Амплитудные значения напряжения и тока в линии можно определить по формулам:

      (4.1.4)

Подставив в формулы (4.1.4) требуемые величины, с учётом того, что Iк max = 1,762 А (см раздел 3.2) получаем:

Отметим, что вторую линию у которой продольное напряжение равно 0 (см рис. 4.1.1) нет необходимости наматывать на феррит, хотя длина этой линии должна быть такой же как и у первой.

Теперь можно рассчитать требуемую продольную индуктивность линии по формуле (4.1.5), при условии a1 = 0,201 (d=0,0098) берём из [5] таблицы 3.7 стр. 239 при условии, что m=1 и Dа = 0,0436, где Dа – неравномерноть АЧХ в полосе пропускания в дБ.

        (4.1.5)

Подставляя в (4.1.5) необходимые величины получаем требуемую продольную индуктивность линии:

Используя данные конструктивного расчёта (см. раздел 4.2) Можно рассчитать амплитуду магнитной индукции в ферритовом сердечнике по формуле:

            (4.1.6)

В этой формуле S – площадь сечения сердечника, рассчитанная по формуле (4.2.4) и равная 0,225 см2, а w ‑ количество витков кабеля (линии), рассчитанное по формуле (4.2.2) и равное 3,5 витка. Поэтому после подстановки в (4.1.6) численных значений имеем:

Далее можно определить удельные тепловые потери в феррите по формуле (4.1.7), где ) уточняется по таблице (4.2.2):

           (4.1.7)

После подстановки численных величин в (4.1.7) получаем:

Далее рассчитывается мощность потерь в объёме ферритового сердечника ЦС по формуле:

               (4.1.8)

В этой формуле используются геометрические размеры ферритового сердечника, определённые в разделе 4.2. Поэтому после подстановки в (4.1.8) численных значений получаем:

Далее определяются потери в линиях ЦС на частоте f по формуле (4.1.9), где a0 и f0 берётся из таблицы 4.2.1; n – показатель степени (можно принять равным 0,5…1,0); lл – геометрическая длина линии, м, рассчитанная по (4.2.5).

         (4.1.9)

Подставив в формулу (4.1.9) численные значения входящих в неё величин получаем:

Теперь, наконец, можно рассчитать КПД ТДЛ, т.е. нашей ЦС по формуле:

              (4.1.10)

После подстановки численных значений в (4.1.10) получаем расчётное значение КПД ТДЛ:

На этом электрический расчёт ЦС заканчивается.

4.2.         Конструктивный расчёт

При конструктивном расчёте ЦС необходимо выбрать марку кабеля длинной линии, марку феррита, а также геометрические размеры и самой длинной линии и сердечника на который наматывается длинная линия.

Входными данными для конструктивного расчёта ЦС являются волновое сопротивление линии rл, рассчитанное по () максимальные амплитудные значения напряжения Uл и тока Iл линии, рассчитанные по (4.1.4), а также выходная мощность, отдаваемая в нагрузку.

Конструктивный расчёт будем вести в соответствии с методикой [5] стр. 226 – 233 для многовитковой конструкции.

Кабель, из которого будет нарезана длинная линия, выбираем в [5] по таблице 3.3 на стр. 224-225, а именно КВФ-37, который имеет следующие параметры:

Таблица 4.2.1 Параметры кабеля КВФ-37

Диэлектрик – фторопласт e = 2,1

Рис. 4.2.1 Поперечное сечение коаксиального кабеля КВФ ‑ 37

При выборе ферритового сердечника в первую очередь учитывают уровень мощности. При мощности не более 10…30 Вт магнитная индукция Враб (в теслах) обычно не превышает 0,001. В этом случае марку феррита можно выбрать, например, по [5] таблице 3.4 стр.228 из условия обеспечения добротности Q не ниже 10 на частоте fв. Желательно, чтобы fв была близка к fкр или fизм (см. [5] табл.3.4). При этом феррит будет иметь наибольшую начальную магнитную проницаемость mн и, следовательно, будет обеспечиваться большая продольная индуктивность линии Lпр. Размеры (сечение, объем) и число ферритовых колец (или трубок) выбирают из условия требуемой индуктивности Lпр, а так же из возможности размещения линии (или линий) на них.

