Радио передатчик с амплитудной Модуляцией мощностью 25 КВт

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Кафедра «Радиотехника и телекоммуникации»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Дисциплина: Устройства Генерирования и Формирования Сигналов

Тема: Радио передатчик с Амплитудной Модуляцией мощностью 25 КВт.

Выполнил студент гр. 5091/1                        (подпись)                    

Руководитель, асс.                                                (подпись)                    И .

«_____» июнь 2014г.

Санкт - Петербург

2014

1.Задание

Расчет передатчика :

1) P~=25 КВт

2) модуляция Амплитудная

3) f=50÷15000 Гц

4) КБВ 90 %

5) ŋт=0,85

6) ΔF=10^-6 Стабильность частоты

7)R_н=75 Ом несимметричная нагрузка

8) F_раб=4,3 МГц

9) Модуляция Амплитудная

10) Паразитная генерация не более 50 мВт

2. Выбор и обоснование структурной схемы

2.1 Обобщенная структурная схема

Автогенератор вырабатывает ВЧ колебания нужной частоты(500кГц) с выходным напряжение 200мВ , R_вых=50 Ом .

ВЧ усилитель предназначен для усиление по мощности сигнала с автогенератора частотой 500кГц  с уровня 200мВ до 25вольт (50ватт).      R_вых=50 Ом.

ВЧ усилитель ламповый на мощность 1000Вт. Входное сопротивление 50 Ом. Блок предназначен для усиления по мощности с 50ватт до 1000ватт и подачи умощненного сигнала на оконечный каскад.

Оконечный каскад на лампе состоит из трех мини-блоков. Блок предназначен для достижения необходимой мощности радиопередатчика, и «суммирует» вч и нч сигналы.

Модулятор изменяет параметры несущего сигнала в соответствии с параметрами передаваемого сигнала.

Усилитель микрофона  НЧ позволяет усилить слабый сигнал с микрофонного капсюля до полного напряжения раскачки нашего модулятора.

Микрофон  выполнен в виде готового блока – капсюля. Микрофон это - электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода.

2.2  Особенности АМ

В процессе амплитудной модуляции амплитуда U₀ несущего колебания u₀ (t) = U₀ cos(ωt+φ) перестает быть постоянной и изменяется по закону передаваемого сообщения. Амплитуда U(t) несущего колебания может быть связана с передаваемым сообщением соотношением:

U(t) = U₀ + k_A e(t),  (1.1)

где U₀ - амплитуда несущего колебания в отсутствии сообщения (немодулированное колебание); e(t) - функция, зависящая от времени, соответствующая передаваемому сообщению (ее называют модулирующим сигналом); k_A - коэффициент пропорциональности, отражающий степень влияния модулирующего сигнала на величину изменения амплитуды результирующего сигнала (модулированного колебания).

Выражение для амплитудно-модулированного сигнала в общем случае имеет вид:

u_АМ(t) = [U₀ + k_A e(t)] cos(ω₀t+φ).  (1.2)

Простейший для анализа случай амплитудно-модулированного колебания получается, если в качестве модулирующего сигнала используется гармоническое колебание (такой случай называется тональной модуляцией):

e(t) = E cos(´Ωt+Θ),  (1.3)

где Е - амплитуда, ´Ω - угловая частота; Θ - начальная фаза модулирующего сигнала.

Для упрощения анализа будем полагать начальные фазы колебаний равными нулю, что не повлияет на общность выводов. Тогда для тональной амплитудной модуляции можно записать:

u_АМ(t) = [U₀ + k_A E cos´Ωt] cosω₀t = U₀ [1+ M_A cos´Ωt] cosω₀t,  (1.4)

где М_A = Е/U₀ - коэффициент амплитудной модуляции (иногда говорят - глубина амплитудной модуляции).

Для определения спектра амплитудно-модулированного колебания выполним несложные преобразования выражения (1.4):

u_АМ(t) =U₀ cosω₀t + U₀ M_A cos´Ωt cosω₀t = U₀ cosω₀t + (U₀ M_A/2) cos(ω₀ - ´Ω)t + (U₀ M_A/2) cos(ω₀ + ´Ω)t.  (1.5)

Из анализа выражения (1.5) следует, что при амплитудной модуляции гармоническим колебанием спектр амплитудно-модулированного сигнала содержит три гармонические составляющие. Гармоническая составляющая с частотой, равной ω₀, представляет собой исходную немодулированную несущую с частотой ω₀ и амплитудой U₀.

Гармонические составляющие с частотами, равными (ω₀ - ´Ω) и (ω₀ + ´Ω) представляют собой продукт амплитудной модуляции и называются, соответственно, нижней и верхней боковыми составляющими. Амплитуды боковых составляющих одинаковы, равны U₀ M_A/2 и расположены симметрично относительно несущей частоты ω₀ на расстоянии, равном - ´Ω. Таким образом, ширина полосы частот Δω, занимаемая амплитудно-модулированным колебанием при модуляции гармоническим сигналом с частотой ´Ω, равна Δω =2´Ω.

