Разработка радиопередающего устройства

Министерство  образовния и науки

Вятский государственный университет

Факультет ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И  ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Кафедра радиоэлектронных средств

Утверждаю

Зав. кафедрой .................../Петров Е.П./

ЗАДАНИЕ № 05

ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТУДЕНТА   Корсакова Ю.В.

1. ТЕМА КУРСОВОЙ РАБОТЫ:  Разработка РПДУ ЧМ сигналов

2. СРОК СДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ   24.12.12.

3. ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

1. Назначение: ССПО;
2. Мощность, подводимая к антенне: 30 Вт;
3. Диапазон рабочих частот: 275 - 350 МГц;
4. Вид модуляции: ЧМ;
5. Волновое сопротивление фидера: 75 Ом;
6. КБВ на выходе передатчика: 0.85;

4. СОДЕРЖАНИЕ  РАСЧЕТНО - ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

Реферат. Содержание. Введение. Выбор  функциональной схемы РПДУ. Расчет и выбор элементов узлов РПДУ.  Заключение. Приложения.

5. ПЕРЕЧЕНЬ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Структурная схема устройства. Схема электрическая  принципиальная. Перечень элементов  схемы.

6. ОФОРМЛЕНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ  ЗАПИСКИ И ЧЕРТЕЖЕЙ ведется  согласно ЕСКД и ГОСТов.

 

Руководитель работы  _______________  / Ефимов С.В./       07.09.2012 г.

Задание принял           ________________ / Корсаков Ю. В./  07.09.2012 г.

 

РЕФЕРАТ

Корсаков Ю.В., Разработка РПДУ ЧМ сигналов: ТПЖА. 210402.05 ПЗ: Курс. проект/ ВятГУ, кафедра РЭС; рук. С. В. Ефимов. – Киров 2012. ПЗ 27 с., 8 рис., 7 табл., 5 источников, 4 прил.

РАДИОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (РПДУ), ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (ЧМ), СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ, ГЕНЕРАТОР, УПРАВЛЯЕМЫЙ  НАПРЯЖЕНИЕМ (ГУН), ФИДЕР, ЦЕПЬ СВЯЗИ, ОДНОТАКТНЫЙ  УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, КОЭФФИЦИЕНТ  БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (КБВ).

Объектом  исследования является радиопередающее  устройство.

Цель работы – разработка радиопередающего устройства по заданным параметрам, а также  приобретение навыков решения, задач  проектирования радиопередающих устройств  различного назначения.

В данной работе спроектирован передатчик ЧМ сигналов в диапазоне ОВЧ и УВЧ(метровые и дециметровые волны), который реализует  уверенную передачу сигнала при  заданных значениях мощности, сопротивления  фидера и КБВ на выходе передатчика.  В разработанном приёмнике используется современная элементная база. Несколько узлов приемника представлены в виде интегральных микросхем, которые обеспечивают удобство и простоту конструкции передатчика. Усилительные каскады выполнены на биполярных транзисторах, которые могут использоваться на частотах до 400 МГц, устойчивы к механическим воздействиям, имеют большой срок службы, высокий диапазон работы температур .

Практическая  ценность полученных результатов состоит в том, что разработанное устройство может быть практически реализовано, а также оно может использоваться в качестве основы для проектирования более сложных устройств, в радиовещательном диапазоне, персональной связи

 

Содержание

Введение 5

1. Разработка функциональной схемы РПДУ 6

2. Расчет усилителя 7

2.1. Определение мощности и количества ступеней передатчика 7

2.2. Расчет коллекторной цепи 8

2.3. Расчет входной цепи 10

3. Расчет цепи связи и нагрузочного фильтра 11

3.1. Расчет цепи связи 11

3.2. Расчет нагрузочного фильтра 13

4.      Выбор и расчет  возбудителя    …………………………………...…..………………..…15

4.1   Выбор синтезатора частот 15

4.2. Выбор генератора, управляемого напряжением 16

4.3.   Выбор стабилизатора напряжения 18

Заключение 19

Приложение А 20

Приложение Б 22

Приложение В 24

Приложение Г 27

 

 

 

 

Введение

Радиопередающим называется устройство, предназначенное для  выполнения двух основных функций – генерации электромагнитных колебаний и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением.

