Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Компьютерные технологии анализа и синтеза высокочастотных трансформаторов сопротивлений в усилителях мощности радиопередатчиков: Учебное пособие

Голосов: 1

Рассмотрены методы построения усилителей мощности радиопередатчиков. Приводятся схемы высокочастотных трансформаторов в транзисторных усилителях мощности. Основное внимание уделяется методам проектирования цепей согласования генераторов с внешним возбуждением на сосредоточенных элементах, в микрополосковом исполнении и на коаксиальных линиях. Разработаны методические указания по использованию пакета Microwave Office 2001 при анализе и синтезе цепей согласования, а также методические указания к лабораторной работе "Исследование высокочастотных трансформаторов сопротивлений транзисторных усилителей мощности". Учебное пособие предназначено для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению 654400 - "Телекоммуникации" и специальности 201100 - "Радиосвязь, радиовещание и телевидение".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                               В.Л. Карякин




  КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА
ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ СОПРОТИВЛЕНИЙ
   В УСИЛИТЕЛЯХ МОЩНОСТИ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ


                УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВУЗОВ


    «Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникации
               в качестве учебного пособия» для студентов,
         обучающихся по направлению 654400 – Телекоммуникации
     и специальности 201100 – Радиосвязь, радиовещание и телевидение




                          «РАДИО И СВЯЗЬ»
                             МОСКВА 2002


УДК 621.396.61.001.2(075.8)
ИБ № 3079
Рецензенты: д.т.н., профессор В.Ф. Дмитриков,
            к.т.н., доцент В.А. Глазунов

    Компьютерные технологии анализа и синтеза высокочастотных
трансформаторов сопротивлений в усилителях мощности радиопередатчиков:
Учебное пособие для вузов/ В.Л. Карякин.- М: Радио и связь, 2002.- 77с.
  ISBN 5-256-01660-1

   Рассмотрены        методы    построения      усилителей    мощности
радиопередатчиков. Приводятся схемы высокочастотных трансформаторов в
транзисторных усилителях мощности. Основное внимание уделяется методам
проектирования цепей согласования генераторов с внешним возбуждением на
сосредоточенных элементах, в микрополосковом исполнении и на
коаксиальных линиях. Разработаны методические указания по использованию
пакета Microwave Office 2001 при анализе и синтезе цепей согласования, а
также    методические указания к лабораторной работе «Исследование
высокочастотных трансформаторов сопротивлений транзисторных усилителей
мощности».
   Учебное пособие предназначено для студентов ВУЗов, обучающихся по
направлению 654400 – Телекоммуникации и специальности 201100 –
Радиосвязь, радиовещание и телевидение.
   Ил. 55. Библ. 9 назв.

                              Учебное издание

   Карякин Владимир Леонидович

   Компьютерные технологии анализа и синтеза высокочастотных
трансформаторов    сопротивлений  в   усилителях   мощности
радиопередатчиков
   Учебное пособие


   Компьютерное редактирование – Д.В. Карякин, В.В. Карякин

   Издательская лицензия № 010164 от 29.01.97 г.
   Подписано в печать 09.09.2002


   ISBN 5-256-01660-1                              © Карякин В.Л., 2002




                                                                          2


                        Содержание

Введение…………………………………………………………..………..                             5
 1.    Общие сведения о радиопередающих устройствах……...….……. 7
 2.    Методы построения усилителей мощности
        радиопередатчиков……………………………………....……...….. 12
2.1.   Структурная схема усилителя мощности……….……..………….          12
2.2.   Активные элементы в УМ..……………………..………………….                 15
2.3.   Методы построения принципиальных схем УМ...……….………         18
2.4.   Нагрузочные характеристики генератора с внешним
       возбуждением……………………..…………………….…………..                      25
3.     Схемы высокочастотных трансформаторов в транзисторных
       усилителях мощности ………………………………..…..………...                28
3.1.   Требования, предъявляемые к цепям согласования………...……..   28
3.2.   Методы построения принципиальных схем
       высокочастотных трансформаторов сопротивлений.………….….      31
3.3. Конструкция микрополосковых цепей согласования
       транзисторных УМ...……………………………………….……..….                  35
4.     Методы проектирования цепей согласования…………......…….…     39
4.1. Аналитические методы расчета…………………………………..…                 39
4.1.1.Согласующая Г-цепь………………………………………………....                    39
4.1.2.Согласующая Т-цепь………………………………………………....                    40
4.1.3.Согласующая П-цепь………………………………………………… 43
4.1.4. Многозвенные согласующие цепи……………………………...….. 42
4.1.5. Согласующие цепи на микрополосковых линиях…………...…….       43
4.1.6. Широкополосные согласующие цепи на линиях………………….          43




