Расчет нагрузочной системы генератора с внешним возбуждением на полосковых линиях.

Нагрузочные системы на полосковых линиях предпочтительны в диапазонах рабочих частот, где конструктивные параметры индуктивностей становятся близкими к вырожденным (число витков меньше одного). В диапазоне частот 1…10 ГГц добротность микрополосковых элементов составляет 100…400. На более низких частотах добротность микрополосковых элементов приближается к величинам 40…60.

На рис. П2 изображена нагрузочная система на несимметричных полосковых линиях (НПЛ). Нагрузочная система на несимметричных полосковых линиях состоит из четвертьволнового отрезка НПЛ (r₀ - волновое сопротивление отрезка линии, l₀ - длина отрезка линии), выполняющего роль трансформатора сопротивлений и двух шлейфов (r₁, l₁ и r₂, l₂ ), нагруженных на емкости С₁ и С₂. Эти шлейфы компенсируют реактивные сопротивления на входе и выходе трансформатора.

Задано:

• y₂₂ – комплексная выходная проводимость транзистора на рабочей частоте;

• Z_H - комплекное сопротивление нагрузки;

• w - рабочая частота;

• R_ОЕкр - сопротивление нагрузки транзистора, обеспечивающего его работу в критическом режиме.

r₀ l₀

r₁ r₂

l₁ l₂

Z_H

С₁ С₂

Рис. П2.

Z_H=R_H+jX_H

Расчет проводится в следующей последовательности.

1) Вычисляем входное сопротивление шлейфа (r₁, l₁), необходимое для компенсации реактивной составляющей выходной проводимости транзистора:

X₁=1/Jm(y₂₂)

2) Вычисляем входное сопротивление шлейфа (r₂, l₂), необходимое для компенсации реактивной составляющей сопротивления нагрузки (если нагрузка имеет реактивную составляющую):

X₂= -(R²_H+X²_H)/X_H

3) Вычисляем эквивалентное активное сопротивление, подключенное к выходу четвертьволнового трансформатора (r₀, l₀) после компенсации реактивной составляющей сопротивления нагрузки:

r=(R²_H+X²_H)/R_H

4) Вычисляем волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора, обеспечивающего условие согласования транзистора с нагрузкой:

5) Производим конструктивный расчет элементов схемы на НПЛ.

5.1) Выбираем диэлектрик (таблица П10).

W

h

Рис. П3.

5.2) Для выбранного диэлектрика определяем ширину микрополоска W по волновому сопротивлению r, для чего вычисляем дополнительные параметры А и В. Выбираем толщину подложки, исходя из номенклатуры взятого диэлектрика (обычно 0,5…2 мм):

Если А>1.52, то пользуемся выражением:

Если А£1.52, то пользуемся выражением:

Точность вычисления по приведенным формулам не хуже 2% при малой толщине проводника микрополоска (<0.005h).

5.3) Вычисляем эффективную диэлектрическую проницаемость диэлектрика микрополоска :

5.4) Вычисляем длину волны в НПЛ с данным волновым сопротивлением r₀:

где l - длина волны в свободном пространстве на рабочей частоте:

5.5) Вычисляем длину четвертьволнового трансформатора:

5.6) Задаемся шириной шлейфов W₁ , W₂ и определяем параметры шлейфов r₁ , r₂ , l_1e , l_2e :

5.7) Выбираем подстроечные конденсаторы С₁ и С₂.

l₀

r₀ W₀

Z_H

r₁ r₂

l₁ l₂

W₂

W₁

C₁ C₂

Рис. П4.

5.8) Вычисляем реактивные значения сопротивления подстроечных конденсаторов при средних значениях емкости:

Х_с1= -530l/С₁

Х_с2= -530l/С₂

5.9) Вычисляем длины шлейфов l₁ ,l₂:

l₁=(l_1e/6,28)arctg((Х₁r₁ - Х_с1r₁) /(r²₁+Х₁Х_с1))

l₂=(l_2e/6,28)arctg((Х₂r₂ - Х_с2r₂) /(r²₂+Х₂Х_с2))

Рассчитанная микрополосковая структура имеет изображенную на рис. П4 топологию.

При неудачном задании ширины шлейфов W₁ и W₂ или емкостей подстроечных конденсаторов размеры конструкции получаются нереализуемыми (слишком большие или слишком маленькие), тогда рекомендуется изменить ширину и пересчитать параметры шлейфов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 10 Расчет эквивалентных параметров антенны

Выходной каскад радиопередающего устройства небольшой мощности (10…100 Вт) коротковолнового и ультракоротковолнового диапазона нагружается на фидер, согласованный со входным сопротивлением антенны, или на сравнительно простую антенну (вертикальный штырь, наклонный луч, Г- образную или Т- образную антенну). Если тип и геометрические размеры антенны заданы, то могут быть определены активная и реактивная составляющие входного сопротивления антенны.

Расчет схемы выходного каскада передатчика при работе на согласованный фидер ведется из условия, что передатчик работает на активное сопротивление, равное волновому сопротивлению фидера.

Для расчета элементов схемы согласования передатчика с антенной предварительно нужно определить ее эквивалентные параметры в диапазоне рабочих частот. В общем случае входное сопротивление антенны получается комплексное:

Величины активной и реактивной составляющих входного сопротивления антенны определяются соотношением длины антенны, рабочей длины волны, диаметра провода, из которого изготовлена антенна, потерь высокочастотной энергии в проводах, изоляторах антенны и окружающих предметах.

Рассмотрим расчет параметров штыревой антенны и антенны типа «длинный луч».

Задано

f - рабочая частота (диапазон частот);

l_a - длина антенны.

1. Вычисляем длину волны l:

где с - скорость света.

2. Из конструктивных соображений (для обеспечения необходимой жесткости и прочности при минимальном весе конструкции) задаемся радиусом проводника антенны r.

3. Вычисляем волновое сопротивление антенны:

4. Вычисляем входное сопротивление антенны:

4.1) Для «короткой» антенны (l_a<0,25l) справедливо выражение:

где

2. Для «длинной» антенны (если длина антенны сравнима с длиной волны или больше ее)

где

где и - активная и реактивная составляющие сопротивления излучения антенны:

где Si и Ci – интегральные синус и косинус.

Расчет симметричных антенн ведется по приведенных выше формулам, но величины сопротивлений (входное сопротивление, сопротивление излучение и волновое сопротивление) необходимо увеличить по сравнению с расчетными значениями в два раза.

ПРИЛОЖЕНИЕ 11 Расчет теплового режима работы транзисторного каскада

В зависимости от транзистора и его рабочих режимов рассеяние тепла, выделяющегося при работе, происходит естественным или принудительным образом.

Транзисторы с максимальной мощностью рассеяния 0,1…0,5 Вт обычно эксплуатируются без радиатора. В справочниках указывается максимальная допустимая мощность рассеяния на коллекторе при определенной температуре окружающей среды, а также формула для уменьшения допустимой рассеиваемой мощности при повышении температуры.

Если в справочных данных указывается максимальная температура перехода и тепловое сопротивление переход-среда , то максимальная допустимая мощность рассеяния на коллекторе

где - максимальная температура воздуха.

С целью увеличения следует использовать радиатор, ориентировочная площадь которого для естественного воздушного охлаждения (когда тепловой контакт между транзистором и радиатором идеален) может быть определена по формуле:

где - тепловое сопротивление переход-корпус.

ПРИЛОЖЕНИЕ 12. Коэффициенты цепей согласования

Рис. П5. Графики коэффициента П-образной согласующей цепи.

Рис. П6. Графики коэффициента лестничной согласующей цепи.

ПРИЛОЖЕНИЕ 13 Параметры мощных высокочастотных транзисторов

Таблица П 11

	В	В	Вт	Ом	Ом	Ом	Ом
КТ-802А	150	3,0	30	1.1	0,7	0,05	0,8
КТ-90ЗА	80	4,0	15	5	1,5	0,05	0,7
КТ-904А	65	4,0	8	5	5	0,1	3
КТ-907А	65	4,0	13,5	1,7	2	0,4	1,3
КТ-909А	60	3,5	30	3	1	0,4	2
КТ-909Б	60	3,5	42	1,5	0,5	0,05	0,5
КТ-911А	55	3,0	I	7	3	0,05	1
КТ-912А	70	5,0	70	0,8	0,5	0,05	3,8
КТ-913А	55	3,5	3,3	15	2	0,15	2
КТ-913Б	55	3,5	6	6	1,2	0,4	1
КТ-913В	55	3,5	11	5	1	0,2	1
КТ-914А	65	4,0	2,5	2,5	5	0,2	1
КТ-916А	55	3,5	15	3	2	0,2	1
КТ-910А	30	2,5	0,25	10	1	0,05	1
КТ-918А	40	2,5	0,6	50	1,3	0,05	0,7
КТ-919А	45	3,5	4,4	8	0,5	0,14	0,7
КТ-919Б	45	3.5	2	16	1	0,05	1.4

Продолжение Таблицы П 11

		МГц	В	пФ	пФ	нГ	нГ
КТ-802А	25	45	0,7	400	1000	20	20
КТ-90ЗА	55	130	0,7	140	1400	12	12
КТ-904А	10	350	6,7	9,5	130	2,5	2,0
КТ-907А	30	350	0,7	16	260	0,8	2,5
КТ-909А	10	650	0,7	28	300	0,45	1,7
КТ-909Б	20	690	0,6	40	300	0,35	1,7
КТ-911А	10	1800	0,7	5	7	0,3	4
КТ-912А	15	90	0,7	250	4000	4	4
КТ-913А	40	1100	0,7	4	25	0,3	3
КТ-913Б	30	1200	0,7	8	66	0,25	2,5
КТ-913В	50	1100	0,7	7,5	50	0,25	2,3
КТ-914А	35	550	0,7	10	130	3	3
КТ-916А	30	1200	0,7	20	15	1,2	1,2
КТ-910А	25	3000	0,7	25	70	1,1	1,1
КТ-918А	30	3000	0,7	2	10	0,8	0,15
КТ-919А	30	2000	0,7	7,5	40	0,4	0,14
КТ-919Б	30	2000	0,7	4,1	20	0,5	0,25

Таблица П 12

	В	В	Вт	Ом	Ом	Ом	Ом
КТ-920А	36	4	2,0	3,2	1	0,1	0,7
КТ-920Б	36	4	5,0	1,2	1	0,05	0,9
КТ-920В	36	4	20,0	0,3	1	0.1	1,1
КТ-921А	65	4	12,5	2,3	1	0,05	0,5
КТ-922А	65	4	5	8	1	0,05	0,7
КТ-922Б	65	4	20	2	1	0,05	1
КТ-925А	36	4	2,4	1,5	0,5	0,2	0,4
КТ-925Б	36	4	5	1,2	0,5	0,1	0,5
КТ-922В	35	3,5	21	0,3	0,5	0,1	0,5
КТ-927А	70	3,5	75	0,2	0,5	0,2	0,5
КТ-929А	30	3,0	2	1,6	0,5	0,05	0,6
КТ-930А	30	4	40	0,8	0,5	0,1	0,4
КТ-930Б	30	4	75	0,25	0,5	0,05	0,5
КТ-931А	30	4	80	0,2	0,5	0,06	0,2
КТ-934А	60	4	3	15	0,5	0,05	0,3
КТ-934Б	60	4	12	3,7	0,5	0,1	1
КТ-942А	45	3,5	10	3,8	0,25	0,15	3
КТ-958А	150	4	49	1,6	0,2	0,3	2

Продолжение Таблицы П 12

		МГц	В	пФ	пФ	нГ	нГ
КТ-920А	25	475	0,7	12	70	0,5	1,8
КТ-920Б	30	500	0,7	20	120	0,5	1,8
КТ-920В	40	475	0,7	60	140	0,5	1,8
КТ-921А	45	100	0,7	45	400	3,5	3,5
КТ-922А	20	300	0,7	10	65	2,4	0,9
КТ-922Б	25	300	0,7	35	200	2,4	0,9
КТ-925А	40	500	0,7	20	300	0,5	1,8
КТ-925Б	40	500	0,7	20	250	0,5	1,8
КТ-922В	40	500	0,7	45	130	0,5	1,8
КТ-927А	30	150	0,7	150	2250	0,5	1,8
КТ-929А	40	450	0,7	20	1000	0,5	1,8
КТ-930А	40	700	0,7	70	800	0,4	1,8
КТ-930Б	50	800	0,7	150	2000	0,3	1,0
КТ-931А	60	400	0,7	190	200	0,3	1,6
КТ-934А	60	650	0,7	6,5	1200	0,5	1,6
КТ-934Б	60	650	0,7	10	1350	0,5	1,8
КТ-942А	40	500	0,7	16	110	0,7	0,14
КТ-958А	49	800	0,7	120	2000	0,5	1,6

ПРИЛОЖЕНИЕ 14 Классы излучения

Классы излучений обозначаются двух или трехсимвольным буквенно-цифровым кодом.

Первый индекс (буква) определяет тип модуляции:

А – амплитудная;

F – частотная;

G – фазовая;

H – однополосная с полной несущей;

R – однополосная с ослабленной несущей;

J – однополосная с подавленной несущей;

K – амплитудно-импульсная.

Второй индекс (цифра) определяет характер сигнала, модулирующего основную несущую:

1 – одноканальный, содержащий дискретную информацию без использования поднесущей;

2 - одноканальный, включающий дискретную информацию с использования поднесущей;

3 – одноканальный аналоговый;

7 – два и более канала квантованной или цифровой информации;

8 - два и более канала аналоговой информации;

В таблице представлены некоторые наиболее часто применяемые виды излучения.

Таблица П13

Класс излучения	cтарое обозначение	новое обозначение
1. Амплитудная модуляция
Излучение немодулированных колебаний	A0	N0N
1.1. Телеграфия
Незатухающие колебания (амплитудная модуляция)	A1	A1A A1B
Тональная амплитудная модуляция	A2	A2A A2B
Тональная одна боковая полоса частот полная несущая	A2A	H2A H2B
Тональная одна боковая полоса частот подавленная несущая	A2J	J2B
Многоканальная тональная одна боковая полоса частот, ослабленная несущая	A7A	R7B

Таблица П13

Продолжение

Многоканальная тональная одна боковая полоса частот, подавленная несущая	A7J	J7B
1.2. Телефония
Две боковых полосы частот (в том числе радиовещание)	A3	A3E
Одна боковая полоса частот полная несущая	A3H	H3E
Одна боковая полоса частот ослабленная несущая	A3A	R3E
Одна боковая полоса частот подавленная несущая	A3J	J8E
Две независимые боковых полосы частот	A3B	B3E
1.3. Телевидение
Излучение с частично подавленной боковой полосой частот	A5C	C5F
2. Угловая модуляция
Телеграфия частотная (фазовая) одноканальная	F1	F1B (G1B)
Частотная (фазовая) телефония (включая звуковое радиовещание)	F3	F3E (G3E)
Двухканальная частотная (фазовая) телеграфия	F6	F7B (G7B)
3. Импульсная модуляция
Последовательность немодулированных импульсов	P0	P0N
3.1. Телеграфия
Амплитудная манипуляция импульсной несущей одноканальным квантованным сигналом	P1D	K1B
3.2. Телефония
Модуляция импульсов по амплитуде	P3D	K3E
Модуляция импульсов по ширине и длительности	P3E	L3E
Модуляция импульсов по положению или фазе	P3F	M3E

Оглавление

Введение 3

1. Перечень используемых в РПУ сокращений 6

2. Перечень используемых обозначений 7

3. Классификация РПУ 8

4. Типовые структурные схемы РПУ 9

4.1. Радиопередающие устройства с АМ 10

4.2. Связное однополосное РПУ 11

4.3. РПУ с частотной модуляцией 13

5. Порядок проектирования РПУ 16

5.1. Общие рекомендации к предварительному расчету РПУ 17

5.2. Схемы согласования каскадов радиопередатчика с нагрузкой 22

5.2.1 Одноконтурная цепь связи 23

5.2.2. Двухконтурная цепь связи 25

5.2.3. Г - образная цепь связи 28

5.2.4. П - образная цепь связи 30

5.2.5. Лестничная цепь четвертого порядка 32

5.3. Порядок расчета ГВВ на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером34

5.4. Модуляция 43

5.4.1. Амплитудная модуляция 44

5.4.2. Коллекторная модуляция 45

5.4.3. Базовая модуляция 47

5.4.4. Усиление амплитудно-модулированных колебаний 49

5.4.5. Комбинированная модуляция 51

5.5. К расчету элементов принципиальных схем ГВВ 52

5.6. Умножитель частоты 52

5.6.1. Умножитель частоты первого типа на биполярном транзисторе 55

5.6.2. Порядок проектирования умножителя частоты 57

5.7. Автогенератор 63

5.7.1. Порядок расчета автогенератора на транзисторе 64

5.7.2. Расчет частотно-модулированного генератора 74

5.7.3. Транзисторный автогенератор с кварцевым резонатором 77

5.8. Фазовый модулятор 83

5.8.1. Фазовый модулятор с параллельным LC контуром 85

5.8.2 Фазовый модулятор с полосовым фильтром на связанных LC контурах 88

Литература 90

Приложение 1. Образец титульного листа к курсовому проекту 92

Приложение 2. Бланк задания к курсовому проекту 93

Приложение 3. Требования к выходному сигналу РПУ 94

Приложение 4. Номинальные значения напряжений источников питания 98

Приложение 5. Номинальные значения элементов 99

Приложение 6. Высокочастотные дроссели 104

Приложение 7. Гармонический анализ косинусоидальных импульсов тока 106

Приложение 8. Высокочастотные y-параметры транзистора по схеме ОЭ 110

Приложение 9. Расчет индуктивных элементов 112

Приложение 10. Расчет эквивалентных параметров антенны 123

Приложение 11. Расчет теплового режима работы транзисторного каскада 126

Приложение 12. Коэффициенты цепей согласования 127

Приложение 13. Параметры мощных высокочастотных транзисторов 129

Приложение 14. Классы излучения 131

Оглавление 133