В нашем случае, подходит феррит марки 50 BHC, который имеет следующие параметры:

Таблица 4.2.2 Параметры феррита марки 50 BHC

Ферритовый сердечник выберем кольцо (см. рис 4.2.2), размеры которого подберём из стандартного ряда габаритных размеров ферритовых сердечников по [5] таблица 3.5 стр. 230, а именно:

Внешний диаметр D = 18 мм, внутренний диаметр d = 9 мм, высота h = 5 мм.

Рис. 4.2.2 Вид ферритового сердечника (кольцо)

Теперь присутствуют все данные, необходимые для определения количества витков при намотке линии на ферритовый сердечник, которое определяется по формуле (4.2.2):

    (4.2.1)

    (4.2.2)

В этой формуле Dср – средний диаметр ферритового сердечника, а S ‑ площадь сечения кольца ферритового сердечника, которые подставляются в (4.2.2) в сантиметрах и рассчитываются по формулам:

    (4.2.3)

     (4.2.4)

Подставляя численные значения в формулу (4.2.2) получаем:

Теперь можно определить длину наматываемого кабеля (линии) по формуле, в которой lхвоста – длина концов кабеля для монтажа:

      (4.2.5)

После подстановки в (4.2.5), численных значений получаем приблизительное значение длины кабеля (линии), наматываемого на сердечник:

По полученной длине линии видно, что она меньше l/4 (которая > 1,78 м) рабочего диапазона, поэтому трансформирующие свойства ТДЛ не будут ухудшаться.

На этом конструктивный расчёт ЦС заканчивается.

5.                расчёт выходного фильтра

5.1.         Электрический расчёт

Высшие гармоники тока или напряжения, образованные в результате работы транзисторов в нелинейном режиме, должны быть ослаблены в нагрузке передатчика (в нашем случае в фидере) до уровня, определяемого международными нормами. Как правило, это обеспечивается выходной колебательной системой ВКС, или попросту говоря, выходным фильтром, установленным после оконечного каскада передатчика.

Заданную фильтрацию гармоник, в первую очередь наиболее интенсивных – второй и третьей, выходной фильтр должен обеспечить в рабочем диапазоне частот передатчика при заданном уровне колебательной мощности и высоком КПД. В этом и состоит основное отличие выходного фильтра от резонансных контуров, межкаскадных цепей связи и т.д.

В передатчиках с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот Kfп = fвп/fнп от 1,1…1,2 до 1,6..1,8 для фильтрации высших гармоник выходную фильтрующую систему ВФС можно выполнить в виде широкодиапазонного неперестраиваемого фильтра. В нашем случае, Kfп = 48×106/42×106 = 1,142, поэтому нет смысла на выходе нашего связного передатчика ставить фильтрующую систему с несколькими переключаемыми фильтрами на отдельные поддиапазоны каждый из которых обеспечил бы Kfi = fвi/fнi =1,6…1,8.

Нагрузка выходного фильтра на основной частоте f должна быть близкой к номинальной (в нашем случае это 75 Ом), поэтому перед фидером и выходным фильтром стоит СЦ в виде ТДЛ, которая и трансформирует входное сопротивление фидера в выходное сопротивление оконечного мощного усилительного каскада (см. раздел 3.4).

Для расчёта выходного фильтра воспользуемся методикой, предложенной в [5] стр 293 – 302. и условиями технического задания, которые будут направят выбор фильтра и расчёты входящих в него элементов «на путь истинный» А путь этот, обязательно пройдёт возле «леса» высших гармоник, подавить которые необходимо до уровня 40 дБ.

