WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«Устройства формирования сигналов Презентация лекционного курса составила доцент кафедры радиотехники МИ (филиала) ВлГУ, к.т.н. Федосеева Е.В. ЛИТЕРАТУРА Основная: 1. Радиопередающие устройства: ...»

Устройства формирования

сигналов

Презентация лекционного курса

составила доцент кафедры радиотехники

МИ (филиала) ВлГУ, к.т.н. Федосеева Е.В.

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Радиопередающие устройства: учебник для вузов / Под ред. В.В. Шахгильдяна. –

3-е изд. – М.: Радио и связь, 2003. – 560 с.

2. Белов Л.А. Синтезаторы частот и сигналов: уч. пособие. – М.: САЙНС-ПРЕСС,

2002. – 80 с.:ил.

3. Белов Л.А. Формирование стабильных частот и сигналов: уч. пособие для вузов. – М.: Академия, 2005. – 224 с.: ил.

4. Ворона В.А. Радиопередающие устройства. Основы теории и расчета: уч. пособие – М.: Горячая линия-Телеком, 2007. – 384 с.: ил.

5. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. – М.: Высшая школа, 1989. – 232 с.

6. Радиопередающие устройства / Под ред. М.В. Благовещенского и Г.М. Уткина. – М.: Радио и связь, 1982. – 408 стр.

7. Проектирование радиопередатчиков: Учебное пособие. / Под ред. В.В.

Шахгильдяна – 4-е изд., перераб. - М.: Радио и связь, 2000. – 656 с.

8. Устройства генерирования и формирования сигналов: Методические указания к курсовому проектированию / Составители В.В. Костров, И.А. Курилов, К.К. Храмов.

Муромский институт ВлГУ. – Муром: ИПЦ, 2005. – 40 с.

9. Устройства генерирования и формирования сигналов: Метод. указания по выполнению лабораторных работ для студентов образовательных программ 210302.65 Радиотехника, 210303.65 Бытовая радиоэлектронная аппаратура / сост.: В.В. Костров, К.К. Храмов. – Муром: ИПЦ МИ ВлГУ, 2009. – 67 с.



ЛИТЕРАТУРА

Дополнительная:

1. Рыжков А.В., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике связи. – М.: Радио и связь, 1991. – 264 с.

2. Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ. / Под ред.

О.В. Алексеева. – М.: Радио и связь, 1987. – 392с.

3. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Г.М. Уткина. – М.:

Сов. радио, 1979. – 320с.

4. Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. – М.: Радио и связь, 1987. – 320с.

5. Повышение эффективности мощных радиопередающих устройств / Под ред.

А.Д. Артыма. – М.: Радио и связь, 1987. – 176с.

6. Кольцов Ю.В. Методы и средства анализа и формирования сверхширокополосных сигналов: Монография. - М.: Радиотехника, 2004. - 128 с.

7. Формирование прецизионных частот и сигналов: Учеб. пособие / Н.П. Ямпурин, В.В. Болотнев, Е.В. Сафонова, Е.Б. Жалнин. – Н.Новгород: ННГТУ, 2003. – 187 с.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Устройства, предназначенные для генерирования гармонических переменных токов радиочастот, называются радиогенераторами или генераторами радиочастот.

В радиопередающих устройствах вместо термина усилитель напряжения используют термины генератор или усилитель мощности.

Области использования радиопередающих устройств:

1. Передача информации: связь (телеграфная, телефонная, фототелеграфная, телевизионная), широковещание (телефонное и телевизионная), радиолокация, радионавигация и радиоуправление.

2. Обеспечение различных технологических процессов в промышленности: плавка металлов, нагрев металлических деталей, нагрев диэлектрических и полупроводниковых материалов и деталей из них с целью сушки, химических и физических превращений и т.д.





3. Проведение агротехнических мероприятий в сельском хозяйстве: сушка зерна, облучение семян для улучшения их всхожести и уничтожения вредителей, облучение посевов для повышения их биологической активности.

4. Осуществление лечебных мероприятий в медицине (прогрев внутренних органов и ВЧ и УВЧ - терапия), выполнение сложных хирургических операций – электроном, лазерный скальпель.

5. Проведение экспериментов и осуществление нужных технологических процессов ядерной физике и технике питания электродов ускорителей зараженных частиц, нагрев плазмы т.д.

6. Обеспечение высокочастотного питания измерительных схем и приборов (свип – генераторы, мосты переменного тока).

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОГЕНЕРАТОРОВ

1. Частота или диапазон частот генерируемых колебаний

2. Мощность, амплитуда генераторных колебаний

3. Возможность управления параметрами колебаний, вид управления

4. Уровень внеполосного излучения

5. Надежность, экономичность.

Частота или диапазон частот генерируемых колебаний Международным соглашением “Регламент радиосвязи”, подписанным в 1986 г., диапазоны частот от 3*103 Гц до 3*1012 разбит на полосы:

• 4 полоса: 3кГц-30кГц – диапазон очень низких частот;

10км – 100км – мириаметровые волны (мощные передатчики радионавигационных установок, сист. точного времени).

• 5 полоса: 30-300кГц – диапазон низких частот;

1-10км - километровые волны (радионавигационные системы, от 100 кГц – радиовещательный диапазон (ДВ), для связи на средние расстояния (500 км).

–  –  –

• 7 полоса: 3-30МГц – высокие частоты;

100м – 10м – декаметровые волны (КВ) радиовещание (КВ), СВ – системы личной связи (27МГц), системы морской связи, радиолокация (загоризонтная).

• 8 полоса: 30-300МГц – очень высокие частоты (ОВЧ);

10м – 1м – метровые волны (телевизионное вещание МВ-диапазона, УКВ – вещание, до 60МГц – для систем связи, свыше 100МГц – также системы связи – спец. связь.

Частота или диапазон частот генерируемых колебаний • 9 полоса: 300МГц – 3ГГц – ультравысокая частота (УВЧ) 1м – 10см – дециметровых волн.

(ДМВ-Т; 450-460МГц, 900 и 1800МГц - сотовые системы связи; 2400МГц – печи СВЧ.

Системы навигации, радиорелейная связь, некоторые классы спутниковых систем).

• 10 полоса: 3ГГц – 30ГГц – сверхвысокие частоты (СВЧ);

10см – 1см – сантиметровые волны (радиорелейные линии связи до 16ГГц, радиолокационные системы, спутниковая связь, спутниковое ТВ – 12ГГц).

• 11 полоса: 30-300ГГц – крайне высокие частоты (КВЧ) • 12 полоса: 300Гц – 3000ГГц – гипервысокие частоты (ГВЧ) (геодезические съемки).

• ИК-излучение (=100-0,8мкм - волоконно-оптическая техника, лазеры)

• Излучение видимого света (=0,3-0,8мкм) (лазеры, связь под водой).

• Ультрафиолетовое излучение ( 0,3мкм) (в медицине).

Частота или диапазон частот генерируемых колебаний

–  –  –

Комплекс антенн КВ диапазона для вещания в направлении стран Европы, Африки, Ближнего Востока и Латинской Америки Частота или диапазон частот генерируемых колебаний

–  –  –

Классификация радиопередающих устройств (РПдУ) РПДУ классифицируют по назначению, объекту использования, диапазону частот, мощности и виду излучения.

По назначению различают: радиосвязные, радиовещательные, телевизионные, радиолокационные, радиотелеметрические, радионавигационные и другие.

Объект использования определяется местом установки РПдУ: наземные стационарные, самолетные, спутниковые, корабельные, носимые, мобильные, т.е. устанавливаемые на автомобилях, железнодорожном транспорте и т.д.

По диапазону частот РПдУ различают: сверхдлинноволновые, длинноволновые, средневолновые, коротковолновые, ультракоротковолновые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые. Передатчики пяти первых диапазонов объединяются общим названием - высокочастотные, трех последних сверхвысокочастотные. Границей между РПдУ ВЧ и СВЧ является частота 300 МГц.

По мощности ВЧ сигнала, подводимого к антенне, РПДУ различают: малой - до 10 Вт, средней - 10...500 Вт, большой - 500 Вт...10 кВт, сверхбольшой - выше 10 кВт.

По виду излучения передатчики разделяют на работающие в непрерывном и импульсном режимах.

Для характеристики типа радиопередатчика следует указать, к какому виду он относится в каждом из пяти названных разрядов.

Пример 1. Радиосвязной радиопередатчик самолетного типа, УКВ диапазона, средней мощности, непрерывного излучения.

Пример 2. Радиолокационный радиопередатчик, мобильный, сантиметрового диапазона, сверхбольшой мощности, импульсного излучения.

13 Каскады радиопередающих устройств (РПдУ)

- автогенератор (генератор с самовозбуждением) - источник ВЧ или СВЧ колебаний;

различают кварцевые и бескварцевые автогенераторы;

- генератор с внешним или независимым возбуждением (ГВВ) - усилитель ВЧ или СВЧ сигнала по мощности; различают узко- и широкополосные генераторы;

- умножитель частоты - для умножения частоты колебаний;

- преобразователь частоты - для смещения частоты на требуемую величину;

- делитель частоты - для деления частоты колебаний;

- частотный модулятор, осуществляющий частотную модуляцию (ЧМ);

- фазовый модулятор, осуществляющий фазовую модуляцию (АМ);

- фильтры - для пропускания сигнала только в определенной полосе частот;

- сумматор (делитель) мощностей - для суммирование мощностей однотипных сигналов или деления сигнала по мощности в требуемое число раз;

- мостовое устройство - разновидность сумматора при сложении мощностей двух сигналов или делении в два раза мощности сигнала;

- направленный ответвитель - для отбора части мощности сигнала из основного канала его распространения;

- согласующее устройство - для согласования выходного сопротивления радиопередатчика с входным сопротивлением антенны;

- аттенюатор - для регулирования мощности сигнала;

- фазовращатель - для управления фазой сигнала;

- ферритовые однонаправленные устройства (циркуляторы и вентили) - для пропускания сигнала только в одном направлении;

- балластные сопротивления, в которых происходит рассеивание мощности.

Блоки радиопередающих устройств (РПдУ)

• блок усиления ВЧ или СВЧ сигнала по мощности, выполняемый из последовательно включенных генераторов с внешним возбуждением (ГВВ);

• блок умножителей частоты, применяемый в случае большого коэффициента умножения;

• синтезатор частот - для образования дискретного множества частот;

• возбудитель = синтезатор частот + частотный (или фазовый) модулятор;

• амплитудный модулятор - для осуществления амплитудной модуляции;

• импульсный модулятор - для осуществления импульсной модуляции;

• антенно-фидерное устройство (АФУ), соединяющее выход радиопередатчика с антенной = фильтр + направленный ответвитель + ферритовое однонаправленное устройство + согласующее устройство;

• блоки автоматического регулирования - для стабилизации или управления параметрами радиопередатчика. К их числу относятся: устройства автоматической подстройки частоты, автоматической перестройки электрических цепей усилительных каскадов, автоматической перестройки согласующего устройства, автоматического управления мощностью, автоматического поддержания теплового режима.

Современные устройства автоматического регулирования строятся на основе микропроцессора.

ТИПОВАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РАДИОГЕНЕРАТОРА

Возбудитель как правило - цифровой синтезатор частот ( кварцевый (опорный) автогенератор (КАГ), делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) и устройство автоматической подстройки частоты). Частота КАГ обычно не превышает 100 МГц. Поэтому в РПдУ включаются умножители частоты. Получение требуемой выходной мощности радиопередатчика осуществляется с помощью блока усиления мощности. При выходной мощности передатчика, превышающей мощность одного прибора, в выходном каскаде происходит суммирование мощностей генераторов.

Антенно-фидерное устройство (фильтр для подавления побочных излучений радиопередатчика, датчики падающей и отраженной волны и согласующее устройство). При работе в СВЧ диапазоне вместо СУ обычно применяется ферритовое однонаправленное устройство - вентиль или циркулятор.

Частотная модуляция осуществляется в возбудителе радиопередатчика, фазовая - в возбудителе или ВЧ умножителях и усилителях, амплитудная и импульсная - в ВЧ усилителях.

Блок автоматического управления - для автоматической стабилизации параметров РПдУ (мощности и температурного режима), защиты при нарушении нормальных условий эксплуатации (например, при обрыве антенны) и управлении (включение-выключение, 16 перестройка по частоте).

Параметры радиопередающих устройств (РПдУ)

• Диапазон частот несущих колебаний

• Число частот внутри этого диапазона. В самом простом случае радиопередатчик может быть одночастотным

• Шаг сетки рабочих частот в заданном диапазоне. Радиопередатчик может работать на любой из фиксированных частот внутри диапазона. Недопустимо излучение радиопередатчика вне закрепленного за ним диапазона частот и на частоте, отличной от фиксированной сетки частот;

• Нестабильность частоты несущих колебаний. Различают абсолютную и относительную нестабильность частоты, долговременную и кратковременную.

Абсолютная нестабильность частоты - отклонение частоты излучаемого сигнала от номинального значения частоты.

Относительная нестабильность частоты отношение абсолютной нестабильности частоты к ее номинальному значению (обычно не превышает (2...3)10-6). При любом виде модуляции - амплитудной, частотной, фазовой и импульсной - спектр сигнала становится или линейчатым или сплошным занимая определенную полосу частот. При этом спектр должен укладываться в выделенную для него полосу. Иначе излучения одного радиопередатчика могут мешать другим радиопередатчикам

• Выходная мощность несущих колебаний - активная мощность, поступающая из радиопередатчика в антенну. Антенна имеет входное комплексное сопротивление.

Мощность, рассеиваемая в активной составляющей сопротивления, и есть выходная мощность радиопередатчика, излучаемая антенной

• Суммарная мощность, потребляемая радиопередатчиком от источника или блока питания по всем цепям

• Коэффициент полезного действия, или промышленный КПД - отношение выходной мощности радиопередатчика к потребляемой.

• Вид модуляции и его параметры. При амплитудной модуляции таким параметром является коэффициент модуляции, при частотной - девиация частоты, при фазовой - девиация фазы, при импульсной - длительность импульса и период их 17 повторения.

Параметры радиопередающих устройств (РПдУ)

• Параметры передаваемого сообщения (речевого, факсимильного, телевизионного, телеметрического, в т.ч. считываемого с компьютера и др.). Сообщение может передаваться в форме аналогового или цифрового сигнала. При аналоговом сообщении основным характеризующим его параметром является полоса частот спектра сигнала, при цифровом — число бит в секунду.

• Параметры, характеризующие допустимые искажения передаваемого сообщения. В результате процесса модуляции исходное сообщение претерпевает некоторые изменения (искажается). Например, при передаче сообщения в виде синусоидального сигнала таким параметром является коэффициент нелинейных искажений, определяющий появление в исходном сигнале 2, 3-й и последующих гармоник. При передаче импульсных сигналов искажения можно характеризовать по изменению формы сигнала - допустимой длительности фронта.

• Побочные излучения радиопередатчика. Из-за нелинейности каскадов РПДУ в спектре излучаемого сигнала появляются побочные составляющие. Побочные излучения, лежащие за пределами, но вблизи выделенной полосы частот, называются внеполосными. Кроме них радиопередатчик может излучать высшие гармоники и субгармоники. В РПдУ устанавливается норма на их значение в абсолютных или в относительных единицах к мощности основного излучения.

Обычно эта норма составляет не менее -60 дБ, т.е. по мощности побочное колебание должно быть меньше мощности основного не менее чем в 10 раз.

• Нормы, связанные с управлением радиопередатчика: время установления в нем нормального режима работы после включения, время перехода с одной частоты несущей на другую, режим полной или частичной мощности излучения и другие требования.

• Нормы на надежность и долговечность, массу и габаритные размеры радиопередатчика устанавливают в соответствии с общими нормами для радиотехнической аппаратуры. В РПДУ повышенной мощности устанавливаются специальные нормы, диктуемые техникой безопасности.

Виды модуляции и возможности управления Процесс управления радиогенератором называется модуляцией. Устройства модуляции – модуляторы.

Аналоговые методы модуляции (непрерывным сигналом)

1. Амплитудная модуляция (АМ) Двухполосная модуляция (ДБП).

Однополосная модуляция (ОБП (SSB)).

2. Угловая модуляция. Если управляем частотой – частотная (ЧМ), фазой – фазовая модуляция (ФМ).

Импульсные методы модуляции. Если скважность невелика (несколько единиц), то такой вид модуляции называется манипуляцией. С помощью импульсов мы изменяем какой-либо параметр сигнала.

Амплитудная манипуляция, Частотная манипуляция с непрерывной фазой.

Фазовая манипуляция.

Импульсная модуляция осуществляется в 2 этапа:

а) информация о передаваемом сигнале закладывается в изменение параметров импульсной последовательности (сигнал модулирует импульсную последовательность)

б) осуществляется модуляция полученной импульсной последовательности радиосигнала.

1) Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ)

2) Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

3) Время-импульсная модуляция (ВИМ)

4) Кодо-импульсная модуляция (КИМ)

5) Дельта-модуляция 19 Виды модуляции и возможности управления Амплитудная модуляция (АМ) Amplitude modulation (AM)

–  –  –

Та полоса частот, в которой находится модулированный сигнал, называется основным излучением.

Генератор – нелинейная система, поэтому возникают дополнительные спектральные составляющие – продукты преобразования.

Наиболее мощными являются сигналы с частотами, кратными частоте основного сигнала 2fп, 3fп, которые называются высшими гармониками, кроме них в некоторых генераторах возник комбинационные частоты fп/2, fп/3 – низшие гармоники (субгармоники) Возникают также комбинационные частоты, которые определяются суммарными и разносторонними частотами. Кроме этого всегда присутствует шумовое излучение.

Все, что лежит вне основной полосы излучения, называется нежелательным излучением (внеполосным).

ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (ГВВ)

–  –  –

Назначение электрических цепей состоит в согласовании входного и выходного сопротивлений электронного прибора с источником и нагрузкой и в фильтрации высших гармоник сигнала.

Электронный прибор может быть представлен в виде генератора тока i Г, имеющего внутреннюю проводимость Yi, входного э.вх и выходного э.вых, сопротивлений. Эти элементы являются нелинейными и частотно-зависимыми.

Конечная цель анализа работы ВЧ генератора:

• определение его энергетических параметров - выходной колебательной мощности ВЧ сигнала, поступающего в нагрузку, P1 ; мощности потребления по постоянному току от источника питания;

коэффициента полезного действия (КПД) P1 P0, коэффициента усиления по мощности K P P1 P1вх, где P вх - мощность входного источника сигнала;

, 1

• определение условий оптимального режима работы ВЧ генератора согласно определенному критерию. Такими критериями могут являться: максимум колебательной мощности в нагрузке, максимальный КПД, максимальный коэффициент усиления по мощности, минимум искажений, вносимых усилителем в сигнал, максимальная ширина полосы пропускания;

• расчете и построении различных характеристик генератора: динамической, нагрузочной, амплитудной, фазоамплитудной, амплитудно-частотной, фазочастотной и др.

Характеристики ГВВ Нагрузочные характеристики ГВВ зависимости его выходных электрических параметров (колебательной мощности, потребляемой мощности и мощности рассеивания в электронном приборе, амплитуд первых гармоник тока и напряжения, постоянной составляющей тока и КПД) от сопротивления нагрузки генератора.

С их помощью можно выбрать оптимальный режим работы генератора по различным критериям (например, получению максимального КПД) и определить влияние изменения нагрузки (например, влияние входного сопротивления антенны) на выходные параметры ГВВ.

Характеристики ГВВ При подаче на вход ВЧ генератора синусоидального сигнала, сигнал на его выходе или нагрузке отличается от входного амплитудой сигнала и фазой.

Амплитудные характеристики - зависимости амплитуды и фазы выходного сигнала от амплитуды входного сигнала:

вых вых вх U вх U вых U вх С помощью амплитудных характеристик, определяемых в одночастотном режиме работы, можно, например, рассчитать выходной комбинационный спектр при многочастотном входном сигнале.

Частотные характеристики - зависимости номинального коэффициента усиления по мощности ВЧ генератора и фазы выходного сигнала от частоты входного сигнала:

вых вых вх f K Pном f Данные характеристики определяют частотные свойства ГВВ. С помощью данной характеристики, построенной в одночастотном режиме работы, можно определить прохождение через усилитель широкополосных сигналов, а также использование ВЧ генератора в диапазонных радиопередатчиках без перестройки электрических согласующих цепей.

Согласование электронного прибора с источником возбуждения и нагрузкой

Номинальный коэффициент передачи или усиления четерехполюсника (ЧП) по мощности, равный отношению активной мощности, переданной в нагрузку к номинальной мощности источника возбуждения:

K P.ном Pн PГ. ном где K P. ном E i2 8 ReZ i - номинальная мощность источника возбуждения с амплитудой Ei и внутренним комплексным сопротивлением Zi ; Re( Z i ) Ri действительная (активная) часть этого сопротивления.

В активном четырехполюснике, т.е. содержащем усилитель, можно получить значение K P 1. В реактивном ЧП, т.е. содержащем только реактивные элементы (конденсаторы и индуктивности) - значение K P 1, поскольку такой ЧП не может усиливать сигнал по мощности. При реактивном ЧП в случае K P 1 имеет место оптимальное согласование источника возбуждения с нагрузкой, при котором номинальная мощность полностью, без потерь поступает в нагрузку.

Условиями оптимального согласования для входной и выходной согласующих цепей является выполнение соответственно следующих равенств:

Z i Z Z Z

–  –  –

uc, Ucm (uб, Uбm) – мгновенное значение и амплитуда входного ВЧ сигнала;

ес (еб) – мгновенное значение напряжения на сетке (базе);

Еc (Еб) – постоянное напряжение смещения сетки (базы);

Еa (Ек) – напряжение питания;

uа, Uаm (uк, Uкm) – мгновенное значение и амплитуда выходного ВЧ сигнала на контуре; еа (ек) – мгновенное значение напряжения на аноде (коллекторе) ec E c uc E c U cm cos t ea E a u a E a U am cos t Ссв – для связи ГВВ с нагрузкой, не пропускает постоянное напряжение на выход ГВВ;

Lдр, Сбл – не пропускает ВЧ сигнал в цепь питания;

Основные классы колебаний

–  –  –

•Уравнение баланса в анодной цепи ГВВ P0 P1 Pa P1 0,5U am I a1 - мощность 1-й гармоники сигнала в анодной цепи (выходная мощность ГВВ);

P0 E a I a 0 - мощность, потребляемая от источника питания по цепи анода;

Ра - мощность, рассеиваемая в виде тепла анодом лампы.

•КПД ГВВ P 0,5 I a1U am 1 0,5 1 0 P0 I a 0 Ea U am E - коэффициент использования анодного напряжения

•Уравнение баланса в сеточной цепи ГВВ Pc1 Pc 0 Pc Pc1 0,5U cm I c1 Pc 0 E c I c 0

ДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГВВ

Динамическая характеристика – зависимость мгновенных значений выходного тока от напряжения ia = f(ea) или iк = f(eк).

При угле отсечки = 90о:

E e a при t 90 0 ia a 1 R1 ia 0 при 90 0 t 180 0 R1 rQ Q Lk C k - сопротивление контура на частоте 1-й гармоники;

r - волновое сопротивление контура При изменении сопротивления анодной нагрузки по 1-й гармонике сигнала R1, меняется угол наклона у динамической характеристики: от 90о при R1 = 0 (КЗ) до 0о при R1 = (ХХ).

В ламповом ГВВ возможны три режима работы:

•граничный: динамическая характеристика касается линии граничного режима, значение сопротивления анодной нагрузки на частоте сигнала R1 = R1гр и амплитуда ВЧ напряжения Uam = Uam гр, импульс тока имеет косинусоидальную форму (случай 2);

•недонапряженный: динамическая характеристика не доходит до линии граничного режима, сопротивление анодной нагрузки на частоте сигнала R1 R1гр и амплитуда ВЧ напряжения Uam Uam гр, импульс тока имеет косинусоидальную форму (случай 1);

•перенаиряженный: динамическая характеристика пересекает линию граничного режима и далее с ней совпадает, сопротивление анодной нагрузки на частоте сигнала R1 R1гр и амплитуда ВЧ напряжения Uam Uam гр, импульс тока имеет косинусоидальную форму с провалом посередине (случай 3).

Расчет параметров ГВВ в критическом режиме

–  –  –

Нагрузочные характеристики лампового ГВВ зависимости его выходных электрических параметров (колебательной мощности P1, потребляемой P0, мощности рассеивания на аноде Pa, амплитуд первых гармоник тока Ia1 и напряжения Uam, постоянной составляющей тока Ia0 и КПД ) от сопротивления нагрузки ГВВ R1.

С их помощью можно выбрать оптимальный режим работы генератора и определить влияние изменения нагрузки на выходные параметры ВЧ генератора.

