Расчет структурной схемы устройства

 

 

 

Содержание:

Введение………………………………………………………………………….3

Расчет структурной схемы  устройства…………………………………………6

Расчет принципиальной схемы………………………………………………….7

Расчет автогенератора……………………………………………………………7

Расчет умножителей частоты……………………………………………………10

Расчет усилителя мощности……………………………………………………..13

Заключение……………………………………………………………………….17

Список литературы………………………………………………………………18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Введение:

Классификация радиосистем  передачи (РСП)

Существует множество  различных классификаций РСП  в зависимости от признаков, положенных в их основу. Ниже приведена классификация  РСП по наиболее важным признакам:

1. по принадлежности к различным службам:

РСП фиксированной службы (радиосвязь между фиксированными пунктами);

РСП радиовещательной службы (передача сигналов для непосредственного  приёма населением);

РСП подвижной службы (радиосвязь между движущимися друг относительно друга объектами);

2. по назначению:

международные;

магистральные;

внутризоновые;

местные;

военные;

технологические

космические

3. по диапазону используемых радиочастот:

Очень низкие частоты  3…30 кГц

Низкие частоты   30…300 кГц

Средние частоты   300…3000 кГц

Высокие частоты   3…30 МГц

Очень высокие частоты  30…300 МГц

Ультравысокие частоты  300…3000 МГц

Сверхвысокие частоты  3…30 ГГц

Крайне высокие частоты  30…300 ГГц

Гипервысокие частоты  300…3000ГГц

Кроме приведённых диапазонов при построении оптических систем передачи с открытым трактом используется диапазон частот          10¹³…10¹⁵ Гц.

4. по виду передаваемых сигналов:

РСП аналоговых сигналов (телефонных, радиовещательных, фототелеграфных, телевизионных, сигналов телеметрии и телеуправления);

РСП цифровых сигналов (телеграфных, исходной информации или результатов  её обработки на ЭВМ);

комбинированные РСП;

5. по способу разделения каналов:

РСП с частотным разделением  каналов;

РСП с временным разделением  каналов;

РСП с фазовым разделением  каналов;

РСП с комбинированным  разделением каналов;

специальные РСП с разделением  канальных сигналов по форме (например, асинхронно-адресные системы с кодово-адресным разделением сигналов);

6. по виду линейного сигнала:

аналоговые;

цифровые;

смешанные (гибридные);

7. по виду модуляции несущей:

аналоговые РСП:

цифровые РСП:

8. по пропускной способности:

РСП с малой пропускной способностью;

РСП со средней пропускной способностью;

РСП с высокой пропускной способностью;

9. по характеру используемого физического процесса в тракте распространения радиоволн:

радиорелейные системы передачи прямой видимости РРСП (распространение  радиоволн в тропосфере в пределах прямой видимости);

тропосферные радиорелейные  системы передачи ТРСП (дальнее тропосферное распространение радиоволн за счёт их рассеяния и отражения в  нижней области тропосферы при взаимном расположении радиорелейных станций  за пределами прямой видимости);

спутниковые системы передачи ССП (прямолинейное распространение  радиоволн с ретрансляцией их бортовым ретранслятором ИСЗ, находящимся  в пределах радиовидимости земных станций, между которыми осуществляется радиосвязь);

ионосферные системы передачи на декаметровых волнах (дальнее распространение декаметровых волн за счёт отражения от слоёв ионосферы);

космические системы передачи (прямолинейное распространение  радиоволн в космическом пространстве и атмосфере Земли);

ионосферные системы передачи на метровых волнах (дальнее распространение  метровых волн благодаря рассеянию  их на неоднородностях ионосферы) и  др.

 

История развития радиорелейной  связи

Изучение распространения  ультракоротких (метровых) радиоволн  в СССР началось в 1926 г. под руководством академика Б. А. Введенского, а первые линии связи на метровых волнах появились  в 1932 … 1934 гг. В 1946 г. в Киргизии была организована радиорелейная линия  протяжённостью 250 км.

Развитие многоканальной радиорелейной связи относится  к началу 40-х годов, когда появились  первые 12-канальные радиолинии, использующие тот же, что и для кабельных  линий, способ частотного разделения каналов  и ту же каналообразующую аппаратуру, а также частотную модуляцию  сигнала.

