Цифровой передатчик низовой радиосвязи

Название	Напряжение питания, В	Напряжение изоляции, кВ	esd-защита, кВ	Скорость передачи данных	Полный/ полудуплекс	Количество узлов на шине
ADM2682E	+3,3; +5	5	15	16 Мбит/с	полный, полу	256
ADM2687E	+3,3; +5	5	15	500 Кбит/с	полный, полу	256
ADM2582E	+3,3; +5	2,5	15	16 Мбит/с	полный, полу	256
ADM2587E	+3,3; +5	2,5	15	500 Кбит/с	полный, полу	256

В нашей системе будет использоваться ADM2582E, так как он нам подходит по всем требуемым параметрам (главным образом по скорости передачи).

 

Структурная схема AD2582Е приведена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Структурная схема AD2582Е

 

Условное графическое изображение и назначение контактов представлены в Приложении В.

 

4.4 Устройства ввода/вывода

 

В качестве устройства ввода используется простая матричная клавиатура, т.к. кнопок для управления частотой много не потребуется.

Типичная схема подключения матричной клавиатуры к микроконтроллеру приведена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Схема подключения матричной клавиатуры к микроконтроллеру

 

В качестве устройства вывода используется символьный дисплей WH0802A компании Winstar, выполненный на основе контроллера HD44780. Дисплеи на основе данного контроллера характеризуются возможностью подключения по четырехбитной шине с использованием только 4-х выводов хост-контроллера для прередачи данных. При этом, кроме 4-х выводов данных нужно будет подключить ещё сигнал E и RS. Вывод RW нужен для того, чтобы контроллер дисплея мог определить, записываем или считываем мы с него данные. Если на нём 0 – значит запись, а 1 – чтение. Поскольку читать какие-либо данные из дисплея не придется, его соединяют с землёй.

Структурная схема дисплея на основе HD44780 приведена на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Структурная схема дисплея на основе HD44780

 

Назначение контактов дисплея представлено в Приложении Г.

 

4.5 Усилитель мощности

 

В системе будет использоваться узкополосный усилитель мощности, так как частотный диапазон удовлетворяет условию . Для активного элемента выбран граничный режим работы с углом отсечки θ = 900 исходя из рекомендуемых для ОФМ режимов работы [3]. Усиление мощности будет происходить в трех однотактных каскадах, построенных по схеме с общим эмиттером. Схема оконечного каскада, для которого будет проводиться расчет, приведена на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 – Оконечный каскад усилителя мощности

На приведенной схеме присутствует параллельная цепь автоматического смещения, с помощью неё легче обеспечивается развязка переменного и постоянного токов. Также данном случае применяется параллельная схема питания активного элемента, для которой характерно использование её совместно с фильтровыми и резонансными нагрузочными колебательными системами. К тому же в системе усиления для согласования каскадов по входному сопротивлению дополнительно применяются индуктивные и емкостные элементы, являющиеся также фильтровыми системами.

 

4.6 Выходная колебательная система

 

ВКС обеспечивает заданный уровень побочных излучений и является согласующим звеном с выходным сопротивлением 10 Ом. Однако для получения требуемого по заданию сопротивления на выходе, существует необходимость определения количества звеньев ВКС. Принято решение применить нечетное количество звеньев для создания инвертирующей ВКС.

В данной главе будет оценена минимальная требуемая добротность контуров, а также проверен такой параметр как уровень побочных излучений (-40 дБ). Уровень побочных излучений показывает: во сколько раз необходимо подавить вторую гармонику тока для работы только на первой. Расчет в этом случае будет сводиться лишь к отношению коэффициентов Берга, так как постоянные составляющие сокращаются при подстановке.

Для граничного режима работы и угла отсечки θ = 900 коэффициенты Берга для первой и второй гармоник равны:

,

(для одного звена).

Таким образом, используя 3 звена, можно с большим запасом обеспечить требуемый уровень побочных излучений.

Минимальная добротность:

 Значения частот в формуле  приведены в МГц. Таким образом для дальнейших расчетов возьмем значение добротности Q = 10. Остальные параметры элементов ВКС найдем после проведения расчетов оконечного тракта усилителя мощности. 
5 Техническое описание передатчика

 

Приведем параметры, требованиям которых должна удовлетворять стационарная радиоэлектронная аппаратура [4].

1) Прочность при синусоидальных  вибрациях:
частота, Гц	20
линейное ускорение, м/с2	19,6
время выдержки, ч, не менее	0,5
2) Обнаружение резонансов в конструкции:
диапазон частот, Гц	10..30
амплитуда, мм	0,5..0,8
время выдержки, мин, не менее	0,4
3) Воздействие повышенной влажности:
влажность, %	80
температура, К	298
время выдержки, ч	48
4) Воздействие пониженной температуры:
температура предельная, К	233
температура рабочая, К	278
время выдержки, ч	2..6
5) Воздействие повышенной температуры:
температура предельная, К	328
температура рабочая, К	313
время выдержки, ч	2..6
6) Воздействие пониженного атм. давления:
температура, К	263
давление, кПа	61
время выдержки, ч	2..6
7) Прочность при транспортировании:
длительность ударного ускорения, мс	5..10
частота, мин-1	40..80
максимальное линейное ускорение, м/с2	49..245
суммарное число ударов, не менее	13000
8) Воздействие соляного (морского) тумана:
температура, К	300
дисперсность, мкм	1..10
водность, г/м3	2..3
время выдержки, ч	24

 

 

 

6 Электрический  расчет оконечного каскада усилителя  мощности

 

Схема оконечного каскада усилителя мощности приведена на рисунке 4.6. При расчете используется методика, приведенная в [3, стр. 72].

