Выдержка из текста работы
Радио — это способ передачи сигналов на расстояние с помощью электромагнитных колебаний (радиоволн). Посредством радио осуществляются связь (радиосвязь), вещание (радиовещание и телевидение), определение положения подвижного объекта в пространстве (радиолокация), сигнализация, контроль, управление и др.
Потому при проектировании, производстве и эксплуатации любой радиосистемы необходимо обеспечить ее работу в пределах допустимого уровня искажений и помех гак, чтобы не создавались помехи другим системам. При этом система радиотелефонной связи должна обеспечивать достаточную разборчивость передаваемой речи, а система радиовещания должна воспроизводить человеческий голос, музыку и другие звуки так, чтобы не терялось эстетическое впечатление от услышанного.
При расчете радиопередающих устройств различного назначения и типа необходимо определить следующие основные характеристики:
К передатчикам предъявляют также требования конструктивного, эксплуатационного и экономического характера: меньшие габариты, масса и стоимость; удобство эксплуатации и ремонта; высокая надежность; устойчивость к внешним воздействиям (изменению окружающей температуры, влажности, давления, ударам, тряске), безопасность обслуживающего персонала и др.
Но реальная телефонная передача содержит как громкие, так и тихие звуки. Отношение максимальной амплитуды, сигнала к средней называют пик-фактором.
Рис 1.5
При БМ на передачу сообщения затрачивается вся мощность передатчика, что и обуславливает ее высокую энергетическую эффективность.
В силу перечисленных выше причин ОБП широко применяется в системах передачи речевых сигналов, а вопросы связанные с проектированием и применением радиопередатчиков с однополосной модуляцией весьма актуальны.
2.1 Структурная схема передатчика
Для осуществления радиосвязи передатчик и приемник должны быть настроены на определенную, фиксированную частоту. Однако из-за целого ряда нежелательных факторов частота колебания на выходе передатчика меняется во времени относительно требуемого значения. Изменения частоты приводят к ухудшению качества воспроизводимого при приеме переданного сообщения. Поэтому требования к постоянству, т. е. стабильности, частоты колебания на выходе передатчика очень высокие. Стабильность частоты передатчика является одним из важнейших показателей качества ею работы.
Под нестабильностью частоты передатчика понимают изменение частоты выходного колебания при воздействии дестабилизирующих факторов в течение определенного времени. В зависимости от длительности измерения различают долговременную (за длительный интервал времени) и кратковременную (за короткий интервал времени) нестабильность частоты. Каждая из этих нестабильностей может быть абсолютной или относительной.
Если полоса пропускания приемника выбрана без учета нестабильности частоты передатчика, то изменение этой частоты создает расхождение между частотой настройки приемника и частотой сигнала, что приводит к ухудшению качества воспроизводимого сигнала, а то и к полному срыву радиосвязи. Этого можно избежать, если все время подстраивать приемник на изменяющуюся частоту передатчика. Однако ручная подстройка частоты приемника затрудняет его эксплуатацию, введение же систем автоматической подстройки частоты повышает его стоимость.
Для удобства эксплуатации аппаратуры и повышения надежности , радиосвязи желательно, осуществлять беспоисковую и бесподстроечную радиосвязь, т. е. настроенный на частоту сигнала приемник должен принимать передаваемый сигнал сразу после его включения без дополнительных подстроек. Однако реализовать такую радиосвязь можно только при высокой стабильности частоты передатчика.
Долговременная стабильность частоты колебания на выходе передатчика зависит от стабильности частоты задающего генератора, определяемой эквивалентными параметрами резонансной системы. Таким образом, частота автогенератора, а следовательно, и частота колебания на выходе передатчика изменяются во времени при изменении эквивалентных параметров резонансной системы автогенератора .
По существующим международным нормам абсолютная нестабильность связных передатчиков для радиосвязи в декаметровом диапазоне не должна превышать ±20 Гц, а радиовещательных — ±10 Гц. Однако во многих случаях абсолютная нестабильность современных передатчиков существенно ниже.
2.3 Резонатор
Свойства кварцевой пластины зависят как от ее размеров и формы, так и от плоскости, в которой осуществляется ее срез (плоскости среза). Срезы, при которых ребра пластины параллельны осям кристалла кварца, называют прямыми. Преимущественное распространение получили косые срезы, при которых ребра кварцевой пластины составляют с осями кристалла некоторый угол. В зависимости от этого угла различают несколько типов пластин с косыми срезами, отличающихся друг от друга температурными характеристиками.
Кварцевые пластины имеют различную форму. Их выполняют в виде плоско-параллельных пластин, стержней или плосковыпуклых линз.
Электроды делают в виде токопроводящих пластин, расположенных вблизи поверхности кварцевой пластины или пленки (обычно из никеля, серебра или золота), контактирующей с ее поверхностью. Изготовление электродов с помощью металлизации кварцевой пластины позволяет полностью избавиться от зазора между электродами и кварцем, что дает возможность повысить добротность резонатора.
Рис.2.3
Суть физических процессов, происходящих в электрической цепи с кварцевым резонатором, можно пояснить следующим образом. Положим, что к электродам кварцевого резонатора подключили источник переменного напряжения. Тогда ток в цепи этого источника возникает за счет того, что:
1) кварцевый резонатор обладает свойствами обыкновенного конденсатора, емкость которого Со определяется площадью электродов, толщиной кварцевой пластины и диэлектрической проницаемостью кварца;
2) появляется составляющая тока в цепи источника напряжения, обусловленная пьезоэлектрическим эффектом кварцевой пластины. Действительно, переменное напряжение, приложенное к пластине, вызовет в ней механические колебания, которые, в свою очередь, приведут к возникновению на кварцедержателях переменного электрического напряжения. Это напряжение создает в цепи вторую составляющую тока.
Поскольку емкость Со влияет на резонансную частоту и ее стабильность, к конструкциям металлических электродов и кварцедержателей предъявляют ряд требований. Так, конструкция кварцедержателей должна:
1) Обеспечивать постоянство емкости Со (величина емкости должна быть по возможности малой);
3) Не препятствовать охлаждению кварцевой пластины
Не ламповые схемы балансных модуляторов могут быть мостовыми или кольцевыми.
Мостовые схемы балансных модуляторов. Вариант мостовой схемы приведен на рис.2.5, а. Исходная рабочая точка регулируется выбором величины напряжения обратного смещения диодов Ес. Для нормальной работы схемы требуется соблюдение неравенств: Ec>Up; Ec<.Uf и Uf>UF.
В этом случае диоды могут быть открыты только напряжением несущей, а напряжение модулирующей частоты не в состоянии открыть их. Схема работает следующим образом.
Импульсы высокой частоты оказались промодулированными. При разложении импульсов в гармонический ряд получим: первые гармоники положительных и отрицательных импульсов будут противофазны и компенсируются. Следовательно, произошло подавление несущей частоты. Работу диодных коммутаторов можно уподобить механическому прерывателю.
В последовательно-мостовой схеме балансного модулятора коммутатор из четырех или двух диодов включается последовательно в цепь звуковых частот (рис. 2.7.).
Все мостовые схемы однополупериодные; последовательность выходных импульсов в них аналогична представленной на рис.2.5.б
Как видно из схемы, хотя полярность звукового напряжения осталась прежней, направление создаваемого им тока изменилось. Следовательно, изменится также полярность импульса во вторичной обмотке выходного трансформатора. В результате получим последовательность двусторонних импульсов, огибающей которых является полусинусоида. Это указывает на отсутствие несущей частоты. Схема работает аналогично механическому переключателю (рис. 2.10).
В отличие от однополупериодных схем кольцевая схема является двухполупериодной, поскольку в ней используются оба полупериода коммутирующего напряжения (рис. 2.5)
Диодные БМ имеют низкие входные характеристики и выходные сопротивления,поэтому применение согласующих устройств обязательно.
Качество однополосного сигнала зависит от показателей всех узлов передатчика. Большое значение имеет удачный выбор микрофона,
Радиолюбителями используются различные типы микрофонов, но предпочтение нужно отдать динамическим и пьезокристаллическим.
Пьезоэлектрические микрофоны развивают значительно большее звуковое напряжение, чем динамические; оно может достигать десятков милливольт, тогда как выходное напряжение динамических микрофонов измеряется милливольтами.
Микрофон можно подобрать, прослушивая на приемнике уже сформированный однополосный сигнал, так как учитывать отдельно характеристики голоса оператора, микрофона, модулятора, однополосного фильтра весьма сложно.
Напряжение, подаваемое с УНЧ на балансный модулятор, не превышает обычно нескольких вольт, так что коэффициент усиления УНЧ для динамического микрофона должен быть от нескольких сотен до тысячи, а при использовании пьезомикрофона достаточен коэффициент усиления порядка 50—100.
Весьма важным требованием к микрофонному усилителю является полное отсутствие в модулирующем напряжении фона переменного тока. Наличие фона приводит, во-первых, к «журчанию» сигнала, во-вторых, к появлению по обе стороны от подавленной несущей двух частот, отличающихся от нее на 50 или 100 гц. Для уничтожения фона используются такие общеизвестные методы, как хорошая фильтраций питающих напряжений, питание накала первой лампы постоянным током, продуманное размещение деталей и проводов, подбор точки заземления деталей первого каскада, экранирование проводов и деталей. Можно также весь монтаж первого каскада УНЧ заключить в экран, согнутый из тонкой меди, алюминия или белой жести.
Микрофонные усилители нередко работают в условиях сильных высокочастотных полей, которые могут вызвать вредные явления. Высокочастотное напряжение иногда наводится на микрофон, микрофонный шнур, детали и лампы усилителя. На входе оно может достигать единиц или даже десятков вольт. Это вызывает появление сеточного тока, резкое нарушение режима работы УНЧ и очень большие искажения. Может возникнуть также самовозбуждение усилителя на частотах от нескольких единиц герц до десятков килогерц, которое будет причиной побочных излучений. Самовозбуждение на ультразвуковых частотах иной раз трудно обнаружить в УНЧ, но легко, прослушивая на приемнике полосу на 50-100 кГц по обе стороны от сигнала. Чтобы избежать этих явлений, нужно прежде всего снизить до минимума ВЧ поля в помещении радиостанции продуманным размещением антенных вводов и применением коаксиальных фидеров вместо открытых проводов. Если микрофон не экранирован, его нужно экранировать металлической сеткой или решеткой. Часто помогает отдельное соединение микрофона с заземлением или корпусом радиостанции.
Если микрофонный УНЧ работает на низкоомный фильтр звуковых частот или диодный балансный модулятор, следует применить согласующий трансформатор или обычный катодный повторитель.
Получение требуемой мощности достигается использованием сумматоров.
УМ может быть узкополосным или широкополосным, не требующим перестройки (УРУ) либо требующим её.
Выходные каскады перестраиваемых передатчиков строятся по схеме: АЭ-БФ-СУ, где АЭ- активный элемент( транзистор ), БФ- блок фильтров, СУ- согласующее устройство.
Выходную мощность радиопередатчика формирует каскад усилителя мощности. В диапазоне высоких частот обычно используют транзисторный усилитель мощности по схеме с общим эмиттером, т.к. это обеспечивает наилучшую устойчивость работы. В состав усилителя мощности входят активный элемент, согласующие цепи, цепи питания и смещения. Чтобы обеспечить максимальный к.п.д и максимальную мощность необходима произвести расчет усилитель мощности в оптимальном режиме. Для реализации такого режима необходимо правильно спроектировать внешние цепи усилителя — питания, смещения и согласования.
Причиной неустойчивости работы транзисторного усилителя может быть;
Работа усилителя в области С может сопровождаться возникновением паразитных колебаний. При этом коэффициент усиления транзистора по мощности еще достаточно велик (Кр >> 1), а сопротивления элементов в цепи обратной связи приобретают такие значения, при которых уже нельзя пренебречь влиянием внутренней и внешней обратной связи.
Иногда для возникновения паразитной генерации достаточно на базу транзистора подать отпирающее напряжение ( Еб > Еб`).
Для снижения вероятности возникновения ультракоротковолнового паразитного для чего непосредственно около лампы ставят ВЧ-конденсатор
Предугадать возможность возникновения паразитных колебаний не удается, поэтому в процессе проектирования и производства стараются исключить их появление. При первом включении передатчика выявляют устойчивость работы его ступеней и при необходимости осуществляют дополнительные меры обеспечения устойчивости передатчика.
Рассогласование сопровождается уменьшением мощности в нагрузке, перегрузкой транзисторов, ухудшением фильтрации и формы АЧХ. Наибольшее рассогласование возникает в диапазонных усилителях при смене волны, когда усилитель расстроен. В этом случае мощные транзисторы выходного каскада, особенно чувствительные к рассогласованию, могут выйти из строя из-за перегрузки. Перегрузку можно объяснить с помощью уравнения баланса мощностей. При расстройке подводимая к транзистору мощность почти не изменяется, а отсасываемая уменьшается, следовательно, возрастает мощность потерь. Поэтому настройку производят при пониженной 25%-ной мощности и применяют схемы защиты транзисторов от перегрузки.
Различают два вида согласования в четырехполюсниках: на максимум передачи активной мощности от генератора к нагрузке и на минимум отраженной волны от нагрузки и генератора. В дальнейшем рассматривается только первый вид.