–  –  –

Поскольку в лампе паразитная емкость обратной связи CaкCac, то схема генератора с общей сеткой более устойчива, чем с общим катодом.

Поэтому на частотах выше 200...300 МГц в ГВВ используется схема с общей сеткой (ОС).

В схеме с общей сеткой:

P1 0,5U acm I a1 0,5U akm U ckm I a1 0,5U akm I a1 0,5U ckm I a1

–  –  –

Статические характеристики биполярного транзистора в схеме с ОЭ: выходные зависимости тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер и тока базы и входные - зависимости тока базы от напряжения эмиттер-база и коллекторэмиттер У кремниевых транзисторов напряжение отсечки E’б = 0,5...0,7 В.

В зависимости от того, какое напряжение приложено к эмиттерному и коллекторному переходу - прямое или обратное, различают 4 области на его статических характеристиках: отсечки (1), активная (2), насыщения (3), инверсная(4) При обратном напряжении UКЭ Uпроб происходит электрический пробой, сопровождаемый резким увеличением носителей заряда - их лавинным умножением (область 5). Этот режим недопустим, поскольку приводит к выходу прибора из строя.

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГВВ

Зарядовая модель биполярного транзистора в схеме с общей базой (ОБ) wгр - граничная частота усиления;

wa - граничная частота в схеме с ОБ;

a0 = wгр / w - коэффициент передачи тока на низкой частоте в схеме с ОБ (a0 1).

При частоте коэффициент передачи тока уменьшается в 1,41 раза по сравнению с 0.

KP - коэффициент усиления по мощности;

KU - коэффициент усиления по напряжению В схеме с общей базой: KP KU.

Зарядовая модель биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером wb - граничная частота в схеме с ОЭ;

b 0 = wгр / wb - коэффициент усиления по току на низкой частоте в схеме с ОЭ (b 0 1).

При частоте b коэффициент передачи тока b уменьшается в 1,41 раза по сравнению с b 0.

KP ОБ KР ОЭ 43

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГВВ

Модель транзистора для схемыс общим эмиттером

Предельно допустимые параметры транзистора:

• импульсное (пиковое) значение коллекторного тока;

• постоянная составляющая коллекторного тока в непрерывном режиме;

• пиковые значения напряжения коллектор-эмиттер и коллекторбаза (не более 45…65 В), не превышающие напряжение пробоя;

• пиковое значение обратного напряжения база-эмиттер (обычно не более 4...6 В), не превышающее напряжение пробоя этого p-n-перехода;

• мощность, рассеиваемая коллектором Превышение любого из перечисленных параметров приводит или к резкому сокращению долговечности транзистора, или к его отказу и выходу из строя 44

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГВВ

Структура и эквивалентная схема полевого транзистора ВЧ диапазона Статические характеристики полевого транзистора Предельно допустимые параметры мощного полевого транзистора:

• импульсное (пиковое) значение тока стока;

• постоянная составляющая тока стока в непрерывном режиме;

• постоянная составляющая тока затвора в непрерывном режиме;

• постоянное и пиковое значения напряжений сток-исток, затвор-исток и затвор-сток;

• мощность, рассеиваемая прибором Режимы работы транзисторного ГВВ

Порядок исследования транзисторного ГВВ:

• определение с помощью ВАХ форм тока и напряжения на его выходе;

• расчет энергетических параметров ГВВ (выходная мощности 1-й гармоники, потребляемая мощность и КПД);

• определение мощности входного сигнала и коэффициента усиления ГВВ по мощности;

• построение динамических, нагрузочных, амплитудных и частотных характеристик.

В транзисторных ГВВ возможны режимы работы :

• Недонапряженный (в 2 областях - активной (2) и отсечки (1) – рис. (а))

• Граничный (в 2 областях - активной (2) и отсечки (1) – рис. (а))

• Перенапряженный (в 3 областях - отсечки (1), активной (2) и насыщения (3) – рис. (б-г) при наличии только активной составляющей в нагрузке провал в импульсе располагается посредине (б), при добавлении к ней емкости – сдвигается влево (в), индуктивности - вправо (г) Режимы работы транзисторного ГВВ

–  –  –

Преимущества транзисторных ГВВ перед ламповыми:

• большая долговечность (сотни тысяч часов);

• низкое значение напряжения питания ( 30 В);

• практически мгновенная готовность к работе после подачи напряжения питания;

• высокая прочность по отношению к механическим перегрузкам;

• малые масса и габариты аппаратуры и возможности ее миниатюризации.

Недостатки транзисторных генераторов относятся:

• ограниченная мощность транзисторов и необходимость суммирования мощностей генераторов при повышенной мощности радиопередатчика;

• температура корпуса мощных транзисторов не должна превышать 60...70C;

• чувствительность к нарушениям эксплуатационного режима, в связи с чем требуется применение специальных схем защиты мощных транзисторов;

• низкий коэффициент усиления по мощности при приближении частоты усиливаемого сигнала к граничной частоте транзистора (обычно не более 3...6 дБ) и зависимости этого коэффициента от частоты согласно.

Ламповый генератор требует высокоомной нагрузки, а транзисторный - низкоомной. Во втором случае можно обеспечить широкую полосу пропускания генератора, что имеет важное значение при создании широкополосных систем радиосвязи.

Основное применение в современных радиопередатчиках находят транзисторные генераторы. В передатчиках повышенной мощности (несколько десятков и сотен киловатт) используются лампы.

Преимущества полевых транзисторов по сравнению с биполярными:

• большой коэффициент усиления по мощности и меньший коэффициент шума в СВЧ диапазоне;

• лучшая линейность амплитудной характеристики;

• лучшая температурная стабильность и радиационная стойкость.

В СВЧ диапазоне, начиная с частоты 1...2 ГГц большее применение находят генераторы с полевыми транзисторами.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ГВВ

В схеме ГВВ должно быть обеспечено:

1) питание (смещение) электродов активного (электронного) прибора постоянным напряжением, при этом подача постоянного напряжения не должна мешать прохождению сигнала.

2) прохождение полезного (ВЧ) сигнала; между управляющим электродом и общим проводом должна быть обеспечена подача сигнала возбуждения, а с выходного электрода должно быть обеспечено снятие выходного ВЧ сигнала.

3) требуемое сопротивление нагрузки.

Кроме того, в зависимости от требований схема ГВВ должна обеспечивать возможность перестройки по частоте, контроля режима, управления (защиты) аппаратуры при неисправностях и сигнализации в них и т.д.

Обобщенная схема ГВВ и условия оптимального согласования

–  –  –

3. Настройка одновременным изменением индуктивности и емкости Такая настройка позволяет сохранять параметры контура (волновое, последовательное и эквивалентное сопротивления, добротность ) сравнительно неизменными, при этом удается получить большее перекрытие по диапазону при достижимых коэффициентах перекрытия по емкости и индуктивности Схемы согласующих высокочастотных цепей

–  –  –

Когда появляется отраженный сигнал, возникают стоячие волны:

http://www.youtube.com/watch?v=-95qYDkxHSs Схемы согласующих высокочастотных цепей Оптимальное согласование передатчика с антенной означает передачу номинальной мощности выходного каскада радиопередатчика в активную составляющую RА(f).

Потери, связанные с передачей мощности от передатчика в антенну обусловлены активными потерями в фидере и отражением сигнала от антенны.

–  –  –

Назначение согласующего устройства – преобразование комплексного сопротивления антенны ZA в активное величиной Rвх.с=r.

Узкополосные выходные ВЧ-цепи, как правило, являются резонансными. В зависимости от их вида различают генераторы, построенные по простой или сложной схемам.

Выходные ВЧ-цепи, построенные по простой схеме, содержат одиночные колебательные контура.

У генераторов, построенных по сложной схеме, используется 2-х и более контурные системы со связанными контурами.

Схемы согласующих высокочастотных цепей

–  –  –

Нестабильность входного сопротивления возбуждаемого каскада может быть причиной изменения напряжения возбуждения.

Поэтому при проектировании генераторов :

1) используется перенапряженный режим работы возбудителя (при этом выходное напряжение каскада мало зависит от сопротивления его нагрузки);

2) применяется автосмещение (при этом стабилизируется ток Iвых);

3) в выходной контур возбудителя (параллельно входу возбуждаемого каскада) включается балансное сопротивление (при этом изменение входного сопротивления будет тем меньше, чем больше мощность, отдаваемая возбудителем по сравнению с мощностью, поглощаемой входной цепью возбуждаемого каскада).

КПД схемы межкаскадной связи - отношение мощности, поглощаемой входной цепью, к мощности, отдаваемой каскадом возбудителя P2 I K U вых ;

P1 I вх Чем меньше, тем стабильнее напряжение возбуждения.

На практике задаются: =0,10,9:

- для мощных выходных каскадов: = 0,80,95;

- для каскадов средней мощности: = 0,50,8;

- для каскадов малой мощности: = 0,20,5;

- для буферных каскадов или автогенератора (АГ): = 0,050,1.

Чем ближе каскад расположен к АГ, тем меньше, т.к. требуется повысить стабильность частоты АГ и ослабить реакцию на него последующих каскадов..

Схемы согласующих высокочастотных цепей Сложные схемы выхода

1) Схема с индуктивной связью: удобна с точки зрения изменения связи без изменения настройки контуров.

2) Схема с автотрансформаторной связью: проста т.к. нет перестраиваемой L.

3) Схема с емкостной связью: обладает хорошей фильтрацией высших гармоник (П-фильтр).

Недостаток – трудность регулировки Ссв. Lак - называется удлиняющей индуктивностью (если Сак - укорачивающая емкость)

4) Схема с комбинированной связью: применяется, когда между контурами требуется большая связь.

5) Многоконтурная схема: высокий коэффициент фильтрации, но низкий КПД, трудность настройки.

1) 3) 2) 4) 5)

–  –  –

Вывод: наличие только емкостных связей приводит к увеличению коэффициента фильтрации в n*n раз по сравнению с другими двухконтурными схемами. Более трех контуров в большинстве РПдУ не используется.

Основные рекомендации по улучшению фильтрации высших гармоник:

1) нагрузку необходимо включать в индуктивную ветвь;

2) целесообразно применять многоконтурную схему выхода, при этом связь между контурами должна быть емкостной, при этом необходимо учитывать уменьшение КПД

3) необходимо выбирать режим работы выходного каскада с = 90 (т.к. при этом в импульсе тока отсутствуют нечетные гармоники высшего порядка - 3, 5, 7, …);

4) применять дополнительные заградительные и режекторные фильтры, настраиваемые на нужную гармонику, 65

5) применять ФНЧ и ФВЧ

ФИЛЬТРАЦИЯ ВНЕПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Иллюстрация методов улучшению фильтрации высших гармоник

–  –  –

Согласующие электрические цепи в широкополосных ГВВ При необходимости работы в широкой полосе частот в схеме РПдУ требуется сложная настройка. Коэффициент перекрытия контурных систем по диапазону меньше 2. Это заставляет использовать широкополосные элементы. В технике современных РПдУ наблюдается тенденция к переходу на неперестраиваемые широкополосные схемы формирования сигналов.

Одной из широкополосных согласующих цепей является схема лестничного типа, составленная из LC-элементов.

Транзисторный ГВВ с такими цепями:

Коэффициент усиления ГВВ по мощности:

K P ( f ) K вх.ц ( f ) K Pт ( f ) K вых.ц ( f ) Поскольку собственный коэффициент усиления транзистора KPт() уменьшается с ростом частоты, то для обеспечения Kp()=const зависимости Kвх.ц() и Kвых.ц() должны иметь противоположный характер Согласующие электрические цепи в широкополосных ГВВ Основным элементом входных межкаскадных и выходных согласующих цепей широкополосных ГВВ является трансформатор, используемый для трансформации сопротивлений и напряжений.

- трансформатор с магнитной связью - узкополосный;

- трансформатор на отрезках линий (полосковых, коаксиальных) – широкополосный.

Разновидность широкополосного трансформатора (ШПТ) - тороидальный ферритовый магнитопровод, на котором располагается одна или несколько линий передачи, выполненных в виде скрученных проводов.

ШПТ используются как делители и сумматоры мощности, цепи связи, переходные устройства от симметричного выхода к несимметричному и наоборот. В ШПТ в качестве сердечника используется феррит с проницаемостью =10-500.

На сердечнике наматываются обмотки витым проводом. На относительно низких частотах передача энергии из одной обмотки в другую Rвх Rвых осуществляется за счет взаимной индуктивности. На относительно высоких частотах в обмотках возникает бегущая волна, за счет которой и осуществляется передача энергии. На средних частотах действуют оба этих фактора.

ШПТ характеризуется коэффициентом трансформации – отношением требуемого сопротивления на выходе к сопротивлению на входе.

RН /Rвх = N2 =|KU|2 = 1, 4, 9, 16, …, где N – число линий.

Коэффициент трансформации больше 4 не целесообразен. Полоса частот, которую может пропустить ШПТ – 5…6 октав. Коэффициент затухания в полосе пропускания – 0,3…6 дБ (КСВ=1,25). При увеличении частоты коэффициент трансформации падает и уменьшается полоса частот (причины: емкость витков и потери в сердечнике).

Согласующие электрические цепи в широкополосных ГВВ

ШПТ в основном используется для:

1) согласования входа и выхода,

2) получения инверсий фазы.

Схему можно использовать в качестве перехода для согласования нагрузки R на входе и 4R на выходе. Число витков в каждой катушке в два раза больше.

ШПТ может использоваться в качестве делителя мощности. Ниже приведена схема делителя мощности пополам.

Rб=4R, здесь Rб служит для устранения несинфазности.

Основное достоинство:

генераторы развязаны между собой.

При подаче сигналов обратном направлении получим схему сумматора мощности СМ.

СХЕМЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Схемы питания основных электродов

Задачи схем питания:

1) обеспечение необходимых для нормальной работы лампы или транзистора в выбранном и рассчитанном режимах постоянных напряжений между электродами;

2) пропускание постоянной составляющей токов электродов;

3) контроль режимов ламп или транзисторов по постоянным токам;

4) защита цепей постоянных токов электродов от возникновения аварийных режимов.

Выделяют следующие основные электроды – эмитирующий, управляющий и выходной.

Различают последовательную и параллельную схемы питания электродов.

Схема питания называется последовательной, если активный элемент (АЭ), нагрузка и источник питания соединены последовательно.

Последовательная схема питания составляется по следующим правилам:

- общий электрод соединяется с корпусом;

- один из полюсов источника питания соединяется с корпусом;

- все источники питания и измерительные приборы шунтируются конденсаторами;

- последовательно с основным электродом включается нагрузка для питания выходного электрода (или источник сигнала для питания управляющего электрода).

–  –  –

Примеры последовательных схем питания:

Достоинства последовательных схем питания – простота; дроссель не шунтирует анодный контур Недостатки – колебательная система находится под постоянным напряжением, что создается опасность для персонала при прикосновении; имеет место нагрев элементов контура.

СХЕМЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Схемы питания основных электродов В параллельной схеме питания пути постоянной и переменной составляющих разделены.

Примеры параллельных схем питания:

Примеры схем питания анода и управляющей сетки ламп:

СХЕМЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Схемы питания сеточных и базовых цепей (цепи смещения) Независимо от того, построена ли цепь питания по параллельной или последовательной схеме, напряжение смещения в ней может обеспечиваться:

- от отдельного источника;

- за счет постоянной составляющей сеточного (базового) тока;

- за счет постоянной составляющей катодного (эиттерного) тока.

Последние 2 способа пригодны при необходимости отрицательного смещения.

а) б) в) г) Схема а: достоинство – стабильность режима, недостаток – в момент включения потенциал сетки равен нулю и возможен всплеск анодного тока.

Схема б: лишена этого недостатка за счет катодного тока; недостаток – стабилизация режима по катодному току, что в ряде случаев нежелательно (например, при АМ).

Схема в: лишена предыдущего недостатка за счет смешанного смещения.

Схема г: использование для смещения падения напряжения на переходе Питание биполярных транзисторов не отличается от питания сеток ламп

СХЕМЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Схемы питания экранной и пентодной сеток ламп Основное условие обеспечения нормального действия данных сеток является прямое соединение их по ВЧ с катодом, для этого между сетками и катодом включаются блокировочные конденсаторы большой емкости. На экранную сетку подается постоянное напряжение Ес2, на пентодную – либо небольшое постоянное напряжение, либо она по постоянному напряжению соединяется с катодом. Напряжение подается либо от анодного питания или от отдельного источника.

