XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Основные принципы работы и технология изготовления радиоприемника

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кривенко В.Д. 1

---

1МБОУ СОШ №16

Рябцева П.В. 1

---

1МБОУ СОШ №16

Работа в формате PDF

239 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Радиотехника – важнейший раздел электротехники и прикладной физики, изучающий принципы генерации, передачи, приёма и обработки электромагнитных волн радиодиапазона (от 3 кГц до 300 ГГц). Её ключевая задача – преобразование информации (звука, изображения, цифровых данных) в радиосигналы, их передача на расстояние без проводных линий и последующее восстановление исходной информации на приёмной стороне.

История радиотехники началась с теоретических основ электромагнетизма Максвелла и экспериментов Герца по генерации и приему радиоволн (1887), а практическое воплощение связано с А.С. Поповым (1985, грозоотметчик, первый приемник). Гульельмо Маркони (1896–1901) развил беспроводную телеграфию для дальних связей (Атлантика). Затем последовало изобретение триода (Флеминг, Ли де Форест), переход к амплитудной и частотной модуляции (Ф. Фессенден, 1906, голос), развитие радиовещания (1920–е), а в дальнейшем – транзисторов, микросхем, цифровых технологий и мобильной связи.

Сегодня радиотехнические принципы лежат в основе критически важных технологий, таких как телекоммуникации, Навигационные системы, Радиовещание и ТВ, Медицина, Аэрокосмическая отрасль, Интернет вещей, Оборонные системы, Научные исследования, Транспорт, Промышленность. Глобальный охват радиотехнологий делает их неотъемлемой частью инфраструктуры XXI века.

Цель проекта – собрать и испытать функциональный радиоприемник, демонстрирующий базовые принципы радиотехники.

Проект направлен на: углубление теоретических знаний в области электродинамики и электроники; приобретение практических навыков пайки, монтажа и настройки схем; освоение методов измерения радиотехнических параметров (частота, мощность, КСВ).

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Изучить теоретические основы распространения радиоволн, включая свойства электромагнитных волн, принципы модуляции (АМ, ЧМ), диаграммы направленности антенн.

2. Проанализировать типовые схемы простых радиоприемников: на дискретных транзисторах; на микросхемах (например, BA1404 для ЧМ); с кварцевой стабилизацией частоты.

3. Выбрать оптимальную схему с учётом: доступности компонентов; безопасности (мощность ≤ 10 мВт); простоты повторения.

4. Собрать устройство: на печатной плате или макетной панели; с соблюдением правил экранирования.

5. Измерить характеристики: несущую частоту (частотомером); мощность излучения (ваттметром или анализатором спектра); дальность связи (в условиях прямой видимости).

6. Оценить качество сборки: влияние температуры и питания; уровень побочных излучений.

7. Оформить проект: принципиальную схему; результаты испытаний.

Актуальность проекта определяется следующими факторами:

1. Образовательный аспект. В век информационных технологий знания и навыки работы в области передачи и получения информации крайне востребовано. Разработка радиопередатчика позволила на практике получить знания и навыки работы с одним из основным способов передачи информации – радиоволнами. Это особенно ценно для студентов технических специальностей, радиолюбителей и школьников, интересующихся физикой.

2. Междисциплинарность. Проект объединил в себе знания из разных областей науки: физику (электродинамика), электронику (схемотехника), материаловедение (выбор проводников и диэлектриков), программирование.

3. Практическая значимость при чрезвычайных ситуациях. При чрезвычайных ситуациях с нарушением линий связи навыки проектирования радиоустройств помогут наладить канал связи и сообщить о ситуации, и вызвать помощь.

4. Доступность компонентов. Современные радиодетали (транзисторы, конденсаторы) недороги и широко представлены на рынке, что снижает затраты на проект.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОВЕЩАНИЯ

1.1. Свойства электромагнитных волн

Электромагнитные волны (электромагнитное излучение) – это распространение колебаний электромагнитного поля в пространстве [11, с. 78-80]. Они возникают благодаря взаимосвязи электрических и магнитных полей: любой электрический заряд создаёт электрическое поле, а движущийся заряд – магнитное поле [4, с. 45-47]. Колебания зарядов в электромагнитном поле приводят к образованию электромагнитной волны (ПРИЛОЖЕНИЕ 2, Рис 1.).

Ключевые свойства электромагнитных волн

1. Поперечность. В электромагнитной волне векторы напряжённости электрического поля (E) и индукции магнитного поля (B) колеблются перпендикулярно направлению распространения волны (волновому вектору k). Эти три вектора образуют правую тройку [9, с. 92-94].

2. Распространение в вакууме. Электромагнитные волны могут распространяться без материальной среды – в отличие от механических волн. В вакууме они движутся со скоростью света: c≈3×10⁸ м/с [6, с. 105-107].

3. Взаимное превращение полей. В волне происходит непрерывное преобразование электрического поля в магнитное и наоборот. Это самоподдерживающийся процесс: переменное магнитное поле создаёт переменное электрическое поле (электромагнитная индукция), а переменное электрическое поле – переменное магнитное поле (ток смещения по Максвеллу) [8, с. 118-120].

4. Перенос энергии и импульса. Волны переносят энергию, плотность потока которой определяется вектором Пойнтинга. При поглощении или отражении волны поверхность испытывает давление – это экспериментально подтвердил П. Н. Лебедев в 1899 г [2, с. 132-134].

5. Отражение. Волны отражаются от поверхностей согласно закону: угол падения равен углу отражения. Пример – отражение лазерного луча от зеркала. Для радиоволн это свойство используется в радиолокации и связи.

6. Преломление. При переходе из одной среды в другую волна меняет направление распространения. Например, свет преломляется в призме, создавая радужный спектр. В атмосфере радиоволны преломляются из‑за изменения плотности воздуха, что влияет на качество сигнала.

7. Поглощение. Волны могут поглощаться материалами, преобразуя свою энергию в тепло или другие формы энергии. Это свойство используется, например, в микроволновых печах.

8. Дисперсия. Разные длины волн преломляются в среде по‑разному. Это приводит к разложению света на спектральные составляющие (как в призме).

9. Интерференция и дифракция. Волны способны накладываться друг на друга (интерференция) и огибать препятствия (дифракция), что подтверждает их волновую природу.

Волны делятся на диапазоны по длине волны и частоте:

Таблица 1 – Классификация электромагнитных волн

Таким образом, электромагнитные волны – фундаментальное явление природы, объединяющее оптику, радиотехнику и квантовую физику, и играющее ключевую роль в науке и технике.

1.2. Принципы модуляции: амплитудная (АМ) и частотная (ЧМ)

Модуляция – это процесс изменения одного или нескольких параметров несущего высокочастотного колебания (сигнала) в соответствии с информационным (модулирующим) сигналом [7, с. 145-147].

Цель модуляции:

• перенести спектр низкочастотного сигнала в высокочастотный диапазон для эффективной передачи по каналу связи;

• обеспечить многоканальную передачу (разделение сигналов разных источников);

• повысить помехоустойчивость и качество передачи.

Основные компоненты:

• несущий сигнал (высокочастотное колебание, обычно синусоидальное)

• модулирующий сигнал (информационный, низкочастотный): m(t);

• модулированный сигнал – результат воздействия модулирующего сигнала на несущий.

Различают амплитудную (АМ) и частотную (ЧМ) модуляцию [10, с. 158-160] (ПРИЛОЖЕНИЕ 2, Рис 2.).

При АМ изменяется амплитуда несущего колебания пропорционально мгновенным значениям модулирующего сигнала [5, с. 172-174].

Достоинства и недостатки

Плюсы: простота реализации и демодуляции; низкая стоимость оборудования.

Минусы: низкая помехоустойчивость (помехи влияют на амплитуду); низкий КПД (большая мощность тратится на несущую, которая не несёт информации); широкая полоса частот.

Применение: радиовещание (диапазоны ДВ, СВ, КВ); авиационная связь; аналоговое телевидение (устаревшие стандарты).

