9 Структурные схемы рпу

9.1 Структурная схема РПУ (рис. 9.1) при фильтровом способе формирования ОБП

Рис. 9.1

Спектральная диаграмма преобразования сигнала в тракте передатчика приведена на рис. 9.2.

Рис. 9.2

9.2 Структурные схемы передатчиков с ЧМ

9.2.1 Косвенный способ формирования ЧМ (рис. 9.3).

Рис. 9.3

9.2.2 Прямой способ формирования ЧМ (рис. 9.4).

Рис. 9.4

10 Современные системы схемотехнического моделирования и проектирования

10.1 Система схемотехнического моделирования и конструированияSerenade.

Система позволяет рассчитывать и оптимизировать характеристики пассивных и активных СВЧ устройств, а также «конструировать» рассчитанные устройства.

10.2 Система схемотехнического моделирования и конструированияOrcad.

Система [9, 10] позволяет моделировать и оптимизировать пассивные и активные, в том числе нелинейные и цифровые устройства и смешанные аналоговые и цифровые. Рассмотрим некоторые возможности системы «Orcad» при анализе частотных характеристик фильтров, временных характеристик усилителя на транзисторе, работающего с отсечкой тока, а также — активныхRCфильтров.

10.2.1 Анализ частотных характеристик фильтров гармоник

10.2.1.1 Выполним анализ первого фильтра из таблицы 7.1. Его схема, составленная в проекте «Orcad>filtr1» со значениями величин элементов, рассчитанными для частоты среза f_C = f_В = 4,242 МГц (таблица 7.1) показана на рис. 10.1.

Рис. 10.1 Схема фильтра гармоник в проекте «Orcad>filtr1»

Частотные характеристики фильтра показаны на рис. 10.2.

Рис. 10.2 Частотные характеристики фильтра: ——U_ВЫХ,----U_ВХ

1) Рассматривая рис. 10.2 можно сделать выводы о том, что фильтр обеспечивает до частоты f= 4,242 МГц «хорошее» согласование источника сигнала с нагрузкой, в качестве которой выступает резисторR2 = 50 Ом. Об этом позволяют судить значения напряженийU_ВЫХ= 0,5 В, иU_ВХ, мало отличающееся от 0,5 В на частотах доf= 4,242 МГц.

Для более точного определения качества согласования рассмотрим характеристику U_ВЫХна частотах доf= 4,242 МГц при другом масштабе по оси ординат (рис. 10.3).

Рис. 10.3 U_ВЫХ

В трех точках частотной оси 0, 3,13 и 4,13 МГц наблюдается полное согласование источника сигнала с нагрузкой: U_ВЫХ=U_{ВЫХ МАКС}= 0,5 В, коэффициент отраженияS= 0. На частотах 2,12 и 3,76 МГцU_ВЫХуменьшается до значенияU_{ВЫХ МИН.}= 499,37 мВ. Используя связь функции передачи и коэффициента отражения:(10.1)

где , вычислим значение коэффициента отражения на указанных частотах(5%), что соответствует, заданному для фильтра Кауэра шестого порядка С06-05-48 [6, стр. 46]. Обычно для фильтрации гармоник каскадов работающих с отсечкой тока (например, для фильтрации гармоник передатчика) используют фильтры, коэффициент отражения которых в полосе пропускания не превышает 5%. Это означает, что каскад в этой полосе ощущает нагрузку мало отличающуюся от расчетной (оптимальной).

2) Рассмотрим качество фильтрации внеполосных излучений, в частности гармоник передатчика. Для этого рассмотрим характеристику U_ВЫХна частотах выше 5,5 МГц (рис. 10.4). Из рис. 10,4 следует, что начиная с частоты, называемой частотой гарантированного затухания,f_S = 5.97 МГц и нигде далее значениеU_ВЫХне превышает 5 мВ. Следовательно, начиная с этой частоты фильтр обеспечивает гарантированное затухание (подавление) гармоник до уровня определяемого по соотношению дБ, что также соответствует, заданному для фильтра Кауэра С06-05-48 [6, стр. 46].

Если частоту гарантированного затухания f_S = 5.97 МГц поделить пополам, окажется, что все гармоники сигналов, расположенных в диапазоне частот от частотыf_Н =f_S/2 = = 2,985МГцдо частотысреза f_C = f_В = 4,242 МГцбудут подавлены (ослаблены) до уровня – 40 дБ. То есть фильтр без перестройки его элементов гарантирует для этого диапазона подавление гармоник (рис. 10.5). Диапазон частот сигналов, гармоники которых будут подавлены выделен на рис. 10. 5 серым цветом.

Рис. 10.4

Рис. 10.5

3) Рассмотрим теперь, к каким последствиям может привести «неудачная» конструктивная реализация фильтра. В частности, предположим, что конденсаторы С₁,С₂,С₃, имеют большие индуктивности выводов. На рис. 10.6 последовательно с конденсаторамиС₁,С₂,С₃включены индуктивностиL₄,L₅,L₆, имитирующие индуктивности выводов конденсаторов.

Рис. 10.6 Схема фильтра с учетом индуктивностей выводов конденсаторов С₁,С₂,С₃

В действительности индуктивности выводов существенно меньше и в рассматриваемом диапазоне частот, как правило, их влияние можно не учитывать. Индуктивности выводов оказывают заметное влияние на характеристики фильтров гармоник на частотах 100, 200 МГц. В данном случае их значение выбрано очень большим 0,1 мкГ только для того, чтобы изменение характеристик было заметнее. Частотная характеристика фильтра с учетом индуктивностей выводов приведена на рис. 10.7

Рис. 10.7

Как следует из рис. 10.7 наиболее заметные изменения частотной характеристики произошли в области частот выше 20 МГц. На частоте 40 МГц гармоники ослабляются всего в четыре раза (12 дБ), а не 100 раз (40 дБ) как это было в исходном фильтре (см. рис. 10.1, рис. 10.4). То есть наличие индуктивностей выводов привело к значительному ухудшению фильтрующих свойств фильтра.