період коливань електромагнітних полів. Коли піввісі еліпса однакові по величині, ми маємо кругову поляризацію. Якщо одна з вісей рівна нулю, то еліптична

9

поляризація вироджується в лінійну. Такі антени широко використовуються в радіолокації для отримання більш контрастного зображення цілі на фоні завад, а також при роботі з літальними і космічними апаратами, положення антен яких в просторі змінюється з часом.

Загальна характеристика роботи:Актуальність. В даний час радіоприймачі розвиваються методом

великої інтеграції вузлів структурної схеми і широкого застосування цифрової обробки сигналів, прийнятих на тлі перешкод. Враховуючи ці тенденції розвитку побудови радіоприймальних пристроїв, можна відзначити декілька моментів, на які орієнтуються при побудові апаратури зв’язку. Основним з них є надійність зв’язку, а також мінімальні розміри апаратури і її невисока вартість. З швидким розвитком елементної бази (в тому числі і вітчизняної) характерним стало застосування у РПП інтегральних багатофункціональних та спеціалізованих мікросхем, що значно спрощує побудову, габарити, споживану потужність та вартість приймача. Тому в сучасних приймачах, як правило, дискретні підсилювальні елементи використовуються в основному в тракті радіочастоти. Всі інші тракти будують на мікросхемах.

Метою бакалаврської дипломної роботи є удосконалення знань про структуру професійних ЧМ приймачів зі спіральною антеною метрового діапазону, здобуття навичок їх розрахунку і побудови.

Для досягнення цієї мети було:- Здійснено огляд структурної схеми пристрою.- Проведено електричні розрахунки каскадів професійного ЧМ

приймача.- Виконано конструкторські та електричні розрахунки спіральної

антени.Методи дослідження. При розв’язанні поставлених задач були використані теоретичні та

експериментальні дослідження. Теоретичні - засновані на основах теорії розрахунку радіотехнічних пристроїв і систем. В експериментальних дослідженнях застосовувалися методи комп’ютерного моделювання.

Наукова новизна отриманих результатів:Отримано результати теоретичних досліджень професійного ЧМ

приймача зі спіральною антеною метрового діапазону, який дає змогу збільшити ширину смуги пропускання.

Практичне значення отриманих результатів Теоретичні положення, які були розвинені в роботі, і складають

необхідну теоретичну базу розробки нових і розширення функціональних можливостей наявних супергетеродинних приймачів з плавним регулюванням смуги пропускання.

1 Отримано структурну схему та схему електричну принципову для розробки даного типу приймача.

10

2 Розроблений пристрой має високу чутливість при регулюванні смуги пропускання, що дає змогу при його застосуванні в приймачах надати пристрою високої точності.

Особистий внесок автора.Всі результати, що виносяться на захист, отримані автором самостійно.

Досліджено оптимальність, з точки зору технологічних параметрів, вибору структурної схеми приймача; розглянуто ряд переваг, які отримує приймач при регулюванні смуги пропускання; проведено перегляд літературних джерел, для пошуку оптимальної, з точки зору технологічних параметрів, схеми фільтра на основі кварцового резонатора; розроблено структурну схему та схему електричну принципову для розробки пристрою.

11

1 ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД

1.1 Аналіз особливостей радіоприймальних пристроїв

Радіоприймач (радіоприймальний пристрій) - пристрій для прийому електромагнітних хвиль радіодіапазону (тобто з довжиною хвилі від декількох тисяч метрів до доль міліметра) з подальшим перетворенням інформації, що міститься в них, до вигляду, в якому вона могла б бути використана.

В залежності від призначення радіоприймальні пристрої поділяються на радіомовні (приймачі звукового мовлення і телевізійних програм) та професійні (приймачі для службового зв’язку, радіонавігації та ін.).

Радіомовні приймачі призначені для побутового використання. Як правило, в залежності від типу, призначаються для прийому програм звукового радіомовлення у діапазоні довгих (150..408 кГц), середніх (525..1600 кГц), коротких (1,8..30 МГц) хвиль з амплітудною модуляцією та у діапазоні ультракоротких хвиль (65,8..74; 100..108 МГц) з частотною модуляцією, у тому числі прийому стереофонічних передач. За електричними, електроакустичними параметрами та комплексом експлуатаційних зручностей стаціонарні та переносні приймачі згідно ГОСТ 5651-89 радіомовні приймачі діляться на три групи складності (0 – вища,1, 2), автомобільні радіомовні приймачі (1, 2, 3), окрім того виділяють малогабаритні приймачі. Сучасні радіомовні приймачі у більшості випадків будують за супергетеродинною схемою. [4]

Основний напрямок розвитку техніки радіомовного прийому збільшення якості, яке обумовлене подальшим розвитком напівпровідникової техніки, а особливо мікроелектроніки. В сучасних радіоприймачах широко використовуються інтегральні мікросхеми (ІМС), які дозволяють зменшити габарити приймача та збільшити, покращити його параметри. На сьогоднішній день радіоприймачі можна створювати повністю на ІМС .

Основні тенденції розвитку техніки радіоприймальних пристроїв є: сенсорне перемикання, введення автоматичної та програмованої перестройки радіоприймача, а також дистанційного керування приймачем; застосування автоматичного регулювання підсилення (АРП); використання активних фільтрів та ін. Останнім часом все більше в радіоприймачах використовують мікропроцесори, що покращує як технічні показники приймача так і простоту використання для слухача.

За допомогою мікропроцесорів можливо запам’ятовувати частоту станції, тобто запам’ятовувати напругу керування, що подається на варикапи. Дозволяє перевести приймач в черговий режим, з якого виводиться лише комбінацією чисел, тобто кодом.

До основних якісних показників радіоприймачів відносяться:– чутливість – мінімальна потужність на вході приймача, при якій

нормально працює кінцевий пристрій;

12

– вибірність – можливість приймача виділити корисний сигнал із сигналів різних частот, що приходять на антену;

– якість відтворення – показник, що визначається величиною спотворень, які вносяться радіоприймачем. В радіомовних приймачах, призначених для відтворення звукових сигналів, якість визначається частотними і нелінійними спотвореннями сигналу інформації. В телевізійних приймачах, крім частотних і нелінійних, важливими являються фазові спотворення;

– рівень фону – величина, яка вказує наявність фону в вихідній напрузі. Коефіцієнт фону дорівнює відношенню напруги фону на виході приймача при відсутності передачі до напруги звукової частоти при нормальній вихідній потужності.[6]

1.2 Типи радіоприймальних пристроїв

За типом схем розрізняють приймачі детекторні, прямого підсилення (без регенерації і з регенерацією), надрегенеративні та супергетеродинні приймачі, що володіють істотними перевагами перед приймачами інших типів і широко застосовуються на всіх діапазонах приймачів.

Приймач прямого підсилення дозволяє здійснити прийом сигналів з різними видами модуляції і забезпечує фільтрацію корисного сигналу від шумів. При настройці приймача прямого підсилення на частоту сигналу перестроюють всі селективні кола його радіотракту.

Діапазонний приймач прямого підсилення з високими якісними показниками - це складний, а відповідно і дорогий пристрій.

На рисунку 1.1 наведена схема приймача прямого підсилення.[7]

Рисунок 1.1 – Структурна схема приймача прямого підсилення

Після антени сигнали різних радіостанцій потрапляють на вхідне коло, призначення якого виділити корисний сигнал, тобто високочастотний сигнал радіостанції, на яку налаштований приймач.

Преселектор, який об’єднує ВК та ПРЧ, забезпечує підсилення корисного сигналу та зменшення рівня шумів. Оскільки, ВК являє собою LC-фільтр, то він забезпечує частотну вибірність. Враховуючи те, що в сьогоднішньому радіоефірі відстань між сусідніми каналами мінімально

13

допустима, то для вибірності по сусідньому каналу потрібно забезпечити добротність контуру порядку 200-300. Таку добротність досить важко реалізувати.

Даний сигнал повинен підсилюватись підсилювачем напруги високої частоти до величини, при якій нормально працюватиме детектор.

Детектор виділяє з промодульованого високочастотного коливання сигнал що містить корисну інформацію. Потім сигнал корисної інформації підсилюється до величини яка необхідна для роботи кінцевого пристрою.

До недоліків приймача прямого підсилення слід віднести: погану форму резонансної характеристики, низьку чутливість та низьку частотну вибірність, яка визначається за формулою

. (1.1)

Крім того, спостерігається велика залежність смуги пропускання і коефіцієнта підсилення преселектора від частоти настройки. Тому їх доцільно використовувати для роботи на фіксованій частоті в діапазоні до 1 МГц.

Недоліки таких приймачів є результатом того, що основне підсилення корисного сигналу відбувається безпосередньо на радіочастоті. І хоч як би ми ускладнювали схеми приймачів прямого підсилення, все ж вони не можуть забезпечити належної вибірності і чутливості. Якщо, наприклад, взяти понад 2-3 резонансні контури у ПВЧ, то приймач буде важко настроїти, він працюватиме нестабільно і буде здатний до самозбудження. Якщо ж додавати каскади ПНЧ, то вибірність не покращиться, збільшиться лише загальне підсилення сигналів. Як правило в приймачах встановлюють не більше ніж три каскади ПНЧ.

Вказані недоліки відсутні в приймачах супергетеродинного типу, в яких основне підсилення прийнятих сигналів виконується на постійній частоті, незалежно від частоти прийнятої радіостанції. Структурна схема приймача супергетеродинного типу приведена на рисунку 1.2.

В

х

і

д

н

е к

о

л

о

П

В

Ч

З

м

і

ш

у

в

а

ч

П

П

Ч

Д

е

т

е

к

т

о

р

К

і

н

ц

е

в

и

й п

р

и

с

т

р

і

й

П

і

д

с

и

л

ю

в

а

ч с

и

г

н

а

л

у

і

н

ф

о

р

м

а

ц

і

ї

Г

е

т

е

р

о

д

и

н

14

Рисунок 1.2 – Структурна схема приймача супергетеродинного типу

Прийнятий сигнал потрапляє на вхідне коло і після підсилювача високої частоти потрапляє на перетворювача частоти, який складається з змішувача і гетеродина. Сигнал різницевої проміжної частоти підсилюється підсилювачем проміжної частоти (ППЧ), а потім потрапляє на детектор і підсилювач сигналу інформації.

Висока чутливість супергетеродина є результатом зниження частоти, тому що підсилювач проміжної частоти може забезпечити досить велике стійке підсилення. Сталість чутливості й вибірності по діапазону пояснюється незмінністю проміжної частоти, внаслідок чого підсилювальні й вибірні властивості супергетеродина зберігаються в основному постійними для будь-якої частоти прийнятого сигналу. Підвищена стійкість супергетеродина забезпечується в результаті підсилення по трьох каналах частот (висока, проміжна і низька) замість двох у приймачі прямого підсилення. Скорочення числа каскадів, що працюють на одній частоті, зменшує небезпеку самозбудження підсилювачів за рахунок існуючих паразитних зворотних зв'язків.

