1.2 Обоснование технических требований к проектируемому передатчику

Так как целью данного курсового проекта является проектирование передатчика РРЛС с ЧМ, то рассмотрим требования, предъявляемые к передатчикам РРЛС с угловой модуляцией.

Общее представле­ние о диапазонах рабочих частот, мощности, числе телефонных каналов и других характеристиках передатчиков дает таблица 1.1. В соответствии с рекомендациями МККР, МККТ и государственными нормами допустимая нестабильность частоты . В соот­ветствии с требованиями электромагнитной совместимости (ЭМС) ра­диоэлектронных средств передатчики РРЛ не должны создавать помех другим радиосистемам. При проектировании, изготовлении и эксплуа­тации следует неукоснительно принимать все допустимые меры ослаб­ления побочных излучений.

Показатели качества тракта передатчика соответствуют данным таблице 1.2. В первом столбце таблицы указано принятое в многоканаль­ных передатчиках стандартное число телефонных каналов, во втором столбце — границы полосы частот, которую занимает групповой сиг­нал на выходе стандартной аппаратуры систем передачи. Эта аппарату­ра входит в состав междугородных телефонных станций, их линейных аппаратных цехов (ЛАЦ). В третьем столбце указана эффективная де­виация частоты , которая должна создаваться в передатчике при работе.

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики передат­чика примерно 0,8 дБ. Одно из основных требований — высокая линейность амплитудно-модуляционной характеристики. Не­достаточная линейность приводит к появлению заметных переходных помех между каналами многоканального сигнала, а в вещательном телевидении — между каналами изображения и звукового сопровожде­ния. Для выравнивания помехозащищенности каналов, которая зависит от индекса модуляции и у верхних по частоте каналов меньше, чем у нижних, используется четырехполюсник предкоррекции.

Таблица 1.1

* В стадии исследования и внедрения

Таблица 1.2

* В полосах частот 12...252 и 312...552 кГц размещено 2-60 = 120 стандартных телефонных каналов, промежуток между ними занимается каналом радиовещания.

** Система с 1920 каналами принята только в России.

2. Выбор структурной и расчет функциональной схемы

2.1 Выбор структурной схемы

Таким образом, на основании проведенного выше анализа структурная схема передатчика радиорелейной линии связи имеет вид:

Рис. 2.1. Общая структурная схема РПдУ

Передатчик содержит следующие крупные многокаскадные узлы (тракты):

кварцевый генератор (АГ) с частотой и тракт умножения частоты и усиления мощности, обеспечивающий в основном заданную стабильность частоты передатчика; выходная частота тракта;

тракт промежуточной частоты с модулирующим по частоте автогенератором, обеспечивающим заданную девиацию частоты при заданных показателях качества модуляции;

смеситель или преобразователь частоты, осуществляющий формирование рабочей частоты передатчика ;

тракт усиления мощности рабочей частоты, обеспечивающий получение заданной мощности передатчика.

Конкретизируем схему РПдУ. Для этого определим схемы построения кварцевого автогенератора, модулятора, усилителя мощности и смесителя.

Кварцевый автогенератор. Назначение кварцевого автогенератора и тракта умножения частоты состоит в создании радиочастотных колебаний с частотой при высокой стабильности этой частоты и мощности, достаточной для работы смесителя передатчика. Кроме того, необходимы малые уровни паразитной модуляции, гармоник и субгармоник основного колебания;

Требуемая стабильность частоты гетеродина определяется заданной стабильностью передатчика и может достигать

Частота на выходе тракта умножения в зависимости от назначения передатчика может достигать нескольких гигагерц. Такие частоты не могут быть непосредственно получены от автогенератора, стабилизированного кварцевым резонатором с объемными колебаниями. Основой для получения весьма высоких частот на выходе тракта гетеродина является совместное использование кварцевого генератора и последующих умножителей частоты.

Как известно, для повышения стабильности частоты автогенератора его нагрузкой является специальный каскад – буферный усилитель. Так как для умножителей частоты требуется повышенный уровень возбуждения, то каскад усиления между автогенератором и первым умножителем частоты тем более необходим.

Основное применение имеют транзисторные умножители частоты с умножением 2 или 3 на каскад. Требуется использовать много каскадов для получения большого коэффициента умножения == 10…40. Как известно, каждый каскад умножения частоты создает паразитную амплитудную модуляцию своего выходного колебания и, кроме того, углубляет амплитудную модуляцию входного колебания. Следовательно, при умножении частоты гармонического колебания, полученного от кварцевого автогенератора, на выходе цепочки умножителей будет колебание со сложным спектром (шумовой спектр), близко примыкающим к частоте . Подавить эти вредные составляющие с помощью фильтра на выходе умножителя невозможно. Поэтому для уменьшения вредного влияния умножителей на стабильность частоты необходимо до предела уменьшатьN, в составе каждого каскада умножения применять эффективный полосовой фильтр, чередовать каскады умножения и усиления.