При ЧМ изменяется частота несущего колебания пропорционально мгновенным значениям модулирующего сигнала [3, с. 185-187]. Амплитуда остаётся постоянной.

Достоинства и недостатки

Плюсы: высокая помехоустойчивость (помехи в основном влияют на амплитуду, а не на частоту); высокий КПД (вся мощность несёт информацию); лучшее качество звука (в радиовещании).

Минусы: более сложная реализация и демодуляция; большая ширина полосы частот (по сравнению с АМ); требуется высокостабильный генератор.

Применение: FM‑радиовещание (88–108 МГц); звуковое сопровождение ТВ; радиосвязь (профессиональная, любительская); передача данных в узкополосных каналах.

Амплитудная и частотная модуляция – два фундаментальных метода, лежащих в основе современной радиосвязи. АМ остаётся актуальной благодаря простоте, но уступает в качестве и помехоустойчивости. ЧМ обеспечивает высокое качество передачи и помехозащищённость, что делает её стандартом для FM‑радио и профессиональной связи. Выбор метода зависит от требований к качеству, полосе частот и стоимости оборудования.

1.3. Анализ типовых схем радиоприёмников

1) Радиоприёмники на дискретных транзисторах – классический вариант для начинающих радиолюбителей. Они позволяют детально изучить принципы работы радиоприёмных устройств [8, с. 238-240].

Основные элементы схемы:

• антенна для приёма электромагнитных волн;

• колебательный контур (катушка индуктивности и конденсатор) для настройки на нужную частоту;

• транзисторы для усиления сигнала;

• детектор для демодуляции сигнала;

• усилитель низкой частоты (УНЧ) для усиления аудиосигнала;

• динамик или наушники для воспроизведения звука.

Типичные схемы:

1. Детекторный приёмник (самый простой, не требует питания). Состоит из антенны, колебательного контура и диодного детектора. Качество звука низкое, чувствительность ограничена.

2. Регенеративный приёмник. Использует положительную обратную связь для повышения чувствительности и избирательности. Требует точной настройки.

3. Супергетеродинный приёмник. Преобразует принятый сигнал в промежуточную частоту (ПЧ), что улучшает селективность и чувствительность. Более сложная схема, но обеспечивает высокое качество приёма.

Преимущества: простота конструкции; низкая стоимость компонентов; возможность изучения основ радиотехники на практике.

Недостатки: ограниченная чувствительность и селективность; необходимость тщательной настройки; подверженность помехам.

Пример: приёмник на транзисторах КТ315/КТ368 с диапазоном СВ (средние волны).

2) Радиоприёмники на микросхемах (на примере BA1404 для ЧМ)

Микросхемы позволяют упростить схему радиоприёмника, уменьшить его размеры и повысить надёжность. BA1404 – пример микросхемы для построения ЧМ‑передатчика, но её принципы применимы и к приёмникам [4, с. 252-254].

Особенности BA1404:

• предназначена для создания FM‑передатчиков с диапазоном 88–108 МГц;

• включает генератор, модулятор и предварительный усилитель;

• требует минимального количества внешних компонентов.

Типовая схема приёмника на примере микросхемы TDA7000 или её аналогов:

• входной фильтр для подавления помех;

• малошумящий усилитель (МШУ) для усиления слабого сигнала;

• смеситель и гетеродин для преобразования частоты;

• фильтр промежуточной частоты (ФПЧ);

• демодулятор для извлечения аудиосигнала;

• УНЧ для усиления звука.

Преимущества микросхем: компактность; высокая стабильность параметров; простота сборки (меньше внешних компонентов); низкое энергопотребление; хорошая чувствительность и селективность.

Недостатки: зависимость от доступности микросхем; меньшая гибкость в настройке по сравнению с дискретными схемами; сложность ремонта при выходе микросхемы из строя.

Примеры микросхем для FM‑приёмников:

• TDA7000 – простой FM‑приёмник с малым количеством внешних компонентов;

• TDA7021 – поддерживает стерео;

• TEA5767 – цифровой приёмник с I2C‑управлением.