Освоение природных богатств Дальнего Востока и Сибири потребовало  резкого увеличения протяжённости  ретрансляционных участков РРЛ для  обеспечения связью труднодоступных  и отдалённых районов страны. Для  создания линий связи, удовлетворяющих  этим требованиям, был использован  открытый в начале 50-х годов эффект дальнего тропосферного распространения  ДТР дециметровых и сантиметровых  волн. Используя ДТР, удалось создать  новый тип тропосферных радиорелейных  систем передачи ТРСП с расстояниями между соседними станциями 150 … 300, а в отдельных случаях и 600 … 800 км

Развитие космической  техники, пионерами создания которой  являлись такие советские учёные, как академики С. П. Королёв М. В. Келдыш, позволило создать спутниковые  системы передачи ССП. В 1965 г. вступила в строй первая советская спутниковая  система, использующая ИСЗ «Молния-1»  и предназначенная для передачи многоканальной телефонии и телевидения

Построение системы передачи зависит от многих факторов, таких  как вид сообщения, критерии качества передачи сигнала, стоимости и т. д. Обычно при проектировании систем передачи информации предполагается заданным вид сообщения, а также корреспондирующие  пункты. Уже на первом этапе проектирования должен быть сделан выбор наиболее подходящей системы, удовлетворяющей  требованиям к пропускной способности, качеству передачи и дальности связи  и учитывающей соображения социально-экономического характера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет структурной схемы устройства

Исходные данные: рабочая частота fр=2.0 ГГц, выходная мощность Рвых.=1.25 Вт, КСВН нагрузки - 1.2, вид модуляции – КАМ-16, нестабильность колебаний – 10^-6, число телефонных каналов – 300, параметры выходного тракта R_н = 50 Ом

Расчёт структурной схемы  каскадного передатчика начнём с  выходного каскада.

Выходная мощность, которую  должен обеспечить выходной каскад:

Р_вых.к= Р_вых.а∙а₁/(η_ф∙(1-1/(КСВН)²))                              (2.1)

где а₁=0.6 дБ – затухание, вносимое циркулятором; η_ф=0.9 – КПД антенно-фидерного тракта.

Р_вых.к=5.2 Вт

По величине Рвых.к из справочной литературы в качестве оконечного усилителя возьмём ЛБВ VAS-899YX1, имеющей паспортные данные: средняя выходная мощность Р_выхср=15 Вт, коэффициент усиления К_лбв=36 дБ, напряжение U_а1=7,0 кВ, U₀= U_а2=2.0 кВ, I_а1=20 мА, U_к=4.5 кВ,  I₀=100 мА, U_у.э=-60 В, U_у.э0=-750 В.

КАМ-16 модуляцию будем  осуществлять с помощью модулятора ADL5375 с параметрами: U_пит=5В. Напряжение внешнего генератора 0.5В со смещением в 0.7В,

Мощность внешнего генератора 20мВт, выходная мощность 0.01Вт.

Источником несущего сигнала  является кварцевый автогенератор  с частотой 125МГц,

 Частота с которого умножается в 16 раз с помощью двух варакторных умножителей на 4.

 

Структурная схема формирователя  радиосигнала цифровой РРЛ

Рис 2.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет принципиальной схемы

3.1 Расчет автогенератора

Исходные данные: f_p = 125 МГц, относительная нестабильность 10^-7 , выходная мощность 14.5мВт, выходное напряжение: амплитуда 0.5В со смещением 0.7В

Рис 3.1.1

Автогенератор представляет собой емкостную трёхточку, которая образована транзистором VT1, кварцевым резонатором ZQ1, выполняющим роль индуктивности, и конденсаторами С2 и С3. Резисторы R1, R2, R3 обеспечивают внешнее и автоматическое смещение для транзистора. Конденсатор С1 служит для блокировки резистора R3 на рабочей частоте, что исключает отрицательную обратную связь. Дроссель L к включен для того, чтобы не зашунтировать трёхточку через источник питания Eк. Резисторы R4 и R5 являются простейшим делителем напряжения. Нестабильность кварца 10^-7.

Расчёт по постоянному  току.

Выберем транзистор КТ325, h22=1мкСм β=70.

Задаём постоянную составляющую коллекторного тока I_К0,напряжение между коллектором и эмиттером Е_КЭ и напряжение на эмиттере Е_Э.