На высоких частотах, где не оказывается подходящих по мощности для каскадов умножения частоты транзисторов, можно использовать варакторные умножители частоты. Но при этом требуется большая мощность предшествующих каскадов гетеродинного тракта.

Частотный модулятор. Частотный модулятор обычно представляет собой транзисторный LC-автогенератор, частота которого изменяется под действием модули­рующего напряжения с помощью варикапа.

Преоброзователь частоты. Преобразователем частоты называется устройство, с помощью кото­рого спектр модулированного сигнала поднесущей частоты переносит­ся без искажений в область рабочих частот передатчика. Преобра­зователь состоит из нелинейного элемента, полосовых фильтров и, воз­можно, ферритовых вентилей и циркулятора. Весь преобразователь или только его часть, которая содержит нелинейный элемент, иногда назы­вают смесителем. Здесь принят термин «преобразователь частоты». В качестве нелинейного элемента в преобразователях частоты разно­го назначения используются транзисторы, электронные лампы, полу­проводниковые диоды, варикапы и другие приборы. Выбор типа нелинейного элемента производится с учетом следующих требований, которые предъявляются к преобразователям частоты передатчиков рас­сматриваемых типов: 1) рабочие частоты 0,8... 12 ГГц; 2) выходная мощ­ность обычно от десятка милливатт до нескольких ватт; 3) большой коэффициент передачи по мощности К_р, который определяется как отношение мощности на выходе преобразователя к мощности, подво­димой со стороны гетеродина; 4) равномерная амплитудно-частотная и линейная фазо-частотная характеристики в полосе частот, которую за­нимает передаваемый сигнал; 5) большой срок службы и высокая надеж­ность; 6) допустимость нелинейной зависимости между амплитудами сигналов на входах и выходе преобразователя, так как передаваемый сигнал модулирован по частоте и амплитуда его не меняется.

Перечисленным требованиям на СВЧ лучше всего удовлетворяет преобразователь на варикапах или, как принято говорить, варакторный преобразователь частоты. Главное достоинство варакторных преобра­зователей состоит в возможности получения на его выходе мощности до единиц ватт на СВЧ, т. е. на частотах выше 3 ГГц. Преобразователь этого типа представляет собой разновидность параметрического преоб­разователя. На два входа преобразователя поддаются колебание гетеро­дина и сигнал на поднесущей частоте с частотами fгет и f_подн и мощностями Р_гст и Р_подн- На выходе получается преобразованный сиг­нал f_ра6 и P_pa6. Используется только преобразование с повышением частоты (f_ВЬ1Х = f_m + f_подн), так как при этом меньше вероятность возник­новения автоколебаний в преобразователе.

Главная особенность варактора по сравнению с другими нелинейны­ми элементами состоит в том, что активные потери в нем малы; в первом приближении зто чисто реактивное нелинейное сопротивление. Коэф­фициент полезного действия варакторного преобразователя частоты определяется в основном значением КПД фильтров, входящих в его состав.

Тракт усиления мощности. Назначение тракта усиления мощности состоит в повышении мощ­ности колебания на рабочей частоте, полученных от смесителя. Мы знаем, что мощность на выходе преобразова­теля частоты ограничена и составляет 0,1...10 Вт в зависимости от час­тоты. В тех случаях, когда выходная мощность преобразователя совпадает с заданной мощностью передатчика, тракт усиления отсутст­вует, конструкция передатчика получается наиболее простой.

При необходимости дополнительного усиления могут быть исполь­зованы ГВВ СВЧ на транзисторах, лампах бегущей волны, пролетных многорезонаторных клистронах. Генераторные лампы СВЧ в передатчиках современных РРЛ, как правило, не исполь­зуются. Выбор конкретного типа усилительного элемента или их соче­тания, числа каскадов определяется мощностью и частотой передатчика.

Транзисторный усилитель СВЧ. Во всех случаях, когда это возможно, в современных передатчиках РРЛ используются транзисторы. На час­тотах до 5

ГГц преобладают биполярные транзисторы, а на более высо­ких — полевые с затвором Шотки. При условии надежной защиты от недо­пустимых напряжений, токов, температур транзисторы обеспечивают существенно большую долговечность, чем другие усилительные прибо­ры.