Rc2 служит для стабилизации режима лампы и ее защиты в случае, если ток экранной сетки по какой-либо причине увеличивается.

Схема а: I=Ea/(R’c2+R”c2) Схема б: Rc2=0.1Ec2/Ic20

СХЕМЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Схемы питания цепей накала лампы Нить накала ламп может питаться как постоянным, так и переменным током при этом:

1) ток накала не должен быть меньше величины, обеспечивающей ток эмиссии катода;

2) через цепь накала замыкаются постоянные и переменные составляющие катодного тока и цепь накала должна представлять для них малое сопротивление;

3) цепь накала должна быть реализована так, чтобы обеспечивать равномерную нагрузку катода током;

4) в цепи накала при необходимости должны быть установлены измерительные приборы, контролирующие постоянные составляющие катодного тока и датчики системы защиты лампы от чрезмерного катодного тока;

5) в случае питания нити накала переменным током цепь накала должна быть построена так, чтобы обеспечить минимальную глубину модуляции ВЧ-колебаний генератора частоты, кратной частоте тока накала.

Варианты цепей накала:

–  –  –

Умножители частоты в РПдУ располагаются перед УМ, повышая в требуемое число раз частоту сигнала возбудителя.

Режим умножения частоты позволяет:

1) понизить частоту задающего генератора;

2) обеспечить кварцевую стабильность СВЧ колебаний;

3) расширить диапазон перестройки частоты передатчика;

4) снизить обратную связь между мощными и маломощными каскадами, что обеспечивает дополнительную стабильность частоты колебаний;

5) увеличить девиацию частоты и фазы.

По принципу действия умножители подразделяют на: основанные на синхронизации частоты автогенератора внешним сигналом, в n раз меньшим по частоте (рис. а), и с применением нелинейного элемента, искажающего входной синусоидальный сигнал, и выделением из полученного многочастотного спектра требуемой гармоники (рис. б).

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ

По типу используемого нелинейного элемента умножители частоты второго вида подразделяют на транзисторные и диодные.

Основные параметры умножителей частоты:

• коэффициент умножения по частоте n;

• выходная мощность n-й гармоники Рn,

• входная мощность 1-й гармоники Р1,

• коэффициент преобразования Кпр=Рn/Р1;

• КПД =Рn/Р0,

• уровень подавления побочных составляющих.

Недостатки режима умножения частоты:

1)c увеличением номера гармоники, мощность получаемого сигнала падает - снижение КПД

2) получение малых углов отсечки анодного тока связано с необходимостью использования больших отрицательных напряжений смещения и больших амплитуд напряжения возбуждения

3) необходимость большого эквивалентного сопротивления контура, нужного для получения критического режима На практике ограничиваются значением коэффициента умножения n = 2 или 3 и при необходимости включают последовательно несколько умножителей частоты, чередуя их с усилителями.

Транзисторный умножитель частоты

–  –  –

Диодные умножители частоты (используются в СВЧ диапазоне) Работа диодных умножителей частоты основана на использовании эффекта нелинейной емкости. В качестве последней используется барьерная емкость обратно смещенного р-n-перехода. Полупроводниковые диоды, специально разработанные для умножения частоты, называются варакторами.

–  –  –

Можно подобрать режим генератора, работающего на двух соединенных параллельно лампах так, что при выходе из строя одного прибора отдаваемая мощность не изменится. Для этого необходимо, чтобы при нормальной работе обоих приборов генератор работал в перенапряженном режиме при Rкаж=2Rэ кр. В этом случае каждый прибор будет отдавать мощность в 2 раза меньше его номинальной мощности.

Параллельная работа приборов имеет недостатки:

• увеличение входной, выходной, проходной емкости;

• необходимо принимать специальные меры против паразитного самовозбуждения на дополнительных контурах, составленных из внутренних емкостей и индуктивностей (дополнительные сопротивления);

• необходимо принимать меры для обеспечения синфазности токов (регулирование напряжения возбуждения).

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НЕСКОЛЬКИХ АЭ НА ОБЩУЮ НАГРУЗКУ

Двухтактное включение активных элементов Напряжения на базы транзисторов подаются со сдвигом по фазе на 1800.

Такое включение может рассматриваться с точки зрения токов основной частоты, как последовательное соединение электронных приборов.

Подобные схемы можно представить в виде 2-х ГВВ, соединенных по ВЧ в точке нулевого потенциала. Оба ГВВ, возбуждаются в противофазе и поэтому их токи основной частоты протекают в противофазе. Положительные амплитуды импульсов выходного тока совпадают по времени с амплитудным значением импульсов, поэтому нечетные гармонические составляющие будут протекать в выходных цепях генераторов в противофазе. Четные гармоники, как и постоянные составляющие, будут протекать в обоих генераторах в фазе На обоих контурах при идентичных генераторах будет иметь место двойное напряжение основных частот и нечетных гармоник и, следовательно, не будет напряжения четных гармоник (они противофазны). В общем проводе токи нечетных гармоник протекают в противофазе и компенсируются. Токи постоянной составляющей и четных гармоник складываются.

–  –  –

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НЕСКОЛЬКИХ АЭ НА ОБЩУЮ НАГРУЗКУ

Двухтактное включение активных элементов

Преимущества двухтактной схемы:

• удобна для работы на симметричную нагрузку;

• в нагрузке ослаблены четные гармоники, особенно при индуктивной связи промежуточного контура с нагрузочным;

• в ряде схем удается ослабить требования к блокировочным элементам;

• за счет поочередности работы электронных приборов удается линеаризовать входное сопротивление каскада;

• Реализуются новые режимы работы, например, широкополосное линейное усиление при работе транзисторов с отсечкой коллекторного тока (класс В)

• меньше влияние паразитных емкостей электронных приборов.

Недостатки:

• возникает проблема электрической прочности, т.к. существующие в двухтактной схеме высокочастотные напряжения в 2 раза больше, чем в однотактной схеме такой же мощности на таких же электронных приборах;

• возникает задача симметрирования схемы - необходим подбор одинаковых элементов плеча.

Основная разница между схемами с параллельным и двухтактным включением: если резонансное сопротивление контура равно Rэ, то в схеме с параллельным включением кажущиеся сопротивления нагрузки равны по 2Rэ, а в двухтактной схеме

– по Rэ/2. Для нормальной работы двухтактной схемы необходимо, чтобы напряжения возбуждения двух плеч были одинаковыми по амплитуде и противоположными по фазе.

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НЕСКОЛЬКИХ АЭ НА ОБЩУЮ НАГРУЗКУ

Сложение мощностей генераторов в общем контуре

–  –  –

При выключении одного блока мощность в общем контуре и сопротивление, вносимое в контур каждого блока, уменьшаются в (n/(n-1)) раз, следовательно, режим каждого блока станет более напряженным. Если до выключения одного блока все блоки работают в граничном режиме, то после выключения они перейдут в перенапряженный режим, и мощность, отдаваемая каждым блоком, может уменьшаться.

Сложение мощностей в общем контуре применяется в основном на ДВ и СВ. На КВ и УКВ не применяется вследствие трудностей, возникающих при перестройке, а также из-за сложности обеспечения синфазной работы блоков.

Недостаток этой схемы сложения мощностей - влияние изменения режима хотя бы в одном из блоков на режимы остальных блоков. 86

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НЕСКОЛЬКИХ АЭ НА ОБЩУЮ НАГРУЗКУ

Сложение мощностей с помощью мостовых схем

–  –  –

Некоторые недостатки можно устранить путем введения специальных мостовых схем:

Генераторы работают синфазно и мощность будет складываться в нагрузке при R б X L при раб, X L = 2 X С, R б = 4 R н

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НЕСКОЛЬКИХ АЭ НА ОБЩУЮ НАГРУЗКУ

Сложение мощностей с помощью устройств синфазного типа Можно использовать схемы с делителями (ДМ) и сумматорами мощности (СМ): ДМ – делит мощность между АЭ, обеспечивает развязку АЭ, обеспечивает согласование АЭ с возбудителем В качестве МД и МС используются трансформаторы сопротивления на LC-элементах:

В диапазоне СВЧ реактивные элементы реализуются в виде четвертьволновых микрополосковых линий:

Квадратный синфазный мост – сумматор

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НЕСКОЛЬКИХ АЭ НА ОБЩУЮ НАГРУЗКУ

Сложение мощностей с помощью квадратурных мостовых схем В мостовых устройствах разность фаз усиливаемых сигналов генераторов равна 900.

ВЧ-напряжения генераторов равны по амплитуде и имеют разность фаз 900.

Квадратурные МС используют, когда необходимо устранить в нагрузке появление отраженных сигналов, вызванных конечной степенью согласования сопротивления нагрузки с сопротивлением мостового устройства

–  –  –

Мощности всех ГВВ складываются в пространстве. Если сигналы придут синфазно, то мощность будет максимальна.

Принцип сложение мощностей в пространстве лежит в основе фазированных антенных решеток (ФАР).

ФАР подразделяют на линейные, плоские и цилиндрические Путем изменения фазы можно управлять диаграммой направленности.

Элементами антенных решеток являются директоры, щелевые вибраторы, рупорные, диэлектрические антенны и др.

Достоинства:

• возможность использования генераторов небольшой мощности,

• возможность управления диаграммой направленности ФАР Структурная схема РПдУ с ФАР

АВТОГЕНЕРАТОРЫ И СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ АВТОКОЛЕБАНИЙ

Назначение автогенератора (АГ) – генерация ВЧ колебаний.

Способы стабилизации частоты автоколебаний:

• параметрическая с использованием обычных колебательных систем;

• кварцевая с использованием в качестве резонатора кристалла кварца;

• с диэлектрическим резонатором (только в СВЧ диапазоне);

• молекулярная за счет индуцированного возбуждения атомов.

По типу электронного прибора и схеме различают два типа АГ:

• с применением электронного прибора с положительной обратной связи,

• с применением генераторного диода (туннельного, лавинно-пролетного или Ганна).

По взаимодействию с другими звеньями аппаратуры различают АГ, действующие:

- в автономном режиме,

- в режиме синхронизации частоты внешним сигналом,

- в составе устройства автоматической подстройки частоты.

По использованию в составе радиотехнического устройства различают АГ:

• опорные, с повышенной стабильностью частоты, синхронизирующие работу всех звеньев и каскадов устройства;

• диапазонные, перестраиваемые по частоте, в т.ч. в составе синтезатора частот.

Основные параметры АГ:

• диапазон частот,

• мощность автоколебаний в нагрузке,

• нестабильность частоты.

–  –  –

Уравнение баланса амплитуд указывает на необходимость пополнения энергии в контур за счет цепи обратной связи, которое покрывало бы потери в нем.

Уравнение баланса фаз указывает на соблюдение условия фазировки:

дополнительные колебания, вводимые в контур, должны совпадать по фазе с уже существующими.

–  –  –

Упрощенные схемы АГ:

а – емкостная трехточечная схема АГ, для которой К=С1/С2 ;

б – индуктивная трехточечная схема АГ, для которой К=L2/L1 ;

в – двухконтурная схема АГ Полные электрические схемы однотактного (а) двухтактного (б) транзисторных АГ с цепями питания и смещения.

Стабильность частоты АГ

Параметры АГ:

1) определяющие энергетические свойства АГ - колебательная мощность и КПД.

2) характеризующие частотные свойства АГ:

• диапазон частот f1 … f2, в пределах которого возможна перестройка частоты;

• номинальное значение частоты генерируемого сигнала fном;

• долговременная нестабильность частоты за определенный интервал времени;

• кратковременная нестабильность частоты и фазы сигнала;

• чистота спектра сигнала;

• уровень шума формируемого сигнала.

Из-за различных физических причин происходят изменения амплитуды и фазы сигнала:

u (t ) U 0 U 1 (t ) U 2 (t ) U ш (t ) coswном t 1 (t ) 2 (t ) ш (t ) где U1(t), 1(t) - медленные изменения амплитуды и фазы сигнала под влиянием внешних условий, например температуры; U2(t), 2(t) - периодические изменения амплитуды и фазы сигнала под влиянием пульсаций питающего напряжения или механических вибраций; Uш(t), ш(t) - случайные изменения амплитуды и фазы сигнала, например из-за дробового шума.

Поскольку фаза и частота связаны, то частота сигнала имеет те же составляющие:

f (t ) f ном f1 (t ) f 2 (t ) f ш (t ) где f1(t), f2(t), fш(t) - функции, описывающие медленные, периодические и случайные изменения частоты сигнала, первая определяет долговременную нестабильность частоты, 94 а две другие - кратковременную Стабильность частоты АГ Действие случайного сигнала приводит к модуляции шумом амплитуды и частоты несущих колебаний и размытию спектральной линии сигнала АГ. Источником этого шума является активное сопротивление потерь колебательной системы и поток носителей заряда электронного прибора. Второй фактор превалирует над первым, так как мощность тепловых шумов активных сопротивлений значительно меньше мощности шума электронного прибора.

Долговременная нестабильность частоты современных РПдУ составляет: 10-9…10-6 Факторы, влияющие на стабильность частоты АГ, называются дестабилизирующими (внутренние и внешние).

Внутренние факторы: неточность первоначальной установки частоты, изменение питающего напряжения, влияние нагрузки, прогрев элементов под действием выделяемого тепла в схеме, деградация элементов, ведущая к изменению их параметров со временем.

Внешние факторы: изменение температуры, влажности, давления окружающей среды;

механические воздействия, например вибрация.

Общие рекомендации по улучшению стабильности частоты АГ:

• уменьшить мощность АГ ( 10…20 МВт);

• ослабить связь с нагрузкой;

• стабилизировать питающие напряжения (отклонения 1…2%);

• уменьшить влияние влажности и давления (герметизация АГ);

• уменьшить влияние температуры (термостатирование АГ);

• увеличить добротность колебательной системы.

Кварцевые АГ Для получения высокой точности и стабильности частоты колебаний в АГ в качестве резонатора используется кварц. Такие АГ называются кварцевыми. Кварц относится к числу кристаллов, обладающих свойствами прямого и обратного пьезоэффекта.

Вблизи резонансных частот кварц можно заменить контуром с сосредоточенными параметрами (рис.). Различные виды механических колебаний в кварцевой пластине могут происходить на основной частоте или одной из нечетных гармоник.

Геометрические размеры, вид колебаний и тип среза пластины определяют электрические параметры кварцевого резонатора: частоту последовательного резонанса 1, добротность Q, отношение емкостей Ck/C0, температурный коэффициент частоты ТКЧкв и допустимую мощность рассеивания.

Максимальная частота кварцевых резонаторов достигает 150 МГц.

Кварц обладает частотой последовательного 1 и параллельного резонанса 2 C Ck C0 1 1 k 1 1 L1C1 2 1 Lk 2C 0 Ck C0 На частоте последовательного резонанса 1 сопротивление кварца мало Zкв=rk; на частоте параллельного 2 возрастает до величины Z кв Q k 1 C 0 2. Между частотами 1 и 2 сопротивление кварца носит индуктивный характер, за пределами этих частот емкостной.

Благодаря высокой добротности и малому значению ТКЧ кварцевого резонатора нестабильность частоты АГ мала (10-6…10-9). 96 Примеры схем кварцевых АГ Автоколебания в кварцевом резонаторе возможны на частотах, соответствующих высокому значению крутизны фазовой характеристики, т.е. вблизи 1 или 2.

1) Вблизи 2 кварцевый резонатор можно использовать в трёхточечных схемах вместо индуктивности (осцилляторные схемы):

2) Можно использовать кварц как фильтр на частоте последовательного резонанса:

Схема Батлера.

Кварцевый резонатор - в цепи ОС.

Достоинства: оптимальное согласование каскадов между собой и с резонатором.

Стабильность частоты 10-6…10-7.

Схема работают до 200 МГц,

3) Можно использовать кварц на частоте параллельного резонанса в чистом виде 97 (не нашли практического применения).

Назначение и параметры синтезаторов частот Синтезатор частот — устройство для генерации электрических гармонических колебаний с помощью линейных повторений (умножением, суммированием, разностью) на основе одного или нескольких опорных генераторов.

Синтезаторы частот применяют в качестве гетеродинов радиоприемных устройств, в измерительных приборах как источники сигналов с различными видами модуляции, в радиотехнических системах с частотным управлением.

Для оценки свойств СЧ важны следующие параметры:

•диапазон рабочих частот fmin... fmax.

•шаг дискретной сетки Fс или объем рабочих частот N=l+ (fmах—f min)/Fc.

•относительная долговременная нестабильность рабочей частоты fp/fp.

•коэффициент подавления побочных колебаний D = 10lgPp/Pп.

