ID: 67672

Название работы: Расчет передающего устройства магистральной радиосвязи, предназначенного для передачи большого количества разнообразной информации (телеграфной, телефонной, данных) на значительные расстояния

Категория: Курсовая

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Диапазон рабочих частот 1020 МГц Нагрузка симметричный фидер волновым сопротивлением 75 Ом. Цепь коррекции которая выравнивает коэффициент усиления по мощности двухтактного генератора по диапазону частот но и обеспечивает резестивное входное сопротивление рассматривается ниже.

Язык: Русский

Дата добавления: 2014-09-13

Размер файла: 618.05 KB

Работу скачали: 10 чел.

? Содержание

1.	Техническое задание……………………………………………………………………………………….	2
2.	Структурная схема……………………………………………………………………………………………	2
3.	Оконечный каскад ГВВ…………………………………………………………………………………….	3
3.1.	Расчет коллекторной цепи………………………………………………………………………………	4
3.2.	Расчет входной цепи……………………………………………………………………………………….	5
3.3.	Цепь коррекции АЧХ………………………………………………………………………………………..	7
4.	Цепи сложения мощностей……………………………………………………………………………..	11
5.	Согласующее устройство………………………………………………………………………………….	13
6.	Предоконечный каскад…………………………………………………………………………………….	14
7.	Выходная фильтрующая система……………………………………………………………………..	17
8.	Принципиальная схема устройства………………………………………………………………….	21
9.	Список используемой литературы……………………………………………………………………	23

1.  Техническое задание

Рассчитать передающее устройство магистральной радиосвязи, предназначенное для передачи большого количества разнообразной информации (телеграфной, телефонной, данных) на значительные расстояния.

1.  Мощность сигнала в антенне – 1 кВт.
2.  Диапазон рабочих частот 10-20 МГц
3.  Нагрузка – симметричный фидер, волновым сопротивлением 75 Ом. Коэффициент бегущей волны на входе фидера равен 0.8, КПД фидера равен 0.85.
4.  Модуляция – F7B – частотная многоканальная телеграфия.
5.  В возбудителе содержится синтезатор с шагом рабочих частот – 500 Гц.
6.  Мощность допустимых излучений на высших гармониках несущей частоты – 50 мВт.

Порядок расчета:

1.  Все каскады усиления мощности – транзисторные по схеме широкополосного линейного усиления. Оконечный каскад состоит из двух модулей по двум двухтактным ГВВ в каждом. Предоконечный каскад состоит из двух модулей по одному двухтактному ГВВ в каждом. При необходимости применить цепь коррекции АЧХ входной цепи биполярных транзисторов.
2.  Межкаскадные цепи связи – неперестраиваемые на длинных линиях.
3.  Выходная фильтрующая система представляет собой два переключаемых широкодиапазонных фильтра. Рассчитать один из них. Допустимое значение КБВ на входе ВФС равно 0.75.
4.  Принципиальная схема устройства.

1.  Структурная схема

Рис.1. Структурная схема устройства

1.  Оконечный каскад ГВВ

Состоит из двух модулей по двум двухтактным ГВВ в каждом.

Переход к двухтактным ГВВ в первую очередь обусловлен возможностью перевода транзисторов для работы с отсечкой тока коллектора в режиме класса В и тем самым повышения КПД при сохранении гармонического напряжения на выходе без включения LC цепей.

При построении нужно обеспечить короткозамкнутую нагрузку на частотах четных гармоник.

На частотах до 100МГц двухтактные ГВВ строят на обычных транзисторах и широкодиапазонных трансформаторах.  В работе расчет проводится для схемы на трансформаторных линиях (рис.2.).

Рис.2. Схема двухтактного ГВВ на трансформаторных линиях

В коллекторной цепи трансформатор Т2 симметрирует напряжение основной частоты на коллекторах транзисторов и обеспечивает замыкание четных гармоник коллекторных токов, а трансформатор Т3 осуществляет переход к несимметричной нагрузке. Коллекторное питание подается через блокировочные дроссели Lбл.

Для подключения нагрузки к коллекторам используется T3.

 T1 обеспечивает последовательное и противофазное включение транзисторов по входу по высокой частоте и одновременно осуществляет переход к несимметричной нагрузке для предыдущего каскада.