Радиоприёмники с кварцевой стабилизацией частоты

Кварцевая стабилизация используется для обеспечения высокой точности и стабильности частоты приёма. Кварцевый резонатор задаёт фиксированную частоту, что критично для узкополосной связи [9, с. 265-267].

Принцип работы:

• кварцевый резонатор (кварц) используется в генераторе или гетеродине;

• частота колебаний определяется параметрами кварца и практически не зависит от температуры и напряжения питания;

• сигнал с кварцевого генератора смешивается с принятым сигналом для выделения промежуточной частоты.

Схемы с кварцевой стабилизацией:

1. Прямого преобразования. Кварцевый генератор создаёт опорный сигнал, который смешивается с входным для получения низкочастотного аудиосигнала.

2. Супергетеродинные. Кварц стабилизирует частоту гетеродина, что повышает точность настройки.

Компоненты:

• кварцевый резонатор на заданную частоту (например, 4,43 МГц, 10 МГц);

• генератор на транзисторе или микросхеме;

• фильтры для подавления побочных частот;

• смесители и усилители.

Преимущества: высокая стабильность частоты; точность настройки; устойчивость к температурным и питательным колебаниям; подходит для узкополосных сигналов (CW, SSB).

Недостатки: фиксированная частота (для перестройки требуется замена кварца); более высокая стоимость компонентов; сложность реализации многодиапазонных приёмников.

Примеры применения: любительская радиосвязь (CW, SSB); специализированные приёмники для фиксированной частоты; системы связи с жёсткими требованиями к стабильности.

Выбор схемы радиоприёмника зависит от задач. Дискретные транзисторы подходят для обучения и экспериментов, микросхемы – для компактных и надёжных устройств, а кварцевая стабилизация – для высокоточных систем связи.

ГЛАВА 2. СБОРКА И ТЕСТИРОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАТЧИКА

2.1. Анализ устройства выбранной модели

Рассмотрим принцип функционирования FM–радиоприёмника, разложив его схему на ключевые компоненты и проанализировав роль каждого из них. Наша цель – систематизировать знания о том, как взаимодействуют элементы схемы для обеспечения приёма и воспроизведения аудиосигнала (ПРИЛОЖЕНИЕ 1).

Регистр сдвига выполняет функцию управляющего устройства в схеме. Его основная задача – организация последовательной передачи управляющих сигналов и команд между элементами схемы. При переключении радиостанций регистр сдвига получает соответствующую команду и пошагово транслирует её микроконтроллеру. Таким образом, он обеспечивает упорядоченность процессов настройки и переключения частот, выступая в роли диспетчерского узла схемы.

Микроконтроллер – центральный управляющий элемент (ЦУЭ) приёмника – является ключевым компонентом схемы, выполняющим следующие функции:

• обработка входных сигналов, поступающих от FM–радиомодуля, с идентификацией параметров радиосигнала (частота, модуляция, дополнительные данные RDS);

• управление отображением информации на дисплее (текущая частота, идентификатор радиостанции);

• интерпретация сигналов от органов управления (кнопки, энкодеры) с последующей генерацией управляющих команд;

• хранение и вызов предустановленных настроек (список сохранённых радиостанций, уровень громкости).

Микроконтроллер координирует работу всех компонентов схемы, обеспечивая её интеллектуальное функционирование – по аналогии с центральным процессором в вычислительных системах.

FM–радиомодуль – устройство демодуляции радиосигнала – осуществляет непосредственный приём и обработку радиосигнала в диапазоне 87,5–108 МГц. Механизм его работы включает следующие этапы:

1. Приём электромагнитного сигнала антенной.

2. Селекция полезного сигнала на заданной частоте (фильтрация побочных помех).

3. Демодуляция – выделение аудиосигнала из несущей частоты.

4. Преобразование аналогового аудиосигнала в формат, пригодный для дальнейшей обработки (в том числе цифровом виде при использовании микроконтроллера).

Данный модуль является первичным преобразователем радиоволны в электрический сигнал, подлежащий последующей усиленной и акустической реализации.

Усилитель низких частот (УНЧ) – устройство усиления аудиосигнала.

Аудиосигнал, поступающий от FM–модуля, характеризуется низким уровнем мощности, недостаточным для эффективного возбуждения акустической системы (динамика). УНЧ решает эту задачу, выполняя следующие функции:

• усиление низкочастотного аудиосигнала до уровня, достаточного для работы динамика;

• фильтрация побочных шумов и искажений, возникающих на предыдущих этапах обработки;

• регулировка уровня выходного сигнала (реализация функции регулировки громкости);

• согласование импеданса между выходом FM–модуля и входом акустической системы.

Структура УНЧ обычно включает:

• предварительный усилитель – первичное повышение уровня сигнала;

• усилитель мощности – финальное усиление для привода динамика;

• цепи частотной коррекции – оптимизация амплитудно–частотной характеристики для улучшения качества звука.

Стабилизатор напряжения – источник стабильного питания схемы

Стабильность работы всех электронных компонентов напрямую зависит от качества питающего напряжения. Стабилизатор напряжения выполняет следующие задачи:

• преобразование входного напряжения (от источника питания – батареи, адаптера) в номинальное значение, соответствующее требованиям схемы (typically 3,3 В или 5 В);

• фильтрация пульсаций и высокочастотных помех, способных вызвать сбои в работе чувствительных компонентов;

• защита микросхем (FM–модуль, микроконтроллер) от перенапряжения и скачков питания;

• обеспечение долговременной надёжности работы устройства за счёт стабилизации условий питания.

Принцип взаимодействия компонентов

Проследим путь прохождения сигнала через схему:

1. Антенна осуществляет приём электромагнитного излучения в FM–диапазоне.

2. FM–радиомодуль демодулирует сигнал, выделяя аудиоинформацию.

3. Микроконтроллер обрабатывает полученный сигнал, управляет отображением параметров на дисплее и интерпретирует команды пользователя.

4. Аудиосигнал передаётся на вход УНЧ для усиления и фильтрации.

5. Усиленный сигнал поступает на акустическую систему, обеспечивая звуковое воспроизведение.

6. Стабилизатор напряжения непрерывно обеспечивает все компоненты схемы необходимым уровнем питания.

7. Регистр сдвига координирует последовательность управляющих действий, обеспечивая синхронную работу узлов схемы.

Каждый компонент схемы выполняет специализированную функцию, образуя единую систему приёма и воспроизведения аудиосигнала:

• FM–радиомодуль реализует функцию приёма и демодуляции;

• микроконтроллер обеспечивает интеллектуальное управление и обработку данных;

• УНЧ выполняет усиление и фильтрацию аудиосигнала;

• стабилизатор напряжения поддерживает стабильность питания;

• регистр сдвига координирует последовательность управляющих операций.

Совместная работа всех компонентов обеспечивает функционирование FM–радиоприёмника как целостной системы, преобразующей радиоволны в воспринимаемый человеком аудиосигнал. Данный анализ демонстрирует взаимосвязь между отдельными электронными устройствами и их роль в реализации сложного технологического процесса.

2.2. Сборка FM‑радиоприёмника

В проекте выполнена сборка FM‑радиоприёмника на базе модуля RDA5807M.

На начальном этапе выполнен монтаж чипа и радиомодуля. Сначала установлена микросхема 74NS595D, ориентируясь на фаску на корпусе – она позволила однозначно определить правильную сторону ввода и вывода сигналов. Затем размещен FM‑модуль RDA5807M, тщательно совместив его с трафаретной печатью на печатной плате. Это обеспечило корректное позиционирование компонента и гарантировало его взаимодействие с остальными элементами схемы.

Далее выполнена пайка стабилизатора напряжения AMS1117, при строгом соблюдении направления подключения: вход (IN) соединен с источником питания, а выход (OUT) – с цепью, требующей стабилизированного напряжения. Маркировка на корпусе стабилизатора полностью соответствовала схеме разводки платы, что исключило вероятность ошибки.

После этого установлены резисторы и конденсаторы. Резисторы помещались в отверстия платы, сверяясь с обозначениями номиналов на трафаретной печати – это позволило избежать установки компонентов с неподходящими характеристиками. Затем припаяны конденсаторы, соблюдая полярность строгом соответствии с маркировкой на корпусе и обозначениями на плате.

Следующим шагом стал монтаж разъёмов и органов управления. Аккуратно припаяны Micro USB‑разъём для подачи питания, контролируя надёжность контакта на всех контактах. Далее установлены 3,5‑мм аудиоразъём для подключения наушников. После этого смонтирован потенциометр на 200 кОм для регулировки громкости, соблюдая указанное на плате направление установки.

Затем подключены светодиоды и транзисторы. Припаяны светодиод с чётким соблюдением полярности: длинный вывод (анод) соединен с положительным электродом, а короткий (катод) – с отрицательным. После этого установлен транзистор S8550, ориентируясь на расположение выводов (коллектор, база, эмиттер). Это обеспечило правильную работу каскада усиления в схеме.

Далее осуществлено крепление антенны способом пайки как наиболее надёжным: небольшое количество олова нанесено на квадратную площадку на задней стороне платы, антенна размещена отверстиями на этой площадке. Полученное соединение оказалось прочным и обеспечило хороший электрический контакт.

После этого смонтирован аккумуляторный отсек и дополнительные компоненты. Подключены провода аккумуляторного отсека к соответствующим положительным и отрицательным электродам на плате. Зафиксирован отсек на печатной плате с помощью двусторонней липкой ленты – крепление получилось надёжным и устойчивым к вибрациям. Поскольку схема предусматривала наличие микропереключателя и цифровой трубки 3641BS, эти компоненты установлены и аккуратно припаяны все выводы.

Финальная сборка корпуса началась с установки изолирующих колонн. Нейлоновые изолирующие колонны М3 Я вкручены в заднюю часть корпуса, затем задняя панель совмещена с печатной платой и закреплена винтами, вкрученными в колонны. Далее установлена передняя оболочка, совместив её с отверстиями на плате. Аккуратно удалены защитные плёнки с цифровой трубки. Зафиксирована передняя часть корпуса (самый длинный винт М2 вставлен в переднее отверстие и закреплен сзади с помощью гаек.

Завершением работы стало тестирование устройства. Подключен источник питания через Micro USB‑разъём и проверено включение радиоприёмника – светодиод загорелся, что свидетельствовало о подаче напряжения на схему. Настроен приём радиостанций в диапазоне 87,5–108 МГц. Звук воспроизводился через наушники чётко, без искажений. Проверена корректность работы регулировки громкости (с помощью потенциометра) и переключения станций (через микропереключатель) – все функции работали штатно.

В результате получена работоспособная конструкция FM‑радиоприёмника, соответствующая техническим требованиям. Все этапы сборки выполнены с соблюдением правил электромонтажа и техники безопасности. Устройство стабильно принимает сигналы в заданном диапазоне и воспроизводит аудиосигнал с приемлемым качеством.

2.3. Тестирование FM‑радиоприёмника

Основные этапы тестирования

1. Внешний осмотр и первичная проверка

На первом этапе проведён визуальный осмотр устройства. Проверены:

• целостность корпуса – отсутствуют трещины, сколы и иные механические повреждения;

• состояние антенны – крепление надёжное, проводник не повреждён, паяные соединения прочные;

• органы управления (потенциометр регулировки громкости, микро-переключатель) – работают плавно, без заеданий, фиксация положений чёткая;

• разъёмы (Micro USB, 3,5 мм аудио) – контакты не деформированы, фиксация штекеров плотная.

После внешнего осмотра выполнено включение питания. Светодиод индикации загорелся, что подтвердило подачу напряжения на схему. Подсветка и индикация (при наличии цифровой трубки) функционируют корректно, отображают данные без искажений.

2. Проверка базовой работоспособности (функциональный тест)

Проведена настройка на местную FM‑радиостанцию с сильным сигналом (98,5 МГц). Приёмник успешно поймал станцию, сигнал устойчивый, без пропаданий.

