3.Расчёт структурной схемы

Исходными данными для ориентировочного расчёта структурной схемы передатчика являются: диапазон рабочих частот передатчика (F_min…F_max), коэффициент нелинейных искажений на выходе передатчика (К_{f З общ}, дБ), измеренный двухтоновым методом, максимальная мощность, отдаваемая передатчиком, измеренная на входе фидера антенны (Р_{1 А max}, Вт) [2].

В процессе выполнения этого этапа установим для каждого ориентировочного каскада передатчика: входную и выходную мощности или коэффициент усиления (затухания) каскада по мощности К_р, допустимый уровень нелинейных искажений К_{f З i}для всех каскадов. Кроме того, необходимо установить схему колебательной системы выходного каскада.

Ориентировочный расчёт структурной схемы удобно начать с распределения нелинейных искажений по каскадам тракта. Результирующее значение К_{f З общ} для усилителя с числом каскадов N можно получить из формулы (3.1) [1]:

(3.1)

где К_i– коэффициент нелинейных искажений для i-го каскада, выраженный в разах.

Для мощных каскадов К_iвыбирают как компромиссное решение между уровнем нелинейных искажений и энергетическими показателями каскада. Обычно для выходного каскада принимают К_iна 4…6 дБ меньше чем коэффициент нелинейных искажений К_{f З общ}. Тогдадля оконечного каскада возьмем равным –40 дБ. Оставшуюся часть искажений распределим между остальными каскадами, задавая для каскадов меньшей мощности более низкие уровни искажений (около – 60 дБ). Число каскадов обладающих нелинейными искажениями в проектируемом передатчике равно 4.

Высокие требования к уровню нелинейных искажений предъявляются и для модуляторов (-50…70 дБ). Причём первая ступень должна обеспечить низкие уровни нелинейных искажений. Для этой цели целесообразно использовать фазовый модуляторы на варикапе.

Тогда на его выходе уровень нелинейных искажений должен составлять не более –60 дБ. Это условие легко выполняется.

Далее производится распределение уровней коэффициента усиления по мощности К_русилительных каскадов РПУ. Следует отметить тот факт, что входные каскады устройства должны обеспечить низкие уровни нелинейных искажений, следовательно, приходится, как компромиссное решение относительно энергетических показателей применять мощные усилительные каскады.

Определение числа и типа ступеней усиления необходимо начать с определения максимальной мощности, отдаваемой активным элементом оконечного каскада (входит в выходную в нагрузку (антенну)) P_1max.

Далее проводят расчет диаграммы уровней. Для этой цели прежде всего необходимо установить ориентировочное значение - КПД колебательной системы КС. КПД КС зависит от числа контуров в КС, их загрузки и определяется в результате расчета КС по необходимой фильтрации. В данном курсовом проекте расчет КС не требуется, поэтому значенияи можно задать 0,8 и 0,95 соответственно.

Для этой цели, прежде всего, необходимо установить ориентировочное значение η_к.с.- КПД колебательной системы КС (входит в состав выходной колебательной системы – ВКС) и η_тр– КПД выходной согласующей цепочки-трансформатор (входит в состав ВКС). КПД КС зависит от числа контуров в КС, их загрузки и определяется в результате расчёта КС по необходимой фильтрации. Для расчёта же структурной схемы значения η_к.с.и η_тр.можно задать, руководствуясь соотношениями, приведёнными в [1], равными 0.75…0.85 и 0.9…0.97 соответственно. Тогда максимальная мощность, отдаваемая активным элементом оконечного каскада в нагрузку (антенну) P_1max, определяется следующей формулой [1]:

(3.2)

где P_{н max} - выходная мощность передатчика.

Теперь рассчитаем входные и выходные мощности для каскадов ЛУМ.

По полученному значению определяется номинальная мощность транзистора

(3.3)

Далее проводят расчет диаграммы уровней. Для этой цели прежде

Очевидно, что это также мощность на выходе линейного усилителя мощности (ЛУМ) .

Для ориентировочной оценки биполярных транзисторов исходят из того, что в недонапряженном режиме при включении с ОЭ на высоких частотах он изменяется приблизительно обратно пропорционально квадрату частоты и, кроме того, зависит от уровня колебательной мощностии напряжения питания выходной цепи.

(3.4)

где K`<sub>p</sub>- экспериментальный коэффициент усиления по мощности К<sub>р</sub>при напряжении в вольтах коллекторного питания Е`_к;

f ` - экспериментальная частота, Гц;

P `- экспериментальная мощность, Вт.

Кроме того, колебательную мощность предоконечного и последующего каскадов необходимо определять с учетом КПД цепи межкаскадной связи, который выбирается в пределах от 0,6 до 0,85.

Но мы работаем в той области частот, где формула (3.4) не корректна. Поэтому примем следующие требования к каскадам ЛУМ.

Пусть оконечный каскад будет обеспечивать коэффициент усиления по мощности равный 15. Тогда мощность на его входе будет составлять 4,39 Вт. Здесь можно использовать транзистор 2Т930Б.

В качестве второго полосового фильтра (), как уже отмечалось, будем использовать электромеханический фильтр. Как известно, затухание полезного сигнала у него равно 6 дБ. Тогда на его входе уровень мощности должен составлять 8,8 Вт.

В предоконечном каскаде коэффициент усиления по мощности пусть будет равен 30. Значит на его входе мощность будет около 292,4 мВт. В данном случае можно использовать транзистор 2Т922В.

В качестве первого полосового фильтра (), как уже отмечалось, будем использовать двухкаскадный фильтр настроенный в резонанс на частоту передатчика. Как известно, у полосовых фильтров затухание принимает значение 10 дБ. Очевидно, что на входе этого фильтра мощность будет принимать значение 924 мВт.

В буферном усилителе коэффициент усиления по мощности пусть будет равен 40. Значит на его входе мощность будет около 23,1 мВт. Здесь можно использовать транзистор 2Т314А.

Итак, мы пришли к выводу, что мощность на входе буферных усилителей равна 23,1 мВт.

Тогда общий коэффициент усиления для линейного усилителя мощности в целом будет равен

(3.5)

Наглядно это представлено на рисунке 3.1 (там, где это специально не оговаривается, значения даны в мВт).

Рисунок 3.1 Структурная схема усиления

Выберем напряжение питания выходной цепи для всех каскадов, равное 27 В (согласно стандартному ряду для ).

Как следует из структурной схемы, далее следует опорный генератор. Этот генератор должен вырабатывать частоту с частотой 208 МГц. Для обеспечения заданной нестабильности частоты опорные генераторы выполним по. осциляторной схема с емкостной связью.