Графики несущего колебания u₀(t), модулирующего сигнала е(t) и амплитудно-модулированного сигнала u_АМ(t) приведены на рисунке 1.1.

Рис. 1.1  Тональная амплитудная модуляция: а) несущее колебание и его спектр (б); в) модулирующий сигнал и его спектр (г); д) амплитудно-модулированное колебание и его спектр (е)

При отсутствии модуляции (М_A = 0) амплитуды боковых составляющих равны нулю и спектр амплитудно-модулированного сигнала состоит только из несущего колебания с частотой ω₀. При коэффициенте амплитудной модуляции М_A < 1 амплитуда результирующего колебания изменяется от максимального значения U_MAX = U₀(1 + M_A) до минимального U_MIN = U₀(1 - M_A).

Таким образом, коэффициент М_A амплитудной модуляции может быть определен как

М_A = (U_MAX - U_MIN)/(U_MAX + U_MIN).  (1.6)

При коэффициенте амплитудной модуляции М_A >1 возникают искажения, называемые перемодуляцией (рисунок 1.2). Такие искажения могут приводить к потере информации и их стараются не допускать.

3. Расчет оконечного каскада передатчика

Характеристики лампы ГУ-53А

ГУ-53А

Основные параметры при Uн=14 В, Uа=1,4 кВ, Uc2=1 кВ, Iа=7 А
Ток накала	245 ± 15 А
Ток анода (при Uс1=0 В)	³ 16 А
Ток 2-й сетки (при Uа=1,1 кВ)	£ 1,3 А
Ток эмиссии катода (при Uа=Uc1=Uc2=400 В)	³ 55 А
Ток 1-й сетки обратный (при Uа=3 кВ, Uс2= 1,5 кВ)	£ 150 мкА
Крутизна характеристики	125 ± 15  мА/В
Напряжение 1-й сетки, запирающее отрицательное (при Uа=10 кВ, Uc2=1,5 кВ, Iа=0,5 А)	£ 350 В
Коэффициент усиления 1-й сетки относительно 2-й сетки	8,5 ± 1,5
Выходная мощность (на частоте 60 МГц):
при Uа=12 кВ	³ 80 кВт
при Uа=10 кВ	³ 50 кВт
Междуэлектродные емкости для схемы с общим катодом, пФ:
сетка - катод	£ 410
анод - катод	£ 75
сетка - анод	£ 5
Междуэлектродные емкости для схемы с общей сеткой, пФ:
сетка - катод	£ 170
анод - катод	£ 0,9
сетка - анод	£ 0,9
Долговечность средняя	³ 1000 ч

Предельные эксплуатационные данные
Напряжение накала	13 - 14,5 В
Напряжение анода	12 кВ
Напряжение 2-й сетки	1,8 кВ
Ток накала пусковой	360  А
Мощность, рассеиваемая анодом	50 кВт
Мощность, рассеиваемая 2-й сеткой	1,8 кВт
Рабочая частота	70 МГц
Температура керамики и спаев керамики с металлом	150 С
Температура анода ГУ-53Б	250 С
Интервал рабочих температур окружающей среды ГУ-53А	от +5 до +70 С

E_g0= 1 В

D = 0.005

Класс В угол отсечки 90⁰

ʎ₀=0.318

ʎ₁=0.5

ƀ₁=0.5

Расчет мощности в телефонной точке.

1)  = 33 КВт в тел. точке

2)  Выбор лампы

=66 КВт (лампа рассчитывается на 132 КВт)

Расчет анодной цепи

Напряжение в пиковой точке

3)  24 КВ

4)  ==0,99

5)  == 0,96                 

Расчет мощности в мах точке

6)  = 132 КВт

Амплитуда напряжения на контуре

7)  =124 КВ= 24 КВ

Амплитуда первой гармоники

8)  == 11 А

Постоянная составляющая импульса анодного тока

9)  == 6,996 А

10)  == 22 А <=245 А

Сопротивление эквивалентного контура

11)   ==2666,67 Ом

Мощность потребляемая от источника

12)  = 6,996 А  24 КВ=167,904 Вт ≈ 170 КВт

Мощность рассеивания на аноде

13)  =170 КВт – 132 КВт=38 КВт    

Коэффициент полезного действия

14)  0,78

Входное сопротивление каскада

К_рас=200

165 Вт

Входное сопротивление каскада

371,3 Ом

Расчет режима минимальной точки

M=0.916

1008В

=371,3 Ом

1052 В

Угол отсечки сеточного тока

0,022

0.866

 

Напряжение смещения в минимальной точке

-561 В

Постоянная составляющая и первая гармоника сеточного тока