что такое промышленный кпд радиопередатчика

Расчёт КПД передатчика сотовой связи стандарта GSM

Страницы работы

Содержание работы

3. Расчёт КПД передатчика.

Промышленный КПД передатчика определяется как отношение мощности на выходе передатчика к суммарной потребляемой всеми каскадами мощности:

где — мощность потребляемая всеми каскадами.

Вт, где и — мощности, потребляемые коллекторами транзисторов выходного каскада УМ и автогенератора соответственно;

и — потребляемые мощности модулятора и усилителя;

В ходе выполнения курсовой работы был рассчитан передатчик сотовой связи стандарта GSM соответствующий заданным параметрам, составлены его структурная и принципиальная схемы. Приобретены новые знания по построению переносных передатчиков и их элементной базе. Основное внимание при разработке передатчика уделялось простоте конструкции, отсутствию дефицитной элементной базы. Так как радиостанция выполнена с использованием современной элементной базы, то она обладает целым рядом достоинств:

— малые габариты и вес;

— простота технической реализации.

3. Б.Е.Петров, В.А,Романюк. Радиопередающие устройства на полупроводниках.-М. Высшая школа, 1989г.

Источник

Расчет промышленного коэффициента полезного действия передатчика. Промышленный коэффициент полезного действия передатчика вычисляется по формуле:

Промышленный коэффициент полезного действия передатчика вычисляется по формуле:

где Р_А – мощность, подводимая к антенне;

Р_0сумм – суммарная потребляемая мощность всеми каскадами передатчика;

Р_доп=0,1Р_0сумм – дополнительные неучтенные потери мощности.

В состав Р_0сумм включим только мощности, потребляемые рассчитанными каскадами передатчика – выходным, предоконечным каскадами и КАГ:

Значения мощностей, потребляемых всеми остальными каскадами, неизвестны, т.к. они не рассчитывались. Следует отметить, что поскольку эти каскады маломощные, неучет в Р_0сумм потребляемых ими мощностей не приведет к значительной погрешности в величине η_пром.

В соответствии с техническим заданием:

Из расчета выходного усилителя и предоконечного каскада были получены значения:

Мощность, потребляемая кварцевым автогенератором:

где E_п = 6В; I_0КАГ – ток, потребляемый всеми цепями КАГ. Он равен току, протекающему через резистор R_г в цепи стабилизации (рисунок 13):

Р_0сумм = 12,631 + 1,199 + 0,123 = 13,953Вт;

Источник

Параметры радиопередатчиков

Для практического применения радиопередатчик должен обладать определенными техническими и эксплуатационными параметрами.

К основным параметрам радиопередатчика, характеризующим его технические показатели, относятся:

1. Диапазон несущих колебаний f_{1 ….}f_n ;

2. Количество частот внутри этого диапазона. В самом простом случае радиопередатчик может быть одночастотным и тогда N=1;

3. Шаг сетки рабочих частот Δf_ш в заданном диапазоне Δf_ш=(f_n – f₁)/ (N-1);

4. Нестабильность частоты несущих колебаний. Различают абсолютную и относительную нестабильность частоты. Абсолютной нестабильностью частоты называется отклонение частоты f излучаемого передатчиком сигнала от номинального значения частоты f_ном. Например, номинальное значение частоты равно f_ном =120 МГц, а фактически радиопередатчик излучает сигнал частотой f = 119,9994 МГц. Следовательно, абсолютная нестабильность частоты составит

Δf_нест = f_ном – f = 120 – 119,9994 = 0,0006 МГц = 0,6 кГц.

Относительной нестабильностью частоты называется отношение абсолютной нестабильности частоты к ее номинальному значению

В рассмотренном примере относительная нестабильность

5. Выделенная полоса излучения Δf_выд. При любом виде модуляции – амплитудной, частотной, фазовой и импульсной – спектр сигнала становится или линейчатым (рис.3.19,а) или сплошным (рис.3.19,б), занимая определенную полосу частот Δf_СП

Рис.3.19. Виды спектра излучения радиопередатчика

Для этого спектра выделяется определенная полоса частот Δf_выд. При этом спектр сигнала должен укладываться в выделенную для него полосу. В противном случае излучение одного передатчика могут мешать излучениям других радиопередатчиков, проникая в выделенные для них полосы.