До переваг супергетеродинного приймача слід віднести:- можливість застосовувати велику кількість каскадів ППЧ, так як

вони мають фіксовану настройку;- можливість вибрати величину проміжної частоти достатньо

низькою, що дозволяє отримати високий коефіцієнт підсилення і одночасно забезпечити стійку роботу підсилювача;

- можливість використовувати в якості ППЧ смугові підсилювачі, що дозволяють отримати високу вибірність при заданій смузі пропускання.

- суттєво спрощується система настройки, оскільки перестроюються тільки селективні частини вхідного кола, ПРЧ і гетеродина;

- в супергетеродинному приймачі можна забезпечити значно кращу фільтрацію сигналу від шумів. Результуюча АЧХ радіотракту приймача визначається в основному АЧХ селективних кіл тракту проміжної частоти. Цей тракт не перестроюється, тому в ньому можна використовувати складні резонансні кола з АЧХ, дуже близькою до ідеальної;

15

- при перестройці приймача основні показники радіотракту практично не змінюються, так як вони в основному визначаються показниками тракту проміжної частоти, настроєного на постійну частоту;

- в супергетеродинному приймачі простіше забезпечити велике підсилення.

В одних випадках проміжну частоту потрібно вибирати більш високою, а в інших - більш низькою.

Вибір більш низької частоти забезпечує:- більше підсилення на один каскад ППЧ;- більшу вибірність по сусідньому каналу;- необхідну смугу пропускання при конструктивному забезпечені

добротностей контурів;- менший вплив підсилювальних приладів на стійкість роботи

приймача.Вибір більш високої проміжної частоти забезпечує:- кращу вибірність по сусідньому каналу;- краще і більш просте розділення несучої частоти і частоти модуляції в

детекторі;- більш високу стабільність гетеродина, за рахунок меншого впливу

параметрів сигнального контуру на параметри гетеродинного контуру.Проміжну частоту вибирають із наступних міркувань:- повинна вибиратися поза діапазоном приймаючих частот і

знаходитись якнайдалі від його меж. Це підвищує вибірність по дзеркальному каналу;

- повинна знаходитися якнайдалі від частоти потужної близько розміщеної радіостанції. Проміжна частота встановлюється ГОСТом:

- для радіооповіщення і трансляційних приймачів - 80, 100, 115, 215, 465, 500, 750, 900 кГц, 4, 5, 30, 60 і 10,7МГц;

- для телевізійних приймачів: канал зображення - 38 МГц; для звукового каналу - 31,5МГц;

- для зв'язкових приймачів - стандартні проміжні частоти 85, 128, 205, 465, 500, 915, 1222кГц; 12,8; 10,7; 25; 37,8; 42,8МГц.

Щоб отримати проміжну частоту, прийнятий сигнал змішують з коливаннями ВЧ від генератора (гетеродина) в змішувачі. В наслідок змішування двох напруг двох частот (прийнятого сигналу і гетеродина) виникає нова напруга, частота якої дорівнює різниці частот змішуваних сигналів. Якщо частоту гетеродина змішувати пропорційно частоті зміні вихідного сигналу під час перестроювання з однієї станції на іншу, то різниця частот залишається сталою. Стала (проміжна) частота залишається модульованою, і після детектування створюється можливість відновити сигнал НЧ. Сигнал від радіостанції так само, як і в приймачі прямого підсилення, надходить з антени на вхідне коло, а потім у ПВЧ. Виділений вхідним колом і підсилений в ПВЧ він потрапляє на перетворювач.

16

Одночасно на перетворювач подається напруга з частотою гетеродина. Внаслідок зміщування двох частот виділяється напруга ПЧ, яка підсилюється в каскаді ППЧ. Після каскаду ППЧ встановлено зазвичай, як і в приймачах прямого підсилення, детектор і ПНЧ.

При одночасній та однаковій зміні fс та fг , то проміжна частота буде залишатись постійною. Це є суттєвою перевагою приймачів супергетеродинного типу по відношенню до приймачів прямого підсилення. Також на постійній проміжній частоті можна реалізувати основні підсилення та вибірність. При цьому немає необхідності перестроювати контури ППЧ, кількість яких, для отримання хорошої вибірності по сусідньому каналу, може бути досить великою(більше чотирьох). Перестройку ж одного контура реалізувати набагато простіше. Крім того, в ППЧ часто застосовують фільтри зосередженої селекції(ФЗС) з фіксованою настройкою, виконані у вигляді електричних(LC), електромеханічних та п’єзокерамічних систем. У таких фільтрах легко реалізувати вузьку смугу пропускання при хорошій формі АЧХ. Смуга пропускання ППЧ ∆fп береться досить вузькою для реалізації хорошої вибірності по сусідньому каналу та зменшення дії завад. На більш низькій ПЧ це легше реалізувати при тій самій добротності, ніж в підсилювачів високої частоти. Бажано, щоб смуга пропускання ППЧ була рівною ширині спектру сигналу, що приймається. Проте, на практиці це реалізувати не завжди можливо.

Разом з перевагами приймачі супергетеродинного типу мають недоліки, основними з яких є завади по дзеркальному каналу. Якщо на вхід перетворювача частоти потрапляє сигнал, частота якого перевищує носійну частоту станції що приймається на подвоєне значення проміжної частоти, то даний сигнал на виході перетворювача створить таку ж проміжну частоту, як і основний сигнал. Канал, частота якого перевищує частоту основного сигналу на подвоєне значення проміжної частоти, називається дзеркальним каналом. Проникнення дзеркальної частоти на вхід перетворювача частоти призводить до виникнення завад основному каналу. Тому дзеркальну частоту придушують до перетворювача. Для підвищення вибірності по дзеркальному каналу між вхідним пристроєм і перетворювачем розміщують каскад ПВЧ.[8]

Також у дійсності частоти сигналу fс та гетеродина fг не залишаються строго стабільними в часі. Це пояснюється як нестабільністю частоти передавача(в першу чергу, в невеликих КХ радіостанціях), такі особливо частоти гетеродина, який, як правило, не має кварцової стабілізації, оскільки її важко реалізувати в гетеродині, що перестроюється плавно.

Причини нестабільності частоти гетеродина в основному визначаються:

- зміною параметрів транзистора при коливанні температури;- непостійністю напруги джерела живлення;- відходом в часі значень L та C контуру гетеродина в основному

за рахунок кліматичних факторів, а також вібрацій(в переносній апаратурі).

17

Стабільність частоти гетеродина без кварцової стабілізації в КХ діапазоні можна отримати близько 10-3 – 10-4. При цьому частота fп може виявитись на границі смуги пропускання ППЧ або за її межами. Для усунення цього можна застосовувати ряд заходів.[5]

По-перше, використовувати кварцову стабілізацію частоти гетеродина, яка підвищує стабільність принаймні в 10 разів, що реалізувати досить важко і дорого. По-друге, розширити смугу пропускання ППЧ в 4-5 разів в порівнянні з мінімально необхідною, при цьому неминуче збільшується рівень завад і шумів на виході приймача. І нарешті, по-третє, використовувати в приймачі кола автоматичної підстройки частоти гетеродина АПЧ, що також в багато разів зменшує розстройку основної частоти на виході змішувача відносно початкової частоти настройки ППЧ(fп). АПЧ гетеродина є найбільш доцільною, тому більшість сучасних приймачів різного призначення містять в своєму складі коло АПЧ.

Характерною особливістю сучасної радіоприймальної апаратури є використання для побудови окремих блоків інтегральних мікросхем (як правило багатофункціональних спеціалізованих). Це дозволяє значно зменшити масо-габариті показники, споживану потужність і вартість приймача.

1.3 Огляд спіральних антен

Така антена складається з металевої дротової спіралі довжиною в декілька довжин хвиль і діаметром витка порядку однієї третьої довжини хвилі. Спіраль може працювати як самостійна антена або бути елементом антенної решітки чи опромінювачем дзеркальної антени. Один кінець спіралі залишається вільним, а другий кінець з’єднується з внутрішнім провідником коаксіальної лінії. Зовнішній провідник коаксіальної лінії приєднується до металевого диску, що відіграє роль екрану. В спіралі виникає біжуча хвиля електричного струму і антена випромінює максимум потужності вздовж своєї осі в сторону руху хвилі струму. Спіральні антени формують діаграму спрямованості, яка складається з двох пелюсток, розташованих вздовж вісі спіралі по різні сторони від неї [11].

Найбільш частіше застосовуються циліндричні і конічні спіральні антени з одностороннім випромінюванням, отриманим за допомогою плоского суцільного чи сіткового металічного екрану, розміщеного перед спіраллю і виконуючого роль рефлектора, крім того, екран послаблює заднє випромінювання і струми на поверхні фідера.

Циліндрична спіральна антена утворена провідником, розташованим в просторі по циліндричній гвинтовій лінії з кроком S і числом витків n; в конструкцію антени можуть входити також діелектричний каркас, на який намотується спіраль, або діелектричні розтяжки, які придають антені жорсткість; такі антени широкосмугові і їх частотний діапазон (для

18

циліндричних спіралей) може досягати 30% середньої частоти. Вхідний опір спіральних антен високий (120-150 Ом), і для їх живлення потрібно застосовувати широкосмугові узгоджуючі пристрої або несиметричні фідери з великим хвильовим опором. Циліндрична спіральна антена зображена на рисунку 1.3 (а - схема антени; б – розгортка витка).

а) схема антени б) розгортка витка

Рисунок 1.3 – Циліндрична спіральна антена

Основним, найбільш поширеним режимом для роботи спіральної антени, є режим випромінювання вздовж осі, тому хвиля типу Т1, яка є переважаючою, коли довжина проводу витка спіралі приблизно рівна робочій довжині хвилі, називається основною.

Якщо спіраль кріпиться на суцільному каркасі з діелектрика, то її

розрахункові розміри повинні бути зменшені в раз. Спіраль намотується з дроту, трубки або суцільної стрічки. Як витки так і екран необов’язково робити круглими, їх можна робити квадратними або багатокутними. В якості матеріалу для спіралі і екрану звичайно застосовують латунь і алюміній. Відстань від початку першого витка до екрану беруть рівною 0,25 .

Оскільки хвильовий опір фідера звичайно рівний 50 або 75 Ом, а вхідний опір спіралі складає (100-160) Ом, то для узгодження антени з фідером застосовують широкосмугові узгоджуючі пристрої. Живлення циліндричної спіралі підводиться зі сторони екрану.

Ефект застосування спірального опромінювача для зменшення реакції дзеркала на опромінювач заснований на властивості спіралі приймати і випромінювати поле лише з одним напрямком обертання поляризації, який визначається геометрією спіралі. При відбиті від провідної поверхні (дзеркала) напрям обертання поляризації поля змінюється на протилежний, яке опромінювачем не може бути прийняте.

Щоб чіткіше пояснити принцип дії циліндричної спіральної антени , представимо її у вигляді плоских круглих витків діаметром D= / , розміщених по осі на відстанях S один від одного, що послідовно живляться однопровідним фідером (рисунок 1.4)

19

Рисунок 1.4 – схема циліндричної спіральної антени

Струм в кожному витку розподілений по закону , де І0 – величина струму на початку витка; ; - довжина вздовж витка. По периметру витка при вкладається точно одна довжина хвилі , тому

розподіл струму вздовж витка також можна записати у вигляді , де - азимутальний кут в площині витка. Розподіл струму по витку

представляє собою накладання двох стоячих хвиль, зсунутих по фазі на 900, амплітуда одної із яких міняється по закону косинуса, а другої – по закону синуса (рисунок 1.5)

у у

х х

Рисунок 1.5 – Представлення розподілу струму в витку спіралі

Одержуємо чотири зігнутих напівхвилевих вібратори, що попарно коливаються у фазі: одна пара орієнтована вздовж осі у і випромінює максимум потужності в напрямку осі z з вектором напруженості електричного поля, що співпадає з віссю у; друга пара вібраторів орієнтована в напрямку осі х і випромінює максимум потужності також в напрямку осі z, але вектор напруженості електричного поля співпадає уже з віссю х.

20

Оскільки пари вібраторів коливаються з зсувом фаз рівним 900, поле, що випромінюється в напрямку осі z має кругову поляризацію. Під деяким кутом до осі z поляризація поля еліптична, а в площині ху поляризація поля лінійна. Внаслідок синфазності коливань вібраторів в кожній парі опір випромінювання їх з врахуванням взаємного зв’язку досить великий. Вхідний опір кожного витка близький до хвилеводного, і якщо врахувати, що сусідні витки в спіралі коливаються майже в фазі внаслідок малої , то зрозуміло, що в спіралі діаметром існує біжуча хвиля струму. Фазова швидкість хвилі збудження сусідніх витків в напрямку осі z виявляється дещо меншою швидкості світла і ми отримаємо антену з уповільненою фазовою швидкістю, що випромінює вздовж своєї осі. З цієї точки зору спіральна антена близька до інших хвиль біжучої хвилі, наприклад діелектричним. Якщо ж діаметр антени малий порівняно з довжиною хвилі, то струми в діаметрально протилежних точках витка мають в просторі протилежний напрямок і опір випромінювання витка буде дуже малим (рамочний ефект). Це призводить до того, що в антені встановлюється режим стоячої хвилі, випромінювання вздовж осі спіралі дорівнює нулю і максимум потужності випромінювання кожного витка і всієї антени відбувається в поперечній площині спіралі. При великому діаметрі спіралі струми в діаметрально протилежних точках витка і в сусідніх витках знову будуть не в фазі і внаслідок взаємного впливу опір випромінювання витка зменшується, режим біжучої хвилі порушується і випромінювання в напрямку осі від окремих елементів витка взаємно компенсується; максимум випромінювання антени знаходиться під деяким кутом до осі антени. Згідно вищенаведеного, в нескінченій спіралі в загальному випадку збуджується накладання трьох біжучих хвиль струму з різними фазовими швидкостями.

В деяких спеціальних випадках (антена для моноімпульсної радіолокаційної станції, антена з електричним качанням променя і т.п.) використовуються складні антенні решітки, які складаються з великої кількості спіралей. Взаємний зв’язок між сусідніми спіралями в таких антенах не дуже великий. Спіральна антена, яка має дві протилежно направлених обмотки, створює дві зустрічні хвилі з круговою поляризацією. В дальній зоні утворюється лінійно поляризована хвиля, напрямом поляризації якої можна керувати, змінюючи зсув по фазі між струмами в обох обмотках.

Перевагами спіральних антен є: широкосмуговість, активний вхідний опір, простота конструкції і те, що вони працюють як з круговою, так і з лінійною поляризацією поля. При роботі на передачу спіральна антена випромінює поле з обертовою поляризацією, право - або ліво-поляризоване, в залежності від напряму намотки спіралі (права поляризація в спіралі, яка утворює правий гвинт). При роботі на прийом вона приймає або поле обертової поляризації з напрямком обертання як і при передачі, або поле будь-якої лінійної поляризації.

21

До недоліків спіральних антен можна віднести: високий вхідний опір (порядку 100-160 Ом), який залежить від частоти і який потрібно узгоджувати з опором кабелів, що живлять (хвильовий опір 50, 75 Ом) за допомогою спеціальних пристроїв; порівняно великий рівень бокових пелюсток (порядку 18 дБ) і неможливість отримання вузьких діаграм спрямованості.

Недоліки спіральної антени можуть бути усунені за допомогою решітки з спіралей, за допомогою дзеркала, лінзи або рупора, які збуджуються спіраллю.

Наведемо декілька сучасних прикладів щодо розробки спіральних антен: - Коротка спіральна антена використовується для портативного

радіозв’язкового обладнання дециметрових хвиль, діаграма спрямованості якої лежить в горизонтальній площині і не спотворюється, коли корпус обладнання береться в руки тим чи іншим чином. Антена представляє собою двопровідну лінію передачі, намотану з невеликим кутом на циліндричну поверхню. В верхній частині другий (зовнішній) провідник розвернутий на 180 ˚ і ця частина провідника намотана вниз, утворюючи другу двопровідну лінію, розімкнуту на кінці. Ця частина другого провідника і верхня частина першого провідника утворюють напівхвильову дипольну антену, вкорочену завдяки спіральній навивці. Антена закінчується коаксіальним роз’ємом, який накручується на корпус обладнання. З зазором відносно верхнього торця другого провідника поверх нього намотується третій провідник повною довжиною біля ¼ довжини хвилі, закорочений на кінці з другим провідником. Він утворює дросель, який перешкоджає протіканню несиметричних струмів по нижній частині двопровідної лінії. Провід виконується з стрічки чи проволоки. Антена має захисну резинову оболонку. [ 13 ]

Також використовується в антенній техніці в системах космічної навігації: виконується у вигляді одного витка однозаходної проволочної циліндричної спіралі, що має навантаження та закінчується узгоджуючим шлейфом. Навантаження виконується у вигляді одного плоского проволочного витка, а узгоджуючий шлейф – у вигляді плоского проволочного напіввитка. [14]

- Розглядається супутникова спіральна антена з робочою частотою 435 МГц. Циліндрична спіраль має довжину 2,4 м. Діаметр 1/3 довжини хвилі випромінювання і складає 23 см. Відстань між витками якої 1/4 довжини хвилі випромінювання дорівнює 17 см. Плоский рефлектор антени виконаний з зразків радіальних проворів довжиною 0,8λ=55 см, прикріплюється до проволочного кільця. Ширина ДС складає 30˚, коефіцієнт підсилення – 15 дБ Фідером.

Приклад конструкції сучасної спіральної антени наведений на рисунку 3. Ця конструкція є дуже простою, практичною и при цьому надійною. Спіральна антена для частот в районі 2.4 ГГц може бути розроблена розробником та бути використана, наприклад, для швидкісних

22

радіочастотних (S5-PSK, 1.288 Мбіт/сек), 2.4 ГГц безпровідних мереж та любительських супутникових (AO40). Розвиток обладнання безпровідних мереж дозволяє легко отримати високошвидкісний радіодоступ з використанням стандарту IEEE 802.11b (також відомого як WiFi) [17].

Рисунок 1.6 – Приклад спіральної антени для WiFi радіозв’язку [17]

Також спіральні антени широко використовуються в мобільних телефонах. Цьому питанню приділена увага в джерелі [14].

Спіральні антенни (рисунок 1.7) зараз є самими поширеними антенами в мобільних телефонах. Альтернатива їм – мікросмужкові плоскі антени різних модифікацій (PIFA) поки мають обмежене використання.

Недоліком внутрішніх мікросмужкових антен, на жаль, є необхідність розробки окремої антени для кожного типу мобільного телефону, що сповільнює модернізацію і розробку нових апаратів. Спіральні антени універсальні, розробляються як окремий автономний елемент, зазвичай на вхідний опір 50 Ом, і це дозволяє конструктору вибрати підходящу антену із широкого набору розроблених спіральних антен тільки за частотними характеристиками. [14].

23

Рисунок 1.7 - Спіральні антени:

а) без штиря з рівномірним кроком (Fixed antenna);б) з перемінним кроком (більш широкосмугові) [14]. Також спіральні антени використовуються у радіорелейних станціях.

Прикладом такого застосування є спіральні антени у венгерських аналогових радіорелейних станціях DМ-400 діапазону 370-430 МГц, які зображено на рисунку 1.8 [11].

Рисунок 1.8 - Спіральні антени радіорелейних станцій [11]Спіральні антени використовуються також і в переносних радіостанціях

"ВЕБР-40/8" і "ВЕБР-160/9". Дані антени при малих габаритах (по відношенню до довжини хвилі) мають хороші технічні характеристики. До недоліків цих антен можна віднести їх вузьку смугу пропускання, наприклад, для антен діапазону 40 МГц смуга пропускання по КСХ=1.5 складає 0.2 - 0.5 МГц, а в діапазоні 160 МГц - 1.0 - 2.5 МГц. Кожна антена для переносної радіостанції настроюється на задану користувачем частоту з КСХ не менше 1,5. Настройка проводиться зміною геометричних розмірів антени і узгоджуючим пристроєм, який передбачений в конструкції антени. Приклади таких антен зображені на рисунку 1.9. При користуванні радіостанцією необхідно враховувати, що наявність предметів у верхньому кінці антени трохи розстроює антену, що призводить до зменшення дальності зв’язку [15]

24

Рисунок 1.9 – Спіральні антени переносних радіостанцій ВЕБР [15]Також спіральні антени застосовуються в навігаторах. Прикладом такого

навігатора є GPS 76 [12]. GPS 76 розроблений для точного визначення координат за допомогою Системи Глобального Позиціювання (GPS) з використанням даних корекції системи WAAS. Прилад оснащений вбудованою спіральною антеною, яка забезпечує чудовий прийом супутникових сигналів. При умові прийому поправок WAAS, прилад дозволяє визначати координати з точністю до 3-х метрів. Даний навігатор зображений на рисунку 1.10

Рисунок 1.10 – Зовнішній вигляд навігатора GPS 76 [12]Таким чином, розвиток спіральних антен триває й досі. Вони

вдосконалюються як в методах проектування так і в розробці. Коло їх використання постійно збільшується.

