Проектирование однополосного связного передатчика
Аннотация
В курсовой работе рассматриваются вопросы проектирования связного передатчика с ОБП, перестраиваемого в диапазоне частот 45 .... 50 МГц. Приведены схемная реализация узлов передатчика и расчет принципиальных схем некоторых из них.
Введение
В проекте рассматривается расчет связного радиопередатчика с однополосной модуляцией (ОБП). Такой вид модуляции является разновидностью амплитудной модуляции. Известно, что двухполосная АМ обладает высоким удельным расходом мощности, поскольку основная мощность сигнала сосредоточена на несущей частоте и лишь малая ее часть – в боковых лепестках, так же сигнал АМ занимает широкую полосу спектра (DfAM = 2·fB, где fB – верхняя частота модулирующего процесса). Энергетически более выгодна балансная модуляция (БМ), представляющая собой АМ с подавлением несущей.
При БМ на передачу сообщения затрачивается вся мощность передатчика, что и обуславливает ее высокую энергетическую эффективность.
Более экономичной по занимаемой полосе частот является однополосная модуляция, ширина спектра ОБП DfОБП = fB, что в два раза меньше полосы сигналов АМ и БМ, при сохранении высокой энергетической эффективности. Данный вид модуляции можно трактовать как перенос спектра сообщения из области низких частот в область высоких частот.
Недостаток ОБП сигнала заключается в том, что для точного восстановления сообщения на приемной стороне необходимо формирование опорного колебания, частота и фаза которого должны точно совпадать с частотой и начальной фазой несущей. Однако при ОБП несущая в спектре сигнала отсутствует, что приводит к искажениям сообщения при его восстановлении. При передаче речевых сообщений допустима некоторая расстройка по частоте (до десятков герц) между опорным колебанием и несущей без снижения существующего качества принятого речевого сигнала. Это позволяет формировать опорные автономным генератором и не передавать сигнал несущей.
В силу перечисленных выше причин ОБП широко применяется в системах передачи речевых сигналов, а вопросы, связанные с проектированием и применением радиопередатчиков с однополосной модуляцией весьма актуальны.
Кроме того, представляют самостоятельный интерес методы формирования сигнала ОБП и схемные решения, их реализующие.
1 Расчетная часть
1.1 Расчет структурной схемы
По проектному заданию требовалось рассчитать связной однополосный передатчик со следующими параметрами:
1. Диапазон рабочих частот 45-50 МГц
2. Мощность 2.5 Вт
3. Сопротивление фидера 50 Ом
4. Подавление внеполосных излучений 40дБ
5. Питание от аккумуляторов 12 В
6. Относительная нестабильность частоты
Началом проектирования служит составление структурной схемы передатчика, согласно которой, потом рассчитываются отдельные каскады передатчика. За основу была взята стандартная структура передатчика, а количество и назначение отдельных каскадов выбиралось согласно требованиям технического задания, следующим образом:
Требуемая нестабильность частоты , учитывая, что такую стабилизацию частоты можно получить только при кварцевой стабилизации, необходимо построить кольцо ФАПЧ, с включенным в него для стабилизации частоты кварцевым генератором.