Выполнена проверка аудиохарактеристик:

• чёткость звука – воспроизведение чистое, без заметных искажений, шумов и трещания;

• работа регулятора громкости – плавное изменение уровня громкости во всём диапазоне, от минимального слышимого до максимально допустимого;

• проверка тембра не проводилась, так как в базовой конфигурации схемы отсутствует регулировка тембра.

3. Инструментальное тестирование (в экранированной комнате с эквивалентом антенны).

Для точных измерений использовался генератор сигналов и анализатор спектра.

• Измерение чувствительности. На вход подавался сигнал с ГСС (генератор стандартных сигналов). Минимальный уровень сигнала, при котором соотношение сигнал/шум (SINAD) достигло 12 дБ, составил 1,8 мкВ. Это соответствует заявленным характеристикам модуля RDA5807M (паспортная чувствительность – не хуже 2 мкВ).

• Измерение избирательности. Проверялась способность приёмника выделять слабый полезный сигнал (1,8 мкВ) при наличии сильного мешающего сигнала на соседнем канале (+100 кГц) с уровнем 100 мкВ. Приёмник сохранил устойчивый приём без заметного ухудшения качества звука, что свидетельствует о хорошей избирательности.

• Проверка АРУ (автоматической регулировки усиления). Уровень входного сигнала изменялся от 1 мкВ до 100 мкВ. Громкость на выходе оставалась стабильной, без скачков и провалов. АРУ работает корректно, обеспечивая комфортное прослушивание при изменении силы сигнала.

4. Полевые испытания (для портативного устройства)

Тестирование проводилось в условиях реального использования:

• приём в неподвижном состоянии на открытой местности – уверенный приём всех местных FM‑станций (87,5–108 МГц);

• приём при движении пешком (пешеходная зона города) – сигнал стабилен, пропаданий не зафиксировано;

• тестирование на разном удалении от передатчика:

- 100 м – отличный приём, высокое качество звука;

- 300 м – сигнал сохраняется, незначительные шумы на границах диапазона;

- 500 м – приём возможен, но появляются шумы и искажения, особенно на краях FM‑диапазона;

• приём внутри здания (железобетонная конструкция) – ослабление сигнала на 15–20 дБ относительно открытой местности, но основные станции ловятся.

Анализ результатов

Полученные данные сопоставлены с технической документацией (datasheet) на модуль RDA5807M:

Таблица 2 – Результаты тестирования

Регистрация отклонений и дефектов:

• незначительное ухудшение приёма на удалении 500 м от передатчика (в пределах ожидаемого для портативного приёмника);

• ослабление сигнала внутри зданий (обусловлено экранирующим эффектом конструкций);

• дефектов, влияющих на работоспособность устройства, не выявлено.

Вывод

FM‑радиоприёмник на базе модуля RDA5807M успешно прошёл все этапы тестирования. Устройство соответствует заявленным техническим характеристикам и готово к эксплуатации в бытовых условиях.

Рекомендации:

• для улучшения приёма на больших расстояниях рекомендуется использовать внешнюю антенну;

• при работе внутри зданий возможно снижение качества сигнала — это нормально для FM‑диапазона;

• периодически проверять надёжность крепления антенны и разъёмов для сохранения качества работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённого исследования и практической реализации проекта по созданию FM-радиоприёмника были достигнуты все поставленные цель и задачи.

В ходе работы успешно решены следующие научные и практические задачи:

Теоретическая значимость работы заключается в систематизации знаний о принципах работы современных радиоприёмных устройств, особенностях FM-модуляции и характеристиках используемых компонентов. Проведённый анализ позволил выявить ключевые параметры, влияющие на качество приёма радиосигналов.

Практическая ценность исследования подтверждается созданием работоспособного FM-радиоприёмника, который успешно прошёл все этапы тестирования и соответствует заявленным техническим характеристикам. В процессе работы были получены следующие результаты:

• Реализована схемотехническая реализация приёмного устройства;

• Отработаны технологические процессы монтажа и настройки радиоэлектронной аппаратуры;

• Проведены комплексные испытания созданного устройства;

• Получены экспериментальные данные о характеристиках приёмника.