Трансформирующие свойства ФНЧ характеризуются величиной максимального затухания в полосе пропускания, а фильтрующая способность—минимальным затуханием вне этой полосы. С помощью различных типов ФНЧ удобно согласовать нагрузки с низким импедансом. ФНЧ совмещает функции трансформатора сопротивлений и фильтра. Однако расчет такого ФНЧ сложный, поэтому часто прибегают к разделению функций трансформации и фильтрации между различными цепями. Фильтрацию гармоник удобнее осуществлять с помощью фильтров, включаемых в антенно-фидерном тракте, оставив за электрической цепью генератора только функцию трансформации сопротивления нагрузки. Такое решение, кроме упрощения расчета, позволяет также расширить пределы согласования.
Общие сведения. Широкополосный усилитель (ШПУ) позволяет отказаться от перестройки. Это существенно упрощает весь высокочастотный тракт передатчика, кроме антенного контура, который необходимо настраивать, если в нем не используется УРУ. Согласование в ШПУ может быть получено только приближенно. Причем существует жесткая связь между полосой пропускания, допуском на точность согласования и сопротивлением нагрузки. При заданных значениях полосы и нагрузки определяется допуск на рассогласование, который называется граничным, или предельным. Однако практически реализовать граничный допуск не удается, так как для этого требуется электрическая цепь с бесконечно большим количеством элементов. Поэтому ограничиваются числом элементов не более 4—6, получая при этом достаточно хорошее приближение к предельному случаю.
В ШПУ чаще, чем в узкополосных усилителях, прибегают к раз делению функций фильтрации и трансформации. Кроме того, предусматривают частотную коррекцию для выравнивания коэффициента усиления, уменьшающегося с увеличением частоты. Элементы согласования в ШПУ.
Рис. 2.14 Многозвенные фильтры: а — полосовой; б — нижних частот
Многозвенные и полосовые фильтры используются только при очень широкой полосе (рис. 2.14). Расчет элементов производится на получение требуемой фильтрации. Если трансформирующие свойства фильтров окажутся недостаточными для согласования, то схему дополняют широкополосными трансформаторами.
Широкополосные трансформаторы (ШПТ). Для получения равномерной АЧХ в широком диапазоне используют ШПТ при условии, что он будет иметь минимальную емкость и индуктивность рассеяния. Выполнение этих требований достигается следующим образом. Используются два тороидальных сердечника. На одном из них наматывается первичная обмотка, а на другом вторичная. Тороиды разделяются электростатическим экраном (шайбой), чтобы уменьшить емкость между обмотками. Обмотки помещаются в замкнутый экран (корпус). В отверстиях тороидов размещается центральный стержень, соединяющийся с наружным экраном. Получился кольцевой замкнутый сердечник. Сильная электромагнитная связь между обмотками осуществляется за счет протекания тока по внутренней поверхности корпуса к центральному стержню. Эта цепь тока называют объемным витком. Для уменьшения междувитковой емкости используется толстый слой диэлектрика, но при этом увеличивается индуктивность рассеяния. Следовательно, требования к ШПТ противоречивы и разрешаются компромиссно.
В зависимости от конструкции различают трансформаторы тироидального, коакси-ального и распределенного типа. Последние называются также трансформаторами типа «длинной линии» (ТДЛ) или по имени их автора Рутрофа. ТДЛ включаются на входе и выходе схемы усилителя и обеспечивают наибольшую широкополосность.
Схема с двумя ТДЛ состоит из двух длинных линий, т.е.двух ТДЛ, соединённых последовательно по входу и параллельно по выходу. Рис.2.17.
Непосредственно к передатчику можно подключить только антенно-фидерное устройство, входное сопротивление которого обеспечивает его нормальную работу. Транзисторные усилители мощности могут не иметь органов регулировки согласования с антенной и требуют подключения к ним фидера с КСВ не более 1,1 … 1,2.
Питание большинства антенн, применяемых в настоящее время радиолюбителями, осуществляется с помощью коаксиального кабеля с КСВ, близким к 1 (обычно не более 2).
Имеющиеся в выходных каскадах ламповых усилителей мощности устройства связи с антенной обеспечивают возможность согласования с такими антенно-фидерными устройствами, т. е. передачу максимальной выходной мощности в антенну.
При этом КСВ-метр должен работать при полной выходной мощности передатчика.
В практике радиолюбителей-коротковолновиков согласование антенны с фидером достигается включением его в точки питания антенны, сопротивление между которыми близко к волновому сопротивлению фидера или использованием простейших трансформаторов сопротивлений между антенной и фидером. А в некоторых типах радиолюбительских антенн применяются фидеры, рассогласованные с антенной, такие сооружения радиолюбители называют антеннами с питанием стоячей волной. При применении в этих антеннах фидерных линий с малыми потерями (например, воздушных двухпроводных симметричных линий) КПД антенно-фидерного устройства, как было показано выше, сохраняется достаточно высоким.
Согласующее устройство, трансформирующее входное сопротивление антенны в активное сопротивление, близкое к 75 Ом, оказывается полезным и при приеме. Оно обеспечивает оптимальное согласование входной цепи приемника (обычно рассчитанной на подключение коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 … 75 Ом) и, следовательно, реализацию полной чувствительности приемника.
Передающая антенна преобразовывает энергию переменного электрического тока в энергию электромагнитноного поля, распространяющегося от антенны в окружающее пространство.
Приемная антенна конструктивно не отличается от передающей, но выполняет обратную задачу. Характеристики передающих и приемных антенн одинаковы, поэтому, рассмотрев характеристики передающих антенн, мы можем использовать их и для· приемных.
Коэффициент полезного действия антенно-фидерного устройства — это отношение мощности, подводимой к фидеру от передатчика, к мощности, излучаемой антенной. Он равен произведению КПД фидера на КПД самой антенны. У хороших коротковолновых антенно-фидерных устройств общий КПД достигает 70 …90 %. Плохой КПД безусловно снижает эффективность антенны, но и хороший КПД не гарантирует ее высокую эффективность. Определяющим фактором здесь является диаграмма направленности антенны. Различают диаграммы направленности антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Направленные свойства антенн характеризуются ее коэффициентом направленного действия.
Диаграмму направленности характеризуют и отношением потока излучаемой мощности в нужном направлении к потоку мощности в противоположном направлении (отношение вперед-назад) и в перпендикулярном направлении (отношение вперед — вбок). У любительских коротковолновых направленных антенн отношение вперед-назад достигает 20 … 30 дБ, а отношение вперед вбок может достигать 60 дБ.
Важной характеристикой фидерной линии — является ее волновое сопротивление, Если фидер нагружен на активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линии, амплитуды напряжений между проводниками линии и протекающих по ним токов постоянны по всей ее длине. Отношение этих амплитуд равно волновому сопротивлению фидерной линии. При рассогласовании волнового сопротивления линии с нагрузкой в фидере появляются стоячие волны: амплитуда напряжения в одной из точек линии достигает максимума, а ток минимума («пучность» напряжения и «узел» тока), в другой точке линии наоборот — напряжение минимально («узел» напряжения), а ток максимален («пучность» тока). Отношение напряжений или токов в «пучности» и «узле» — это коэффициент стоячей волны (КСВ) в фидерной линии. Поскольку омические потери в фидере пропорциональны квадрату амплитуды тока а диэлектрические — квадрату амплитуды напряжения, увеличение потерь в «пучностях» не компенсируется их уменьшением в «узлах» и наличие стоячих волн приводит к снижению КПД фидерной линии.
приемник сигнал транзисторный усилитель
3. Расчет фидерного устройства приемного тракта приемника
Как уже было установлено ранее, проектируемый приемник должен иметь два преобразования частоты, поэтому его структурная схема будет строиться согласно типовой схеме супергетеродинного радиоприемника с двумя преобразованиями.
Коэффициент диапазона
Так как , то можно применить неперестраиваемые избирательные цепи, а перестройку в диапазоне частот можно осуществлять перестройкой первого гетеродина. С учетом требований к современной элементной базе управление перестройкой гетеродина целесообразно осуществлять при помощи синтезатора сетки частот. В соответствии с техническим заданием шаг сетки должен быть равен 50 кГц, а перестройка должна производится в диапазоне 330-340 МГц.
Поскольку первая и вторая ПЧ неизменны, то частота второго гетеродина фиксирован
Избирательность по зеркальному каналу осуществляется одновременно входной (ВЦ) цепью, выполненной на одиночном колебательном контуре, и фильтром радиочастоты (ФРЧ), являющимся нагрузкой МШУ РЧ. Принимая во внимание рабочие частоты, фильтром радиочастоты разумно выбрать фильтр на поверхностных акустических волнах. В настоящее время существуют ПАВ-фильтры, обладающие необходимой полосой пропускания и достаточной избирательностью. Кроме избирательности при выборе ФРЧ следует учитывать потери сигнала в его полосе пропускания. Они не должны быть очень большими, чтобы увеличить уровень шумов в первых каскадах и тем самым не ухудшить чувствительность.
Качественными характеристиками на частотах, близких к первой промежуточной, обладают монолитные кварцевые фильтры. Часто они способны одновременно осуществить избирательность и по второму зеркальному, и по соседнему дополнительным каналам приема. Поэтому кварцевый фильтр в качестве ФПЧ1 станет рациональным выбором.