Цепь коррекции, которая выравнивает коэффициент усиления по мощности двухтактного генератора по диапазону частот, но и обеспечивает резестивное входное сопротивление, рассматривается ниже.

Выберем биполярный транзистор (БТ).:

2Т9131А - Транзистор кремниевый эпитаксиально-планарный структуры n-p-n генераторный. Предназначен для применения в линейных широкополосных усилителях мощности, генераторах в диапазоне частот 1,5...30 МГц при напряжении питания 50 В.

Его характеристики:

rнас=0.07 Ом

h21=100

fт=140 МГц

Ск=600 пФ

Сэ=50000 пФ

Lэ=1.8 нГн

Lб=2.5 нГн

Eкэ_доп=100 В

Eбэ_доп=4 В

Iк0_доп (Iк_max)=30 А

F=1.5-30 МГц

rб=0.02 Ом

 re=0 Ом

Выберем напряжение коллекторного питания:

Eк=45 В

Режим работы – граничный, класс B (θ=90ᵒ).

Расчет генератора проводится при заданной колебательной мощности P1, приходящейся на 1 транзистор. 2 модуля по двум двухтактным ГВВ, т.е. 4 ГВВ, т.е. 8 транзисторов, значит  для каждого транзистора P1=125 Вт. Возьмем мощность с запасом на потери: P1=130 Вт.

1.  Расчет коллекторной цепи:
2.  Коэффициенты разложения косинусоидальных импульсов с углом отсечки θ

 

1.  Амплитуда напряжения первой гармоники на коллекторе

1.  Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимого

       <ek_доп=100 В

1.  Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

1.  Постоянная составляющая коллекторного тока

  

1.  Максимальный коллекторный ток

< Ikmax_dop =30A

1.  Максимальная мощность, потребляемая от источника питания

1.  Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке

1.  Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора

1.  Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки для транзистора в одном плече

Ом

Расчет входной цепи

Для кремниевого транзистора Eотс=0.5 В.

f0=20 Мгц

1.  Резистор Rдоп между базовым и эмиттерным выводами транзистора

Ом

1.  Амплитуда тока базы

1.  Напряжение смещения на эмиттерном переходе

1.  Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

В

 

Это меньше eбэ_доп=4В

1.  Расчет индуктивности, емкости и сопротивления

Гн

1.  Резистивная и реактивная составляющая входного сопротивления

1.  Входная мощность

Вт

1.  Коэффициент усиления по мощности

1.  Цепь коррекции АЧХ

Для БТ по схеме с ОЭ в диапазоне СЧ и ВЧ надо учитывать смещение модуля коэффициента усиления h21 c ростом частоты и использовать более сложную эквивалентную схему входного сопротивления. Нужно выполнять входную цепь как корректирующую АЧХ, т.е. компенсирующую снижение коэффициента усиления транзистора в рабочем диапазоне частот.

Рис.3. Исходная цепь коррекции АЧХ

Рассчет цепи коррекции для одного транзистора:

1.  Вспомогательные коэффициенты

Выбираем равноколебательную АЧХ. δ =0.25 – неравномерность в полосе пропускания выбрана так, чтобы α и σ были положительные и максимально близки к α` и σ`.

- относительная верхняя рабочая частота

Значит, rкор не будет.

1.  Тогда используем следующую методику расчетка:

rкор=0

1.  Расчитываем резистор r_пар и элементы сопротивления Z_пар

1.  Входное сопротивление цепи коррекции

1.  Результирующее входное сопротивление

1.  Амплитуда входного напряжения

1.  Мощность, потребляемая от предыдущего каскада

1.  Коэффициент усиления по мощности с учетом цепи коррекции

Теперь, чтобы учесть 2 транзистора, значения Lпар и Rпар увеличиваем в 2 раза, а значение C пар уменьшаем в 2 раза.

В итоге:

 

Ом

Рис.4. Используемая цепь коррекции АЧХ

1.  Цепи сложения мощностей

Исользуется для суммирования мощностей всех генераторов.

В оконечном каскаде будет использовано 3 схемы сложения мощностей. По одной в каждом модуле и одна для сложения мощностей обоих модулей.

Рис.5. Схемы сложения мощностей

В схеме сложения мощносией в одном модуле:

- волновое сопротивление длинной линии.