В качестве ВФС нашего связного передатчика будет использоваться широкодиапазонный неперестраиваемый Чебышевский фильтр нижних частот (без переключаемых «Братьев дровосеков») с параллельным конденсатором С1 (см. рис. 5.1.1). Зададимся в соответствии с таблицей 3.19 из [5] на стр. 294 неравномерностью АЧХ Dа = 0,0436, уровнем подавления высших гармоник аф = 35 дБ (35дБ, а не 40 потому, что вторая (самая сильная из высших) гармоника уже ослаблена в два раза по абсолютной величине, что соответствует ослаблению »6 дБ), частотным диапазоном 42…48 МГц и обратимся к [1] для определения порядка выходного фильтра, предварительно рассчитав нормированную частоту в полосе задержания Wзп, при которой необходимо обеспечить заданное затухание аф = 35дБ по формуле:

     (5.1.1)

По [1] определяем с помощью соответствующих графиков порядок нашего выходного Чебышевского фильтра нижних частот, который получается шестым, а также нормированные номиналы входящих в фильтр элементов:

С1 = 0,8989;   L2 = 1,478;   С3 = 1,721;   L4 = 1,721;   С5 = 1,478;   L6 = 0,8989    (5.1.2)

В том же источнике определяются коэффициенты нормироания для ёмкостей и индуктивностей, входящих в выходной фильтр по формулам:

     (5.1.3)

      (5.1.4)

Домножая нормированные номиналы (5.1.2) на соответствующие коэффициенты нормирования (5.1.3) или (5.1.4) получаем расчётные значения номиналов для элементов входящих в наш выходной фильтр, а именно:

С1 = 39,74 пФ; L2 = 0,44 мкГн; С3 = 76,35 пФ; L4 = 0,513 мкГн; С5 = 65,34 пФ; L6 = 0,2679 мкГн      (5.1.5)

Рис. 5.1.1 Выходной фильтр Чебышева 6-го порядка

На этом электрический расчёт выходного фильтра закончен.

5.2.         Конструктивный расчёт

Главной задачей данного конструктивного расчёта является расчёт геометрии катушек индуктивности входящих в состав выходного фильтра. Это необходимо для выполнения помимо требований к заданной индуктивности, высокой добротности, определённой стабильности, также и требований к электрической прочности, допустимого нагрева, механической прочности и т.д.

В транзисторных ступенях благодаря низким значениям постоянного и переменного напряжений электрическую прочность обеспечить не трудно: расстояния в несколько десятых долей миллиметра между витками достаточно, чтобы напряжённость поля не превышала допустимую: 500…700 В/мм по воздуху и 250…300 В/мм по поверхности керамического или другого подобного каркаса. Вместе с тем ток радиочастоты, протекающий по катушке, может достигать большой величины и вызвать её значительный нагрев.

Конструктивный расчёт спирали цилиндрической проволочной катушки проведём в соответствии с методикой, описанной в [3] стр. 292 – 296.

Уточним расчётное значение индуктивности (см. 5.1.5) катушек с учётом влияния экрана катушки: экран уменьшает индуктивность катушки в соответствии с законом Лоренца. Если диаметр экрана, по крайней мере, вдвое больше диаметра катушки (допустим что в нашем случае это так ), то его влияние не велико  и следует принять расчётное значение индуктивности катушек Lрасч » (1,1…1,2) L, т.е. получим:

L2 = 0,528 мкГн;    L4 = 0,6156 мкГн;    L6 = 0,32148 мкГн       (5.2.1)

Зададимся соотношением длины намотки катушки l к её диаметру D, а именно l/D=0,6, поскольку наши катушки, очевидно, будут диаметром меньше 50 мм.

