20366

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ВЧ ГВВ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ВЧ ГВВ 10. Согласующие цепи в узкополосных ВЧ транзисторных генераторах 10. Согласующие цепи в широкополосных ВЧ генераторах 10. Обобщенная схема ГВВ Назначение входной цепи состоит в согласовании входного сопротивления транзистора Zвх с источником возбуждения.

Русский

2013-07-25

136 KB

44 чел.

Лекция 10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ВЧ ГВВ

10.1. Назначение и классификация цепей

10.2. Согласующие цепи в узкополосных ВЧ транзисторных генераторах

10.3. Согласование ВЧ генератора с антенной

10.4. Согласующие цепи в широкополосных ВЧ генераторах

10.5. Контрольные вопросы

10.1. Назначение и классификация цепей

Известно большое число разнообразных схем транзисторных ГВВ, например с биполярным и полевым транзистором (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Схемы ГВВ на транзисторах: а)- с биполярным -б) с полевым транзистором

При всем разнообразии этих схем они все вытекают из обобщенной схемы генератора, состоящей из включенных каскадно, входной и выходной согласующих цепей и транзистора (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Обобщенная схема ГВВ

Назначение входной цепи состоит в согласовании входного сопротивления транзистора Zвх с источником возбуждения. Назначение выходной цепи заключается в согласовании выходного сопротивления транзистора Zвых с нагрузкой и в фильтрации высших гармоник сигнала (рис. 10.3).

Рис. 11.3.

Условиями такого оптимального согласования является выполнение равенств

; .                                    (11.1)

При их соблюдении коэффициент передачи цепи по мощности КР=1, что означает полную передачу номинальной мощности генератора в нагрузку.

По назначению следует различать три основных случая согласования цепей применительно к ГВВ:

– согласование входного сопротивления транзистора с предыдущим каскадом;

– согласование выходного сопротивления транзистора со следующим каскадом;

– согласование выходного сопротивления транзистора с антенной.

Другая классификация электрических цепей связана с полосой их пропускания fпр при среднем значении частоты в этой полосе f0. Здесь можно различать три основных случая:

– узкополосная цепь при (fпр/f0)=1…2%;

– среднеполосная цепь при 2%(fпр/f0)20%;

– широкополосная цепь при (fпр/f0)20%.

В узкополосной цепи можно произвести согласование, близкое к оптимальному, при комплексной нагрузке; в широкополосной - только при активной нагрузке. Вместе с тем потребность в широкополосных генераторах весьма велика. Во-первых, они применяются в диапазонных радиопередатчиках, обеспечивая усиление сигнала по мощности на любой из частот в заданном диапазоне без перестройки электрических цепей, что существенно упрощает конструкцию радиопередатчика в целом и повышает надежность его работы. Во-вторых, они используются при усилении широкополосных сигналов.

Особенность полупроводниковых генераторов состоит в том, что мощные транзисторы имеют низкие значения входного и выходного сопротивлений (несколько Ом).

10.2. Согласующие цепи в узкополосных ВЧ транзисторных генераторах

Одна из часто применяемых входных согласующих цепей в транзисторных генераторах приведена на рис. 10.1, а.

Рис. 10.1. Согласующие цепи в ВЧ транзисторных генераторах

Параметры схемы на рис. 10.1,а при известном входном сопротивлении транзистора R2 и требуемом сопротивлении на входе согласующей цепи R1>R2 можно рассчитать по формулам:

 (10.1)

где R1>R2.

Определив реактивные сопротивления, найдем значения индуктивности и емкостей:

   (10.2)

где - частота сигнала генератора.

Программа на языке Mathcad позволяет быстро выполнить расчеты согласно (10.1), (10.2). (Размерность всех величин указана в программе.)

R1:=50  R2:=2  F:=300 MHz

 XL:=10,0   L=5,3 nGn

 X1:=10,0  C1=53,1 pF

 X2=10,8

 С2=49,0 pF

В качестве выходной согласующей цепи в ВЧ транзисторных генераторах наиболее часто используется П-образный фильтр (рис. 10.1,б). Сопротивления реактивных элементов в схеме рассчитываются по формуле:

.    (10.3)

Программа на языке Mathcad позволяет быстро выполнить расчеты согласно (10.2), (10.3). (Размерность всех величин указана в программе)

R1:=5  R2:=50  F:=300 MHz

 X:=15,8

 L=8,4 nGn

 C1=33,6 pF

 C2=33,6 pF

При напряжении U1=const (рис. 10.1,б) зависимость напряжения U2 на нагрузке R2 от частоты имеет вид:

.    (10.4.)

Здесь х=/1 - относительная расстройка по частоте:

где - частота, при которой согласно рассчитываются параметры схемы; КU - коэффициент трансформации по напряжению; - волновое сопротивление П-фильтра; U20 - напряжение U2 при частоте =1 или х=1.

Отметим, что коэффициент трансформации схемы по сопротивлению KR=(КU)2. Графики функции (10.4), обозначенные как Y(x), при значении коэффициента трансформации КU=1; 2 и 4 или KR=1; 4 и 16 построены на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Графики функции Y(x)

С их помощью можно определить полосу пропускания согласующего устройства и его фильтрующие свойства. Из графиков следует, что чем больше значение KR, тем уже полоса пропускания.

10.3. Согласование ВЧ генератора с антенной

Согласование выходного каскада с антенной определяет, какая часть мощности ВЧ сигнала радиопередатчика будет подведена к антенне и излучена в пространство. Отсутствие надлежащего согласования между антенной и радиопередатчиком недопустимо. Рассмотрим как при заданных параметрах антенны можно передать ей максимально возможную мощность передатчика.

Антенна по отношению к радиопередатчику имеет определенное входное сопротивление, зависящее от конструкции и размеров антенны, окружающих ее предметов, длины волны и других факторов. При анализе антенна характеризуется эквивалентным комплексным сопротивлением: ZA(f)=RА(f)+jRА(f). В качестве примера на рис. 10.3 приведены характеристики входного сопротивления антенны типа горизонтальный вибратор при волновом сопротивлении а=460 Ом.

Рис. 10.3. Характеристики входного сопротивления антенны типа горизонтальный вибратор

Оптимальное согласование передатчика с антенной означает передачу номинальной мощности выходного каскада радиопередатчика - ГВВ - в активную составляющую RА(f). Выполнение данного условия осложняется тем, что антенна связана с передатчиком фидером. Потери, связанные с передачей мощности от передатчика в антенну обусловлены двумя активными потерями в фидере: B=Lb, где L - длина фидера, м; b - потери на один метр, дБ/м и отражением сигнала от антенны.

Для снижения первой составляющей потерь следует по возможности выбирать фидера с минимальными потерями и уменьшать его длину.

Вторая причина потерь связана с отражением сигнала от антенны. В фидере, соединяющем генератор с нагрузкой (рис. 10.4,а), распространяются две волны: падающая с комплексной амплитудой Uпад и отраженная от нагрузки с амплитудой Uпад, Количественно этот процесс оценивается с помощью коэффициента отражения:

,    (10.5)

где - волновое сопротивление фидера.

Амплитуды падающей и отраженной волны измеряются в месте подключения фидера к антенне (рис. 10.4, а).

Рис. 10.4. Измерение амплитуд падающей и отраженной волны

Для мощностей падающей волны, отраженной волны, передаваемой в антенну и излучаемой в пространство имеем:

(10.6)

Из (10.6) следует, что для полной передачи мощности из фидера в антенну необходимо иметь коэффициент отражения нагрузки ГА=0. Для выполнения условия, близкого к ГА=0, между антенной и фидером включается согласующее устройство, составленное из реактивных элементов (рис. 10.4,б). Назначение согласующего устройства состоит в преобразовании комплексного сопротивления антенны ZA в активное величиной Rвх.с=. Две возможные схемы согласующего устройства при емкостном характере сопротивления антенны приведены на рис. 10.5. Входная комплексная проводимость схемы (рис. 10.5,а):

.   (10.6)

Рис. 10.5. Согласующего устройства при емкостном характере сопротивления антенны

Для выполнения условия оптимального согласования антенны с фидером Rвх.с= (Гс=0) необходимо в (8.6) получить действительную часть проводимости Re(Yвх)=1/, а мнимую Im(Yвх)=0. Составив и решив два данных уравнения, получим выражения для реактивных элементов согласующего устройства при RА>(RА)2:

.  (10.7)

При X1>0 применяется схема (рис. 10.5,а). В этом случае элемент X1 - емкость. При X1<0 - схема (рис. 10.5,б). В таком случае элемент X1 - индуктивность.