 

В схеме сложения мощностей между модулями:

 

              - волновое сопротивление

 - мощность на выходе схемы сложения мощностей

 - сопротивление на выходе схемы сложения мощностей, перед входом ВФС

R2=R1=R3=R4=2*Rэкв=15.012 Ом

R5=R7=4*Rэкв=30.023 Ом

Выберем длину линий:

Надо, чтобы :

 дБ

Тогда:

 м

Схемы деления мощностей строятся аналогично.

1.  Согласующее устройство

Рис.6.Согласующее устройство

Расчет ведем на нижней частоте, т.к. ВФС неперестраиваемая.

1.  Выберем длину и радиус антены:

l=1 м

а=3 см

1.  Длина волны:

Где с – скорость света.

1.  Параметры антены:

1.  Элементы согласующего устройства

 W=75 Ом – волновое сопротивление фидера.

Тогда:

1.  Полное сопротивление согласующего устройства:

Полное сопротивление согласующего устройства на нижней рабочей частоте равно волновому сопротивлению фидера, что и требовалось.

Полное сопротивление согласующего устройства на удвоенной частоте (2fn):

1.  Входное сопротивление фидера:

lф=0.5м – длина фидера

На удвоенной частоте (2*fn):

1.  Предоконечный каскад:

Строится аналогично оконечному, но использутеся 2 модуля по одному двухтактному ГВВ в каждом.

Выберем Биполярный транзистор: 2Т966А

Его характеристики:

rнас=0.1 Ом

h21=70

fт=300 МГц

Ск=250 пФ

Сэ=2000 пФ

Eкэ_доп =12.6 В

Eбэ_доп=4 В

Iк0_доп (Iк_max)=15 А

F=1.5-30 МГц

1.  Входная мощность оконечного каскада:

Мощность Pвх_1 берем с учетом цепи коррекции на входах ГВВ оконечного каскада.

1.  Выходная мощность ПОК должна быть равна входной мощности ОК:

Тогда мощность приходящаяся на один БТ в ПОК:

Вт

Возьмем мощность с запасом:

                      Вт         

1.  Напряжение коллекторного питания:

1.  Амплитуда напряжения 1ой гармоники на коллекторе:

1.  Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимого:

Это значение меньше ek_доп=12.6В.

1.  Амплитуда 1ой гармоники коллекторного тока:

1.  Постоянная составляющая коллекторного тока:

1.  Максимальный коллекторный ток:

А

Это значение меньше допустимого Iк_max=15А.

1.  Максимальная мощность потребляемая от источника питания:

1.  КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

1.  Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:

1.  Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки для транзистора в одном из плеч:

1.  Эквивалентное сопротивление всего каскада:

Входное сопротивление всего ОК это 4 входных сопротивления с учетом цепи коррекции:

Выходное сопротивление ПОК равно входному сопротивлению ОК, значит, МЦС ставить не надо.

1.  Выходная фильтрующая система

В данном случае для фильтрации высших гармоник ВФС выполняется в виде 2 переключаемых полосовых фильтров, работающих на отдельных поддиапазонах частот.

Рис.7. ВФС

1.  Коэффициент перекрытия по частоте передатчика:

1.  Уточняем коэффициенты перекрытия по частоте отдельных фильтров:

1.  Находим граничные частоты каждого фильтра:

1.  Расчет элементов фильтра: 

Qвфс=3

КБВmin=0.8

Порядок фильтра m=3

Ф

Гн

Ф

Гн

Ф

Гн

1.  Т.к. R_n=60 Ом, а W=75 Ом, то нужно сделать повышающие преобразования Нортона.

Ф

Ф

Ф

Гн

Тогда:

Что совпадает с W.

Получим схему:

Рис.8. ВФС с учетом преобразований Нортона

1.  Найдем общее сопротивление фильтра на 2*fn:

Тогда сопротивление ВФС:

Т.е.

1.  Проверим, что Uк2<<Uк1

А

В

В

Это <1, значит, условие выполняется.

1.  Проверим условие P2=|Iк2|2*Re(Z_2fn)/2<50мВт:

Вт

Условие выполняется, значит, высшие гармоники подавляются.

8. Принципиальная схема устройства

1.  Список используемой литературы:

1.  В.В. Шахгильдян «Проектирование радиопередатчиков» - Москва, «Радио и связь», 2003г.
2.  В.В. Шахгильдян «Радиопередающие устройства» - Москва, «Радио и связь», 1990г.

22