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

40 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

35111. МЕХАНИКА 1.35 MB
  Кинематика вращательного движения 1 Виды движения твердого тела. Основные понятия по теме При описании вращательного движения в кинематике удобно пользоваться угловыми кинематическими величинами: и Если за время тело совершает поворот на малый угол то углу формально ставиться в соответствие вектор модуль которого равен углу поворота тела за время . Существуют такие системы отсчета в которых материальная точка тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор пока взаимодействие с другими...
35112. Психологическая и социальная работа с нароко и алгозависимыми детьми и людьми 451.5 KB
  Необходимость такого рода работы с семьей наркозависимого обусловлена следующими причинами: 1. Противонаркотические программы работы с подростками и школьниками старших классов включают в себя: 1. Занятия со школьниками особенно с младшими следует проводить преимущественно в игровой форме но при этом такие занятия должны содержать потенциал серьезной интеллектуальной и психологической работы. Необходимо придерживаться определенных правил групповой работы: а активное слушание б оказание взаимопомощи в доверительность и...
35113. СВЯЗИ С ОБЩЕСТВЕННОСТЬЮ В ГОСУДАРСТВЕННЫХ СТРУКТУРАХ 310.5 KB
  ТАРАШВИЛИ стажер международного прессклуба СВЯЗИ С ОБЩЕСТВЕННОСТЬЮ В ГОСУДАРСТВЕННЫХ СТРУКТУРАХ Содержание: Роль PR в государственной системе. Модели связей с общественностью. Цели связей с общественностью. Связи с общественностью в государственных структурах.
35115. Електрика і магнетизм 12.26 MB
  Потенціал та робота електростатичного поля 17 3. Рух заряджених частинок у електричних та магнітних полях 47 8. ПОЗНАЧЕННЯ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН Фізична величина Позначення Розмірність СІ Валентність Z Маса m M Молярна маса M MN1 Сила F LMT2 Швидкість LT1 Температура T Θ Теплоємність C L2MT2Θ1 Орбітальний момент імпульсу спін повний момент імпульсу l s j L2MT1 Концентрація N L3 Дипольний момент TIL Напруженість електричного поля LMT3I1 Індукція електричного поля L2TI Намагніченість M L1I Поляризованість діелектрика P L2TI...
35116. Информационные технологии. ИТ 391 KB
  Коммуникации: ПК с широким средством периферийных устройств прикладное ПО глобальные и локальные сети. Передача данных традиционным способом или по компьютерной сети. Модель обмена включает в себя формальное описание процедур выполняемых в компьютерной сети. Аппаратные компоненты устройства и узлы для реализации компьютерной сети модемы коммутаторы маршрутизаторы.
35117. Программирование в Turbo Pascal 794 KB
  Вводите внимательно’ if Summa=stoim then writeln‘Спасибо за покупку’ else if Summa stoim then writeln‘Возьмите сдачу’ summastoim else Writeln‘Доплатите’ stoim summa End. Program имя программы ; Раздел описания: Раздел подключения модулей ; Раздел описания типов ; Раздел описания меток ; Раздел описания постоянных ; Раздел описания переменных ; Раздел описания процедур и функций ; begin Раздел операторов ; end. End.; Var; Const ; Begin раздел операторов ; End; Function имя функции список формальных параметров: тип...
35118. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ КОТЛОВ-УТИЛИЗАТОРОВ 1.25 MB
  Котёл Г420 предназначен для охлаждения технологических газов с целью конденсации паров серы и получения насыщенного пара в процессе обезвреживания сероводородных газов. Котлыутилизаторы – горизонтальные газотрубные с естественной циркуляцией состоят из входной и выходной газовых камер и газотрубного барабана. По ходу газов испарительная поверхность разделена на две отдельные равные ступени. Технологические газы проходят параллельно в каждой ступени входную газовую камеру испарительный пучок и выходную газовую камеру.
35119. Ректификационная колонна непрерывного действия 577.5 KB
  Как правило ректификационные колонны действуют по принципу противотока в целом по всему аппарату в то время как на каждом отдельном участке формирования поверхности контакта фаз схемы взаимодействия фаз могут быть самыми разнообразными. Для обеспечения неравновесных состояний пара и жидкости в нижнюю часть колонны куб подводится теплота а в верхней части колонны теплота отбирается дефлегматор. Жидкая фаза стекает с питающей тарелки вниз и поступает в куб колонны где происходит интенсивное испарение. Образующийся пар подается вниз...