Диаметр провода катушек выберем исходя из соображений её допустимого нагрева. В связи с трудностями учёта как степени нагревания катушки (активное сопротивление провода катушки сложным образом зависит от частоты тока f, материала и диаметра провода, диаметра катушки и т.д.), так и разнообразных условий её охлаждения воспользуемся эмпирической формулой для определения диаметра цилиндрических однослойных, с естественным (конвекционным) охлаждением катушек.

        (5.2.2)

В этой формуле d – диаметр провода, мм I – радиочастотный ток, А (действующее значение, т.е. амплитудное значение тока делённое на ); f – частота радиочастотного тока, МГц; DT – разность температур провода и окружающей среды (возьмём DT =30 °С (°К)), К. Подставив в (5.2.2) численные значения, с учётом рассчитанного по (4.1.3) амплитудного значения радиочастотного тока нагрузки имеем:

       (5.2.3)

Из стандартного ряда диаметров провода выбираем самое близкое значение к расчётному, а именно, d = 0,49 мм. Поскольку диаметр провода < 1мм, то для жёсткости и механической прочности катушки необходимо наматывать на керамический сердечник.

Число витков спирали катушек рассчитывается по формуле (5.2.4), где F(l/D) коэффициент формы катушки, представленный на графике 10.3 в [3]  (при выбранном для катушек отношении l/D =0,6   ‑®   по графику F(l/D) = 0,01), Lрасч – расчётное значение индуктивности в мкГн.

       (5.2.4)

Подставив в (5.2.4) численные значения имеем:

          (5.2.5)

Зададимся диаметром 2-ой и 4-ой катушек (см. рис. 5.1.1 и рис 5.2.1) D = 20 мм, а диаметром 6-ой катушки D = 15 мм тогда зная число витков в катушках и заранее заданное l/D =0,6 можем расс читать длину катушек lк и, соответственно, шаги намоток g по формулам:

        (5.2.6)

Подставляя численные значения в (5.2.6) имеем:

         (5.2.7)

Рис. 5.2.1 Вид катушки индуктивности с сердечником

Теперь можно определить длину провода в катушках по формуле (5.2.8), в которой длину хвоста возьмём 2 см:

     (5.2.8)

Подставив численные значения в (5.2.8) имеем:

        (5.2.9)

На этом конструктивный расчёт выходного фильтра заканчивается.

6.                выбор стандартных номиналов

В характерных радиочастотных каскадах передатчиков (генераторах с внешним возбуждением), применяются разнообразные радиодетали  ‑ катушки индуктивности, отрезки полосковых и коаксиальных линий, конденсаторы, резисторы. Но поскольку расчётные значения номиналов получаются очень разные, то требуется подбор наиболее подходящего номинала из стандартных значений, причём не всегда можно обеспечить расчётное значение, поскольку иногда имеются ограничения на количество элементов, на вес и на стоимость радиопередатчика. Но, прежде всего при подборе элемента стандартного номинала нужно учитывать мгновенные амплитудные значения токов и напряжений, протекающих через элементы, мощность, проходящую через элементы, рассеиваемую мощность на элементах, электромагнитную совместимость и диапазот рабочих частот. Отметим также, что поскольку выходной фильтр должен иметь значения номиналов входящих в него элементов в соответствии расчётными, то точность подбора каждой ёмкости обеспечивается посредством параллельного включения двух конденсаторов, один и из которых выбирается чуть меньше рассчитанного номинала (например С1) а другой подстроечный для точной настройки (например, ).

В нашем оконечном мощном каскаде связного передатчика с ЧМ, в результате расчётов были получены следующие значения номиналов:

Резисторы:

R1 = 61,17 Ом;   R2 =2,34 Ом;   Rдоп = 9,478 Ом

Конденсаторы:

Сбл = 73,56 пФ;   Сбл1 = 39,187 нФ;   Сбл2 = 195,95 пФ;   С1 = 39,74 пФ; С3 = 76,35 пФ;   С5 = 65,34 пФ;

Катушки индуктивности:

Lбл = 14,657 мкГн;   L2 = 0,44 мкГн;   L4 = 0,513 мкГн;   L6 = 0,2679 мкГн;

После выбора элементов с номиналами из стандартного ряда:

Резисторы:

R1 =            Ом;   R2 =          Ом;   Rдоп =            Ом

Конденсаторы:

Сбл =              пФ;   Сбл1                 нФ;   Сбл2 =               пФ;

С1 = 39,74      пФ;    С3 = 76,35      пФ;    С5 = 65,34      пФ;

=                пФ;    =                пФ;    =                 пФ;

Катушки индуктивности:

Lбл =                мкГн;   L2 =             мкГн;   L4 =              мкГн;   L6 =мкГн;

заключение.

На сегодняшний день все вопросы касающиеся радиосвязи и средств её непосредственного обеспечения очень актуальны, тем боле, что радиосвязь с каждым днём всё глубже проникает во все сферы деятельность человека, и позволяет оперативно передавать информацию от абонента к абоненту, практически мгновенно, минуя огромные расстояния.

Обслуживание уже существующих средств обеспечения радиосвязи и разработка новых лежат на плечах радиоинженеров всего мира, тем более что с каждым днём всё острее идёт борьба за освоение новых диапазонов рабочих частот и методов кодирования (сжатия) и декодирования информации в реальном масштабе времени при передаче её посредством радиосвязи.

Освоение большого количества материала при подготовке радиоинженеров занимающихся вопросами радиосвязи обязательно должно сопровождаться и достаточным количеством практической деятельности, для более полного понимания проблематики изучаемого вопроса. Одним из видов практической деятельности является курсовое проектирование, основной задачей которого является упорядочение полученных знаний в процессе самостоятельной разработки, например какого-либо блока РПУ.

Таким образом, в ходе выполнения данной курсовой работы был спроектирован оконечный мощный каскад связного передатчика с ЧМ, который полностью удовлетворяет техническим требованиям, описанным в задании на проектирование. Поскольку для проектирования даже такой малости, как всего лишь выходного каскада, требуется детальная проработка учебной и методической литературы, то выполнение данной работы позволило подробней изучить материал курса радиопередающих устройств, а значит, внесло свою лепту в процесс обучения и в будущем, полученный ценный практический опыт обязательно пригодится в будущей инженерной деятельности, которая и является основной целью обучения на рдиотехническом факультете.

Другими словами, больше знаний, больше дела, дабы жизнь зря не летела!!!

библиографический список.

Литература: [1], [2], [3], [4], [5], [6].

1.                 Ханзел Г. Е. Справочник по расчёту фильтров. США, 1969: Пер. с англ. под ред. Знаменского М.: Сов. Радио, 1974.

2.                 Аксёнов А.И., Нефёдов А.В. «Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсаторы. Резисторы»: Справочник. – М.: Радио и связь. 1995. – 272 с.: ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1203). ISBN 5-256-01181-2.

3.                 Шумилин М. С., Козырев В. Б., Власов В. А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: Учебное пособие для техникумов. М.: Радио и связь, 1987.

4.                 Радиопередающие устройства: Методические указания по курсовому проектированию. Л. И. Булатов, Б. В. Гусев, Ф. В. Харитонов. Екатеринбург; УПИ, 1992.

5.                 Проектирование радиопередатчиков: Учебное пособие для вузов/ В. В. Шахгильдян, М..С. Шумилин, В.Б. Козырев и др.Ж Под ред. В. В. Шахгильдяна. – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Радио и связь, 2000 – 656 с. ил. ISBN 5-256-01378-5.

6.                 Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / Л. А. Белов, М. В. Благовещенский, В.М. Богачёв и др.; Под ред. М. В. Благовещенского, Г. М. Уткина. ‑ М.: Радио и связь, 1982. – 408с., ил.

Страницы: 1, 2, 3, 4