25

2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРОФЕСІЙНОГО ЧМ РАДІОПРИЙМАЧА

2.1 Визначення параметрів сигналу, що приймається

Визначимо смугу пропускання

, (2.1)

де – ширина спектру сигналу, який приймається; – сумарна нестабільність частоти (враховує нестабільності частоти та

похибки настройки передавача і приймача). Визначимо ширину спектру сигналу

(2.2)де - верхня частота модуляції;

- індекс модуляції.Індекс модуляції

, (2.3)

де - максимальна девіація частоти

Отже

;

.Визначимо сумарну нестабільність частоти:

, (2.4)

де – нестабільність частоти передавача;

– нестабільність частоти приймача.

Визначимо нестабільність частоти приймача

(2. 5)

де - частота гетеродина;

, (2. 6)

26

де - проміжна частота;

.

- відносна нестабільність частоти гетеродина;- відносна нестабільність частоти настройки ПФ ТПЧ.

Використовуючи дані [4]:, , визначаємо

(Гц),

(Гц).

Звідси

(Гц).

Визначимо нестабільність частоти передавача

, (2.7)

де – відносна нестабільність частоти передавача ( ).

Отже

,

,

.

При застосуванні в схемі АПЧ

, (2.8)

Для стабільної роботи системи АПЧ КАПЧ = ( 10...20 ), обираємо 10:

(Гц).

Тобто ширина спектру сигналу не повинна перевищувати

, (1.1.9)

ВП Д ПНЧ

27

Ширина спектру перевищує значення при застосуванні АПЧ, тому застосовуємо АПЧ до частоти модуляції

,

Звідси

, (2.9)

.

Виходячи з цього девіація частоти

(Гц), (2.10)

Коефіцієнт автопідстройки частоти до частоти модуляції дорівнює

, (2.11)

де, -дівіація частоти моділяцї;

.

2.2 Вибір та обґрунтування загальної структури приймача

Структурна схема приймача в повній мірі визначається його призначенням і видом модуляції сигналу. В структурному співвідношенні, всі приймачі можна розділити на наступні види: детекторні приймачі, приймачі прямого підсилення, супергетеродинні приймачі з одинарним, чи подвійним перетворенням частоти.

Найпростіший детекторний приймач складається з приймальної антени, вхідного пристрою, детектора, підсилювача та відтворювального пристрою(рисунок 2.1). Такий приймач простий у виготовленні, але він володіє низькою чутливістю та селективністю, великим рівнем нелінійних спотворень. Тому такі приймачі майже не застосовуються.

28

Рисунок 2.1 – Структурна схема детекторного приймача

Структурна схема приймача прямого підсилення, що представлена на рисунку 2.2, що відрізняється від попередньої схеми наявністю підсилювача на частоті сигнала. Такий підсилювач значно підвищує чутливість і селективність приймача.

Рисунок 2.2 – Структурна схема приймача прямого підсилення

Так як вибірність за сусіднім каналом

, (2.12)

;

;

;

.

де розстройка

, (2.13)

Звідки еквівалентна добротність

.

В схемі супергетеродинного приймача (рисунок 2.3), за допомогою додаткового місцевого гетеродина в перетворювачі відбувається зміщення спектра сигналу в діапазон нових, проміжних частот. Це перетворення повинно бути лінійним, тобто не повинно супроводжуватися спотвореннями огинаючої ВЧ сигналу. Супергетеродин володіє високою чутливістю і

ВК ПРЧ ПНЧДЗМ

Г

ППЧ

29

селективністю, оскільки підсилення відбувається ще на проміжній частоті. Для ще більшого підвищення чутливості і селективності приймача застосовуються подвійні, чи навіть, потрійні перетворення частоти.

Рисунок 2.3 – Структурна схема супергетеродинного приймача

Преселектор, як і в приймачах прямого підсилення, здійснює вибірність сигналу та його попереднє підсилення, забезпечення вибірності по дзеркальному каналі. З виходу ПРЧ сигнал подається на перетворювач частоти. Він включає в себе гетеродин, змішувач та смуговий фільтр, знижує частоту вхідного радіосигналу на задану величину за допомогою коливань іншої частоти.

Гетеродин являє собою допоміжний малопотужний генератор гармонічних електричних коливань, що використовується для перетворення несучої частоти сигналів fс.

Змішувач являє собою нелінійний елемент, де під дією напруги гетеродина з частотою fг відбувається процес перетворення вхідного сигналу в проміжну частоту. Якщо fг > fс, то має місце верхня настройка частоти гетеродина, а в разі fг < fс – нижня настройка.

Можливість реалізації заданих вибірностей при однократному перетворенні частоти проводимо, вибравши значення проміжної частоти 10,7 МГц з ряду частот [1], для якої розроблено ряд уніфікованих фільтрів. При такій проміжній частоті можливе застосування п’єзо фільтра в ТПЧ, що дасть змогу досягнути високих технічних характеристик при малих економічних затратах і незначних габаритах.

Обираємо супергетеродинну структуру, але доповнимо її такими блоками:

30

Рисунок 2. 4 – Узагальнена структурна схема супергетеродинного приймача

2.3 Розбивка діапазону робочих частот на піддіапазони та вибір елемента настройки

У тих випадках, коли перекриття заданого діапазона частот зустрічає ускладнення в області конструктивної реалізації або призводить до недопустимо високої щільності шкали, виникає необхідність розбивання заданого діапазона частот на піддіапазони.Коефіцієнт перекриття діапазону визначається [2]

, (2.14)

де , - крайні частоти.К =180/100 =1,8(рази),

Для створення лінійної шкали і забезпечення необхідної роздільної здатності, доцільно розбити робочий діапазон на піддіапазони з коефіцієнтом перекриття не більшим за Кf = 1.8.

Для розбивки застосуємо метод рівних коефіцієнтів перекриття.Знайдемо необхідну кількість під діапазонів

, (2.15)

.

Оберемо кількість піддіапазонів N=2Визначимо загальний коефіцієнт перекриття кожного піддіапазону

, (2.16)

31

Визначимо інтервал частот кожного піддіапазону, а також коефіцієнт перекриття кожного з них [2].

Визначаємо інтервал частот кожного піддіапазону:

- для першого піддіапазону

(2.17)

- для другого піддіапазону

(2.18)

Визначаємо інтервал частот кожного піддіапазону з урахуванням запасу:- для першого піддіапазону

(2.19)

(2.20)

-для другого піддіапазону

(2.21)

(2.22)

У якості регулювального елемента оберемо варикап КВ116А з наступними параметрами [3]:

Смін=158пФ, Смах=262пФ, Uкер=10В.

32

Коефіцієнт перекриття який може забезпечити варикап визначається за формулою [2]

Кп= , (2.23)

де Ссх- початкова ємність схеми резонансного контура, вона визначається за формулою

Ссх= См+СL+Свн , (2.24)

де См-ємність монтажа ( )СL-власна ємінсть котушки індуктивності ( )Свн- ємінсть, що вноситься вхідним транзистором ( )

Ссх =5+10+10=25 пФ,

Кп= =1,2 разів.

Максимальна ємність контуру

СКmax=Смах+Ссх=262+25=287 пФ;мінімальна

СКмін=Смін+Ссх=183 пФ.Отриманий коефіцієнт практично рівний необхідному, що задовольняє

умовам попередніх розрахунків.По відомому орієнтовному числу одиночних коливальних контурів

преселектора n потрібно визначити максимальне допустиме значення добротності контурів, яке забезпечує задане послаблення на краях смуги пропускання для схеми преселектора .

; (2.25)де мінімальна частота піддіапазону;

;

;

Визначаємо необхідну добротність контурів Qs що забезпечує необхідну вибірність по дзеркальному каналу. При застосуванні одиночних

33

контурів у вхідному колі і підсилювачі радіочастоти з зовнішньо ємнісним зв‘язком:

; (2.26)

де частота дзеркального каналу;

; (2.27)

;

;

Отже

;

;

Для одночасного забезпечення заданої вибірності за дзеркальним каналом і послаблення на краях смуги пропускання необхідно значення добротності вибирати з умови , але менше . Вибираємо еквівалентну добротність контурів . Вибране значення добротності приймається рівним добротності на максимальній частоті піддіапазону , а добротність на мінімальній частоті піддіапазону визначається за формулою

; (2.28)

;

34

Визначимо вибірність по дзеркальному каналу для вхідного кола з зовнішньо ємнісним зв‘язком

; (2.29)

; (2.30)

(2.3.22)

; (2.31)

;

;

Отже

, або 53дБ;

, або 52 дБ;

, або 66 дБ;

, або 60 дБ;

Вибірність по проміжній частоті

; (2.32)

, або 104дБ;

, або 107 дБ;

35

2.4 Розрахунок шкали

Для ЧМ приймачів, які працюють у широкому діапазоні частот є недоцільним використовувати візирні та стрілочні шкали, це пов’язано з тим що їх розміри будуть досить великими, тому доцільно використовувати цифрові шкали. За своїми експлуатаційними параметрами цифрові індикатори частоти характеризуються наступними характеристиками: високою точністю індикації, відсутністю суб’єктивної похибки та швидкодією. Система індикації повинна мати таку спрощену структурну схему рисунку 2.5

Рисунок 2.5 – Структурна схема системи індикації частоти

На сьогоднішній день поширеними є системи виконані на мікроконтролерах, які в свою чергу в собі вже мають АЦП, що спрощує реалізацію. Реалізуємо дану систему на мікроконтролері АТMega8. Схема включення буде мати вигляд представлений на рисунку 2.6

Рисунок 2.6 – Схема електрична-принципова цифрової шкали

У простих конструкціях настройку приймача на станції часто виконують за допомогою змінних резисторів або конденсаторів, які до того ж недовговічні, тому що не мають захисту від бруду та пилу. З огляду на це є доцільною реалізація електронної настройки на потрібні частоти. Простий пристрій, який може забезпечити таку настройку наведено на рисунку 2.7.

36

Схема не складна та володіє такими перевагами, як плавність настройки і довговічність.

