Расчет выходной колебательной системы

4. Расчет выходной колебательной системы.

При обосновании структурной схемы радиопередающего устройства определено наличие выходной колебательной системы. Ее функциональное назначение:

-  выделение основной гармоники выходного каскада, или спектра частот с минимальной неравномерностью в его пределах;

-  подавление побочных излучений, то есть высших гармонических составляющих, с тем, чтобы их уровень не превышал заданного, или стандартного значения;

-  согласование сопротивлений оконечного каскада по выходу и волнового сопротивления фидера (нагрузки).

Наиболее распространенной схемой выходной колебательной системы (ВКС) является одно- или многозвенные П-образные (или Г-образные) LC-фильтры нижних частот.

Предварительно принимаем однозвенный П-образный ФНЧ (выходной контур). Поскольку антенны данного диапазона являются электрически короткими, в составе ВКС определим наличие удлинительной катушки L_уд ; таким образом сформируется дополнительное Г-образное звено, дополнительно повышающее фильтрующую способность ВКС.

Принципиальная схема ВКС приведена на рис.3

ВКС подключается к выходу моста сложения МС. Перестройку в пределах диапазона определяем изменением индуктивности L_к , ток как значение С1 С2 должны быть фиксированными; их соотношение определит коэффициент трансформации сопротивлений R_вых и R_н = ρ_ф

Мощность побочных излучений, создаваемых передатчиком, независимо от его эффективной мощности, не должна превышать 50мВт.

Согласно ранее проведенным расчетам, мощность высших гармоник на выходе каждого из модулей Р_г = 8 Вт, тогда общая мощность высших гармоник:

Р_г=8·4=32 Вт

Необходимое значение коэффициента фильтрации:

( ≈ 58 dB)

Уточним это значение для самой мощной 2–ой гармоники:

Здесь К_б1 ≈ 0,8; К_б2 ≈ 0,075;

α₁ и α₂ – коэффициент разложения прямоугольного импульса;

α₁=0,637,

α₂=0,264;

Приблизительный и уточненный расчеты достаточно близки; принимаем большее значение

Ф ≥ Ф₂=750, или 58,8 dB

Для рассчитанной мощности и заданного диапазона, согласно Приложения 8 [3, стр. 348] определим значение конструктивной (холостого хода) добротности контура Q_к=230; начальной емкости контура С_н ≈ 65пФ, R_ос ≈ 4,5 кОм

Принятый КПД контура h ≈ 0,7, тогда значение эквивалентной добротности:

Q_э = Q_л  ·(1-h) = 230 ·(1-0,7) = 69

Общее выражение для коэффициента фильтрации [3, стр. 9.12]

  ( ≈ 62 dB)

что повышает минимально необходимое значение:

62 > 58,4

фильтрующих свойств дополнительного Г-образного звена не проводим.

Исходя из параметров передатчика, заданных для проектирования, он может быть определен, как "базовый, экспедиционный". Реально осуществимая длина (высота) антенны в этом случае составляет 15…25 м. Оптимальная высота несимметричной антенны составляет , что для минимальной заданной частоты f_min=410 кГц, составит:

то есть антенна, как уже отмечено выше, будет заведомо электрически короткой.

Значение удлиняющей индуктивности согласно [4, стр.104 (55)] можно определить по приведенной формуле:

Расчет произведем для средней частоты диапазона:

Для диапазона СДВ рекомендованы значения волнового сопротивления фидера:

Z_в=50 или 200 Ом, тогда:

Определим эквивалентные параметры нагруженного выходного контура:

Волновое сопротивление:

Среднее значение частоты диапазона:

Эквивалентная емкость контура

При определении действительных значений емкостей контура С₁и С₂ начальным значением емкости контурам можно пренебречь, поскольку

Среднее значение индуктивности контура

Проверим достоверность расчета:

то есть расчет верен.

Эквивалентное сопротивление нагрузки одного плеча двухтактной схемы модуля оконечного каскада, определенное раннее ; тогда нагрузка каждого модуля

 

 Поскольку мост сложения мощностей работает в согласованном режиме, то его выходное сопротивление составит такое же значение, то есть

  Следовательно, выходной контур должен иметь коэффициент трансформации сопротивлений:

или, с учетом работы на понижение сопротивления

Коэффициент трансформации, определяющий минимальное шунтирование выходного контура выходным сопротивлением моста сложения, пересчитываемым в контур через волновое сопротивление фидера:

Необходимо принять среднее значение, то есть

Согласно [3, 3.44] коэффициент трансформации П-образного контура:

Задаемся значением емкости С1 равным рассчитанному значению С_э ; по шкале номиналов:

С1=4,7 нФ, тогда

Эквивалентное значение емкости контура:

Отклонение от рассчитанного номинала:

То есть в поле допуска разброса параметров емкости, следовательно, рассчитанные значения С1 и С2 можно принять как номинальные.

Номинала С2=0,118 мкФ по шкале номиналов нет, он должен быть набран из существующих номиналов.

Определим производственный запас по перекрытию частоты в пределах диапазона 5%:

f_max = 1,05·530 =556,5 кГц

f_min = 0,95·410 =389,5 кГц

Тогда пределы изменения индуктивности

Сопоставим расчеты с прежде определенным средним значением индуктивности контура:

Расхождение составляет:

то есть расчеты достаточно верны.

Полоса пропускания нагруженного контура на нижней частоте диапазона по уровню 0,707:

Этого достаточно для заданных видов работ: А1А, А2А;

При работе А1, А2 необходимая полоса пропускания:

где τ- длительность элементарной посылки; полагая ее τ ≈ 0,1 сек (при ручной манипуляции):