                                                                      3


4.2. Исследование цепей согласования с использованием
      пакета программ Microwave Office 2001…………………………            45
4.2.1. Методические указания по использованию пакета
      Microwave Office 2001……………………………………...………                  45
4.2.2. Исследование трехзвенной Г-цепи……………………………..….            49
4.2.3. Исследование Т-цепи…………………………………..…………...                 58
4.2.4. Исследование П-цепи…………………………………..………..….                 60
4.2.5. Исследование двухзвенной Г-цепи на микрополосках…….……..   63
4.2.6. Исследование широкополосной согласующей цепи
     на линиях………………………………………………..………….... 66
5.   Методические указания к лабораторной работе
     «Исследование высокочастотных трансформаторов
     сопротивлений транзисторных усилителей мощности»……..…...    74
     Литература………………………………………………………….… 77




                                                                  4


Компьютерные технологии анализа и синтеза высокочастотных трансформаторов сопротивлений
                       в усилителях мощности радиопередатчиков




                                      Введение
    Прогресс в технике радиопередающих устройств за последние годы,
возникновение новых технических направлений, появление новой элементной
базы, широкое использование компьютеров в учебном процессе – все это
приводит      к     необходимости        обновления     лабораторного        практикума,
постановки        принципиально       новых    лабораторных      работ.   Кроме     того,
внедрение новых компьютерных технологий в учебный процесс изменяет
подход к курсовому и дипломному проектированию.
    В этой связи публикация учебного пособия, посвященного новым
технологиям        анализа    и      синтеза    высокочастотных       трансформаторов
сопротивлений в усилителях мощности радиопередатчиков, чрезвычайно
актуальна.
    Активный элемент усилителя мощности высокочастотных колебаний
работает, как правило, в нелинейном режиме с отсечкой тока для повышения
коэффициента        полезного     действия.     Эффективность       работы    усилителя
мощности во многом определяется согласованием входных и выходных
сопротивлений активного элемента с источником возбуждения и нагрузкой в
диапазоне      рабочих     частот.    Цепи     согласования     выполняют      функцию
высокочастотных трансформаторов сопротивлений, фильтрации высших
гармоник в нагрузке. В качестве активного элемента в мощных усилителях
используются транзисторы, генераторные лампы.
    В настоящее время для повышения конкурентоспособности отечественной
аппаратуры разработчики широко внедряют зарубежную элементную базу,
новые технологии в проектировании и изготовлении. Однако эти вопросы в
учебной литературе освещены недостаточно полно. Методика проектирования
радиопередатчиков на отечественной элементной базе наиболее полно
изложена в [1], однако она не позволяет в полной мере реализовать

                                                                                          5
                                     Карякин В.Л.


Компьютерные технологии анализа и синтеза высокочастотных трансформаторов сопротивлений
                       в усилителях мощности радиопередатчиков

возможности зарубежной элементной базы, а также не ориентирована на
компьютерное моделирование. Эффективным способом решения задач
проектирования        передатчиков      является использование пакета программ
Microwave Office 2001 [2].
    Основными задачами учебного пособия являются внедрение в учебный
процесс современных методов компьютерного моделирования элементов
радиопередающих устройств, в частности, высокочастотных трансформаторов
сопротивлений,       ознакомление       студентов     с   современной       технологией
проектирования генераторов с внешним возбуждением.
    Учебное пособие предназначено для студентов ВУЗов по специальностям
«Радиосвязь, радиовещание и телевидение», «Радиотехника», «Связь с
подвижными объектами», а также бакалаврам и магистрам связи.




                                                                                          6
                                   Карякин В.Л.


Компьютерные технологии анализа и синтеза высокочастотных трансформаторов сопротивлений
                       в усилителях мощности радиопередатчиков




       1. Общие сведения о радиопередающих устройствах
     Любая система радиосвязи включает в себя радиопередающее устройство,
функции которого заключаются в преобразовании энергии постоянного тока
источников питания в электромагнитные колебания и управление этими
колебаниями.       Таким     образом,     в    радиопередатчиках        осуществляется
генерирования и формирование радиосигналов.
     Радиосигналом называют колебание радиочастоты, один или несколько
параметров      которого     изменяются       (модулируются)       в   соответствии       с
передаваемым сообщением (информацией).
     Требуемая мощность колебаний, передаваемая в нагрузку, определяется
при разработке радиосистемы и обычно считается заданной. В непрерывном
режиме задаются средняя и пиковая мощности сигнала. В импульсном режиме
указываются мощность в импульсе и параметры последовательности
импульсов – длительность импульсов, их скважность или период повторения,
способ модуляции, средняя мощность. В некоторых случаях оговаривается
точность поддержания требуемой мощности.
     Спектр частот сигнала характеризуют: частота несущей; допустимая
относительная нестабильность частоты несущей; занимаемая полоса частот;
ширина зоны внеполосных излучений.
     Вид    модуляции      определяется       при   проектировании       радиосистемы.
Различают следующие виды модуляции:
     -амплитудную (АМ), применяемую в радиовещании, связи, телевидении
(при передаче изображения). Модуляция импульсами используется в
многоканальных системах связи с временным разделением каналов и в
радиолокационных системах, а также в ряде оптических систем передачи
информации;



                                   Карякин В.Л.                                           7


Компьютерные технологии анализа и синтеза высокочастотных трансформаторов сопротивлений
                       в усилителях мощности радиопередатчиков