Рисунок 2.7 – Схема електронної настройки приймача

Основою схеми є польовий транзистор типу КП313А до затвору якого підключений конденсатор C1, що виконує функцію елементу пам'яті. При замиканні однієї з кнопок (SB1, SB2) керуюча напруга на затворі ЛЛІ по мірі заряду (розряду) конденсатора C1 через резистор R2 буде або збільшуватися, або зменшуватися. Якщо жодна з кнопок не натиснута, то C1 зберігає потенціал (він повинен бути підібраний з якомога меншим струмом витоку). Від величини напруги на затворі VT1 залежить напруга на джерелі, яке через резистори R6, R9 подається на варикапи настройки приймача і індикатор шкали. Резистор R4 встановлює верхню межу напруги, що подається на варикапи.

Елементна база даної схеми обирається з огляду до вимог та параметрів, що висуваються до нашого приймача [5]

2.5 Розподіл частотних спотворень по каскадах приймача

Вхідне коло – це найчастіше, паралельний коливальний контур. Частотні спотворення, які вносяться ВК знаходяться в межах 0,2÷0,7 дБ. Оберемо 0,5дБ.

Для розподілу нерівномірності АЧХ скористаємося [1],[8].

Визначимо загальний коефіцієнт частотних спотворень за формулою:

, (2.33)

де - частотні спотворення, що вносить підсилювач звукової частоти, дБ;

, (2.34)

де - частотні спотворення, що внесені вхідним колом, ;

37

- частотні спотворення, що внесені підсилювачем радіочастоти, ; - частотні спотворення, що внесені змішувачем, ; - частотні спотворення, що внесені підсилювачем проміжної

частоти, ; - частотні спотворення, що внесені демодулятором,

: Враховуючи те, що fc.мін = 64 МГц, при добротності контурів преселектора Q>100.

.Тоді частотні спотворення, що вносить підсилювач низької частоти,

будуть рівні: дБ..

Так як у ТЗ задано 4дБ, то умову виконано.

2.6 Розрахунок реальної чутливості та необхідного підсилення тракту радіочастоти

Розрахунок проводимо згідно методики, яка наведена в [4]. З урахуванням того, що приймач працює від зовнішньої антени, реальна чутливість приймача розраховують за формулою

, (2.35)

де - відношення сигнал/шум на вході детектора; - активний опір еквівалента антени (кОм); - смуга пропускання ВЧ-тракту; - коефіцієнт шуму приймача. Для частотної модуляції:

, (2.36)де - співвідношення сигнал/шум; - виграш в завадостійкості.В зв’язку з тим, що внутрішні шуми являють собою флуктуаційну заваду:

, (2.37)

.

Згідно ТЗ співвідношення сигнал/шум (або 5 рази);Тоді

38

.Для розрахунку можна прийняти, що коефіцієнт шуму приймача

визначається коефіцієнтом шуму першого каскаду

(2.38)де КШТР - коефіцієнт шуму транзистора ПРЧ ( 3 дБ або 1,4 рази ); - відношення активного опору, що вноситься з антенного кола в

коливальний контур, до власного опору цього контуру. Так як добротність контурів може погіршуватись на 25...30%, то

оптимальне відношення = 0,3...0,4. Приймаємо .

Тоді в оптимальному режимі:Використовуючи формулу (2.38) знайдемо реальну чутливість, враховуючи, що :

(мкВ).Перевіримо виконання умови

, (2.39)

де - коефіцієнт запасу по реальній чутливості. Вибираємо ;Тоді

Тобто є достатній запас по реальній чутливості.

2.7 Обґрунтування можливості використання мікросхеми

При використанні інтегральних мікросхем, треба керуватися вимогами, що дані у ТЗ.

Заміна на мікросхеми дає ряд переваг, а саме:1. простота монтажу, наладки, більш висока надійність експлуатації2. зменшення маси та розмірів3. покращенні електричні параметри

Оберемо інтегральну мікросхему К174ХА42А [6] її структурна схема наведена у додатку Г. Використання даної мікросхеми дає можливість реалізувати одразу декілька частин приймача одним блоком, а саме: ПРЧ, ЗМ, Г, АРП, ЧД. Що суттєво спрощує реалізацію та розрахунки, адже

39

відпадає потрібність вибору проміжної частоти та розрахунку кількості перетворень частоти.

2.8 Вибір активних елементів тракту радіочастоти та тракту проміжної частоти

Відповідно до вимог ТЗ в ТРЧ та ТПЧ застосуємо інтегральну мікросхему К174ХА42А [6].

Основні параметри мікросхеми:Номінальна напруги живлення, В ……………………………………………4,5 Споживаний струм, мА, не більше………………………………………………8

Частота вхідного ВЧ сигналу, МГц. ………………………………..... 5-180 Чутливість (вхідна напруга обмеження за рівнем -3 дБ), мкВ ………………3 Вихідна напруга НЧ, мВ……………………………………………………. 100 Коефіцієнт нелінійних спотворень,%, не більше…………………………… 0,5 Опір резистора навантаження в ланцюзі відкритого колекторного підсилювача, кОм……………………………………………………………......34Відношення сигнал / шум, дБ, не менше………………………………………50

Коефіцієнт придушення складової AM *, дБ, не менше ……………………. 50Рівень частотних спотворень, дБ………………………………………………2,5

Вихідна напруга мікросхеми не задовольняє умови поставлені в ТЗ ,а саме UТЗ=1,5В, тому потрібно поставити на виході підсилювальний каскад.

В технічному завданні вказаний такий важливий параметр, як співвідношення сигнал шум. Необхідно перевірити чи задовольняє обрана мікросхема цьому параметру рисунок 2.8.

Рисунок 2.8– Залежність співвідношення сигнал/шум відрівня вхідного сигналу

Як видно з наведеного графіку при мінімальному рівні сигналу, що становить 3 мкВ. співвідношення сигнал/шум становить 20 дБ > 14дБ. Це

40

цілком задовольняє вимогам ТЗ.

2.9 Попередній розрахунок підсилювачів тракту радіочастоти та проміжної частоти

Для забезпечення правильної роботи обраної мікросхеми необхідно задатися режимом роботи.

Режим роботи слід обирати виходячи з того, що мікросхема не повинна працювати на межі своїх можливостей, так як це буде призводити до перенавантаження та швидкого старіння, також при високих коефіцієнтах передачі спостерігається підвищення коефіцієнту нелінійних спотворень тому оберемо робочу точку для оптимального режиму роботи рисунок 2.9.

Рисунок 2.9– Залежність вихідної напруги мікросхемивід напруги живлення

Uжив. = 4,5 В.Uвих =85 мВ.

Також слід врахувати рівень вхідного сигналу з рисунка 2.10

Рисунок 2.10 – Залежність вихідної напруги мікросхемивід рівня вхідного сигналу при напрузі живлення 4,5 В.

41

Чутливість мікросхеми визначає мінімальний рівень вхідного сигналу, який може сприйматися приймачем, він становить 3 мкВ. Отже, з графіку видно, що реальна вихідна напруга буде становити Uвих.р. =55 мВ. Тобто коефіцієнт передачі по напрузі становить:

(2.40)

В якості коливального контуру ППЧ буде побудований п’єзокерамічний фільтр ФП1П - 049 , який забезпечить резонансну частоту 10,7 МГц і високу вибірність по сусідньому каналу, як буде складати 60дБ, що задовольняє умови ТЗ. Параметри фільтра наведені в додатку Г.

2.10 Попередній розрахунок вихідного підсилювача низької частоти

Оскільки вихідна напруга мікросхеми недостатня то необхідно використати підсилювач НЧ, який забезпечить необхідний рівень вихідної напруги, що буде задовольняти умовам ТЗ.

Вихідні дані:Рівень вхідної напруги, Uвх…………………………………………55 мВ.Рівень вихідної напруги ,Uвих………………………………………1,5 В.Максимальна частота, ………………………………………..3400 ГцОпір навантаження, R………………………..……………………0,75 кОмВихідна потужність приймача

(2.41)

Розрахуємо коефіцієнт передачі підсилювача низької частоти

(2.42)

Оберемо транзистор КТ503А, що має такі параметри [8]: гранична частота підсилення, fгр ..................................................... 5 МГц,максимально допустима напруга колектор-емітер, UKE max доп.............5 В,ємність емітера, СЕ ..............................................................................30 пФ,

42

максимальний струм колектора, ІК max ..............................................350мА,опір бази, rБ .......................................................................................≈2 Ом,коефіцієнт передачі, h21E ……………………………........................20-120,тепловий опір перехід-корпус, Rпк .............................................. 214ºС/Вт, напруга насиченняUнас. ...................................................................... 0,6В,вихідна потужність, Рвих................................................................300 мВт.

2.11 Розрахунок перетворювача напруги

Оскільки в даному курсовому проекті для реалізації ТРЧ та ТПЧ було використано інтегральну мікросхему К174ХА42А, яка має напругу живлення 4,5 В, виникає питання неузгодженості каскаду ВК та ІМС по живленню, адже для варикапів, що застосовуються у ВК потрібно 10 В.

Згідно вимог ТЗ, приймач має бути стаціонарний тому для узгодження живленнянапруг ВК і мікросхеми застосуємо схему перетворювача напруг, що наведена на рисунку 2.11 [7].

Рисунок 2.11 – Перетворювач напруг

Це індуктивний помножувач з вбудованим синхронним випрямлячем, який дозволяє підвищити ефективність та компактність схеми, та підвищити простоту виготовлення.

Характеристики перетворювача:Робоча напруга, В……………………………………………………… 4,5 ... 10,5ККД (при Iнагр. = 120мА),% …………………………………………………...94Вихідна напруга, В…………………………………………………..…………..10Номінальний вихідний струм, мА…………………………………………….300Обмеження вихідного струму, А………………………………………………...1Струм холостого ходу, мА……………………………………………………...0,1Діапазон робочих температур, ° С……………………………………..-40 ... +85

2.12 Розробка структурної схеми

43

Виходячи з результатів попереднього розрахунку, будуємо структурну схему приймача, яка зображена на рисунку 2.12.

Рисунок 2.12 – Структурна схема професійного приймача з ЧМ сигналом

Функції окремих блоків приймача:1) Вхідний пристрій виділяє сигнал високої частоти і попередньо послаблює

сигнали інших станцій.2) Блок настройки забезпечує задану настройку приймача на відповідну

частоту прийому сигналу3) ПВЧ – підсилювач високої частоти, підсилює корисні сигнали що

потрапляють з вхідного кола окремого піддіапазону і проводить подальше послаблення сторонніх станцій.

4)Змішувач виконує перетворення частоти, на змішувач діють два високочастотних сигнали: сигнал що надходить з антени та сигнал з виходу гетеродина.

5) Гетеродин – місцевий автогенератор високої частоти. 6) ППЧ - підсилювач проміжної частоти, працює на постійній частоті 10,7

МГц і забезпечує потрібне підсилення сигналу проміжної частоти 7) АРП - автоматичне регулювання підсилення, призначена для запобігання

перевантаження перетворювача вхідним сигналом.

