Расчет одноконтурной входной цепи

Рассмотрим входную цепь (Рис. 2.1), которая содержит один колебательный контур и две автотрансформаторных связи (с антенно-фидерным устройством и нагрузкой).

Рис.2.1

Исходные данные для расчета:

волновое сопротивление фидера W_Ф ;

рабочая частота f₀ ;

промежуточная частота ;

эквивалентное затухание контура d_эр ;

собственное затухание контура ;

сопротивление нагрузки ;

емкость нагрузки ;

затухание (избирательность) по зеркальному каналу ;

минимальная (соответствующая максимальной рабочей частоте) полная эквивалентная емкость схемы контура С_сх.

Расчетные формулы.

Коэффициенты включения фидера и нагрузки в колебательный контур:

, , где .

Емкость конденсатора и индуктивность контура:

, ,

где С_м – монтажная емкость, С_L –емкость катушки индуктивности(см.Табл.2.1).

Коэффициент передачи входной цепи в режиме согласования

Пример

Исходные данные.

Сопротивление фидера ;

Погонное затухание фидера ;

Длина фидера ;

Частота ;

, (задаются на стадии структурного расчета);

Сопротивление нагрузки ;

Емкость нагрузки ;

Промежуточная частота ;

Затухание по зеркальному каналу ;

Полная емкость схемы ;

Монтажная емкость схемы ;

Емкость катушки индуктивности С_L =3пФ.

Р асчетная схема входной цепи в режиме согласования представлена на Рис.2.2

Рис.2.2

Расчет.

.

=12∙10^-12-3∙10^-12-0,15² (3∙10^-12 + 10∙10^-12 )=8,7пФ.

= (4π²∙100²∙10¹²∙12∙10^-12)^-1 = 0,2мкГн.

Коэффициент передачи входной цепи по напряжению

Определим коэффициент передачи по мощности

Совместный коэффициент передачи фидера и ВЦ

.

Затухание сигнала в фидере

.

.

Определим параметры связи контура с антенной, если вместо автотрансформаторной связи использовать трансформаторную.

Рис.2.3

Необходимо рассчитать оптимальное значение индуктивности катушки связи , которое обеспечивает минимум коэффициента связи и взаимную индуктивность M.

, M=m_aL_k=0,0490,210^-6=9,810^-9Гн.

Определим затухание _дб по зеркальному каналу, которое обеспечивается рассмотренными выше вариантами построения ВЦ.

,

где , - эквивалентная добротность контура.

Частота зеркальной помехи

>30дБ.

Рассчитанная ВЦ обеспечивает требуемую избирательность.

Расчет двухконтурной входной цепи [5]

Двухконтурные ВЦ обеспечивают избирательность большую, чем одноконтурные ВЦ. Схема, приведенная на Рис.2.4, кроме того, обеспечивает и большую стабильность полосы пропускания при перестройке ВЦ в широком диапазоне частот.

C_б

Рис.2.4

Входная цепь состоит из двух связанных контуров. Первый образован L₁ и параллельным соединением емкостей С₁ и С_п1 . Через внутриемкостную (С_св1) и внешнеемкостную связи (С_св2) он соединяется со вторым контуром, образованным L₂ и параллельным соединением емкостей С₂ и С_п2. Наличие двух видов связи обеспечивает достаточно высокую стабильность полосы пропускания при перестройке ВЦ по частотному диапазону. Степень η связи определяет форму частотной характеристики двухконтурного полосового фильтра.

Рис.2.5

Степень связи  может быть критической (=1), больше критической, (>1) меньше критической (<1).

Зависимость затухания полосового фильтра D от обобщенной расстройки.

=1, ,.

<1, ,

>1, , где ξ- обобщенная расстройка

Если эквивалентные затухания контуров неодинаковы, то имеет место переходная связь. Параметр связи  = _пер. = = ; ; ; .

Зависимость затухания D[дБ] от обобщенной расстройки ξ графически отображена на Рис.2.6.

ξ

Рис.2.6

Обычно связь выбирают несколько большей критической, задаваясь допустимой неравномерностью АЧХ в полосе пропускания.