Избирательность по соседнему каналу осуществляется одновременно фильтрами первой (ФПЧ1) и второй (ФПЧ2-1, ФПЧ2-2) промежуточных частот. На вторую промежуточную частоту обычно выбираются недорогие керамические фильтры со сравнительно невысокой избирательностью, поскольку большую часть задачи подавления соседнего канала решается кварцевым ФПЧ1.
Для устранения паразитной амплитудной модуляции сигнала при детектировании ЧМ-сигналов перед частотным детектором (ЧД) ставится усилитель-ограничитель (УО).
Описанная структурная схема изображена на рис.1.
3.1 Расчет входной цепи
Входная цепь приемника предназначена для передачи принимаемого сигнала из антенны в последующие каскады. Она содержит избирательный элемент (контур или фильтр), который ослабляет помехи побочных каналов и сильные внешние помехи, уменьшая при этом такие нелинейные эффекты, как перекрестная модуляция, интермодуляция.
Часто в качестве избирательного элемента используется одиночный колебательный контур. Поскольку в проектируемом приемнике входная цепь (ВЦ) является не перестраиваемой, и предполагается работа с настроенной антенной, то реализуем цепь в виде обыкновенного колебательного контура с двойной автотрансформаторной связью (Рис.3.2).
Рис.3.2 Схема входной цепи
Эквивалентная схема входной цепи с двойным автотрансформаторным включением изображена на (Рис.3.3).
Рис.3. Эквивалентная схема входной цепи
Исходные данные:
— резонансная частота ;
— рабочий частотный диапазон , ;
— проводимость антенны ; ;
— входная проводимость следующего каскада (см. расчет УРЧ).
Максимальный коэффициент передачи достигается при согласовании контура входной цепи с антенной или входной проводимостью следующего каскада. Однако обеспечить одновременное оптимальное согласование контура и со стороны антенны, и со стороны входа следующего каскада — невозможно. Поэтому так как , то обеспечим оптимальное согласование с антенной, задавшись значением , и рассчитаем значение .
Определим параметры контура, для чего зададимся величиной емкости контура.
Рассчитаем значение индуктивности контура
Избирательность входной цепи определяется эквивалентной добротностью , которая зависит от коэффициентов включения и .
где при , при , .
С другой стороны
, отсюда
Характеристическое сопротивление контура
Проводимость ненагруженного контура
Зададимся коэффициентом включения .
Рассчитаем коэффициент включения :
Рассчитаю избирательность по зеркальному каналу.
Обобщенная расстройка
3.2 Расчет усилителя радиочастоты
Входная цепь не обеспечивает должной избирательности по зеркальному каналу, поэтому следует применить УРЧ с резонансной нагрузкой, которой может служить контур, аналогичный контуру входной цепи. Помимо требуемой избирательности усилитель радиочастоты должен обладать также достаточно высоким усилением по мощности, а также малым коэффициентом шума. Исходя из этих условий, выберу в качестве усилителя РЧ схему с ОЭ на СВЧ n-p-n биполярном транзисторе 2Т3120А. Схема каскада приведена на рис.4.4.
Рис.3.4 Реализация УРЧ по схеме с ОЭ
В качестве активного элемента выберем СВЧ БТ n-p-n транзистор 2Т3120А, имеющий следующие параметры:
— статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с общим эмиттером
— обратный ток коллектора
— граничная частота коэффициента передачи тока
— емкость коллекторного перехода
— емкость эмиттерного перехода
— коэффициент шума БТ на частоте
— постоянная времени цепи обратной связи
— диапазон рабочих температур
Выберу по выходным характеристикам транзистора режим с и при .
Учитывая высокую рабочую частоту усилителя, выберу и . Разделительный конденсатор выберу из условия его малого сопротивления на рабочей частоте .
Рассчитаю сопротивления делителя R1, R2. Зададимся коэффициентом нестабильности .
Рассчитаем коэффициент усиления данного каскада.
Найдём коэффициент включения нагрузочного контура.
Пусть , тогда
Полученное значение превышает предельно устойчивое, поэтому уменьшим усиление до приемлемого уровня путем снижения m более, чем в раза, выберем 3. В этом случае , а .
Так как УРЧ нагружен на контур, аналогичный входной цепи, то и избирательность, им обеспечиваемая, будет такая же. В этом случае суммарная избирательность по зеркальному каналу приема , чего явно недостаточно для выполнения предъявленного условия в 60дБ. Для обеспечения более высокой избирательности следует заменить нагрузку УРЧ с колебательного контура на высокоизбирательный фильтр, которым при заданных рабочих частотах может являться фильтр на ПАВ.
