4.11 Обоснование выбора цепи согласования
Для согласования оконечного каскада с нагрузкой применим П-образную инвертирующую цепь, принципиальная схема которой имеет вид рисунок 4.6.1:
Рис. 4.6.1 Принципиальная схема цепи согласования
4.12 Расчет цепи согласования
Произведем расчет цепи согласования по методике представленной в [3] с уточнениями в [7]. Нагрузкой цепи согласования является антенна, соединенная с ЦС через фидерное устройство, у которого стандартное сопротивление RH =R2 =50 Ом. Эквивалентное сопротивление согласующей цепи на выходе последнего резонатора, обеспечивающее оптимальный режим
(4.12.1)
Применив П-образную инвертирующую цепь (рис 4.6.1), ее характеристическое сопротивление:
(4.12.2)
Емкости согласующей цепи:
С1
= С2=1/(w
)
=
(4.12.3)
Рассчитаем индуктивность согласующей цепи:
(4.12.4)
Расчёт согласующей цепи окончен.
5 Разработка конструкции
В разработке конструкции передатчика необходимо выполнить конструктивный чертеж блока УСВЧ, с соблюдением эксплуатационных норм, с обеспечением оптимального теплового режима каскадов ВЧ, и снизить влияния ВЧ поля на работу других каскадов передатчика.
В разрабатываемый блок будут входить оконечный клистронный усилитель мощности, с мощным блоком питания, для подачи высокого напряжения на анод клистрона, а также второй и третий умножители частоты.
Для уменьшения потерь в линиях СВЧ - передачи, их необходимо эффективно экранировать, размещая параллельно им на расстоянии 2-3мм участки металлизации «земля», также необходимо экранировать мощный блок питания.
Габариты блока будут в основном определяться размерами усилителя (которые приведены в характеристике выбранного клистрона), и предварительного расчета размеров блока питания.
Примем для расчета блока питания типовые значения:
Вмах = 1.6, J = 3, Кок = 0.27, Кст = 0.85.
(5.1)
Sст- сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки;
Sок - площадь окна в магнитопроводе;
Вмах- магнитная индукция;
J - плотность тока;
Кок - коэффициент заполнения окна;
Кст - коэффициент заполнения магнитопровода сталью.
(5.2)
(5.3)
а, b – размеры поперечного сечения магнитопровода
d – диаметр окна
Объем тороидального сердечника при a = b:
(5.4)
Если Sст = Sок, тогда:
(5.5)
(5.6)
(5.7)
Если считать, что блок питания имеет форму куба, то сторона этого куба равна:
(5.8)
Зная основные габариты БК, усилителя мощности и ориентировочные габариты умножителей частоты мы можем определить местонахождения каскадов в блоке.
Зная основные габариты БК, усилителя мощности и ориентировочные габариты умножителей частоты мы можем определить местонахождения каскадов в блоке.
Поскольку рассеиваемая мощность оконечным усилителем составляет 470 Вт необходимо определиться с типом системы охлаждения. Водяное охлаждение доставляет большие эксплуатационные неудобства из-за насосов, резервуаров для воды, необходимость ее вторичного охлаждения и т.п. Выберем более совершенный способ - принудительное воздушное охлаждение, при котором охлаждающий воздух забирается вентилятором непосредственно из помещения, где установлен передатчик. Вентилятор обдувает радиатор выходного прибора и отводит наружу тепло летом, а зимой тепло используется для обогрева помещения где установлен передатчик. Недостаток подобной системы охлаждения - повышенный шум, из-за работы вентилятора.
Руководствуясь всем выше сказанным составим конструкцию блока УСВЧ, которую приведем в ПРИЛОЖЕНИИ.
Рассчитаем тепловой режим блока УСВЧ. Для расчёта используем web-интегрированную среду для расчёта тепловых режимов РЭА, которая доступна по следующему сайту http://skr.radioman.ru/thermal/, используя подраздел “Расчет теплового режима герметичного блока с наружным обдувам“. Целью расчета является определение температур нагретой зоны и среды вблизи поверхности ЭРЭ, необходимых для оценки надежности. Обычно производится расчет для наиболее критического элемента, т. е. элемента, допустимая положительная температура которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства и образующих нагретую зону. В результате расчёта получены результаты:
Температура
корпуса блока Tк=25,5
C.
Температура воздуха в блоке Tв=31,2 C.
Температура нагретой зоны Tz=33C.
Температура окружающей элемент среды Tes=33,3C.
Температура поверхности элемента Te=35,8 C.
В исходных данных были заданы следующие предельные температурные характеристики:
Tк max= 50 C - максимально допустимая температура корпуса.
Tв max= 65 C - предельно допустимый перегрев воздуха в аппаратуре.
Tz max= 30 C - допустимый перегрев нагретой зоны.
Temax= 100 C - максимально допустимая температура элемента.
Pрас = 600 Вт – рассеиваемая мощность блока.
V=60 м/с – скорость обдува
Таким образом, в результате расчета обнаружено, что температурные условия выполняются РЭА можно эксплуатировать в заданном тепловом режиме.