Осуществим выбор транзистора, руководствуясь при этом такими параметрами как выходная мощность и частотный диапазон. Таким образом, был выбран биполярный транзистор КТ913Б [5, стр.704].

Подробный ход расчета представлен в Приложении Д. В данной главе приведены готовые результаты по пунктам применяемой методики.

Напряжение питания транзистора равно Ек = 28 В. Остальные параметры приведем по пунктам:

1. коэффициент использования коллекторного напряжения в граничном режиме:

.

2. Амплитуда напряжения на коллекторе:

.

Предельный эксплуатационный параметр Екдоп в 60 В соблюдается:

.

3. Амплитуда первой гармоники тока:

.

4. Постоянная составляющая коллекторного тока:

.

5. Потребляемая мощность:

.

 

6. Коэффициент полезного действия:

.

7. Сопротивление нагрузки:

.

8. Амплитуда тока возбуждения (базовый ток первой гармоники):

.

9. Напряжение на входе и напряжение смещения:

.

В граничном режиме напряжение смещение равно напряжению отсечки. В нашем случае примем его равным Eсм = E’ = 0,6 В, что делает возможным определить сопротивление R14:

.

10. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

.

Далее проводится вычисление параметров для согласующих индуктивных и емкостных элементов. В виду того, что усилительные каскады схожи по своему строению, положим, что выходное сопротивление второго каскада усиления равно сопротивлению нагрузки, рассчитанному в пп.7 для третьего каскада. Для дальнейших расчетов используем методику, приведенную в [6, стр.94]. Подробный расчет приведен в Приложении Е. В данной главе приведены лишь рассчитанные значения параметров. Также для стандартизации полученных значений параметры приводятся к стандартному ряду Е24. Данные по рассчитанным и приведенным параметрам сводятся в таблицу 6.1.

 

Таблица 6.1

Элемент	Расчетное значение	Значение согласно ряду Е24
С23	4,4 пФ	4,7 пФ
С24	13,355 пФ	15 пФ
L8	55,3 нГн	0,056 мкГн
L9	0,578 мкГн	0,62 мкГн
L10	16,599 мкГн	18 мкГн
R14	12,766 Ом	13 Ом
C26	7,799 пФ	8,2 пФ
C27	93,75 нФ	0,1 мкФ
C28	584,34 пФ	620 пФ
L11	10,565 мкГн	11 мкГн
C29	584,34 пФ	620 пФ

 

Далее производится расчет ВКС, который сведен к поиску недостающих параметров емкостных и индуктивных элементов. Подробный расчет приведен в Приложении Ж, в данной главе приведены лишь итоговые результаты. Аналогично с расчитанными значениями каскада усиления, полученные результаты также приводятся к стандартному ряду Е24. На основе проведенного расчета и приведения данных строится таблица 6.2.

На рисунке 6.1 обозначены переменные, применяемые в расчете, а также на рисунке 6.2 изображены рассчитываемые элементы ВКС.

Рисунок 6.1 

Рисунок 6.2

Таблица 6.2

элемент	расчетное значение	значение согласно ряду Е24
L12	8,967 нГн	9,1 нГн
C30	79,61 пФ	82 пФ
L13	1,99 нГн	2,2 нГн
L14	6,1544 нГн	6,2 нГн
C31	440,842 пФ	470 пФ
C32	478,232 пФ	510 пФ
C33	117 пФ	120 пФ

 

 

Заключение

 

В выполненном курсовом проекте был разработан цифровой передатчик низовой радисвязи, удовлетворяющий требованиям технического задания согласно варианту №690.

В основу работы спроектированного передатчика заложен принцип прямого цифрового синтеза, который в данном случае реализовывается с использованием современных элементов зарубежного производства. Развитие предлагаемой компаниями-разработчиками элементной базы для построения радиопередающих систем создает тенденцию к повышению простоты и эффективности проектирования радиопередатчиков под самые разные нужды. Возрастает и информационная поддержка разработчиков компаниями-производителями. Так, например, к используемой в данном курсовом проекте микросхеме, осуществляющей квадратурную модуляцию и синтез частоты, компанией Analog Device предлагается на богатый выбор применить одну из готовых и описанных схем-решений управления упомянутым синтезатором. Это значительно упростило проектирование.

Важно отметить, что помимо цифровых устройств, пристальное внимание в проделанной работе было уделено также и аналоговой схемотехнике, а именно были рассчитаны оконечный каскад усилителя мощности и выходная колебательная система. Полученные данные представлены в таблицах, а в спецификации к принципиальной схеме приведены рекомендованные аналоги рассчитанных элементов.