3.5 Оценка реальной чувствительности приемника
Поскольку влияние на чувствительность всего приемника оказывают лишь его первые каскады, и, так как ранее были предъявлены требования к коэффициенту шума приемника, будем считать, что если шум первых каскадов не превысит рассчитанного значения, то приемник будет обладать заявленной в задании чувствительностью.
Примем шумы контура входной цепи равными нулю и рассчитаем коэффициент шума каскадов от УРЧ до 1-го смесителя включительно.
, поэтому чувствительность удовлетворяет заданному требованию.
Поскольку УРЧ был выбран в интегральном исполнении, то, учитывая изменившееся входное сопротивление первого усилительного каскада, необходимо пересмотреть входную цепь. Входное сопротивление интегрированного МШУ равно 50 Ом и, соответственно, равно волновому сопротивлению антенно-фидерного тракта. В этом случае согласование антенны с УРЧ посредством двойной автотрансформаторной связи не требуется, достаточно использовать простой параллельный колебательный контур. Выбор L и C, осуществленный при расчете входной цепи, остается в силе. Помимо этого не меняется и избирательность, меняется лишь требование к добротности контура .
Общая избирательность по зеркальному каналу складывается из соответствующих избирательностей входной цепи и ФРЧ и составляет при заданной избирательности 60дБ.
Селективность по второму зеркальному каналу, реализуемая в тракте ПЧ1 кварцевым фильтром ФП2П4-590 при заданной 60 дБ.
Избирательность по соседнему каналу, отстоящему от основного на 50кГц, складывается из избирательностей ФПЧ1 и двух керамических фильтров ПЧ2. , что значительно превышает требование в 60 дБ.
Пересчитаю заданную чувствительность на входе микросхемы в единицы мощности.
Для нормальной работы приемника сигнал на входе микросхемы MC13150FTA должен быть выше чувствительности, т.е. выше -100 дБм. Следовательно, каскады, предшествующие данной микросхеме, должны обеспечить суммарное усиление, большее . Рассчитаем это суммарное усиление, приняв потери, вносимые входной цепью, равными нулю.
Результат показывает, что есть некоторый запас по чувствительности, и если при максимальном входном сигнале возникнет перегрузка каскадов, рассчитанное суммарное усиление можно уменьшить, изменив коэффициент усиления УПЧ с АРУ.
Рассмотрим работу приемника в режиме максимального входного сигнала, то есть проверим, не перегружаются ли каскады приемника при этом сигнале. При этом в качестве критерия перегрузки каскада возьмем сигнал в точке компрессии 1 дБ.
Поскольку заданный динамический диапазон равен 70 дБ, то на входе приемника, т.е. на входе УРЧ, имеем сигнал . В этом случае сигнал на входе MC13150FTA достигает величины , что превышает .
Уменьшим коэффициент усиления регулируемого УПЧ1 на 15 дБ, тогда он составит величину , а суммарный КУ первых каскадов до ИМС MC13150FTA составит , что больше порогового уровня по чувствительности. В то же время сигнал на входе MC13150FTA изменится до величины , что уже соответствует требованию.
Так как значение -20,5 дБм меньше любого из значений, то перегрузки каскадов до МС MC13150FTA тем более не происходит, соответственно, останавливаемся на усилении .
При выполнении условий линейности всех усилительных и преобразовательных узлов приемного тракта нелинейные искажения можно считать малыми и удовлетворяющими требованию .
Выберу напряжение источника питания , поскольку все из выбранных микросхем способны работать при таком напряжении.
Поскольку практическая схема, приведенная в документации разработчиком микросхемы MC13142D, рассчитана на частоту 975,5 МГц, то реактивности контура ГУН’а, а также другие реактивности, через которые протекает ВЧ ток, должны быть пересчитаны на частоту 375,5 МГц (330+45,5) при условии равенства реактивных сопротивлений. Это элементы C1, C4, C5, C8, L2, С9.
Аналогично , , , , .
Конденсаторы С10, С11 синтезатора частоты выбираются аналогично, но первоначальная . , .
Цепочка R1, C2 на выходе синтезатора выбирается из условия качественной фильтрации постоянного напряжения, поэтому выберем , .
Выходное сопротивление смесителя 1 — 800 Ом, но он нагружен на линию 50 Ом, следовательно, требуется согласовать линию по максимально передаваемой мощности. Так как коэффициент полоса пропускания относительно узка в этом месте тракта, то произведем согласование посредством согласующего Г-звена (на схеме С13 и L3). Реактивные сопротивления элементов в этом случае определяются по формулам
где и , соответственно, выходное сопротивление предыдущего и входное сопротивление следующего каскадов. , .