Радиосистемы  различного назначения, от простейших радиотелефонов до компьютерных радиосетей, пользуются всё большим успехом  у пользователей во всём мире. После  нескольких десятилетий развития теории и техники радиосистем значительно  выросли скорость и качество коммуникационных услуг при постоянном снижении их стоимости, что делает услуги беспроводной связи всё более привлекательными для потребителей, а производство соответствующего оборудования и комплектующих - одной из наиболее рентабельных и  быстрорастущих отраслей электронной  индустрии.

В связи с  этим многократно возрастает роль международных  стандартов, разработанных и разрабатываемых  отдельными фирмами и специальными интернациональными организациями, и  поддерживаемых большинством производителей коммуникационного оборудования, независимо от их национальной принадлежности. Каждая из имеющихся технологий характеризуется  уникальным, присущим только ей, набором  требований и параметров, однако общим  для всех является использование  сложных преобразований и обработки  исходного сигнала с целью  приведения его к виду, подходящему  для передачи через среду распространения (радиоканал). Повсеместно принято  деление стандартов связи на изначально использовавшиеся аналоговые и, более  современные, цифровые. Наряду с этим необходимо отметить, что независимо от используемого стандарта практически  все выпускаемые устройства связи  являются гибридными радиосистемами, построенными с применением аналоговых и цифровых узлов, сопрягаемых между  собой с помощью АЦП и ЦАП. Именно они на современном этапе  являются наиболее оптимальными по соотношению "стоимость - потребительские качества".

Данный  курсовой проект посвящён разработке РПДУ. Радиопередающее устройство - устройство для генерирования и  формирования радиосигнала, подаваемого  на вход передающей антенны.

Требования, которым должен удовлетворять передатчик, это, прежде всего, простота схемного исполнения (которая достигается применением  современной элементной базы), что  обеспечивает высокую надежность, возможности  работы в широком диапазоне температур и влажности окружающей среды, простота в обращении, иногда ударостойкость, малое энергопотребление, а также низкая себестоимость. 

1. Разработка функциональной схемы РПДУ

При проектировании РПДУ необходимо исходить из конкретных требований. Принимаемые решения  при построении блок – схем и  принципиальных схем  необходимо учитывать  современный уровень радиоприемной  техники. Поэтому в основу разработки требований ко всей схеме и ее отдельным  узлам целесообразно принять  результаты критического анализа качественных показателей и способов построения схем существующих моделей устройств  аналогичного назначения.

В данном курсовом проекте необходимо рассчитать параметры структурной  схемы ЧМ радиопередатчика для систем подвижной радиосвязи со следующими характеристиками:

Мощность, подводимая к антенне:                                    30 Вт;   

Диапазон  рабочих частот:                                                   275 – 350 МГц;

Волновое  сопротивление фидера:                                     75 Ом;

Коэффициент бегущей волны на выходе передатчика:   0.85

В радиопередающих устройствах частотную модуляцию осуществляют в возбудителе. Это позволяет получить высокое качество сигнала, вводя при необходимости в схему элементы, улучшающие параметры устройства. В действующих радиостанциях преимущественно применяют прямой метод ЧМ с использованием в качестве управляющего элемента варикапа. Стабильность несущей частоты в аналоговых устройствах обеспечивают применением в возбудителе системы  фазовой автоподстройки частоты ЧМ сигнала, использованием высококачественного опорного генератора и современных методов синтеза частот. Это подразумевает использование цифрового синтезатора частот с делителями частоты в тракте сравнения опорного и подстраиваемого колебаний. Частоту перестраивают дискретно, изменяя коэффициент деления.

