Скачать

Устройства генерирования и формирования сигналов

Радиопередающее устройство (РПУ) - необходимый элемент любой системы передачи информации по радио - будь то система радиосвязи, телеметрическая или навигационная системы. Параметры радиопередатчиков весьма разнообразны и определяются конкретными техническими требованиями к системе передачи данных. РПУ представляют сложную систему, в состав которой входит высокочастотный тракт, модулятор для управления колебаниями высокой частоты в соответствии с передаваемой информацией, источники питания, устройства охлаждения и защиты. Диапазон СВЧ обладает огромной информационной емкостью. Радиопередатчики в диапазоне СВЧ применяют в радиолокационных станциях (РЛС), телевидении, ретрансляционных линиях связи, для тропосферной и космической связи, для радиоуправления и бортовой аппаратуры радиопротиводействия и для многих других специальных назначений. РПУ можно классифицировать по назначению, диапазону волн, мощности, виду модуляции, условиям работы и др. Эти признаки определяют специфику проектирования каждого вида передатчиков. Например, рабочий диапазон волн и мощность на выходе обуславливают выбор активного элемента и конструкцию колебательных систем. Амплитудную и импульсную модуляцию колебаний осуществляют в выходных ступенях, частотную модуляцию - в возбудителях, причем для обеспечения высокой стабильности несущей частоты применяют систему автоматической подстройки частоты (АПЧ).

1. Расчетная часть

1.1 Составление структурной схемы передатчика

По заданной принципиальной схеме (см. Приложение 1) составлена структурная схема передатчика, которая изображена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема передатчика

Принятые микрофоном звуковые колебания преобразуются в электрические и подаются на усилитель. В усилителе эти колебания усиливаются и на его выходе получается модулирующее напряжение. Это модулирующее напряжение U_W подается на варикап, с помощью которого модулируется по частоте кварцевый автогенератор. Кварцевый генератор работает на частоте 16 МГц, затем его частота умножается в 3 раз до рабочего значения, сигнал подается на предоконечный, а затем на оконечный усилитель мощности и через цепь связи в антенну.

1.2 Расчет режима оконечного каскада РПУ

В заданной схеме оконечный каскад усилителя выполнен на транзисторе КТ904, который имеет следующие параметры:

Сопротивление насыщения транзистора: r_{нас ВЧ} = 1,73 Ом;

Сопротивление материала базы r_б= 3 Ом;

Постоянная времени коллекторного перехода: τ_K = 15 пс;

Сопротивление эмиттера: r_э ≈ 0,0 Ом;

Коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ: β_о = 24;

Граничная частота усиления по току в схеме с ОЭ: f_т = 350 МГц;

Барьерная емкость коллекторного перехода: С_к = 12 пФ;

Барьерная емкость эмиттерного перехода: С_э = 124 пФ;

Индуктивность эмиттерного вывода: Lэ = 4 нГн;

Индуктивность базового вывода: Lб = 4 нГн;

Индуктивность коллекторного вывода: Lк = 4 нГн;

Максимальная выходная мощность: Р_max= 5 Вт;

Предельно допустимая постоянная величина коллекторный ток: I_k0.max =0.8 А;

Предельно допустимое напряжение коллектор-эмиттер: U_кэ.max = 40 В;

Предельно допустимое напряжение база-эмиттер: U_бэ.max = 4 В;

Напряжение отсечки: Е^’= 0,7 В;

Схема включения: ОЭ.

Расчет коллекторной цепи выходного каскада

Расчет коллекторной цепи проводится по методике, изложенной в (2), для транзистора, работающего в критическом режиме с углом отсечки – Q= 85°.

Исходные данные для расчета следующие:

Р₁=2,5 Вт – колебательная мощность транзистора,

В – напряжение питания коллектора,

r_{нас ВЧ} = 1,73 Ом – сопротивление насыщения транзистора,

I_{к0. max}= 0,8 А – допустимая постоянная составляющая коллекторного тока;

Коэффициенты, зависящие от угла отсечки были рассчитаны по следующим формулам:

И при угле отсечки 85^о получились следующие значения:

g₀(q)=0,276

g₀(p-q)=0,363

g₁(q)=0,445

a₀(q)=0,302

a₁(q)=0,487

1. Коэффициент использования по напряжению в критическом режиме ;

2. Максимальное значение коллекторного тока

 А

3. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в критическом режиме

 В;

4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

 А;

5. Постоянная составляющая коллекторного тока  А;

6. Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания  Вт;

7. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи

;

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора

 Вт;

9. Сопротивление коллекторной нагрузки

 Ом;

Расчет входной цепи оконечного каскада

1. Величина шунтирующего добавочного сопротивления

 Ом;

2. Амплитуда тока базы

 А,

где

3. Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

В

4. Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов

5. Напряжение смещения на эмиттерном переходе

Рис. 2 Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора

6.       Значения L_{вх оэ}, r_{вх оэ}, R_{вх оэ}, С_{вх оэ} в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора.

7.       Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора (Z_вх=r_вх + jX_вх)

8.       Входная мощность

9.       Коэффициент усиления по мощности

1.3 Расчёт параметров антенны

Исходными данными для расчета параметров антенны являются

- длина антенны l_a=0.8 м,

- длина волны l=6,25 м,

- радиус антенны r=1,5 мм.

Найдем волновое сопротивление антенны:

Поскольку длина антенны меньше четверти длины волны, то

Найдем входное сопротивление антенны:

 Ом

где

1.4 Расчёт согласующего устройства

Для согласования коллекторной нагрузки R_к=21,098 Ом с сопротивлением антенны Z_a=6.468-j152.514 Ом используется Т-образный четырехполюсник (рис 3).