44

3 ЕЛЕКТРИЧНІ РОЗРАХУНКИ КАСКАДІВ ПРОФЕСІЙНОГО ЧМ РАДІОПРИЙМАЧА

3.1Розрахунок трактів ПЧ

Оскільки в нашому курсовому проекті тракт ПЧ був реалізовані за допомогою мікросхеми К174ХА42А то електричні розрахунки зводяться до розрахунку елементів в схемі типового включення даної ІМС.

Рисунок 3.1 - Схема включення ІМС К174ХА42А

Конденсатори С5, С12 та С15 є блокуючими конденсаторами (див. додаток Г). Їх ємності визначаються за формулою 3.1

( 3. 1)

.

Оберемо конденсатори

К10-12-10В-М46- 62 пФ±10%.

К10-12-10В-М46- 200 пФ±10%.

К10-12-10В-М46- 15 пФ±10%.

45

Конденсатори С4, С6, С7, С8 є розділовим конденсатором, їх ємності обраховується за формулою (2.1.2), задавшись рівнем частотних спотворень М=0.5дБ отримаємо

(3. 2)

Оберемо К10-18-50В-М47-5,1 нФ10%

К73-11-16В- 2,4 пФ10%

К10-18-15В-М47-330 пФ10%

К10-18-15В-М47-220 пФ10%

У мікросхемі наведений активний смуговий фільтр зображений на рисунку 3.2. Він складається з трьох частин. ФВЧ другого порядку, смугового фільтру першого порядку та ФНЧ першого порядку. Для заданого діапазону частот ємності внутрішніх конденсаторів визначаються з довідника [9]

ФВЧ-ІІ: С9=3300пФ, С10=180 пФ

СФ-І: С1=330Пф, С2= 3300 пФ

ФНЧ-І: С3=150 пФ

46

Рисунок 3.2 – Активний смуговий фільтр

Конденсатор С10 входить до складу фільтра. Він усуває побічні складові сигналу ПЧ на виході частотного детектора і визначає постійну часу, його ємність становить 0.01 мкФ [9].

Від ємності конденсатора С1 залежить рівень шуму, що надходить в ЗЧ тракт; чим більше місткість, тим голосніше шум, його ємність 0.022 мкФ .

Конденсатор С2 визначає постійну часу системи безшумної настройки, 0,15мкФ.

Конденсатор С3 має переналаштовувати гетеродин по діапазону заданих частот (90-180 МГц). Для таких значень частот ємність має змінюватись в межах 37-47 пФ.

Індуктивність котушки L1 визначається за формулою

; (3. 3)

47

4 КОНСТРУКТОРСЬКІ ТА ЕЛЕКТРИЧНІ РОЗРАХУНКИ СПІРАЛЬНОЇ АНТЕНИ

4.1 Конструкторські розрахунки спіральної антени

Рисунок 4.1 – Спіральна антена

Розрахунок антени будемо проводити у відповідності з [11]. Визначимо крайні довжини хвиль робочого діапазону

, (4.1)

де с= 3*108 м/с– швидкість світла; f – частота (нижня та верхня відповідно).

,

.

Довжина витка спіралі приймається рівною середній довжині хвилі заданого робочого діапазону

L ≈ λср = 1/2*(λн+λв), (4.2)

L≈λср=1/2*(185+315)=250 (мм).

48

Довжина антени рівна [1]

, (4.3)

де D0 – коефіцієнт спрямованої дії.Як видно з формули (4.3), що коефіцієнт спрямованої дії

прямопропорційно залежить від довжини антени. Отже, задамося максимальним коефіцієнтом спрямованої . Знаходимо довжину антени з врахуванням, що коефіцієнт спрямованої дії рівний 40.

(мм),

Задамося оптимальним кроковим кутом спіралі. Оскільки він має лежати в межах 120<α<160 , які є допустимими, то приймемо = 120 і продовжимо конструктивний та електричний розрахунок спіральної антени. Крок спіралі визначається з виразу

S= L*sinα , (4.4)

S = 250*sin 120 52 (мм).

Кількість витків спіралі визначається за виразом

, (4.5)

= 667/52 =12,82.

Округлимо отримане значення до цілої частини, отже приймаємо кількість витків в спіральній антені n=13. Отже, потрібно внести корективи, щодо довжини антени

,

l = 13*52 = 676 (мм).

Знайдемо радіус спіралі

, (4.6)

49

(мм).

Діаметр диску екрану вибираємо в межах

Dд = (0,9÷1.1)*λср , (4.7)

Обираємо Dд з меж 225…275. Приймаємо Dд=250 (мм).Провід спіралі виготовимо з алюмінію. Вибираємо діаметр проводу

спіралі d=0.01*λср , (4.8)

Обираємо d = 2,5 (мм) .Довжину проводу спіралі розраховуємо за формулою

lпр= n*L, (4.9)

lпр = 13*250 = 3250 (мм).

4.2 Електричні розрахунки

Параметрами циліндричної спіралі є: n – число витків спіралі; α – кут підйому витка ( sin α = S/L = 52/250=0,210; ); R – радіус спіралі.

Для розрахунку конструктивних розмірів та електричних параметрів спіральної антени вихідними даними можуть бути коефіцієнт підсилення (коефіцієнт спрямованої дії), середня робоча частота та діапазон робочих частот. Розрахунок антени будемо проводити у відповідності з [3].

Проведемо електричний розрахунок антени.Визначимо величину коефіцієнта спрямованої дії для середньої та

крайніх довжин хвиль робочого діапазону

, (4.10)

де λ – довжина хвилі L – довжина витка спіралі l – довжина антени

;

;

50

.

Розрахуємо вхідний опір антени для середньої та крайніх довжин хвиль

Rвх≈140*(L/λ), (4.11)

;

;

.

Визначимо середню ширину головної пелюстки ДС на рівні 0,5 та по направленням нульового випромінювання для середньої і крайніх довжин хвиль заданого діапазону.

2Θ0,5≈ . (4.12)

;

;

.

. (4.13)

;

;

51

.

Розраховуємо вісеву складову еквівалентної фазової швидкості струму в спіралі для середньої та крайніх довжин хвиль [11]

, (4.14)

де с = 3*108 – швидкість світла

;

;

.

Проведемо розрахунок діаграми спрямованості антени для середньої та крайньої довжин хвиль за формулами [11]

, (4.15)

де n – кількість витків; L – довжина витка спіралі; S – крок спіралі; λ – довжина хвилі.

52

Розрахунок ДС та її побудова графічно проведено за допомогою програмного пакету Mathcad 2000

а) n = 13; S = 52 мм; L = 250 мм; λ = 315 мм

. (4.16)

Рисунок 4.2 – Діаграма спрямованості спіральної антени

при довжині хвилі λ=315мм

Значення ширини головної пелюстки ДС на рівні 0 рівна 2θ0=820. Значення середньої ширини головної пелюстки ДС на рівні 0,5 рівна 2θ0,5=40.40. Рівень бокових пелюсток – 0,25.

б) n = 16; S = 49мм; L = 231мм; λ = 231мм

53

. (4.17)

Рисунок 4.3 – Діаграма спрямованості спіральної антени при довжині хвилі λ=250мм

Значення ширини головної пелюстки ДС на рівні 0 рівна 2θ0=62,4. Значення середньої ширини головної пелюстки ДС на рівні 0,5 рівна 2θ0,5=35.20. Рівень бокових пелюсток – 0,255.

а) n = 16; S = 49мм; L = 231мм; λ = 177мм.

. (4.18)

54

Рисунок 4.4 – Діаграма спрямованості спіральної антени

при довжині хвилі λ=185мм

Значення ширини головної пелюстки ДС на рівні 0 рівна 2θ0=42,10. Значення середньої ширини головної пелюстки ДС на рівні 0,5 рівна 2θ0,5=30.60. Рівень бокових пелюсток – 0,26.

Побудуємо графік зміни коефіцієнта стійної хвилі від довжини хвилі в смузі робочих частот (l = 784мм; L = 231мм; ) .

, (4.19)

Рисунок 4.5 – Залежність коефіцієнта спрямованої дії від довжини хвилі

55

4.3 Розрахунок пристрою узгодження

Рисунок 4.6 – Схема узгоджуючого пристрою

Вихідні дані для розрахунку узгоджуючого пристрою

,

λmax= 315 (мм),

λmin= 185 (мм).

(Ом) – вхідний опір спіралі

(Ом) – хвильовий опір фідераСтупеневий або плавний перехід з’єднує дві однорідні лінії і служить

для узгодження хвильових опорів. Найбільшого розповсюдження отримали переходи з Чебишевськими і максимально плоскими частотними характеристиками коефіцієнта відбиття. Перші розраховуються з допомогою поліномів Чебишева і мають оптимальне співвідношення між смугою узгодження, допуском неузгодження і довжиною переходу. Переходи з максимальною плоскими характеристиками не мають осциляції коефіцієнта відбиття в смузі узгодження. Тому виконаємо узгоджуючий пристрій у вигляді Чебишевського переходу[16].

Розрахунок проводитимемо у відповідності з [16].Визначаємо перепад хвильового опору

, (4.20)

.

56

Визначаємо довжину сходинки

, (4.21)

.

Визначаємо масштабний множник

, (4.22)

.

Визначаємо амплітудний множник з врахуванням допуску на розузгодження

, (4.23)

.

Визначаємо параметр С

, (4.24)

.

Визначаємо кількість сходинок

, (4.25)

.

Приймаємо кількість сходинок 2.

57

Знаходимо довжину переду.

Знаходимо хвильові опори сходинок з таблиці 4.1

Для R=1,8 при і n = 2 знаходимо:,,.

Опори сходинок переходу розраховуються за виразом . (4.26)

,. (4.27)

.Геометричні розміри переходу

Вибираємо фідер РК-75-17-11D=17.3±0.6 ммd0=4 ммРозрахуємо внутрішні діаметри провідника за формулою:

, (4.28)де D – внутрішній діаметр зовнішньої трубки переходу d – діаметр відповідної сходинки

звідки ;

.

Розрахуємо частотну характеристику переходу за виразом

(4.29)

де

, (4.30)

де h - амплітудний множник,

58

- поліном Чебишева першого роду n-го порядку;S - масштабний множник, який нормує характеристику по вісі частот. Для двосходинкового переходу, для полінома Чебишева першого роду

2-го порядку, з визначення і основних властивостей поліномів Чебишева випливає

12)( 22 xxT , (4.31)

тобто

, (4.32)

де

, (4.33)

,

.