•Время перехода tПЕР с одной рабочей частоты на другую.

•мощность Рр колебаний на выходе СЧ.

–  –  –

Косвенный метод синтеза частот В ряде случаев необходимо, чтобы частота колебаний автогенератора управлялась и стабилизировалась по эталонному сигналу. С этой целью используется автоматическая подстройка частоты (АПН), применяемая при реализации косвенного метода синтеза. Различают две системы автоподстройки частоты: частотную (ЧАПЧ) и фазовую (ФАПЧ).

1)Частотная автоподстройка частоты.

–  –  –

КГ – кварцевый генератор См - смеситель Г - генератор ЧД – частотный дискриминатор ФНЧ – фильтр нижней частоты УЭ – управляющий элемент Косвенный метод синтеза частот

2)Фазовая автоподстройка частоты ФД КГ Г

–  –  –

Прямой цифровой метод синтеза частоты

Похожие работы:

«Сообщение о существенном факте "О сведениях, оказывающих, по мнению эмитента, существенное влияние на стоимость его эмиссионных ценных бумаг"1. Общие сведения Общество с ограниченной ответственно...»

«ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ на установку гидроизоляционных шпонок АКВАСТОП при устройстве и восстановлении гидроизоляции деформационных и технологических швов бетонирования в железобетонных...»

«ICOM ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ РАДИОСТАНЦИЯ АВИАЦИОННОГО ДИАПАЗОНА IC-А4 Icom Inc. i ООО "РАДИОМА" Инструкция по эксплуатации IC-A4 Тел/Факс:(095)203-9131, 203-9985 ВНИМАНИЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВНИМАНИЕ! НИКОГДА не допускайте приближения или Перед началом работы ВНИМАТЕЛЬНО И ПОЛНОСТЬЮ касания антенной ко...»

«Маулид – одно из самых опасных нововведений и почему ханафиты его не проводят Подготовил Руслан Абу Ибрахим Татарстани (первое издание) С Именем Аллаха, Милостивого, Милосердного Вступление Поистине, всей хвалы достоин один лишь Аллах. Его одного мы восхваляем, просим о помощи и прощении. У одного лишь Аллаха мы...»

«Модуль распознавания автомобильных номеров дополнительный модуль для LTV-Gorizont Инструкция по настройке Версия 1.0 www.ltv-cctv.ru Инструкция по настройке модуля распознавания автомобильных номеров СОДЕРЖАНИЕ 1. ВВЕДЕНИЕ 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДУЛЯ 3. ЛИЦЕНЗИРОВАНИЕ МОДУЛЯ 4. УСТАНОВКА И...»

«Багеты – специальные формы Навесные – вентилируемые – теплоизоляционные керамические фасады Founder Credit Union, США Архитекторы: Little, Северная Каролина, США Цвет: натурально-красный Специальная форма: багеты 60 x 60 мм и 50 x 86 мм Специальные формы Керамические фасады ALPHATON® Материал и цвета В начале 80-ых годов архитектор проф....»

«Татаро-монгольское Татаро-монгольское нашествие на Русь Преподаватель Киященко А.А. Рождение монгольской державы • Татаро-монголы. Два враждовавших племени (татары и монголы) кочевали в глубинах центральной Азии от Китая до озера Байкал....»

«Куанова И. З.МЕТОДИКА СУДЕБНОГО РАЗБИРАТЕЛЬСТВА И СОСТАВЛЕНИЯ СУДЕБНОГО РЕШЕНИЯ ПО ТРУДОВЫМ СПОРАМ Практическое пособие Астана, 2014 УДК 341(075.8) ББК 67.410я7 К88 Рекомендовано к печати Ученым советом Академии государстве...»

«Руководство пользователя версия 1.1 DIR-655 Оглавление Комплект поставки..4 Системные требования.4 Введение..5 Оглавление Комплект поставки Маршрутизатор D-Link DIR-655 Xtreme N™ • • 3 с...»

«МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ "СИМВОЛ НАУКИ" №1/2016 ISSN 2410-700Х наибольшая интенсивность выхода газово-смолистых фракций наблюдается в интервале температур 200 – 600 С; в интервале температур 600-900 С наблюдается небольшой выход остаточных смолистых соединений; при температуре свыше 900 С происходит небольшо...»

«НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ Серия Гуманитарные науки. 2014. № 20 (191). Выпуск 23 155 Щ УДК 81373.612.2 ОСОБЕННОСТИ ЖУРНАЛИСТСКИХ ТЕКСТОВ, РАЗВЕРНУТЫХ С ПОМОЩЬЮ МЕТАФОР Данная статья посвящ ена роли метафор в развертывании ж ур­ К. С. Филатов налис...»

«248 Вестник СамГУ. 2015. № 11 (133) М.С. Мышкина, А.А. Гудзовская УДК 159.9.072 М.С. Мышкина, А.А. Гудзовская* ЮМОР КАК СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОТИВАЦИОННОСМЫСЛОВОЙ ИНТЕНЦИИ СОВРЕМЕННОГО СТУДЕНЧЕСТВА Статья посвящена юмору как одной из содержательных характеристик мотивационно-смысловой интенции ли...»

«СОДЕРЖАНИЕ 1. ЦЕЛЬ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ 3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ3 ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 4. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ 4.1. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ...»

«Святослав Кобов "Религиозные основы исламского экстремизма" Содержание Введение ГЛАВА 1. Источники исламского права ГЛАВА 2. Определение термина "джихад" ГЛАВА 3. Развитие учения о джихаде ГЛАВА 4. Мусульманские источники о "джихаде меча"4. 1. Цитаты о том, что "джихад меча" — наивысшая цель мусуль...»

«Горно-плодовые леса Казахстана (Мирхашимов Искандар, эксперт по биоразнообразию) Общеизвестно, что Центральная Азия является одним из 8 мировых Центров происхождения диких плодовых растений. В настоящее время ( январь-декабрь 2013г. ) 126 стран мира разрабатывают Вторую Национальную стратегию и План действий по сохранению биоразнообразия. Это прекр...»

«FECG Dortmund 02.02.2014 Послание к Галатам-14 Два завета Гал. 4:21-31 В этом отрывке Павел продолжает противопоставлять благодать и закон, веру и дела. Под водительством Святого Духа он использует материал ветхого завета в качестве иллюстрации двух заветов. Этой иллюстрацией апо...»

«Достижение высокой адгезии при высокоскоростном осаждении. УДК 621.01 И. Ф. Прогальский, Б. Г. Вендлер, В. В. Тимофеев, Д. А. Филиппов ДОСТИЖЕНИЕ ВЫСОКОЙ АДГЕЗИИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ОСАЖДЕНИИ СВЕРХТВЕРДЫХ ПОКРЫТИЙ НА БЫСТРОРЕЖУЩУЮ СТАЛЬ Иван Федорович Прогальский Новго...»

«МОДУЛЬ УЧЕТА РАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ ДЛЯ СИСТЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ДОСТУПА "ЗОЛОТЫЕ ВОРОТА" Руководство пользователя Версия 1.3 © 2000, OOO "ITV" Модуль учета рабочего времени Содержание Основные сведения _3 Н...»

«Лао-цзы Дао Дэ Цзин (перевод Ян Хин-шуна) Лао-Цзы Дао Дэ Цзин 1. Дао, которое может быть выражено словами, не есть постоянное дао. Имя, которое может быть названо, не есть постоянное имя. Безымянное есть начало неба и земли, обла...»

«Побег от стужи. Гранада, ч. 5. Дворцы Альгамбры Львиный дворик. Вода. Арки Вокруг Львиного дворика группируется построенный Мухаммедом V Дворец Львов. Крещендо!!! Дворик представляет собой "тип дворцового здания-сада. Здесь протекала частная жизнь гранадских халифов, что придавало ему камерный, интимный характер. Постройка был...»

«77 Turczaninowia 2010, 13(3) : 77–91 УДК 581.95 (571.1/.5) Д.Н. Шауло1 D.N. Shaulo Е.Ю. Зыкова1 E.Yu. Zykova Н.С. Драчев1 N.S. Drachev И.В. Кузьмин2 I.V. Kuzmin В.М. Доронькин1 V.M. Doronkin ФЛОРИСТИЧЕСКИЕ НАХОДКИ В ЗАПАДНОЙ И СРЕДНЕЙ СИБИРИ FLORISTIC FINDINGS IN WEST AND M...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.