Тип сигнала передатчика – однополосный, поэтому требуется включать в схему балансный модулятор. При фазокомпенсационном методе формирования ОБП сигнал с микрофона и сигнал с генератора опорной частоты подаются на два входа БМ, на один вход напрямую, а на второй вход через фазовращатель. В результате на выходе сигнал НБП приходит в противофазе и взаимокомпенсируется, и остается только удвоенный сигнал ВБП. Поэтому при фазокомпенсационном методе достаточно использовать один балансный модулятор. При фильтровом методе сигнал НБП отфильтровывается, а получить фильтр, который позволял бы на частоте передатчика отфильтровать полосу частот, равную ширине речевого спектра, невозможно, поэтому требуется формирование ПЧ. Промежуточные частоты и параметры фильтров на выходе БМ подбираются таким образом, что бы комбинационные частоты и высшие гармоники не попали в диапазон рабочих частот передатчика. Для того, что бы выполнить все указанные требования, при проектировании передатчика с фильтровым методом формирования ОБП, потребуется три балансных модулятора. Проектируемый передатчик должен иметь перестройку в диапазоне частот, поэтому фазокомпенсационный метод не подходит, т.к. очень сложно реализовать фазовращатели, работающие в диапазоне частот. Вследствие вышеизложенных причин нужно использовать фильтровой метод, а значит, схема будет содержать три балансных модулятора с фильтрами на их выходах. На вход каждого балансного модулятора подавать сигнал несущей промежуточной частоты, а значит, требуется проектирование двух генераторов постоянной частоты (на вход третьего БМ подается сигнал со стабилизированного генератора управляемого напряжением).
Выходная мощность передатчика Р=2,5 Вт, а максимальная мощность, на которую может работать микросхема на которой собран БМ – 30¸35 мВт, а значит требуется усиление на два порядка. Такой коэффициент усиления невозможно получить только в оконечном каскаде, а значит, требуется еще два или три усилительных каскада. Оконечный каскад обязательно требуется согласовать с фидером антенны, для этого ставится согласующая цепь. Для того чтобы не допустить попадание гармоник сигнала в антенну необходимо перед антенной установить фильтр нижних частот. Структурная схема, построенная по результатам всех изложенных умозаключений, показана в приложении А.
Сигнал с выхода микрофона попадает на БМ1, на второй вход которого подается сигнал с кварцевого генератора с частотой 500 кГц, на выходе БМ1 полосовым электромеханическим фильтром отфильтровывается сигнал верхней боковой полосы, далее вторым БМ сигнал ОБП переносится за пределы диапазона перестройки передатчика, на частоту 85,5 МГц, полученный сигнал на БМ3 с помощью ГУНа переносится в заданный диапазон частот. Далее от сигнала отфильтровываются сигналы гармоник фильтром нижних частот, полученный сигнал усиливается в оконечном каскаде и, через цепь согласования попадает в антенну.
Для стабилизации частоты перестраиваемый генератор стабилизируется через кольцо ФАПЧ от кварцевого генератора. Установкой коэффициента деления ДПКД, установленного на выходе ПГ, задается частота колебаний ПГ, и, соответственно частота сигнала передатчика.
1.2 Расчет оконечного каскада
Для получения заданной мощности на выходе, расчет начинают с ОК. Для реализации схемы выбран ВЧ транзистор средней мощности 2Т921А, параметры представлены в Таблице 1.
Таблица 1
Параметры статических идеализированных характеристик
Высокочастотные параметры
rн, Ом
rб,Ом
rэ,Ом
Rу.э , Ом
b0
ft , МГц
Ск, пФ
Сэ, пФ
tк , пс
LЭ, нГн
Lб, нГн
LК, нГн
3,4
2
0,6
>200
10...80
90...300
40...50
300...450
<22
3
3,5
3,5
Допустимые параметры
Тепловые
Энергетические
Uкб.доп, В
Uкэ.доп, В
Uбэ.доп, В
Iк0.доп, А
Iб0.доп, А
Диапазон рабочих частот
tп.доп
°C
Rпк,
°C/Вт
Рн,
Вт
Ек,
В
Схема включения
-
65
4
3,5
1
КВ...УКВ
150
6
>12,5
28
ОЭ
Электрический расчет режима работы транзистора состоит из двух этапов – расчет коллекторной цепи и расчет входной цепи.
1.2.1 Расчет коллекторной цепи
Расчет коллекторной цепи ведется при заданной мощности Р1 + 10% (на потери в цепи согласования и фильтре) и заданном напряжении питания 12В.
1. Амплитуда первой гармоники напряжения Uk1 на коллекторе.
;
2. Максимальное напряжение на коллекторе.
;
3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока.