Розрахунок частотної характеристики переходу та її побудова графічно проведено за допомогою програмного пакету Mathcad 2000

59

Рисунок 4.7 – Частотна характеристика узгоджуючого пристрою.

Отже, як ми бачимо з рисунку 15, що розузгодження в смузі робочих довжин хвиль (185 - 315 мм), не перевищує значення 0,05.

60

5 МОДЕЛЮВАННЯ

5.1Вибір моделюючої системи

Моделювання будемо здійснювати за допомогою схемного пакета Electronic Workbench версії 11. Дана версія схемного редактора набагато краща за попередні, і дуже проста у використанні. Єдиним її недоліком, для нашого використання, є те що ця версія не містить баз даних елементів вітчизняного зразку.

Рисунок 5.1 – Модель мостового фільтра на основі кварцового резонатора

Рисунок 5.2 – Осцилограма вхідного сигналу мостового фільтра на основі кварцового резонатора

61

Рисунок 5.3 – логарифмічна АЧХ мостового фільтра на основі кварцового резонатора

62

6 ОХОРОНА ПРАЦІ

6.1 Аналіз небезпечних та шкідливих виробничих факторів у виробничому приміщенні

При роботі в даному приміщенні, виникає низка небезпечних і шкідливих виробничих факторів, які класифікуються за [20].

Небезпечний виробничий фактор - це небажане явище, яке супроводжує виробничий процес і дія якого за певних умов може призвести до травми або іншого раптового погіршення здоров'я працівника (гострого отруєння, гострого захворювання) і навіть до раптової смерті.

Шкідливий виробничий фактор - це небажане явище, яке супроводжує виробничий процес і вплив якого на працюючого може призвести до погіршення самопочуття, зниження працездатності, захворювання, виробниче зумовленого чи професійного, і навіть смерті, як результату захворювання.

Як правило, всі несприятливі виробничі фактори розглядаються як єдине поняття небезпечний та шкідливий виробничий фактор.

Визначальними ознаками небезпечних та шкідливих виробничих факторів є: можливість безпосереднього негативного впливу на організм людини; ускладнення нормального функціонування органів працівника; можливість порушення нормального стану елементів трудового процесу, в результаті чого можуть виникати аварії, вибухи, пожежі, травми.

Вказане приміщення характеризується небезпечними та шкідливими виробничими факторами фізичної, хімічної, біологічної та психофізіологічної груп [20], які класифікуються так:

1) Фізичні небезпечні і шкідливі виробничі фактори:- високий рівень інфразвуку, шуму, ультразвуку та вібрації;- підвищений рівень електромагнітних випромінювань:- високе значення напруги в електричній мережі:- підвищена або понижена температура, вологість і рухливість повітря

робочої зони;- підвищена інтенсивність теплового випромінювання;- відсутність або недостатність природного освітлення;- недостатня освітленість робочої зони;- відбита або пряма блискучість.2) Хімічні небезпечні і шкідливі фактори - шкідливі хімічні речовини.3) Біологічні небезпечні і шкідливі виробничі фактори - немає.4) Психофізіологічні небезпечні і шкідливі виробничі фактори:а) фізичні перевантаження - немає.б) нервово-психічні перевантаження:- перенапруження аналізаторів;- монотонність праці.Вкажемо можливі причини виникнення цих чинників і коротко опишемо

їхню дію на організм працівника.

63

Високий рівень шуму і вібрації робочої зони спричиняється роботою таких елементів комп'ютерів, як жорсткий диск, вентилятори блоку живлення, охолодження мікропроцесора, швидкісні CD-ROM (DVD-ROM), механічні сканери, пересувні механічні частини принтера, що може спровокувати психічні та фізіологічні порушення, що знижують працездатність і створюють передумови для загальних та професійних захворювань і виробничого травматизму.

Високий рівень інфразвуку спричиняється Інфразвуковими складовими, що як правило, присутні у спектрі шуму, який генерується промисловими установками і транспортними засобами, що супроводжується відчуттям обертання, розхитування, почуттям тривоги, страху, біллю у вухах, порушенням роботи органів рівноваги.

Високий рівень ультразвуку може бути викликаний обладнанням, у якому генеруються ультразвукові коливання для виконання технологічних операцій, а також обладнання, при експлуатації якого ультразвук виникає

- підвищена або понижена температура, вологість і рухливість повітря робочої зони;

- підвищена інтенсивність теплового випромінювання;- відсутність або недостатність природного освітлення;- недостатня освітленість робочої зони;- відбита або пряма блискучість.2) Хімічні небезпечні і шкідливі фактори - шкідливі хімічні речовини.3) Біологічні небезпечні і шкідливі виробничі фактори - немає.4) Психофізіологічні небезпечні і шкідливі виробничі фактори:а) фізичні перевантаження - немає.б) нервово-психічні перевантаження:- перенапруження аналізаторів;- монотонність праці.Вкажемо можливі причини виникнення цих чинників і коротко опишемо

їхню дію на організм працівника.Високий рівень шуму і вібрації робочої зони спричиняється роботою

таких елементів комп'ютерів, як жорсткий диск, вентилятори блоку живлення, охолодження мікропроцесора, швидкісні CD-ROM (DVD-ROM), механічні сканери, пересувні механічні частини принтера, що може спровокувати психічні та фізіологічні порушення, що знижують працездатність і створюють передумови для загальних та професійних захворювань і виробничого травматизму.

Високий рівень інфразвуку спричиняється інфразвуковими складовими, що як правило, присутні у спектрі шуму, який генерується промисловими установками і транспортними засобами, що супроводжується відчуттям обертання, розхитування, почуттям тривоги, страху, біллю у вухах, порушенням роботи органів рівноваги.

Високий рівень ультразвуку може бути викликаний обладнанням, у якому генеруються ультразвукові коливання для виконання технологічних

64

операцій, а також обладнання, при експлуатації якого ультразвук виникає як побічний фактор, що може спровокувати функціональні порушення нервової системи, головний біль, зміну тиску, складу і властивостей крові, втрату слухової чутливості, підвищену втомлюваність.

Підвищений рівень електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону спричиняється лабораторними та вимірювальними приладами різного призначення, персональними комп'ютерами тощо, що може спровокувати катаракту, при якій помутніння розвивається на мембрані кришталика, підвищену частоту захворювання глаукомою, а під дією підвищеної концентрації пилу поблизу екрана дисплея підвищується імовірність виникнення дерматитів обличчя (прищі, екземи, свербіж шкіри).

Підвищений рівень електромагнітних випромінювань промислової частоти спричиняється струмоведучими частинами працюючих електроустановок, що може спровокувати злоякісні пухлини. Найбільш сильна дія цих полів виявляється на відстані до 30 см від екрана. Не меншої інтенсивності досягають ці поля із задньої сторони дисплея (джерело рядковий трансформатор) - їхній шкідливий вплив поширюється на відстань до 0,7-1 м.

Високе значення напруги в електричній мережі спричиняється використанням ЕОМ, світильників, копіювальної техніки, кондиціонерів, що може спровокувати ураження електричним струмом працівника.Підвищена або понижена температура повітря робочої зони спричиняється різкою зміною температури повітря навколишнього середовища, наявністю або відсутністю опалення робочого приміщення тощо. Це може спровокувати тепловий удар, який супроводжується втратою свідомості, блювотою, судомами.

Підвищена або понижена відносна вологість повітря робочої зони спричиняється різною кількістю води, що випаровується у приміщенні, метрологічними умовами поза приміщенням, що може спровокувати зменшення або збільшення тепловіддачі організмом людини, що сприяє його перегріванню або переохолодженню.

Підвищена або понижена рухливість повітря робочої зони спричиняється нераціональними параметрами системи вентиляції або її відсутністю, що може спровокувати порушення реакції терморегуляції організму працівника.

Підвищена інтенсивність теплового випромінювання спричиняється теплом, що потрапляє у виробниче приміщення від обладнання, опалювальних приладів, людей тощо, що може спровокувати перегрівання організму працівника.

Відсутність або недостатність природного освітлення спричиняється відсутністю або недостатніми розмірами віконних пройм, а також наявністю конфронтуючих будинків та споруд. Відсутність або недостатність природного освітлення приводить до напруження зору, послабляє увагу, приводить до настання передчасної стомленості.

65

Недостатня освітленість робочої зони спричиняється відсутністю або недостатністю природного освітлення, нераціональним розташуванням світильників та ламп штучного освітлення та ін. Недостатня освітленість може стати причиною низької продуктивності праці, оскільки очі працівника перенапружуються, при цьому стає складно відрізнити оброблювані предмети [18].

Відбита або пряма блискучість спричиняється наявністю в приміщенні блискучих поверхонь, які здатні відбивати промені світла, що може призвести до виникнення астенопічних явищ та функціональних змін ока.

Шкідливі хімічні речовини в повітрі робочої зони спричиняються виділенням пилу, озону, оксидів азоту й аероіонізації під час роботи за комп'ютером. В приміщеннях із ПК оператори піддаються впливу пилу, що притягається до працівника і сильно наелектризованого обладнання. Основними джерелами озону на комп'ютеризованих місцях є електронне-променеві трубки відеотерміналів та лазерні принтери. Під час роботи ПК виникає іонізація середовища, що приводить до фізико-хімічних змін у структурі речовин. Пил може бути вибухонебезпечним. Нижній поріг вибухонебезпечної концентрації зернового пилу в повітрі складає 40 г/м3. Оксиди азоту чинять подразливу дію на органи дихання, викликаючи кашель, блювоту, іноді головний біль. Особливу небезпеку щодо впливу на здоров'я представляє підвищена концентрація озону - високотоксичного подразнюючого газу. Надзвичайна небезпека озону для здоров'я людини пов'язана з тим, що він належить до хімічних сполук, що викликають в живих організмах зміни, схожі з тими, які виникають після дії іонізуючого випромінювання. Тому озон вважається не лише подразнюючою, а й канцерогенною речовиною. Іонізація повітря може викликати невелике підвищення температури тіла під час роботи за комп'ютером.

Перенапруження аналізаторів спричиняється інтенсивною роботою за ЕОМ, що призводить до швидкої втоми органів зору працюючого і навіть до погіршення зору.

Монотонність праці спричиняється розвитком напівавтоматичного виробництва і автоматизованих систем керування, оскільки основними функціями працівника за таких умов стають нескладні, одноманітні рухи, які повторюються тисячі разів за зміну, або функції спостереження. керування і контролю за роботою системи і призводить до швидкої втоми працівника, зниження функціональних можливостей організму та інтересу до роботи, сонливості. Монотонність викликає також у працівника переоцінку тривалості робочого часу (зміна здається значно довшою), а також підвищує аварійність і травматизм, призводить до плинності кадрів.