7. Суммарная мощность, потребляемая радиопередатчиком от источника электропитания по всем цепям Р_0общ.

8. Коэффициент полезного действия или промышленный КПД, определяемый как отношение выходной мощности радиопередатчика к потребляемой им мощности η = Р_А / Р_0общ.

9. Вид модуляции и определяющие его параметры. При амплитудной модуляции таким параметром является коэффициент глубины модуляции, при частотной – девиация частоты, при фазовой – девиация фазы, про импульсной – длительность импульса и период их повторения.

10. Параметры передаваемого сообщения. Таким сообщением может быть речевая, факсимильная, телевизионная, телеметрическая и другая информация. Сообщения могут 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.

11.Параметры, характеризующие допустимые искажения передаваемого сообщения. В результате процесса модуляции исходное сообщение претерпевает некоторые изменения, т.е. искажается. В каждом конкретном случае устанавливается вид и норма на эти искажения. При передаче синусоидального сигнала таким параметром является коэффициент нелинейных искажений, определяющий появление в исходном сигнале 2-й, 3-й и т.д. гармоник. При передаче импульсных сигналов искажения можно характеризовать по изменению формы сигнала.

12. Побочные излучения радиопередатчика. В идеальном случае радиопередатчик должен излучать только сигнал на частоте несущей и его спектр должен укладываться в выделенную полосу частот. Однако в силу нескольких причин, основной из которых является нелинейный характер процессов, протекающих в каскадах радиопередатчика, в спектре излучаемого им сигнала появляются побочные составляющие. Побочные излучения, лежащие за пределами, но вблизи выделенной полосы частот, называются внеполосными. Кроме них радиопередатчик может излучать гармоники, т.е. сигналы с частотой 2 f_0, 3 f_0. и т.д., а также субгармоники с более низкой частотой f₀/n.

Рис.3.20. Побочные излучения радиопередатчика

Кроме того, возможно излучение так называемых «паразитных» колебаний, причиной возникновения которых является самовозбуждение в усилительных каскадах радиопередатчика. Поскольку полностью исключить побочные излучения нельзя то устанавливается норма на их величину. Обычно эта норма составляет не менее минус 60 дБ, т.е. по мощности побочное колебание должно быть меньше мощности основного не менее чем в 10 6 раз.

13. 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.

14. Нормы на надежность и долговечность, массу и габаритные размеры.

Источник

Что такое промышленный кпд радиопередатчика

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра телекоммуникационных систем

для студентов всех форм обучения специальностей

5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации,

СОСТАВИТЕЛЬ: Н.Н. Гладышева. Радиопередающие устройства. Конспект лекций для бакалавров всех форм обучения специальностей 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации, 5В071600 – Приборостроение Алматы: АУЭС, 2011. – 68 с.

Конспект лекций предназначен для помощи при самостоятельном изучении курса «Радиопередающие устройства». В конспекте лекций изложена теория и практические особенности построения и применения основных каскадов радиопередающих устройств на полупроводниковых приборах: усилителей мощности, автогенераторов, умножителей частоты. Рассмотрены вопросы реализации автогенераторов и усилителей мощности на СВЧ приборах. Определены перспективы развития техники радиопередающих устройств различного назначения.

В конспекте приведен обзор основных путей развития передатчиков и решения технических задач при развитии радиопередающих устройств. Необходимость самого конспекта лекций обусловлена потребностью более глубокого понимания процессов, происходящих в радиопередающих устройствах, и направлена на то, чтобы студенты могли ориентироваться, на какие вопросы или темы необходимо уделить наибольшее внимание при изучении данного курса. В конспекте лекций, помимо описания основных принципов построения схем передатчиков, представлены ссылки на литературу, которая может быть использована при изучении той или иной темы. Приведены основные структурные и принципиальные схемы, необходимые для понимания процессов, происходящих в радиопередающих устройствах.