I_К0 = 10 mA, Е_КЭ = 2 B и Е_Э = 1 B.                             (3.1.1)

Рассчитываем сопротивление  автосмещения в эмиттерной цепи

R₃ =Е_Э / I_К0 = 1/ 10 ∙ 10^-3 = 100 Ом                             (3.1.2)

Рассчитываем напряжение источника питания 

E_K = Е_КЭ + Е_Э = 2 + 1 = 3 B.                                        (3.1.3)

Определяем ток базы

I_Б0 = I_К0 /β₀ =10 ∙ 10^–3 / 70 = 143 мкА.                         (3.1.4)

где β₀ – коэффициент передачи тока транзистора.

Задаём ток делителя напряжения цепи фиксированного смещения

I_ДЕЛ =  (10…20) ∙ I_Б0 = 10 ∙ 143 ∙10^-6 = 1.43 мА.        (3.1.5)

Определяем сопротивление  делителя напряжения

R_ДЕЛ = R₁ + R₂  =E_K / I_ДЕЛ = 3 / 1.43 ∙ 10^-3 = 2.1 кОм.  (3.1.6)

Определим напряжение смещения на базе транзистора

Е_Б = Е_Э +0.7 = 1 + 0.7 = 1.7 В.                                     (3.1.7)

Найдем значения сопротивлений  R₁ и R₂

R₁ = Е_Б / I_ДЕЛ  = 1.7 / 1.43 ∙ 10^-3 = 1.2 кОм                    (3.1.8)

R₂ = R_ДЕЛ – R₂  = 2.1 – 1.2 = 0.9 кОм.                           (3.1.9)

Расчёт по переменному  току.

Определяем крутизну транзистора:

S =

                                                                 (3.1.10)

где - высокочастотное сопротивление базы, - сопротивление эмиттерного перехода.

= τ_К / С_К = 550 ∙ 10^-12 / 1 ∙ 10^-12 = 550 Ом,               (3.1.11)

где τ_К – постоянная времени цепи обратной связи, С_К – ёмкость коллекторного перехода

= 26 / I_К0 = 26 / 10 = 2.6 Ом.                                   (3.1.12)

S = 70 / ( 550 + 70 ∙ 2.6) = 95.2 мА/В.                        (3.1.13)

Зададим коэффициент регенерации  G_P = (3…7) = 5 и определим управляющее сопротивление

R_У = G_P / S = 5 / 95.2 ∙ 10^-3 = 52.5 Ом.                             (3.1.14)

Зададим коэффициент обратной связи автогенератора К^’_ОС = С₃ / С₂ = 1 и вычислим реактивное сопротивление емкости С₃

X₃ =

= = 36.6 Ом,                               (3.1.15)

где r_кв - сопротивление кварцевого резонатора, которое находится по формуле

r_кв = 1 / ω ∙ C_k ∙ Q_k = 1 / 2 ∙ π ∙ 125 ∙ 10⁶ ∙ 1 ∙ 10^-15 ∙ 2 ∙ 10⁸ = 25.5 Ом.  (3.1.16)

C_k  - емкость кварцевого резонатора,  Q_k – добротность кварцевого резонатора.

Найдем емкость конденсаторов  С₂ и С₃

С₂ = С₃ = 1 / ω_кв ∙ X₃ = 1 / 2 ∙ π ∙ 125 ∙ 10⁶ ∙ 36.6 = 34.8 пФ.                (3.1.17)

Вычислим ёмкость блокировочного конденсатора

С₁ = (10…20)

= 10 / 2 ∙ π ∙ 125 ∙ 10⁶ ∙ 2.6 = 4.9 нФ,                   (3.1.18)

Рассчитаем индуктивность  блокировочного дросселя

L_k = (20…30)

= 30 ∙ 36.6 / 2 ∙ π ∙ 125 ∙ 10⁶ = 1 мкГн.                (3.1.19)

Энергетический расчёт автогенератора.

Определим коэффициент Берга  γ₁ = 1 / G_p и через него коэффициенты α₀  и α₁.

γ₁ = 1 / G_p = 1 / 5 = 0.2;  θ = 60˚                                                          (3.1.20)

γ₀ = 0.11;  α₀ = 0.21;  α₁= 0.4.

Вычисляем амплитуду импульса коллекторного тока

I_mk = I_k0 / α₀(θ) = 10 ∙ 10^-3 / 0.21 = 47.6 mA.                                       (3.1.21)