6.2 Карта умов праці

Для здійснення атестації робочого місця за умовами праці потрібна карта умов праці. В таблиці 1 наведено оцінку факторів виробничого і трудового процесів.

66

Таблиця1 - Оцінка факторів виробничого і трудового процесів

№ Фактори виробничого середовища і трудового процесу

Нормативне значення (ГДР,ГДК)

Фак

тичн

езн

ачен

ня

3-й клас: шкідливі умови і характер праці

Нижнє Верхнє

1 Шкідливі хімічні речовини:

1-ий клас небезпеки _ _

2-ий клас небезпеки _ _

3-ий,4-ий класи небезпеки 0,1 0,36 +

2 Вібрація 33 53 +

3 Шум 50 62 +

4 Інфразвук 110 41

5 Ультразвук 110 89

6 Неіонізуючі випромінювання:

Радіочастотний діапазон 3 16 +

Діапазон промислової частоти 5 1,27

Оптичний діапазон 0 0

7 Мікроклімат у приміщенні:

Температура повітря, 0С 17 23 30 +

Швидкість руху повітря, м/с 0,3 0,6 +

Відносна вологість повітря,% 75 72

Інтенсивність теплого випромінювання , Вт/м2

140 239 +

8 Виробниче освітлення:

Розряд зорових робіт 4 4

КПО для природного освітлення, %

1,5 1,5

Освітленість для штучного освітлення, лк

200 299

Кількість факторів _ _ _ 7 0 0

I. Гігієнічна оцінка умов праці:Підвищена концентрація шкідливої хімічної речовини 4-го класу небезпеки - 1 ст.Підвищений рівень вібрації – 1ст.

67

Підвищений рівень шуму - 1 ст.Підвищений рівень неіонізуючих випромінювань радіочастотного діапазону - 1 ст.Підвищена температура в теплий період року - 1 ст.Підвищена швидкість руху повітря – 1ст.Підвищена інтенсивність теплового випромінювання - 1 ст.

II. Оцінка технічного й організаційного рівня:Технічний рівень робочого місця не відповідає нормативним вимогам.

III. Атестація робочого місця:Робоче місце атестовано за першим ступенем шкідливості.

6.3 Рекомендації щодо покращення умов праціЗ метою забезпечення чистоти повітря робочої зони потрібно доповнити

природну вентиляцію механічною.Для забезпечення допустимих параметрів вібрації в приміщенні потрібно

використати відбудування від режиму резонансу за допомогою раціонального вибору маси та жорсткості системи, що коливається.

З метою забезпечення нормованих параметрів шуму в приміщенні необхідно застосувати звукоізоляцію.

З метою забезпечення нормованих параметрів неіонізуючих випромінювань радіочастотного діапазону в приміщенні необхідно застосувати захист часом або відстанню.

З метою забезпечення допустимих параметрів температури повітря в приміщенні доцільно застосувати нагрівальні прилади.

З метою забезпечення допустимих параметрів швидкості руху повітря в приміщенні доцільно організувати підсушування припливного повітря.

Для забезпечення нормованих параметрів інтенсивності теплового випромінювання в приміщенні потрібно використати кондиціювання повітря.[19]

6.4 Розрахунок допустимого часу перебування в зоні дії електричної складової електромагнітного випромінювання, якщо фактична напруженість електричного поля Еф=16 В/м.

Допустимий час перебування в зоні дії електричної складової електромагнітного випромінювання визначається за формулою

,

68

де EHEгд - граничне допустиме енергетичне навантаження на організм протягом робочого дня, (В/м)2год;

Еф - фактична напруженість електричного поля, В/м.Для діапазону частот 30...300 МГц вибираємо

EHEгд= 800 (В/м)2*год.

Підставимо значення у відому формулу

T д=800162 =3,125 (год ) .

Таким чином, час перебування працівника в зоні дії електромагнітного випромінювання не повинен перевищувати 3,125 год.

Висновки до розділу :

Під час виконання цієї контрольної роботи розглянуто такі аспекти охорони праці, як аналіз небезпечних та шкідливих виробничих факторів у виробничому приміщенні (описання і класифікація потенційно шкідливих та небезпечних чинників, визначення можливих причин виникнення цих факторів і короткий опис їхньої дії на організм людини): карта умов праці, заходи стосовно поліпшення умов праці, а також здійснено розрахунок допустимого часу перебування в зоні дії електричної складової електромагнітного випромінювання, враховуючи фактичну напруженість електромагнітного поля.

69

ВИСНОВКИ

У ході виконання даного курсового проекту було розроблено стаціонарний професійний радіоприймач ЧМ сигналів. Проект наступні розділи: розробка технічного завдання, попередній розрахунок приймача, електричний розрахунок каскаду підсилювача та схеми включення ІМС та моделювання.

У першому розділі були визначені основні вимоги до пристрою, що проектувався. Оскільки даний приймач призначений для задоволення певних професійних вимог, то основні параметри було обрано відповідно до ГОСТ 12252-86 та ГОСТ 5651-89. Приймач було віднесено до вищого (нульового) класу складності (3-го типу).

У другому розділі було обґрунтовано та обрано структурну схему приймача, оскільки він відноситься до професійних, то доцільною була побудова його за супергетеродинною схемою, а також проведено попередній розрахунок основних вузлів. Зокрема було встановлено кількість піддіапазонів роботи у межах діапазону заданого у ТЗ, визначені кількість та параметри вибірних та підсилювальних систем, обрано відповідні активні елементи та проведено обґрунтування можливості використання ІМС. Кінцевим пунктом у даному розділі є побудова загальної структурної схеми приймача.

У третьому розділі проведено електричні розрахунки типової схеми включення ІМС та каскаду підсилення. У четвертому розділі був промодульований п’єзоелектричний фільтр. Результати проведених розрахунків подано в таблиці 1

Таблиця1– Результати проектування

Параметр ТЗ ОтриманоДіапазон робочих частот, МГц 100-180 100-180Чутливість приймача, мкВ 3 3Вибірність приймача за сусіднім каналом, дБ 60 60Вибірність приймача за іншими каналами, дБ 60 60

Отже, як показують отримані результати, спроектований приймач цілком задовольняє вимогам технічного завдання (додаток А).

На основі складеної структурної схеми та вибраних за відповідними розрахунками елементами складено схему електричну принципову, що наведена в графічній частині даного курсового проекту на форматі АЗ (додаток Б), з відповідним переліком елементів (додаток Г).

Наведемо порівняльну таблицю 1 експериментальних та теоретичних даних.

70

Таблиця 2 – Порівняльна таблиця

Параметр, що досліджувавс

я

Довжина хвилі,

мм

Теоретичне значення,

град

Експериментальне значення, град

Задане в технічному

завданні

Ширина променя на

рівні “0”

315 98,9 82--250 69,9 62,4

185 44,5 42,1

Ширина променя на рівні “0,5”

315 44,4 40,4--250 31,4 35,2

185 20 30,6

Коефіцієнт спрямованої

дії

315 100 100

40250 40,56 40,56

185 20,3 20,3

В курсовій роботі було проведено конструкторський, електричний розрахунки спіральної антени, побудовано діаграми спрямованої дії антени на трьох довжинах хвиль λмін, λсер, λмакс, а також було розраховано узгоджуючий пристрій для підключення антени до коаксіальної лінії. При проектуванні виконані умови технічного завдання. Отримана антена працює в діапазоні 950 - 1625 МГц. Експериментальна ширина діаграми спрямованості приблизно дорівнює 350 градусів, тобто отримані результати близькі до теоретично отриманих. При виконанні розрахунків і побудові графіків було використано математичний пакет Mathcad 2000. Це дало змогу значно зменшити затрати часу. Перевагами спіральних антен є їх широкосмуговість, активний вхідний опір, простота конструкції і те, що вони працюють як з круговою, так і з лінійною поляризацією електромагнітного поля. До недоліків спіральних антен можна віднести високий вхідний опір (порядку 100-200 Ом), який залежить від частоти і який потрібно узгоджувати з опором кабелів, що живлять (хвильовий опір 50, 75 Ом) за допомогою спеціальних пристроїв; неможливість отримання вузьких діаграм спрямованості. Недоліки спіральної антени можуть бути усунені за допомогою решітки з спіралей, за допомогою дзеркала, лінзи або рупора, які збуджуються спіраллю.

71

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1 Белкин М.К. и др. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных систем. – К.: Высшая школа 1988. – 156с. 2

2 Плонський А.Ф. – Кварцевві резонатори. М.: Высшая школа, 1974 – 92с. Хуторненко С.В. Упрощенная модель пьезоэлектрического резонатора

С.В. Хуторненко, В.Н. Савченко, С.С. Москаленко, С.Н. Трохимчук // Вестник Национального технического университета “ХПИ”. Тематический выпуск: Автоматика и приборостроение. – Х. : НТУ “ХПІ”, 2002. –174с.

3 Колпаков Ф.Ф.,Підченко С.К. – Пєзорезонансні пристрої.Фізичні принципи роботи, основні параметри та характеристики. – Х: ТУП, 2003 – 60с.

4 Жуковский А.П. Радиоприемные устройсива. – М.: Высшая школа, 1989. – 234с.

5 Кононович Л.М. Современный радиовищательный приемник. – М.: Радио и связь, 1986. – 355с.

6 Петренко Т.А Довідник по мікросхемах. – К.: 1997. – 167с.7 Петренко Т.А. Методичні вказівки до курсового проекту по курсу

“радіприймальні пристрої”. – В.: 2002. – 145с. 8 Петренко Т.А. Радіоприймальні пристрої. – В.: Антекс, 2001. – 245с.9 Петренко Т.А. Підсилювачі – В.: Антекс, 2001. – 98с.10 Петренко Т.А Посібник по електричним розрахункам. – В.:1998. – 136с.11 Справочник радиолюбителя-конструктора . – М.: Радио и связь,1983.-

466с.12 Терещук Р.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства.–

К.: наукова думка,1982. – 567с.13 Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа,

1988г.– 432с. 14 Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам

волноводной техники. - М.: „Ленинград”, 1963г. – 370 с.15 Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры/ Под

ред. Р.Г. Варламова. - М.: Сов. радио, 1972г. – 856 с.16 Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи « Атестація

робочих місць за умовами праці» з дисципліни « Охорона праці в галузі» для студентів усіх спеціальностей / Уклад. О.В. Березюк , М.С. Лемешев .- Вінниця: ВНТУ, 2010. – 21с.

17 ДБН В.2.5-28-2006. Природне і штучне освітлення18 ДСН 239-96. Санітарні норми і правила захисту населення від впливу

електромагнітних випромінювань.19 ДСТУ 2293-99. Охорона праці. Терміни і визначення.