Для управления усилением УПС RF3330 вводим переменный резистор R5 номиналом 1кОм.
Необходимо пересчитать параметры элементов контура второго гетеродина на частоту . В документации параметры приведены на частоту . Коэффициент пересчета .
, , .
Резистор R9=560кОм, подключенный к детектору микросхемы MC13150FTA, обеспечивает необходимый управляющий ток, реализующий полосу детектирования 26кГц.
Фильтр низких частот, образованный RC-цепочкой, включенной между детектором и УНЧ, должен быть рассчитан на верхнюю частоту спектра речевого сигнала, т.е. на 3,4кГц.
Пусть , тогда
Блокировочные конденсаторы в цепях питания выберу следующим образом:
— для схем РЧ, ПЧ1 — по 1 мкФ;
— для ПЧ2 — 10 мкФ;
— для УНЧ — 100 мкФ.
Выбор остальных элементов можно осуществить, пользуясь типовыми схемами включения, поскольку во всех оставшихся цепях частоты совпадают с типовыми.
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы были углублены знания в области построения, принципов работы радиопередающих устройств, и был произведен расчет линии:
Также в результате выполнения курсовой работы изучены требования к блокам входящим в состав радиопередающих устройств.
Проделанная работа закрепила полученные на лекциях знания в области проектирования и анализа работы радиопередающих устройств.
1. Абилов А.В. Сети связи и системы коммутации. ИжГТУ 2009.-352с.:ил.
2. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. Москва: Радио и Связь, 2010. 468с.:ил.
3. Гордиенко В.Н., Ксенофонтов С.Н., Кунегин С.В., Цыбулин М.К. Современные высокоскоростные цифровые телекоммуникационные системы. Ч. 3. Группообразование в синхронной цифровой иерархии: Учебное пособиеМТУСИ. — М., 2009. — 76 с.:ил.
4. Гольдштейн Б. С. Системы коммутации — СПб.: БХВ — Санкт-Петербург, 2003.- 318 с.: ил.
5. Цифровая коммутационная система Si 2000: Справочник по эксплуатации.- Iskratel, 2004.
6. Универсальный мультиплексор FOX. Руководство пользователя. Блоки шины PBus. 2-е издание. — ABB Power Automatic AG, 2000.
7. Универсальный мультиплексор FOX. Руководство пользователя. Блоки шины UBus. 2-е издание. — ABB Power Automatic AG, 2000.
8. Универсальный мультиплексор FOX. Руководство пользователя. Блоки управления. 2-е издание. — ABB Power Automatic AG, 2000.
9. Универсальный мультиплексор FOX. Руководство пользователя. Блоки питания. 2-е издание. — ABB Power Automatic AG, 2000.
10. Денисьева О. М., Мирошников Д. Г. Средства связи для «последней мили». — М.: Эко-Трендз, 2000.
11. Алиев И. И. Кабельные изделия: Справочник.- М.: ИП РадиоСофт, 2001.
12. Гроднев И. И. Волоконно-оптические линии связи./Учебное пособие для высших учебных заведений. — М.: Радио и связь, 1990.
13. Верник С. М., Гитин В. Я., Иванов В. С. Оптические кабели связи. — М.: Радио и связь, 1988.
14. Берлин Б. З., Брискер А. С., Иванов В. С. Волоконно-оптические системы связи на ГТС/Справочник. — М.: Радио и связь, 1994.
15. Руководство по прокладке, монтажу и сдаче в эксплуатацию волоконно-оптических линий связи ГТС. — М.: ССКТБ, 1987.
16. Инструкция по проектированию линейно-кабельных сооружений связи. ВСН 116-87. — М.: Гипросвязь, 1987.
17. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. 2-е дополненное издание. М.: Техносфера, 2004. — 496 с.
18. Гроднев И. И., Верник С. М. Линии связи/Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1989.
19. Птицын Г. А. Живучесть сетей связи: Ж. Электросвязь. М., №2, 2001.
20. Казаринов И. А. Проектирование электропитающих установок предприятий проводной связи.- М.: Связь, 1974.
21. Китаев В. Е., Бокуняев А. А., Колканов М. Ф. Электропитание устройств связи / Учебник для вузов. — М.: Связь, 1975.
22. Князевский Б. А., Долин П. А., Марусова Т. П. и др. Охрана труда: Учебник для студентов вузов/ Под ред. Б. А. Князевского. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. Школа, 1982.
Размещено на
