Проектирование радиопередающих устройств с угловой модуляцией, страница 2

1. Определяется номинальная мощность передатчика.

.

2. Делается поправка на мощность передатчика, обусловленную допустимой величиной рассогласования в фидере:

.

3. По заданной степени ослабления высших гармоник определяется требуемая фильтрующая способность ЦС  ВУМ.

Расчет рекомендуется проводить для второй, наиболее сильной, гармоники рабочей частоты. Если сопротивление нагрузки по первой и второй гармоникам предполагается одинаковым, то коэффициент фильтрации можно рассчитать по формуле

.

4. При передаче мощности от активных элементов ВУМ через ЦС к оконечной нагрузке неизбежно появляются потери. Количественно они оцениваются с помощью коэффициента полезного действия   (КПД) цепей согласования

где - мощность, которая генерируется активными элементами (АЭ) ВУМ.

Синонимом КПД является коэффициент передачи ЦС по мощности, поскольку

.

КПД цепей согласования всегда  меньше единицы.

 Если между АЭ ВУМ  и оконечной нагрузкой включено несколько устройств, выполняющих самостоятельные задачи, например  согласование,  фильтрацию, суммирование мощностей и т. д., то общий  КПД является результатом перемножения коэффициентов передачи отдельных составных частей

.

Резонансные ЦС, выполненные на основе связанных контуров, всегда выполняют две функции: согласование и фильтрацию, и в этом их несомненное достоинство. Однако фильтрующая способность ЦС и ее КПД находятся в противоречии: с повышением фильтрующей способности ЦС ее КПД уменьшается. В передатчиках радиостанций низовой связи с  чаще всего используются  ЦС в виде двух (реже трех) связанных контуров.  Общий коэффициент фильтрации ЦС и КПД  из nсвязанных контуров на резонансной частоте  определяются соотношениями

,     ,

где и  - коэффициенты фильтрации и  передачи по мощности, которые обеспечивают отдельные  контуры.

На рис. 1.2  представлен график зависимости КПД ЦС от  фильтрующей способности для ЦС в виде двух связанных контуров. По этим графикам, исходя из  требования по фильтрации, можно приблизительно оценить предельно допустимую величину КПД цепи согласования. Верхняя граница соответствует  контурам с лучшей фильтрующей способностью (резонансные контуры типа ФНЧ), нижняя граница соответствует параллельным контурам с меньшей фильтрующей способностью (резонансные контуры  типа ФВЧ).

Рис.1.2. Ориентировочная связь между КПД и фильтрующей способностью двух связанных контуров

Из рисунка видно, что при достижении коэффициента фильтрации более 1600 КПД ЦС становится меньше 0,7. Однако из практических соображений КПД ЦС меньше 0,7 принимать нецелесообразно - слишком большие потери колебательной мощности в цепи согласования. Правильнее увеличить число связанных контуров до трех. Это позволит получить требуемую фильтрацию высших гармоник при более высоком КПД ЦС.

5. Если в ВУМ используется принцип суммирования мощности отдельных модулей, то следует иметь в виду, что в устройствах суммирования тоже имеют место потери. Они обусловлены разбросом амплитуд и фаз суммируемых сигналов по отношению к номинальному их значению, а также потерями в собственных элементах устройств. КПД суммирующих устройств можно принять равным 0,95.

Если суммирующих устройств  , то общий  КПД суммирующих устройств составит (0,95)ⁿ.

6. С учетом выбранного КПД ЦС и КПД суммирующих устройств  рассчитывается  общий коэффициент передачи  по мощности пассивных цепей ВУМ

и мощность, которую необходимо получить от ВУМ,

.

7. Выбирается тип активных элементов ВУМ.

Активные элементы ВУМ составляют обширный класс генераторных приборов. При рабочих частотах до (1÷2) ГГц чаще всего используются  генераторные транзисторы или лампы.

При мощностях передатчиков до 1 кВт предпочтение отдается транзисторам. Именно на такой выбор АЭ ориентировано задание по курсовому проекту. Поэтому далее под АЭ будет подразумеваться транзистор.

8. Выбирается конкретный тип транзистора. Основанием для выбора служат требуемая мощность , диапазон рабочих частот , класс работы АЭ, способность выдерживать кратковременные рассогласования с  нагрузкой, стоимость. Выбор проводится по справочной литературе. Рекомендуемое соотношение между  мощностью транзистора , указанной в справочнике, и мощностью , которую от него следует получить,

.

Это делается с целью повышения надежности генераторного каскада.

Если транзисторы с требуемой мощностью отсутствуют, но имеются подходящие транзисторы меньшей мощности, можно рекомендовать объединение транзисторов в виде параллельного или двухтактного соединения в одном каскаде.

В случае объединения транзисторов в одном каскаде следует создать небольшой запас по суммарной мощности, чтобы учесть влияние разброса параметров транзисторов:

.

 Согласно [2, 5], объединение в одном каскаде более двух-трех транзисторов нежелательно. При большем количестве транзисторов  целесообразнее использовать модульный принцип построения ВУМ, который заключается в суммировании мощности готовых модулей в общей нагрузке. В каждом модуле можно использовать один транзистор либо несколько транзисторов соединенных по параллельной или двухтактной схеме (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Суммирование мощностей

Энергетические расчеты усилителей мощности проводят на мощность, которую должен отдавать один транзистор. Эта мощность определяется по формуле

,

где - число модулей ВУМ, - число транзисторов в модуле.

9. Выбирается класс работы  активных элементов ВУМ и режим  работы усилителя.

 В передатчиках с УМ амплитуда ВЧ колебания постоянна. Поэтому в ВУМ предпочтение отдается классу «В» и критическому режиму работы. В этом классе и режиме работы  электронный КПД ВУМ достигает 72 %. Кроме того, в классе «В» коэффициент Берга  по третьей гармонике  равен нулю. Следовательно, третья  гармоника в нагрузке будет отсутствовать.

 Под электронным КПД  ВУМ и любого каскада понимают

,

где  - мощность, потребляемая по коллекторной цепи от источника питания.