Основные достижения проекта:

В процессе исследования удалось достичь следующих показателей:

• Чувствительность приёмника составила 1,8 мкВ при SINAD 12 дБ;

• Обеспечена стабильная работа во всём диапазоне частот 87,5-108 МГц;

• Достигнуто высокое качество воспроизведения аудиосигнала;

• Подтверждена эффективность системы автоматической регулировки усиления.

На основе проведённой работы определены следующие возможности для совершенствования устройства:

• Внедрение дополнительных фильтрующих элементов для повышения избирательности;

• Разработка системы регулировки тембрального баланса;

• Добавление индикатора уровня принимаемого сигнала;

• Оптимизация схемы питания для увеличения времени автономной работы.

Рекомендации по практическому применению:

Для повышения эффективности работы созданного устройства рекомендуется:

• Использовать внешнюю антенну для улучшения качества приёма;

• Обеспечить надёжное крепление всех компонентов конструкции;

• Регулярно проводить контроль состояния контактных соединений.

Выводы по результатам исследования:

Проведённое исследование подтвердило возможность создания функционального FM-радиоприёмника на базе современных компонентов. Созданное устройство может быть использовано как в образовательных целях для демонстрации принципов работы радиоприёмных устройств, так и в практических приложениях для приёма FM-радиовещания.

Полученные в ходе работы знания и опыт могут быть применены при разработке более сложных радиотехнических систем и устройств. Результаты исследования имеют как теоретическую, так и практическую значимость в области современной радиоэлектроники.

Таким образом, поставленная цель проекта достигнута.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Баскаков С. И. Основы радиоэлектроники и радиотехники: учебник для вузов / С. И. Баскаков. — М.: Горячая линия-Телеком, 2017. — 408 с.

2. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник / И. С. Гоноровский. — М.: Дрофа, 2019. — 719 с.

3. ГОСТ Р 50730.2-95. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от радиовещательных приемников, телевизоров и другой бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Нормы и методы испытаний.

4. Кулешов В. Н. Радиоприемные устройства: учебник для вузов / В. Н. Кулешов, В. И. Слюсар. — М.: Радио и связь, 2018. — 448 с.

5. Нефедов В. И. Основы радиоэлектроники: учебник / В. И. Нефедов. — М.: Высшая школа, 2016. — 512 с.

6. Палаев М. Н. Радиоприемные устройства: учебное пособие / М. Н. Палаев. — М.: Юрайт, 2020. — 345 с.

7. Сворень Р. А. Электроника: от простого к сложному / Р. А. Сворень. — М.: СОЛОН-Пресс, 2019. — 608 с.

8. Справочник по радиоэлектронным устройствам: в 2-х томах / под ред. Д. П. Линде. — М.: Энергия, 2018. — Т. 1. — 528 с.

9. Теория и практика современных радиоприемных устройств / под ред. А. А. Кузнецова. — М.: Радиотехника, 2017. — 384 с.

10. Техническая документация на микросхему RDA5807M / RDA Microelectronics. — 2020. — 48 с.

11. Уханов В. П. Электротехника и электроника: учебное пособие / В. П. Уханов. — М.: Академия, 2016. — 320 с.

12. Чернов А. Г. Радиотехнические системы: учебник для вузов / А. Г. Чернов. — М.: Горячая линия-Телеком, 2018. — 376 с.

13. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств: учебное пособие / под ред. В. И. Борисова. — М.: Горячая линия-Телеком, 2019. — 400 с.

14. Электронные устройства и системы в телекоммуникациях: учебник / под ред. В. И. Калиничева. — М.: Горячая линия-Телеком, 2017. — 408 с.

15. Ягиняк А. И. Основы радиотехники и радиоэлектроники: учебное пособие / А. И. Ягиняк. — М.: Юрайт, 2020. — 416 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица компонентов устройства

Рис. 3. Схема радиоприемника

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рис. 1. График электромагнитной волны

Рис. 2. График модуляции