Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций

Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ (МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра "Радиооборудования и схемотехники"

КУРСОВАЯ РАБОТА

Разработка передающего тракта стандарта DVB-T

Выполнили

студенты гр. БРА2001

Малышев А., Гаврилов Е., Козлов А.

Проверил

старший преподаватель Бузуева Н. М

Москва 2023

Краткое ТЗ

Разработка передающего тракта стандарта DVB-T со средней выходной мощностью 100 Вт, в диапазоне частот 470 - 478 МГц.

Расширенное ТЗ

Системные требования:

1. Средняя мощность 100 Вт

2. Диапазон частот 470 - 478 МГц

3. Модуляция 64-QAM

4. Пик-фактор 10

5. Ширина канала 8 МГц

6. Шаг сетки частот 100 кГц

Нормы ЭМС:

1. Относительная нестабильность частоты 10^(-7)

2. Дискретные отсчёты стандартной ограничительной маски выходного сигнала представлена на рисунке 1

Рисунок 1 – Дискретные отсчёты стандартной ограничительной маски выходного сигнала

3. BER 10−4 ...10−6

Эксплуатационные требования:

1. Сопротивление антенны 50 Ом

2. КБВ 0.9

3. Диапазон рабочих температур 10-30 ℃

4. Тип передатчика – стационарный, значит напряжение питание 220 В

Разработка маломощной части тракта

Выбор структурной схемы

Рассмотрим схему без переноса частоты, представленную на рисунке 2. Достоинством такой схемы является простота фильтрации, так как не возникает паразитных составляющих в спектре сигнала. Но производить модуляцию на высоких частотах (выше 1 ГГц) не получится, так как на высоких частотах идёт сильное затухание сигнала.

Рисунок 2 – Схема без переноса частоты

Рассмотрим схему с переносом частоты, представленную на рисунке 3. Основным её достоинством является то, что передавать сигнал можно на любой частоте, даже на очень высокой. Но из-за переноса частот образуются также и паразитные составляющие спектра, что усложняет задачу фильтрации.

Рисунок 3 – Схема с переносом частоты

Таким образом, из двух описанных схем, мы выбираем схему без переноса частоты, так как наш сигнал находится на частоте ниже, чем 1 ГГц.

Выбор опорного генератора

Основным требованием к опорному генератору является стабильность его частоты. Самые стабильные генераторы – это генераторы с использованием в их схеме кварцевого резонатора.

Выбираем опорный генератор серии 8025828873 ОСХО-20, представленный на рисунке 4.

Характеристики:

1. Нестабильность частоты 0,1 ppm

2. Выходная частота 10 МГц

Рисунок 4 – Опорный генератор

Рисунок 5 – Схема подключения

Выбор буферного усилителя

Для защиты опорного генератора от внешних воздействий используют буферный каскад. В качестве буферного каскада будем использовать схему эмиттерного повторителя, представленную на рисунке 5.

Рисунок 5 – Буферный каскад

Выбор метода синтеза частот

Существует три основных вида синтеза частот:

1. Прямой аналоговый

2. Аналоговый косвенный

3. Прямой цифровой

При прямом аналоговом синтезе обычно формируются несколько опорных сигналов стабильной частоты, полученных умножением или делением сигнала от одного и того же кварцевого генератора.

Метод синтеза частоты называют косвенным, если выходное колебание синтезатора частоты формируется отдельным перестраиваемым генератором, частота которого автоматически подстраивается специальной схемой по эталонному колебанию другого генератора, как правило, высокостабильного.

Прямой цифровой синтез (DDS) - это метод синтеза частот, используемый для создания произвольных сигналов из одного опорного тактового сигнала с фиксированной частотой. 

Для нашего передатчика выберем синтезатор ADF4360-7.

Рисунок 6 – Синтезатор ADF4360-7

Входные частоты 10-250 МГц

Выходные частоты 480-585 МГц

Выходная мощность -5 дБм

Рисунок 7 – Фазовые шумы

Рисунок 8 – Схема подключения

Выбор модулятора

Для OFDM модуляции нам понадобится квадратурный модулятор. По параметрам подходит ADL5375-05.

Рисунок 7 – Модулятор ADL5375-05

Выходная мощность 0,85 дБм

Диапазон частот 400-6000 МГц

ГЛАВА 3. РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Исходными данными являются:

- Максимальная частота = 478 МГц

- Средняя мощность 100 Вт

По документации модулятора мы выяснили, что выходная мощность его сигнала равно 0,85дБм = 0,0122Вт. По ТЗ необходимо его дотянуть до пикового значения.