     -частотную (ЧМ), применяемую в высококачественном радиовещании,
телевидении (звуковое сопровождение), в радиорелейных линиях с большим
числом каналов в радиолокационных системах непрерывного и импульсного
излучения. В системах частотной телеграфии (манипуляции) частота сигнала
меняется скачком и может принимать два или несколько фиксированных
значений;
     -фазовую модуляцию (ФМ), применяемую в радиосвязи. В системах
фазовой телеграфии и при формировании сложных сигналов используется
скачкообразное изменение фазы (фазовая манипуляция);
     -комбинированнную модуляцию.
         В большинстве радиотехнических систем энергия формируемого
сигнала сосредоточена в узкой полосе частот вблизи несущей. Такой сигнал
меняется во времени по закону, близкому к гармоническому, что позволяет
существенно упростить анализ и расчет основных узлов передатчика.
Обобщенная структурная схема современного радиопередатчика изображена
на рис.1.1.




           Рисунок 1.1. Обобщенная структурная схема радиопередатчика


     Рассмотрим        кратко назначение ее отдельных элементов. Задающий
генератор       (или     возбудитель)       (В)     генерирует       высокостабильные


                                   Карякин В.Л.                                           8


Компьютерные технологии анализа и синтеза высокочастотных трансформаторов сопротивлений
                       в усилителях мощности радиопередатчиков

радиочастотные колебания в заданном диапазоне частот. Далее эти колебания
усиливаются в предварительных каскадах (ПК) и поступают на оконечный
усилитель мощности (УМ). Часто предварительные каскады передатчика
работают в режиме умножения частоты радиочастотных колебаний . Это
облегчает требования к возбудителю и повышает устойчивость работы
передатчика, поскольку усиление ведется на различных частотах. Усилитель
мощности обеспечивает на выходе антенны (или фидера) заданную мощность
радиочастотных колебаний. Антенная система (А) излучает радиочастотные
колебания в пространство. Для управления высокочастотными колебаниями
служит модуляционное устройство (М). Если передатчик работает с
амплитудной модуляцией (АМ), то модуляционное устройство воздействует
на оконечный или предоконечный каскады. Если передатчик работает с
частотной модуляцией (ЧМ), то модуляция осуществляется в задающем
генераторе. Устройство охлаждения (УО) поддерживает заданный тепловой
режим передатчика, а устройство блокировки и сигнализации (УБС) дает
информацию о режиме работы передатчика и обеспечивает его включение и
выключение, безопасность обращения с ним обслуживающего персонала.
Источники питания (ИП) необходимы для подачи заданных питающих
напряжений на транзисторы передатчика.
     Радиопередатчики классифицируются:
     -по    назначению       –   связные,      радиовещательные,        телевизионные,
радиолокационные, радионавигационные, телеметрические и т.д.;
     -по мощности – маломощные (до 100 Вт), средней мощности (до 10 кВт),
мощные (до 1000 кВт), сверхмощные (свыше 1000 кВт);
     -по   роду    работы     (виду    излучения)     –   телеграфные,      телефонные,
однополосные, импульсные и т.д.;
     -по способу транспортировки – стационарные и подвижные (переносные,
автомобильные, корабельные, самолетные и т.д.);



                                   Карякин В.Л.                                           9


Компьютерные технологии анализа и синтеза высокочастотных трансформаторов сопротивлений
                       в усилителях мощности радиопередатчиков

     -по диапазону частот (от очень низких частот 3…30 кГц до крайне
высоких частот 300…30000 мГц).
     Параметры любого радиопередающего устройства должны удовлетворять
государственным стандартам.
     Одним из основных параметров передатчика, определяющего во многом
дальность действия радиолинии, является его мощность.
     Исключительно важный параметр передатчика – стабильность его
частоты. Современные передатчики имеют относительную нестабильность
частоты около 10-6… 10-7. Высокая стабильность частоты передатчика
повышает помехозащищенность радиолинии (поскольку позволяет сузить
полосу пропускания приемного устройства), позволяет увеличивать число
станций, работающих в заданном диапазоне без взаимных помех (улучшает
электромагнитную           совместимость).          Существуют          международные
рекомендации на допустимые отклонения частоты радиопередатчиков всех
категорий и назначений.
     Важным параметром передатчика является его коэффициент полезного
действия (КПД) – отношение мощности в нагрузке к полной мощности,
потребляемой от источника питания. Коэффициент полезного действия
маломощных передатчиков определяет во многом его габаритные размеры и
массу, а КПД сверхмощных передатчиков, кроме того, - стоимость их
сооружения       и    эксплуатации.       Высокий       КПД     позволяет      повысить
экономичность системы охлаждения, а также увеличить надежность работы
передатчика.
     Не    меньшее       значение      имеют       электроакустические       показатели
радиопередатчика, такие как требования к коэффициенту модуляции ( для
передатчиков с АМ ), индексу модуляции (для передатчиков с ЧМ и ФМ),
нелинейным искажениям, амплитудно-частотной характеристике (АЧХ),
уровню фона и шума и т.д.



                                    Карякин В.Л.                                          10



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика