4.1 Электрический расчет выходного каскада передатчика

В качестве усилительного элемента выходного оконечного каскада используется ЛБВ. Лампы бегущей волны широко использовались в передатчиках РРЛ. Главное достоинство ЛБВ по сравнению с другими усилительными приборами СВЧ – широкая полоса равномерно усиливаемых частот. Коэффициент усиления ЛБВ достигает 50дБ, в этом отношении лучше только многорезонаторные клистроны. Коэффициент полезного действия ЛБВ 25…45%.

В данной схеме в качестве усилительного элемента выходного оконечного каскада используется ЛБВ YH-1041, работающая в непрерывном режиме.

На рис. 3приведена схема включения ЛБВ[1].

Рис.3 - схема включения ЛБВ

Рассчитаем усилитель частотно-моделированных колебаний передатчика спутниковой системы связи. Исходные данные : рабочая частота 11ГГц, полоса пропускания 28 МГц.

1.Исходя из справочных данных находим, что заданная выходная мощность может быть обеспечена лампой типа VA-616L, имеющей паспортные данные: кВмА К_у=30Дб

2.Микропреверанс электронного пучка по напряжению на спирали:

0, 47

3.Задавшись соотношением , характерное для сантиметрового диапазона, по графикам на рис 6.1 находим

Рис.6.1

4.Радиус спирали электронного потока

см

см

5.Коэффициент замедления

6.По графику на рис.6.2 для инаходим величину11

Рис 6.2

Волновое сопротивление Ом

7.Параметр усиления

8.По графикам рисунка 6.3 определяем , откуда

Рис. 6.3

9.Плотность тока

А/см²

10.Коэффициент

0.14

11.Коэффициенты

12.Из графиков рисунка 6.4 для находим,

Рис.6.4

13.Параметр нарастающей волны

14.Подставляя значения ив уравнения:

Находим 1,55 и

15.Значения 1,55,, х=0,48 подставляем в следующую формулу:

Получим параметр начальных потерь -4,6 дБ и выбираем параметрдБ

16.Используя равенство гденаходим

Откуда получим

Выбор режима и расчет нелинейных искажений. При усилении частотно-модулированных колебаний в оконечных усилителях обычно используется режим насыщения лампы.

Найдем вспомогательные коэффициенты

И подставим их в формулу , получим величину, которой соответствует выходная мощностьВт

Нормированную амплитуду высокочастотного поля на входе ЛБВ в режиме насыщения находим из выражения 0,05. Далее находим1,5 мВт

Коэффициент усиления в режиме насыщения дБ с учетом потерь за счет локального поглотителя=-6дБ, получимдБ

КПД усилителя будет равен:

4.2. Электрический расчет кварцевого автогенератора

Для повышения стабильности частоты генерируемых колебаний частотозадающий контур автогенератора должен иметь высокую добротность. Это требование легко удовлетворяется при использовании в качества такого контура, так называемого кварцевого резонатора, основой которого является кварцевая пластина.

Пластина кварца, как всякое упругое тело, обладает по отношению к механическим колебаниям определенными резонансными собственными частотами. Поэтому, при приближении частоты внешнего переменного напряжения, подаваемого на обкладки конденсатора, к одной из собственных частот пластины, возникают резонансные явления: при постоянной амплитуде напряжения амплитуда механических колебаний около резонанса увеличивается во много раз.

Благодаря большой добротности фазочастотная характеристика кварцевого резонатора вблизи частоты последовательного резонанса имеет большую крутизну, что очень важно для построения высокостабильных автогенераторов. Кроме того, кварц обладает высокой эталонностью собственных частот, мало зависящий от действия дестабилизирующих факторов.

Произведем расчет задающего автогенератора, схема которого представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема кварцевого автогенератора

Рис. 4.1. Принципиальная электрическая схема автогенератора.

1. Выбираем биполярный транзистор ГТ311 со следующими параметрами:

= 500 МГц; = 50;

= 60 Ом; = 1 пФ;

= 50 мА; = 12 В;

= 0,3 В; = 0,05 А/В;

= 0,15 Вт при = +25ºС.

2. Выбираем кварцевый резонатор со следующими параметрами:

По исходным данным подберем кварцевый резонатор РКМ-14, со следующим параметрами, используя сайт http://www.etna.ru :

- диапазон частот fр=5…300 (МГц)

- добротность Q=

- сопротивление кварца r_кв =10(Ом)

3. Выбираем простейшую схему гармоникового кварцевого автогенератора

Исходные данные: = 80 МГц;

(рис.4.1): Расчет схемы проводим на = 80 МГц, что соответствует возбуждению Кр на пятой механической гармонике.

4. Определим параметр качества кварца.

≤0,5;

= 2π·80·10·5·10·10 ≈ 0,024 < 0,5.

5. Выбираем амплитуду тока и коэффициента, напряжение питания, угол отсечки θ.

≤(0,5…0,8) ;

= 10 мА;

а = ;

а=0,1;

≤(0,4…0,5);

= 5В;

γ(θ) = 0,1…0,3;

γ(θ) = 0,2;

θ = 60º,

где – мощность, выделяемая на КР; а– мощность, рассеиваемая на активном сопротивлении колебательной системы.

6. Определяем мощность, рассеиваемую на КР и колебательную мощность, выделяемую в коллекторной цепи из уравнения баланса мощностей:

Принимаем , ввиду её малости.

; == 1,5 мВт;

= 0,15 + 1,5 = 1,65 мВт;

= 1,5 мВт < = 2 мВт.

7. Находим аппроксимированные параметры транзистора. В маломощных транзисторах при недоиспользовании их по току необходимо считаться с нелинейностью статических характеристик и учитывать зависимость идеализированных параметров эквивалентной схемы от высоты импульса.

;

А/В; r=333 Ом; S=0,127 А/В; МГц.

8. Вычисляем нормированную частоту колебаний.

=80/65 ≈ 1,22 .

9. Определяем значение коэффициента обратной связи.

Для этого воспользуемся уравнением баланса амплитуд:

10. Рассчитаем параметры колебательной системы.

Индуктивность и емкостьопределим из выражения:

.

Примем . Тогда

11. Найдём поправку к частоте колебаний:

Относительная нестабильность частоты

12.Определим гармонические составляющие тока коллектора и амплитуду напряжения на базе и другие параметры АГ:

, ,;

, ,

Амплитуда напряжения на коллекторе

Мощность, подводимая к коллекторной цепи:

;

Рассеиваемая мощность на коллекторе

;

Постоянная составляющая тока базы

Напряжение смещения на базе:

Определяем величину сопротивления резистора автосмещения . С ростом этого сопротивления увеличивается его стабилизирующее действие и ухудшаются энергетические показатели. В качестве компромиссного решения рекомендуется выбирать=100…500 Ом. Принимаем= 300 Ом. Сопротивлениенайдём из соотношения=(10…20)x2=200…400 Ом. Возьмём = 300 Ом. Величинуопределим из условия:

Рассчитаем напряжение источника питания и падение напряжения на резисторе:

Принимаем ток через делитель:

Сопротивление делителя в цепи питания: