Радиопередающие устройства. Классификация, виды. Специфика проектирования передатчиков

1.  Техническое задание

Разработать передатчик со следующими параметрами:

•         Мощность P=350 Вт

•         Минимальная частота перестройки F_min=315 МГц;

•         Максимальная частота перестройки F_max=375 МГц;

•         Вид модуляции QPSK;

•        Скорость цифрового потока 8448 Кбит/с;

•        Сигнал модуляция на 600 Ом, 2 В;

•         Стабильность частоты ;

•         Сопротивление нагрузки .

2.  Введение

Радиопередающим называется устройство, предназначенное для выполнения двух основных функций – генерации электромагнитных колебаний и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением.          Радиопередающие устройства можно классифицировать по назначению, диапазону волн, мощности, виду модуляции, условиям работы и др. Эти признаки определяют специфику проектирования каждого вида передатчиков. Так рабочий диапазон волн и мощность на выходе обуславливают выбор активных элементов и конструкцию колебательных систем. Так как требования к стабильности частоты весьма высоки, то применяют сравнительно низкочастотные маломощные возбудители, для которых легче обеспечить повышенную стабильность частоты. Затем эти маломощные колебания усиливают последующими ступенями и повышают их частоту в умножителях.

3.  Разработка структурной схемы

Началу расчетов предшествует составление ориентировочной структурной схемы передатчика, что позволяет более целесообразно, во взаимной увязке выбирать исходные данные для расчета каждого каскада, добиваясь определенной оптимизации передатчика в целом. Типовая структурная схема РПДУ представлена на рисунке 1.

s(ω)

s(Ω)

Рис.1. Типовая структурная схема РПДУ

В общем случае многокаскадное радиопередающее устройство (РПДУ) может содержать следующие блоки:

- возбудитель (В) служит для формирования сетки рабочих частот с требуемой стабильностью;

- модулятор (М) предназначен для модуляции высокочастотного сигнала  информационным сообщением ;

- блок умножителей частоты (УЧ) применяется при необходимости повышения частоты колебаний;

- блок усилителей мощности (УМ) обеспечивает требуемую выходную мощность;

- фильтр гармоник (ФГ) для подавления высших гармоник на выходе.

- АФУ – антенно-фидерное устройство

Возбудитель может представлять собой цифровой синтезатор частот, в состав которого входят кварцевый автогенератор, называемый опорным, делитель с программируемым коэффициентом деления (ДПКД), устройство сравнения (дискриминатор) и генератор, управляемый напряжением (ГУН).

Модулятор обеспечивает формирование модулирующего колебания в соответствии с заданным типом модуляции и формирует модулированный высокочастотный сигнал, который и подлежит усилению с помощью усилителя мощности. Однако при работе модулятора могут возникнуть побочные составляющие спектра, которые не должны входить в заданный диапазон. Для их подавления между смесителем и усилителем мощности включают полосовой фильтр (ПФ).

Промоделированные колебания последовательно усиливаются несколькими каскадами усиления и доводятся до заданной мощности. В мощных оконечных транзисторных каскадах часто приходится объединять для совместной работы несколько транзисторов с помощью схем сложения мощностей.

Работа усилителя мощности в нелинейном режиме (в режиме с отсечкой) обуславливает появление в спектре выходного сигнала передатчика высших гармоник. Выходная фильтрующая система – “Фильтр гармоник” (ФГ) позволяет подавить эти высшие гармоники. Между выходным каскадом передатчика и антенной включают антенно-фидерное устройство (АФУ).

С помощью блока автоматического управления выполняется автоматическая стабилизация параметров РПДУ (в первую очередь – мощности и температурного режима), защита при нарушении нормальных условий эксплуатации, управление – АПЧ, АРУ, коммутация, перестройка фильтров, перестройка по частоте, может осуществляться модуляция.

Составление структурной схемы передатчика начинается с выходного каскада, поскольку задается выходная мощность передатчика. Мощность выходного каскада определяется с учетом потерь его выходной цепи: выходной фильтрующей системе и антенно-фидерном устройстве.

4.  Расчёт усилителя по мощности

Из технического задания следует, мощность на выходе передатчика 350 Вт. Для реализации такой мощности используем 4 ГВВ соединённых параллельно с помощью квадратурных мостов. Потери в мощности сигнала при прохождении цепей согласования и квадратурных мостов составляет 5 %. Рассчитаем мощность на каждом участке схемы.

Зададимся потерями в фильтре гармоник 10 % , тогда:

P_вх=P_вых*1,1; P_вх=350*1,1=385 Вт.

Потери в выходных цепях согласования оконечного каскада 10 % , тогда:

P_вх=P_вых*1,1; P_вх=385*1,1=423,5 Вт.

Мощность сигнала до 1-го квадратурного моста:

; .

Мощность сигнала до 2-го квадратурного моста:

.

Мощность сигнала до 3-го квадратурного моста:

.

Мощность сигнала до 1-й ЦС:

; .

Необходимую мощность может обеспечить транзистор 2Т970А, работающий в диапазоне частот 100…400 МГц, по схеме с ОЭ, имеющий выходную мощность 100 Вт, при питании +28 В, с коэффициентом усиления К_У=8 дБ по мощности, т.е. 6,3 раза на частоте 375 МГц.

Тогда, задавшись потерями в цепях согласования между каскадами 10%, получим мощность на входе на входе 2-й цепи согласования равную:

; .