Радиопередатчик кв диапазона

Введение

 

За последнее время  существенно повысился технический  уровень электронной техники. Быстрое  развитие требует создания все более  точного и сложного автоматизированного  технологического оборудования для  изобретения более сложных и  совершенных устройств с лучшими  характеристиками и параметрами, меньшими габаритами.

Большое значение имеют средства передачи и приема информации. Сегодня  существуют различные информационные системы связи: радиорелейная, оптическая, мобильная, спутниковая и другие.

Особое место в электронной  технике занимают радиопередающие устройства. Радиопередающим называется устройство, предназначенное для выполнения двух основных функций – генерации электромагнитных колебаний и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Их история начинается с 1887 года, немецкий физик Генрих Рудольф Герц изобрёл и построил радиопередатчик и радиоприёмник, провёл опыты по передаче и приёму радиоволн, чем доказал существование электромагнитных волн, исследовал основные свойства электромагнитных волн. Первые радиопередатчики искрового принципа действия на основе катушки Румкорфа были очень просты по конструкции — излучателем радиоволн служил искровой разряд, а модулятором являлся телеграфный ключ. С помощью такого радиопередатчика информация передавалась в кодированной дискретной форме — например азбукой Морзе или иным условным сводом сигналов. Следующим этапом было использование в передатчике электромашинного генератора переменного тока. Такой генератор позволял получить достаточно стабильные колебания определенной частоты, которую можно изменять, регулируя частоту вращения ротора генератора. Сигнал такого генератора можно модулировать по амплитуде, что позволяет передавать по радио звуковой сигнал . До 1950-х годов электромашинные передатчики использовались в радиовещании и радиосвязи. Так, в 1925 г. на Октябрьской радиостанции в Ленинграде были установлены два генератора мощностью 50 и 150 кВт конструкции В. П. Вологдина. Как исторический памятник в Швеции сохраняется в рабочем состоянии радиостанция Гриметон (открыта в 1925 г.) с генератором Александерсена мощностью 200 кВт. Изобретение в 1913 году Мейснером (Германия) электронного генератора и дальнейшее развитие электронных вакуумных ламп позволило усовершенствовать устройство радиопередатчика и устранить недостатки искровых и электромашинных систем, а структурная схема радиопередатчика стала в общих чертах неизменной вплоть до настоящего времени. Дальнейшие изобретения в области связи и радиотехники — твердотельные аналоги электронных ламп (транзисторы), кварцевые резонаторы, новые виды модуляции и методы стабилизации частоты — сопровождались только количественными изменениями параметров радиопередатчиков: уменьшением размеров и потребляемой мощности, повышением стабильности и КПД, расширением частотного диапазона и т. д.  Важно знать общие принципы построения таких узлов радиопередающих устройств как формирователи и преобразователи измерительных сигналов, модуляторы, демодуляторы и др., иметь основные навыки их проектирования, расчета и моделирования.

В настоящее время очень  часто используется вместе с радиоприёмником  и питающим устройством, вместе весь этот комплекс называется радиостанцией. Самостоятельно радиопередатчики используются в тех областях, где не нужен  приём информации в месте её передачи — сигналы точного времени, разнообразные  навигационные радиомаяки для определения  местоположения объектов, многопозиционная радиолокация, радиовещание, дистанционное  управление, телеметрия и т. Д

 

   1 Структурная схема радиопередатчика

Наш проектируемый передатчик может быть использован в радиовещательном диапазоне, персональной связи. Это обстоятельство доказывает неоспоримость актуальности разработки данной схемы передающего устройства.

Рисунок 1- Обобщенная структурная схема длинно- и средневолновых радиопередатчиков.

Радиопередатчик состоит из двух полукомплектов, мощности которых суммируются с  помощью мостового устройства. В  предварительных ВЧ широкополосных каскадах, не требующих перестройки при изменении частоты возбудителя, обычно применяют мощные транзисторы. В выходном ВЧ усилителе мощности используется несколько мощных генераторных ламп, суммируемых по параллельной или двухтактной схеме. В выходном каскаде и согласующем устройстве с антенной при изменении частоты возбудителя осуществляется автоматическая настройка контуров.             

           Блок питания, выполняемый на тиристорах, обеспечивает требуемыми напряжениями все ламповые и транзисторные каскады. При этом для анодов мощных генераторных ламп требуются напряжения более 10 кВ. В этой связи особое внимание уделяют безопасности обслуживающего персонала путем применения нескольких дублирующих друг друга устройств блокировки и электронной защиты, исключающих проникновение в зоны повышенной опасности без предварительного отключения высокого напряжения.

