 |
Методика и пример расчёта структурной схемы передатчика
|
|
|
|
Описание типовой структурной схемы РПдУ ЧМ сигнала
Современные транзисторные передатчики радиосвязи с частотной модуляцией
строятся по типовой структурной схеме, представленной на рисунке 1.
Рисунок 1. Типовая структурная схема РПдУ с ЧМ
ЗГ – задающий (опорный) кварцевый генератор, с тактовой частотой f т=10...15 мГц :
Вырабатывает высокостабильный синусоидальный сигнал с частотой в несколько раз ниже, чем заданная для повышения стабильности частоты.
БК1, БК2 - буферные каскады: имеют повышенные входные сопротивления, слабую
Межкаскадную связь и практически не оказывают шунтирующего действия на каскады задающего генератора и фазового модулятора, что исключает влияние на стабильность частоты передатчика. Коэффициент усиления (передачи) по
мощности составляет, как правило Крбк=3…5
ЧМ - частотный модулятор: осуществляет частотную модуляцию несущей частоты по закону информационного сигнала (сигнала с микрофона). Коэффициент усиления по мощности (коэффициент передачи) Крчм=0,1…0.3, то есть модулятор ослабляет сигнал, и не является усилителем.
УО - усилитель-ограничитель модулирующего (информационного) сигнала: обеспечивает нужный уровень информационного сигнала для модуляции несущей без искажений. Может как ослабить, так и усилить модулирующий сигнал.
f/nf – умножитель частоты: маломощный предварительный высокочастотный усилитель с коэффициентом усиления по мощности (коэффициентом передачи) 
. Кру=3…10. Умножителей может быть несколько. Коэффициент умножения каждого из них может быть или 2, или 3. Используя различные коэффициенты умножения получают нужную частоту на выходе передатчика.
|
|
|
УМ - усилитель мощности: усилителей может быть несколько, коэффициент усиления по мощности (коэффициент передачи) выбирается, как правило Кру=3…10, чтобы постепенно, не вызывая самовозбуждения, повысить мощность сигнала до
Значения, заданного в техническом задании (ТЗ).
ФГ - фильтр гармоник: поскольку практически все каскады являются нелинейными, в спектре оконечного сигнала присутствуют паразитные гармоники. ФГ служит для их подавления. ФГ, вместе с антенно-фидерной системой, как правило, ослабляет выходной сигнал на 10…15% по мощности.
АФС- антенно-фидерная система: преобразует электрическую энергию сигнала в
электромагнитное поле. Вместе с ФГ ослабляет сигнал на 10…15%.
Усиление каскадов с учетом устойчивости.
Реальные коэффициенты усиления мощности (Кр) каскадов РПдУ зависят от соотношения рабочей
(f р) и предельной (f т ) частоты транзистора и уменьшаются с повышением рабочей частоты f р.
Общий коэффициент усиления мощности РПдУ рассчитывается по формуле:
* Крфг*Крафс; (1)
Где Крфг - коэффициент передачи фильтра гармоник,
Крафс- коэффициент передачи антенно-фидерной системы,
Кру мощ -общий коэффициент усиления мощных каскадов:
Кру мощ. = Кру1 × Кру2 × Кру3× … ×Круок (2)
Крм – коэффициент усиления маломощных каскадов:
Крм=(n*Крбк)*Крчм*(X*Крn) (3)
РЕКОМЕНДАЦИИ:
В УКВ диапазоне при f р = 0,3...0,7 f т, для предварительного расчета
структурной схемы рекомендуется применять следующие значения:
· для усилительных каскадовмощных и маломощных Кру = 3...10
· для оконечного каскада Круок=3…10
· для буферных каскадов Крбк = 3...5
· для умножителей частоты ,
· где: Кру = 3...10, n - множитель частоты каскада (n = 2 или n=3)
· модулятор (ЧМ) обычно даёт ослабление сигнала, Крчм = 0,1...0,3
· Задающий кварцевый генератор обычно работает на частотах
fзг = 10...15мГц
· Допускается расчетное превышение усиления на 20..30%, для неучтенных потерь в фидерах и фильтрах
|
|
|
Методика и пример расчёта структурной схемы передатчика
Дано: Pа = 20 Вт (мощность в антенне)
Pзг = 10 мВт (мощность задающего генератора)
fр = 120 МГц (несущая частота передатчика)
Порядок расчета:
3.1 Определить число умножителей частоты и общий множитель частоты:
; 
;
fзг=10…15 МГц - выбирается из рекомендаций.
Из этого множества чисел (8…12) необходимо выбрать среднее число, которое состоит из
простых множителей 2 и 3, и например:
= 9 = 3 × 3
Вывод: в схеме должно быть X=2 умножителя частоты:
- умножитель №1 с коэффициентом умножения 3 (n1=3),
- умножитель №2 с коэффициентом умножения 3 (n2=3).
3.2 Определить частоту задающего генератора:
; 
МГц;
Вывод: Частота задающего генератора fзг=13,333 МГц, и лежит в пределах
10…15 МГц, что соответствует рекомендациям.
3.3 Вычислить коэффициенты усиления мощности умножителей частоты:
= 
Из рекомендаций Кру = 3…10, из расчета (3.1) n1 = n2 =3 поэтому:
;
Вывод: Как правило, из расчета выбирается среднее значение: Крn1= Крn2=2;
3.5Определить коэффициент усиления буферных каскадов и каскада модулятора.
Коэффициент усиления буферных каскадов можно принять рекомендованный наименьший, так как при этом обеспечиваются наименьшие нелинейные искажения. Коэффициент усиления каскада модулятора допускается выбрать средний из рекомендованного 0,1…0,3, поскольку на данном этапе расчета неизвестна его принципиальная схема.
Вывод: Кр.бк1 = Кр.бк2 = 3; Крчм=0.2;
3.5Определить коэффициент усиления маломощных каскадов передатчика Крм.
К маломощным каскадам передатчика, применительно к данной структурной схеме относятся:
· Буферные каскады №1 и №2, Крбк1=Крбк2=3;
· Каскад модулятора, Крчм=0,2;
· Каскады умножителей частоты №1 и №2, Крn1=Крп2=2.
Коэффициент усиления маломощных каскадов РПдУ рассчитывается по формуле (3), учитывая количество соответствующих каскадов, рассчитанное ранее:
;
Вывод: Крм=7.2
3.6 Рассчитать общий требуемый коэффициент усиления по мощности передатчика:
; 
;
Вывод: Крт = 2000
3.7Вычислить требуемый коэффициент усиления мощных каскадов:
; 
Вывод: Коэффициент усиления мощных каскадов должен быть не менее Крумощ=277,7
3.8Вычислить требуемое количество мощных каскадов и коэффициент усиления каждого:
|
|
|
Коэффициент усиления одного мощного каскада можно выбрать согласно рекомендаций:
Кру = 4..5, далее,используя формулу (2) вычисляем предварительно для 3-х, 4-х каскадов:
53=125 ≤ 277,7 - три каскада с коэффициентом усиления 5 недостаточно;
44=256 ≤ 277,7 - четыре каскада с коэффициентом усиления 4 недостаточно;
54=625 ≥ 277,7 - четыре каскада с коэффициентом усиления 5 избыточно, тогда пусть оконечный каскад имеет Кру= 5, а три предоконечных каскада имеют Кру=4,
Тогда общий коэффициент усиления мощных каскадов:
Кру мощ. = Кру1 × Кру2 × Кру3× Кру ок.;
Кру мощ. = 4*4*4*5 = 320;
Вывод: Кру мощ. = 320 > 277,7;
3.9Вычислить общий коэффициент усиления РПдУ:
Учитывая рекомендации, Крфг*Крафс = 0,9 и используя формулу (1):
* Крфг*Крафс = 7,2*320*0,9 = 2073,6
Вывод: Кробщ=2073,6>2000.
Имеется небольшой расчетный запас по усилению. Из рекомендаций допускается превышение усиления на 20..30%, что компенсирует неучтённые потери в фильтрах и фидерах.
3.10 На основе типовой схемы (Рис.1) и расчётов скорректировать структурную схему:
Рисунок 2 Скорректированная структурная схема РПдУ с ЧМ
3.11 С учётом (Кр) вычислить мощности каскадов для построения принципиальных схем
Мощность каждого последующего каскада нарастающим итогом определяется по формуле:
Рвых = Рвх × Кр (4)
Рзг = 10 мВт (дано);
Рбк1 = Рзг × Крбк1= 10 × 3 = 30 мВт
Рчм = Рбк1×Крчм= 30 × 0,2 = 6 мВт
Рбк2 = Рчм×Крбк2= 6 × 3 = 18 мВт;
Рn1 = Рбк2×Крn1= 18 × 2 = 36 мВт;
Рn2 = Рn1×Крn2= 36 × 2 = 72 мВт;
Ру1 = Рn2×Кру1= 72 × 4 = 288 мВт;
Р у2 = Рnу1 × Кру2= 288 × 4 = 1152мВт;
Р у3 = Рnу2 × Кру3= 1152 × 4 = 4,6 Вт;
Рок = Рnу3 × Крок= 4,6 × 5 = 23 Вт;
Вывод по работе:
Требуемая мощность передатчика по ТЗ составляет Ра=20 Вт,
расчетная мощность составила Рок ≈ 23 Вт.
|
|
|