3.1 Учет потерь транзистора

(Заданная)

Вт (Мощность пиковая)

Вт (- мощность на антенне)

Вт (- мощность на усилителе)

Вт (- 20% запаса по мощности)

3.2 Выбор режима работы транзистора на усилителе

Режимы работы транзистора:

Режим А – КПД=20-30%.

Не подходит из-за низкого КПД. Режим В – КПД=60-70%.

Высокий КПД, коэффициент гармоник: Kг ≤ 10%.

Нельзя использовать для сигналов с переменной огибающей.

Режим АВ – КПД=50-55%.

КПД A<AB<B, коэффициент гармоник: Kг ≤ 3%.

Подходит для сигналов с переменной огибающей. Режим С – КПД=75-85%.

Высокий КПД, коэффициент гармоник: Kг ≥ 10%

Нельзя использовать для сигналов с переменной огибающей.

Выбор режима работы транзистора на усилителе - AB, недонапряжённый. Так как сигнал OFDM имеет переменную огибающую.

Выбор транзистора – BLF888B

Коэффициент Берга для выбранного угла отсечки:

Рисунок 8 – коэффициенты Берга

Напряжение питания транзистора:

U граничный коэффициент использования выходного напряжения:

Для перенапряженного режима:

,92

Амплитуда перенапряженного напряжения на стоке должна составлять:

Первая гармоника стокового тока будет равна:

максимальное значение высоты импульса стокового тока:

Пользуясь найденным значением коэффициента Берга, вычислим ток, потребляемый от источника питания и амплитуду импульса второй гармоники стокового тока:

Номинальное значение стоковой нагрузки будет равно:

Мощность, потребляемая от источника питания, равна:

Потери в стоковой цепи транзистора:

КПД стоковой цепи:

3.3 Расчёт входной цепи

Напряжение возбуждения необходимое для создания первой гармоники тока стока

; Где D=0,01, S=1/Rnas=14,3.

Напряжение смещения на затворе:

2,96

Внутреннее сопротивление транзистора:

Ом

Коэффициент  , учитывающий дополнительные потери в паразитных емкостях транзистора:

Где , , ,

Первая гармоника тока затвора равна:

Входной ток определяется по формуле:

модуль реактивного сопротивления входной емкости:

Ом

Входное сопротивление модуля:

Ом

Требуемая мощность на входе:

Вт

Коэффициент усиления по мощности:

дБ

3.4 Расчёт элементов схемы и подбор деталей

Рисунок 9 – Принципиальная схема оконечного каскада

Ф

Для разделительного конденсатора C1 C1'

Номинальное значение емкости	Ф
Рабочее напряжение	50 В
Точность	±5%
Диапазон рабочих температур	-60…+125°C

Для разделительного конденсатора C2 C2'

Номинальное значение емкости
Рабочее напряжение	50 В
Точность	±5%
Диапазон рабочих температур	-60…+125°C

4. Расчёт ВФС

Проектируемый передатчик рассчитывается под диапазон рабочих частот 470 - 478 МГц. При этом коэффициент перекрытия определяется по формуле

Необходимо определить минимально допустимое ослабление , которое должен обеспечивать фильтр в полосе задержания для второй гармоники при условии, что оконечный каскад работает в классе АВ с углом отсечки 120° по формуле:

Минимальное значение затухания, которое должен обеспечивать фильтр в полосе затухания, вычисляется по формуле:

проектирование фильтра

Рисунок 11 – Схема спроектированного фильтра

Рисунок 12 – Частотная зависимость затухания спроектированного фильтра.

Глава 5. Расчёт предоконечного каскада

Требуемая мощность на входе ОК равна. Учитывая при этом потери в цепи согласования:

Для входного каскада усиления на 20 дБ можно рассмотреть транзисторы типа BFR960G или BFR960GW. Эти транзисторы имеют высокую входную чувствительность и способны обеспечить усиление сигнала на 20 дБ.

Для предварительного каскада на 30 дБ можно рассмотреть транзисторы типа TPA6201 или TPA6201A2. Эти транзисторы имеют высокую линейность и способны обеспечить усиление сигнала на 30 дБ.

Для наших целей подходит BLF878.

Он имеет максимальный коэффициент усиления, равный 790 отн. ед.

Таким образом, мощность на входе предоконечного каскада должна быть равна: