1. Предварительная разработка схемы.
Исходными требования при составлении структурной схемы передатчика являются те, которые вытекают из технических условий на радиосистему в целом:
рабочая частота f=143 Мгц;
полезная мощность (мощность в видере) P=7 Вт;
относительная нестабильность частоты
10-6.
Общие технические требования:
габариты;
масса;
себестоимость;
надёжность;
долговечность
и др.
Решающим в выборе схемы является требование к нестабильности частоты (считается, что в однокаскадных передатчиках можно реализовать относительную нестабильность частоты не менее 10-4): при условии, что относительная нестабильность составляет 10-6, необходимо реализовать передатчик по многокаскадной схеме.
Частотную
модуляцию будем осуществлять простым
в реализации прямым методом (изменение
частоты производится в задающем
генераторе). С
учётом заданной нестабильность
целесообразным будет использование в
качестве задающего генератора
автогенератора с кварцевым резонатором,
в котором кварц необходимо возбуждать
на первой гармонике, так как на более
высоких гармониках управление частотой
кварцевого резонатора менее эффективно.
Так как АГ выдает
24
МГц, то
для получения на выходе заданной частоты
f=143
МГц
будем использовать каскады умножения
частоты (утроитель и удвоитель частоты).
Для выполнения требования заданной выходной мощности и частоты передатчик рассчитываем от выхода ко входу (с оконечного каскада до возбудителя). Оконечный каскад (усилитель мощности) в значительной мере определяет энергетические, эксплуатационные и конструктивные показатели всего передатчика; он потребляет больше всего энергии, в связи с чем первостепенной задачей является выбор транзистора для этого каскада. Также будем его проектировать по возможности с высоким КПД. Транзистор выходного каскада выбирается по заданной центральной частоте в центре спектра ЧМ сигнала и по мощности с учётом КПД выходной ЦС.
В следующую очередь рассчитываем каскады усилителей и умножителей частоты. Использование транзисторных умножителей частоты позволяет как повысить частоту и девиацию частоты в «n» раз, так и увеличить мощность входного сигнала. Однако с ростом коэффициента умножения частоты «n» падают как выходная мощность, так и КПД.
Схема передатчика должна содержать цепи согласования (ЦС), которые обеспечивают:
трансформацию активной составляющей сопротивления потребителя в сопротивление нагрузки, требуемое для работы активного элемента (АЭ) в выбранном режиме. Сопротивление должно трансформироваться в полосе частот, определяемой шириной спектра передаваемого колебания или диапазоном перестройки передатчика;
необходимую форму тока в сопротивлении потребителя;
форму напряжения на выходном электроде АЭ в соответствии с выбранным режимом работы;
малые потери в элементах ЦС;
возможность перестройки или регулировки параметров ЦС при смене рабочей частоты или изменении параметров ЦС или АЭ.
При расчёте каскадов КПД ЦС между каскадами принимается равным 0.8-0.9. С уменьшением выходной мощности каскада требование к КПД снижается. Выходная мощность каждого из остальных каскадов равна:
По полученной мощности и заданной частоте выбирается транзистор данного каскада.
В последнюю очередь рассчитываем ЦС.
Таким образом, схема передатчика должна включать в себя возбудитель (кварцевый генератор), как минимум один усилитель мощности, умножители частоты. Тракт умножения должен обеспечивать умножение частоты с 24 до 143 МГц, т.е. приблизительно в 6 раз. Эта задача решается с использованием одного утроителя и одного удвоителя частоты.
Структурная схема передатчика приведена ниже:
Рис. 1. Структурная схема транзисторного передатчика с ЧМ.
ЧМКГ – частотно-модулируемый кварцевый генератор;
ЦС – цепь согласования;
УЧ – умножитель частоты;
УМ – усилитель мощности.