Минимальная эквивалентная емкость контура

,

где С_П - подстроечная емкость; С_L - паразитная емкость катушки; С_м - паразитная емкость монтажа; С_min - минимальная емкость конденсатора контура; С_вх - емкость входа следующего каскада; m₂ - коэффициент включения нагрузки во второй контур.

При первоначальном расчете принимается m₂ =1, затем значение m₂ уточняется. Значения емкостей выбираются из таблицы 2.1.

Табл.2.1.

Диапазон частот		ДВ	СВ	КВ	УКВ
Емкости (пФ)	CП	15..25	15..20	10..15	5..10
	CL	10..25	5..15	2..3	0,5..1
	Cmin	10..12	10..12	7..9	4..6
	CM	10..20	10..20	8..15	5..10
Индукт. (мкГн)	Lmin	5..10	3..5	0,2..0,3	0,05..0,2

Уточняем значение коэффициента включения следующего каскада ко второму контуру при заданном эквивалентном затухании контуров.

, где ; ;

g_{вн max} – максимально возможная проводимость следующего каскада приемника; d_0min берется из таблицы 2.2.

Табл.2.2.

Диапазон частот	ДВ	СВ	КВ	УКВ	ДЦВ
d0min	0,01..0,02	0,01..0,02	0,008..0,015	0,006..0,01	0,0003..0,002

Если окажется, что m₂ >1, то необходимо включить добавочное сопротивление последовательно с катушкой

.

Далее проверяется с новым значением m₂ реализуемость минимальной эквивалентной емкости контура. Если данное неравенство не выполняется, то увеличивают С_эmin до значения равного правой части неравенства.

Вводим расчетные коэффициенты.

; где ; ,

где L_A,C_A – это значения параметров эквивалентной схемы антенны,

, где f_min – минимальная рабочая частота поддиапазона. Если задаться величиной , то .

В некоторых случаях сопротивление антенны может иметь индуктивный характер. В этом случае может оказаться, что L_св будет отрицательным. Тогда принимают его равным 5L_Amax , и для последующих расчетов параметр  заменяют другим параметром

Наибольшее значение коэффициента связи между катушками при допустимой расстройке входного контура

,

где – коэффициент диапазона

Определим наименьшее оптимальное значение коэффициента связи между катушками

,

где – затухание антенной цепи, d_св = 0,02..0,01 – собственное затухание катушки связи. Расчет коэффициентов выполняется на крайних и средних частотах поддиапазона и в формулу подставляют наибольшее из значений d_А .

Добавочное последовательное сопротивление для первого контура

.

Если r_доб < 0 , то это означает, что при выбранных параметрах контура и коэффициенте связи между катушками К нельзя обеспечить принятое в расчете эквивалентное затухание контура.

Требуемое значение собственного затухания контура при r_доб = 0

.

Если d₀₁ конструктивно не реализуемо, то принимают его равным наименьшей реализуемой величине. После этого определяют новое максимально допустимое значение коэффициента связи

.

Определим эквивалентное затухание контуров в начале диапазона.

для первого контура, (1)

для второго контура. (2).

В формулы подставляем значение К_опт и входной проводимости следующего каскада на минимальной частоте поддиапазона. Затем находим среднее геометрическое значений затухания контуров для начала диапазона.

.

Принимаем для конца поддиапазона параметр связи _к равным определенному ранее, задаемся величиной d [дБ] неравномерности в полосе пропускания и находим соответствующий ему коэффициент пропорциональный полосе пропускания фильтра B_к. Он находится по графикам Рис.2.7.

Рис.2.7

Определим коэффициент расширения полосы для начала диапазона

,

где d_экк эквивалентное затухание контуров в конце диапазона.

По величине B_н и графикам находят соответствующий коэффициент связи _н в начале диапазона. Если _н = < _d , то оба значения параметра связи реализуемы. В противном случае принимают _н = _d и по графикам находят соответствующее значение B_н . Затем из предыдущей формулы находят новое значение B_{к .,} а по графикам – соответствующую величину _к .