В качестве усилителя используем несколько  каскадов однотактных ГВВ. Они просты в исполнении и могут использоваться в мощных оконечных каскадах передатчиков на частотах , где построение двухтактных генераторов вызывает определенные трудности. Режим работы принимают граничным или перенапряженным (позволяет повысить КПД, но вносит искажения в форму сигнала). Угол отсечки выбирают 90⁰ или меньше, потому что больший угол может привести к нелинейным искажениям.

Структурная схема, учитывающая все вышеперечисленное, представлена в Приложении А.

 

2.  Расчет усилителя
1. Определение мощности и количества ступеней передатчика

Мощность выходной ступени передатчика  определяется величиной мощности в  фидере и коэффициентом полезного  действия колебательной системы.

Так как в задании приводится пиковая (максимальная) мощность в антенне, определим значение мощности, которое  будем использовать в дальнейших расчетах:

где (задались

Мощность каждого каскада, начиная с предоконечного, определяется ориентировочно путем последовательного деления выходной мощности следующего каскада на коэффициент его усиления по мощности ( ).

Мощность возбудителя определяется мощностью ГУН, которая составляет

В оконечном каскаде используем транзистор 2Т970AБ, имеющий мощность на выходе предыдущего каскада определяется:

 В предоконечном каскаде – транзистор 2Т934Б с мощность на выходе предыдущего каскада:

 Во втором каскаде  – транзистор 2Т907А с  мощность на выходе предыдущего каскада:

 В первом каскаде  – транзистор 2Т925А с  Мощность, принимаемая от возбудителя не более:

Параметры транзисторов, по которым производился их выбор, приведены  в таблице 1. Остальные параметры  можно найти в [1].

Для заданного усиления будет достаточно 4-х каскадов, каждый из которых будет выполнен по однотактной схеме, работающей в граничном режиме, с углом отсечки

 

Таблица 1 – Параметры  транзисторов

Тип транзистора	Диапазон рабочих частот, МГц			Режим работы
2Т970A	100…400	100	4	Класс В
2Т934Б	100…400	10..12	4	Класс В
2Т907А	100…400	8..10	6,3	Класс В
2Т925А	100…400	>2	5	Класс В

 

2. Расчет коллекторной цепи

Зададимся

Для учета потерь снижаем  _{на 0,5.}

_{Параметры транзистора 2Т970А:}

- сопротивление насыщения:  

- постоянная времени коллекторного  перехода:    
- стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера:    
- сопротивление утечки эмиттерного перехода:    
- коэффициент передачи по току в схеме с ОЭ:    
- граничная частота транзистора:   
- емкость коллекторного перехода:    
- емкость эмиттерного перехода:   
- индуктивности выводов:  

- предельное напряжение на транзисторе:    
- импульсное значение напряжения:    
- обратное напряжение на эмиттерном переходе:  

- постоянная составляющая коллекторного  тока:  

- максимально допустимое значение  коллекторного тока:  

- максимально допустимая выходная  мощность:  

- барьерная емкость активной  части коллекторного перехода:

  _{- сопротивление  материала базы:}

Угол отсечки коллекторного  тока равен Pi/2, при этом  

_{Амплитуда переменного  напряжения:}

 

Напряжение:

_{Амплитуда первой гармоники тока:}

_{Постоянная составляющая тока:}

_Ток:       

_{Максимальная  мощность, потребляемая от источника коллекторного  питания:}

_{КПД коллекторной цепи:}

Максимальная рассеиваемая мощность:

_{Номинальное сопротивление  коллекторной нагрузки:}     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет входной цепи

Сопротивление :

 

При

Сопротивление :

 

Амплитуда тока базы:

где

Напряжение смещения на эмиттерном переходе:

Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

Значения  :

 

 

Резистивная  и реактивная составляющие входного сопротивления:

Входная мощность:

Коэффициент усиления по мощности:

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

 

3. Расчёт цепи связи и нагрузочного фильтра