Пример. Для антенны (RА=10 Ом, XA=5 Ом) получить Rвх.с==50 Ом.

Согласно (10.7) получим: X1=15 Ом, X2=25 Ом при схеме на рис. 10.5, а.

Подставив эти величины в (10.6), имеем Yвх=1/=0,02 1/Ом или Rвх=50 Ом.

В случае диапазонного передатчика элементы согласующего устройства перестраиваются так, чтобы на любой частоте выполнялись условия оптимального согласования. Настройка перестраиваемых элементов Х1 и Х2 осуществляется обычно автоматически по сигналам соответствующих датчиков. Ими могут быть датчики падающей (Uпaд) и отраженной волны (Uотр). С помощью системы авторегулирования устанавливается максимум падающей и минимум отраженной волны, что соответствует оптимальному согласованию радиопередатчика с антенной.

10.5. Контрольные вопросы

1. В чем состоит назначение согласующих цепей в генераторе?

2. Какие согласующие цепи называются широкополосными и какие узкополосными?

3. Нарисуйте входную согласующую цепь в транзисторном генераторе.

4. Нарисуйте выходную согласующую цепь в транзисторном генераторе.

5. Как производится согласование выходного каскада передатчика с антенной?

6. Нарисуйте схему согласующего устройства.

7. Как определяется передача мощности от радиопередатчика в антенну?

8. Что означает и как определяется мощность падающей и отраженной волны?

9. Как определяются предельные возможности по согласованию цепи при комплексной нагрузке?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41694. Провести испытание двигателя постоянного тока независимого возбуждения 421.08 KB
  Цель работы провести испытание двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Определить искусственные механические характеристики пери пониженном напряжении на якоре двигателя. Номинальные данные двигателя: P=22кВт U=220В Iя=12А n=1500об мин Iном. Номинальное напряжение на якоре двигателя ; б.
41695. Системы счисления. Арифметические операции в разных системах счисления. Перевод из одной системы счисления в другую 3.65 MB
  Системы счисления. Арифметические операции в разных системах счисления. Перевод из одной системы счисления в другую Цель работы: изучить повторить правила перевода чисел из одной системы счисления в другую. Задачи работы: повторить правила перевода чисел из одной системы счисления в другую; получить навыки перевода чисел из одной системы счисления в другую.
41697. Определение затрат мощности на перемешивание в аппарате с мешалкой 4.72 MB
  При увеличении скорости движения происходит отрыв пограничного слоя от поверхности тела в точках где скорость жидкости является наибольшей например у кромок вертикальной пластины и образование турбулентного кормового следа за движущимся телом. Начало отрыва пограничного слоя характеризуется резким возрастанием сопротивления среды движению тела. Описание экспериментальной установки Лабораторная установка схема которой изображена на рисунке 4 состоит из циклона 4 внутренний диаметр циклона 02м размер входного патрубка 013005 м...
41698. Позиционные системы счисления. Перевод чисел из одной позиционной системы счисления в другую. Арифметические операции с числами в позиционных системах счисления 48.78 KB
  Перевод чисел из одной позиционной системы счисления в другую. Арифметические операции с числами в позиционных системах счисления. Цели работы: Освоение алгоритма перевода чисел из произвольной системы счисления в десятичную систему счисления.
41700. Изучение приборов для измерения давления. Определение гидростатического давления 370.32 KB
  Определение гидростатического давления Цель работы: освоение способов измерения гидростатического давления. Приборы для измерения давления Методы измерения гидростатического давления так же разнообразны как и конструкции приборов предназначенных для этого. Приборы для измерения давления носят общее название манометров.
41701. Операционная система Linux. Работа в консольном режиме 907.12 KB
  Чтобы выполнить команду ее надо записать после приглашения и нажать Enter. Тогда следует дать команду cl 2009. Если написать команду без параметра то она выдаст пустую строку. Если команду ls использовать с ключом l то вывод будет более информативным.
41702. Построение паспорта прочности породы. Определение сцепления и угла внутреннего трения 43.68 KB
  Произвести краткую статическую обработку результатов испытаний; Построить паспорт прочности горной породы в координатах σ – τ; По паспорту прочности определить сцепление и угол внутреннего трения породы. Результаты испытаний представляют собой ряд равноточных измерений поэтому их обработку ведем в следующей последовательности: Определяем среднее значение σр σсж результатов испытаний: ...