В радиопередатчике с помощью специальных датчиков осуществляется автоматический контроль нормальной работы всех его каскадов и звеньев и немедленной сигнализации в случае нарушения штатного режима. В возбудителе применяется синтезатор, создающий сетку частот с требуемым шагом. Нестабильность частоты, обеспечиваемая возбудителем, не превышает 10 Гц, а в синхронном режиме работы — 0,01 Гц. (Синхронным называется режим, при котором все радиостанции передают одно и то же сообщение на одной и той же несущей частоте, стабилизация которой осуществляется по принимаемому сигналу «единого времени»).

Амплитудная модуляция осуществляется одновременно в нескольких каскадах: в выходном и предварительных ВЧ усилителях мощности. Модулятор обеспечивает полосу частот от 50 до 10 000 Гц и весьма малый коэффициент нелинейных искажений!

Радиопередатчик в конструктивном отношении выполняют  в виде нескольких стоек стандартного размера со съемными блоками, на переднюю панель которых выносят органы управления и контроля. В каждом из стоек размещается устройство принудительного воздушного или жидкостного охлаждения.

 

1.1 Выбор амплитудной модуляции

Радиопередатчик должен обеспечивать:

―  генерирование  высокочастотных  колебаний  с  заданной  частотой  и  ее стабильностью;

―  получение требуемого уровня мощности; 

―  изменение  одного  или  нескольких  параметров  высокочастотных    колебаний  по  закону  передаваемого  сигнала,  т.  е.  обеспечивать заданную модуляцию.

Модуляция  в АМ  радиопередатчике определяется  в  зависимости  от  способа  получения  АМ  колебаний.  В  случае модуляции  смещением (изменение  напряжения  смещения  на  базе  в транзисторах и сетке в лампах) она осуществляется в одном из промежуточных усилителей.  При  этом  последующие  каскады  работают  в  режиме  усиления модулированных колебаний (УМК).

 

1.2 Расчет структурной  схемы радиопередатчика

 

Рассчитаем структурную  схему радиопередатчика.

   Заданными параметрами являются: мощность в антенне РА  или на входе фидера

РФ    глубина модуляции М, частота передатчика  f или диапазон частот  f 1-f 2,

K , нестабильность частоты  и диапазон модулирующих частот F 1-F 2.

  1.  Выбираем частоту задающего генератора  f ЗГ=125 кГц

                                               
   2. Рассчитаем мощности каскадов:    Р=                                                                          (1.2)

          где: Ра – мощность в антенне,  кВт;

                  Кр- коэффициент усиления по мощности оконечного каскада.

 

Исходя из формулы 1.2 рассчитаем Р

 

     Р₁ = кВт

     Р₂ =

     Р₃ =

     Р_{4 =}

Исходя из полученных после  расчёта данных,  построим общую  структурную схему данного телевизионного передатчика представленную на рисунке 2.

 

 

     Рисунок 2 – Структурная схема телевизионного радиопередатчика, полученная после выполнения расчет

 

 

        2 Обеспечение заданной выходной мощности

 Заданная полезная (номинальная)  мощность в работе— одно из  основных  требований  к  передатчику.  Ее  обеспечивает  выходной (оконечный)  каскад  передатчика.  Выбор  активного элемента (АЭ),  особенно  транзисторов,  для получения  заданной  мощности  передатчика —  сложная  задача,  так  как транзисторы имеют небольшую допустимую  мощность, таблица 1.1,  и их параметры сильно зависят от частоты. В связи с тем, что мощность передатчика составляет 500кВт, в оконечном каскаде передатчика будем использовать 6 генераторных ламп  ГУ-88А , включенных по двухтактной схеме.

    Максимальная  мощность  одного  транзистора   в  диапазоне   длинных, средних   и  коротких  волн  достигает  250  Вт,  метров

Таблица 1.1-Полезная мощность в зависимости от частоты диапазонах —

Диапазон волн, м	Мощность передатчика, кВт
	0,1…0,3	0,3…1	1…5	5…20
100…10000 10…100 1…10	0,65…0,7 0,6…0,65 0,55…0,6	0,7…0,75 0,65…0,7 0,6…0,65	0,75…0,8 0,7…0,75 0,75…0,8	0,8…0,85 0,75…0,8 0,8…0,85

 

 десятки ватт; по мере дальнейшего  уменьшения длины волны мощность  быстро  уменьшается. Следовательно,  получить  заданную мощность  передатчика  с  помощью  транзисторов  теми  же  приемами,  что  и  с помощью радиоламп, можно только при небольших мощностях. Здесь уместно отметить,  что  из-за  большого  разброса  параметров  транзисторы  при  их параллельном или последовательном включении в одном каскаде обеспечивают получение  заметно  меньшей  полезной  мощности,  чем  сумма  номинальных мощностей использованных транзисторов.

 

 

3 Определение числа и видов предварительных каскадов

Структурная  схема  радиопередатчика  разрабатывается  в  соответствии  с техническим  заданием.  При  курсовом  проектировании  техническое  задание однозначно включает:

―  мощность  радиопередатчика  А Р   в антенне или на  входе   фидера ФР , определяющая дальность действия радиосвязи;

―  рабочая частота  f  или диапазон рабочих частот  2 1... f f ;

―  нестабильность частоты 

―  полоса модулирующих частот  2 1...F F ;

―  вид и уровень  модуляции.

При АМ  глубина модуляции  определяется коэффициентом модуляции  М. Для  эффективной  передачи  информации  этот  коэффициент  задается  обычно максимальным, равным 1.

В  предыдущих  подразделах  получены  общие  принципы  построения проектируемого  передатчика:  выбран  способ  формирования  заданного  вида модуляции;  определен принцип построения  выходного каскада и тип применяемых в нем транзисторов;  выяснено,  что передатчик  должен  быть многокаскадным;  решен вопрос  о возможности применения  типового возбудителя или необходимости разработки автогенератора: определено число умножения частоты n.

Расчет  структурной  схемы  проводится  без  детального  расчета  режима каждого  каскада  на  основе  справочных  и  экспериментальных  данных  о транзисторах [2, 12, 13,  приложение 5].  Эти  данные  позволяют  подобрать несколько типов транзисторов, мощности и рабочие частоты, которые  близки к требуемым для рассматриваемого каскада. Выбор наиболее подходящего типа удобно вести с помощью таблицы 1.2, или другим наглядным способом. Одновременно  уточняют  схему каскада:  резонансная или широкополосная, однотактная  или двухтактная,  с общим эмиттером или с общей базой,  режим работы с отсечкой или без отсечки коллекторного тока. Определяются  входные и выходные  параметры отдельных каскадов,  их число,  тип,  количество  и схемы включения активных  элементов,  решаются вопросы стабилизации  частоты,  определяются  величины  питающих напряжений  и конкретные  виды  источников  вторичного  питания в соответствии с условиями эксплуатации.

Расчет  структурной  схемы  радиопередатчика  включает  в  себя  следующие основные этапы .  

1.  Оценку  целесообразности  применения  одного  из  известных   вариантов структурных схем. Выбор  вариантов схемы. 

2.  Распределение частот  колебаний во всех каскадах  передатчика. 

3.  Определение уровней  колебательной мощности по каскадам.

4.  Выбор активных элементов  и номинальных питающих напряжений.

5.  Оптимизация структурной  схемы передатчика на основе  реализуемых в предлагаемой схеме  значений частоты и мощности  колебаний. При  проектировании  структурных  схем  передатчика   следует руководствоваться  стандартами   на  соответствующие  передатчики  [12, 13, 14, 15, 16].

Частоту  задающего  генератора с параметрической стабилизацией  с целью получения  наилучшей  стабильности  частоты  следует  выбирать  в  пределах  3…5 МГц [10]. Частоту АГ с кварцевой стабилизацией  принимают в пределах нескольких десятков МГц.

Мощность  автогенератора  принимают  равной  единицам  милливатт,  в противном случае стабильность частоты АГ ухудшается. Умножители  частоты  в  современных АМ  передатчиках,  кроме  основного  назначения,  позволяют  уменьшить  влияние  последующих  каскадов  на  режим работы и частоту  АГ, а также повысить устойчивость работы высокочастотной части передатчика. Поэтому  умножители используются  даже  в  случаях,  когда рабочая  частота  передатчика  менее 5  МГц.  Поскольку  энергетические показатели умножителей  значительно  ниже показателей усилителей и они  тем ниже, чем выше коэффициент  умножения, то умножение более чем  в три раза в одном  каскаде  обычно  не  используются. При  этом АЭ  выбирается  исходя  из того,  что  выходная  частота  умножителя  не  должна  превышать  граничную частоту АЭ.

Преобразование  частоты  широко  применяется  в  канале  изображения телевизионных  передатчиков.  Промежуточная  частота  на  каждый формируемый высокочастотный сигнал составляет 30…35 МГц [10].

Расчет структурной схемы  начинается с выходного каскада. Колебательная мощность,  отдаваемая АЭ  выходного  усилителя  в  максимальном  режиме  при амплитудной  модуляции

где  А Р  — колебательная мощность  в антенне в несущем режиме;

ПК η  — КПД промежуточного контура;

АК η  — КПД антенного  контра;

М η  — КПД моста  сложения мощности;

N  — число АЭ в  выходном усилителе.