Ил. 66, табл. 2, библиогр. – 1 назв.,

Рецензент: доцент Е.В. Ползик

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 г.

© НАО «Алматинский Университет энергетики и связи», 2011 г.

1 Лекция. Основное назначение радиопередающих устройств

(РПДУ), терминология и требования. Основные этапы

развития техники и теории 3

2Лекция. Функциональные и обобщенные структурные схемы

радиопередающих устройств. Основные пользователи РПДУ 7

3 Лекция. Генератор с внешним возбуждением 12

4 Лекция. Режимы работы генератора с колебаниями первого

5 Лекция. Гармонический анализ импульсов выходного тока

6 Лекция. Схемы питания генератора 23

7 Лекция. Режимы работы генератора по напряженности 26

8 Лекция. Сложение мощностей генераторов 29

9 Лекция. Выходные каскады передатчиков 36

10 Лекция. Автогенераторы. Режимы самовозбуждения

11 Лекция. Кварцевая стабилизация частоты 46

12 Лекция. Схемы кварцевых автогенераторов 49

13 Лекция. Системы диапазонно-кварцевой стабилизации частоты 53

14 Лекция. Модуляция. Виды модуляции 58

15 Лекция. Типовые схемы передатчиков 62

Список литературы 67

Сводный план 2011 г., поз. 361

За последние годы произошли существенные изменения в области передачи, обработки и защиты и использования информации. Новые разработки электронных приборов, успехи в области микроэлектроники и интегральных микросхем позволили существенно повысить основные технические характеристики радиопередающих устройств, снизить массу и габариты аппаратуры, повысив при этом ее надежность и уменьшив электропотребление.

В технике радиосвязи, радиовещания и телевидения более точно определились места ряда систем и перспективы их развития. К таким системам следует отнести однополосное радиовещание, цифровое радиовещание, различные системы связи с подвижными объектами, мобильные радиотелефоны, бесшнуровые телефоны, спутниковое радио- и телевизионное вещание и другие. Так как в ограниченном объеме конспекта лекций не представляется возможным рассмотреть весь материал по схемотехнике и расчетам радиопередающих устройств, подразумевается, что студент должен освоить предлагаемую информацию, а все остальное зависит от стремления студента к познаниям. В то же время без данного минимума невозможно изучать последующие курсы, такие, как системы подвижной связи, многоканальные системы, спутниковые и радиорелейные системы и другие.

1 Лекция. Основное назначение радиопередающих устройств (РПДУ), терминология и требования. Основные этапы развития техники и теории

1) Назначение и принцип действия передатчика.

2) Классификация передатчиков.

3) Основные направления развития передатчиков.

4) Основные технические характеристики радиопередающих устройств.

В дальнейшем изложении используем следующие основные определения.

Сообщение – совокупность знаков или символов, содержащих ту или иную информацию.

Информационный сигнал – физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение.

Электрический сигнал – изменяющиеся по закону сообщений (информации) электрические величины (ток, напряжение, мощность).

Ниже приведены функции передатчиков в радиосистемах и основные требования к ним.

Передатчики должны обеспечивать:

— генерирование несущей радиочастоты и ее усиление до соответствующего уровня на выходе – излучаемая мощность передатчика;

— модуляцию несущей радиочастоты сигналом, содержащим передавае­мые данные, заранее определенного уровня – глубина модуляции для АМ, девиация частоты для ЧМ и ФМ. Необходимо предотвра­щать модуляцию, превышающую допустимый уровень;

— излучение минимума сигналов на частотах вне допускае­мой полосы. Внеполосное «ложное» излучение строго отслежи­вается по нормативам Агентства радиосвязи МРТ.

На основании вышеизложенного в состав радиопередающего устройства должны входить:

— высокочастотный задающий автогенератор;

— усилитель мощности (генератор с внешним возбуждением);

— устройство питания и контроля.

В зависимости от изменяемого параметра несущей радиочастоты (вида модуляции) радиопередающие устройства бывают:

— с амплитудной модуляцией;

— с угловой модуляцией (частотной или фазовой);

— с импульсной модуляцией.

Вид модуляции, рабочая частота (диапазон рабочих частот) и выходная мощность определяются назначением передатчика. Ориентировочно классификация РПДУ по диапазону частот и колебательным мощностям:

— 10 кГц – 100 кГц – сверхнизкие частоты (объекты ниже уровня моря – шахты, подводные лодки и др.) мощностью до 100кВт;

По своему назначению радиопередающие устройства имеют название системы, в которую они входят:

— радиосвязные (магистральные, зоновые, низовые, радиорелейные, тропосферные, спутниковые и др.);

— телевизионные (передатчики изображения и звукового сопровождения);

— радиолокационные и радионавигационные;

— радиотелеметрические и другие.

В зависимости от диапазона частот и колебательной мощности передатчики могут быть выполнены:

— на транзисторах, микросборках или микросхемах;

Основными направлениями развития радиопередающих устройств в настоящее время являются:

— разработка и создание новых типов транзисторов, способных работать на частотах до 40ГГц с выходной мощностью до несколько десятков Вт;

— использование цифровых, помехозащищенных способов модуляции;

— освоение более высокочастотных диапазонов.

РПДУ используются для работы в диапазонах длинных и средних волн (ДСВ), коротких волн (KB), ультракоротких (метровых) волн (УКВ, MB), дециметровых волн (ДМВ) и сантиметровых волн (СМВ). Границы этих диапазонов, а также встречающиеся в тех­нической литературе наименования частотных полос помещены в Таблице 1.1

Т а б л и ц а 1.1- Границы диапазонов

Сокращенное наименование диапазона

Иногда диапазон ДСВ условно разбивают на два самостоятельных диапазона: длинноволновый (ДВ) и средневолновый (СВ), проводя границу на частоте 0,3 МГц.

Если РПДУ предназначено для работы в двух смежных диапазонах, то при классификации принимают во внимание один из них (с большим числом каналов).

Номинальная мощность РПДУ (Р

_А) – это средняя за период РЧ колебания величину энергии, подводимую к антенне (фидеру): для вещательных — в режиме молчания (телефонная мощность), для связных — в режиме нажатого ключа (пиковая мощность) и для телевизионных — на уровне вершин синхроимпульсов.

К важнейшим техническим характеристикам РПДУ относятся нестабильность частоты колебаний, промышленный коэффициент полезного действия и уровень внеполосных излучений.

Нестабильность частоты подразделяется на абсолютную, выра­женную в герцах, и относительную:

Промышленный КПД характеризует экономичность работы РПДУ и представляет собою отношение номинальной мощности Р

_А к общей мощности, потребляемой от сети переменного тока РПДУ со всеми вспомогательными устройствами:

= (Р

Чем больше мощность РПДУ, тем выше нормы на минимальное значение промышленного КПД. При номинальных мощностях РПДУ от 30 до 250 кВт значение должно быть не менее 45%.

Внеполосными излучениями называются такие, которые распо­ложены вне полосы, отведенной для передачи полезной информа­ции (см. рисунок 1.1). К ним относятся: гармонические — излучения на частотах, кратных присвоенной fп и возникающие вследствие ра­боты электронных приборов генератора в классах АВ, В или С; паразитные — излучения, случайно возникающих РЧ колебаний, не связанных с рабочей частотой; побочные — излучения комби­национных составляющих, связанных с формированием рабочей частоты или с процессом модуляции. Внеполосные излучения являются источником дополнительных помех радиоприему.

Рисунок 1.1 – Возможный спектр излучения РПДУ

В процессе работы РПДУ должно обеспечивать определенные параметры качества передаваемого сообщения: воспроизводимый диапазон частот информационного сигнала, неравномерность амп­литудно-частотной характеристики, среднеквадратичный коэффи­циент гармоник, отношения сигнал-шум и. сигнал-фон и др.

Литература: [6, стр. 9-15].

2 Лекция. Функциональные и обобщенные структурные схемы радиопередающих устройств. Основные пользователи РПДУ

1) Назначение РПДУ различных диапазонов волн.

2) Требования, предъявляемые к передатчикам различного назначения.

3) Особенности построения функциональных и структурных схем РПДУ.

2.1 Радиовещательные передатчики

Радиовещательные передатчики предназначены для передачи речи, музыки и другой звуковой информации. Они имеют следующими характеристиками.

Рабочий диапазон волн: километровые (ДВ), гектометровые (СВ), декаметровые (KB), метровые (УКВ).

­- в ДВ и УКВ диапазонах радиовещание осуществляют на одной ча­стоте в любое время суток;

— в СВ диапазоне — на разных частотах в дневное и ночное время суток;

— в KB диапазоне используется несколько рабочих частот. Виды модуляции:

Для повышения КПД до 95 % используют бигармонический режим работы (приближение к ключевому режиму). Для повышения КПД до 97 % переходят от традиционных ключе­вых Е-режимов к Д-режимам. В мощных СВ-ДВ передатчиках применяется анодная модуляция в выходном каскаде. Использование двухтактных модуляторов позво­ляет получить высокие КПД и электроакустические характеристики. Используют дополнительно анодную (коллекторную) модуляцию и в каскадах, предшествующих выходному.

При построении СВ-ДВ передатчиков средней мощности (5. 20 кВт) применяется режим усиления модулирующих колебаний. Это связано с тем, что на базе высокоэффективных ламповых тетро­дов можно построить простой по схеме и конструкции передатчик, работающий в режиме усиления модулированных колебаний (УМК). Все остальные каскады — транзисторные, где и осуществляется AM.

Рисунок 2.1 – Функциональная схема радиовещательного радиопередатчика диапазона 525…1605 кГц мощностью 5 кВт

В нем приме­нена AM, осуществляемая в трех каскадах предварительного УМ ВЧ. Передатчик выполнен на транзисторах, за исключением выходного лам­пового каскада.

2.2 Передатчики профессиональной радиосвязи

Профессиональная радиосвязь используется для передачи ТЛФ и ТЛГ сообщений, цифровой и графической информации. Передача осу­ществляется на одной боковой полосе с разделением каналов в KB и УКВ диапазонах Уровень выходной мощности достаточно низкий: Рвых = (0,3. 100) кВт. Радиопередатчики профессиональной связи имеют следующие осо­бенности.

Выходные каскады радиопередатчиков строят по схеме резонансно­го усиления на генераторных тетродах с выходной мощностью до 100 кВт. В УКВ передатчиках ЧМ вещания сформированный в маломощном возбудителе ЧМ сигнал, усиливается или непосредственно, или с одновременным умножением частоты. Надежность достигается различными методами резерви­рования: применением схем сложения мощностей полукомплектов передатчика или введением пассивного резерва в виде передатчи­ка такой же мощности.

Мощность УКВ передатчика не превышает десятков киловатт, так как в УКВ диапазоне прием радиоволны возможен лишь в пределах прямой видимости. Передатчики, выходная мощность которых меньше единиц киловатт, полностью транзисторные.

2.3 Телевизионные передатчики

Особенности схемотехнического построения. Сигналы изо­бражения и звукового сопровождения в телевидении (TV) передаются на двух различных частотах, расположенных рядом. Интервал между несущей частотой звука и несущей частотой изображения составляет 6,5 МГц. Ширина полосы, которую занимают обе частоты, равна 8 МГц.

Телевизионный передатчик состоит из двух передатчиков, работа­ющих на общую антенно-фидерную систему в М и ДМ диапазонах волн: передатчика звукового сопровождения и передатчика теле­визионного изображения.

Схемы TV передатчика звука и УКВ передатчика ЧМ вещания во многом схожи. К преимуществам частотно-модулированного сигнала можно отнести его помехозащищенность, к недостаткам — широкую по­лосу, занимаемую в диапазоне высокой частоты.

Передатчики сигнала изображения имеют особенности, связанные с тем, что спектр сигнала изображения (видеосигнал) занимает полосу частот 0. 6 МГц Для уменьшения рабочей полосы частот применяют AM (а не ЧМ). Основная энергия видеосигнала содержится в полосе до 1,5 МГц, что позволяет еще сократить полосу передаваемого сигнала без внесения существенных искажений в сигнал. Для этого ча­стично подавляют нижнюю боковую полосу AM колебаний.

Особенности TV радиостанций последнего поколения заключаются в сле­дующем. Передатчики состоят из двух полукомплектов в каждом канале, мощности которых складываются в мостовом устройстве. При выхо­де из строя одного полукомплекта работа продолжается на другом с уменьшением излучаемой мощности в два раза. При сложении мощностей полукомплектов передатчиков на их выходе впервые введена система эхопоглощения отраженных сигналов, возникших в антенно-фидерных устройствах.

Уровень модуляции перенесен на среднее значение частоты и применены новые схемы модуляционных устройств. Число мощных УМК в TV передатчике не превышает двух-трех (в зависимости от мощ­ности станции), включая модулируемый каскад.

Рисунок 2.3 – Функциональная схема Т V передатчика.

В настоящее время принято построение TV радиостанций, в кото­ром используется:

— в максимальной степени транзисторная и микромодульная техника в основном технологическом оборудовании;

— не более одного-двух ЭВП в мощных каскадах УМ каналов изо­бражения и звука;

— блочное резервирование предварительных трактов и нагруженное резервирование оконечных усилителей мощности, что существенно повышает надежность работы радиопередающего устройства.

2.4 Передатчики радиорелейных и спутниковых систем связи

Радиорелейные системы связи применяются для организации мно­гоканальной связи. Ана­логовые РРЛ используют для передачи многоканальных телефонных сообщений и телевизионных сигналов совместно с сигналами звуково­го сопровождения. Цифровые РРЛ служат для передачи в цифровой форме телефонных, сиг­налов данных с большой скоростью, а также сигналов телевидения и видеотелефонных сигналов.

Упрощенная функциональная схема РПДУ наземной части радиорелей­ной, тропосферной или спутниковой связи (см. рисунок 2.4) содер­жит следующие крупные многокаскадные узлы:

— кварцевый автогенератор (АГ) с частотой f кв;

— тракт умножения частоты, обеспечивающий заданную стабильность выходной частоты nf кв);

— тракт промежуточной частоты с модулируемым по частоте АГ, обес­печивающий заданную девиацию частоты при заданных показате­лях качества модуляции;

— смеситель (СМ) или преобразователь частоты, осуществляющий формирование рабочей частоты РПДУ: f р = nf кв + f пр;

— тракт усиления мощности, обеспечивающий получение заданной мощности РПДУ.

Рисунок 2.4 – Типовая функциональная схема радиопередатчика наземной части РЭС

2.5 Передатчики тропосферных линий связи

Тропосферные линии связи (ТЛС) построены на явлении отражения радиоволн дециметрового и сантиметрового диапазонов волн в тропо­сфере.

За счет многолучевого характера распространения радиоволн в тро­посфере и их интерференции в точке приема возникают замирания сигнала. Для их исключения передатчик ТЛС работает одновремен­но на нескольких поднесущих частотах, каждая из которых промодулирована одним и тем же передаваемым сообщением и смещена относительно соседней на частоту Fк.

На приемном конце ТЛС проводится корреляционная обработка приходящего сигнала.

Для повышения надежности работы передатчика ТЛС и эффектив­ности борьбы с замираниями используют обычно два передатчи­ка, работающих одновременно на отдельные антенны. Центральная поднесущая второго передатчика смещается относительно централь­ной поднесущей первого передатчика на 3FK (см. рисунок 2.5). Сложение мощностей двух передатчиков осуществляется в эфире. Формиро­вание такого сложного сигнала реализуется в каждом передатчике за счет того, что уже промодулированные полезным сообщением колебания подвергаются дополнительной частотной модуляции по гармоническому закону с частотой Fк.

Рисунок 2.5 – Пример спектра сигнала тропосферного радиопередатчика

Литература: [12, стр. 214 – 227].

3 Лекция. Генератор с внешним возбуждением

1) Назначение и принцип действия ГВВ.

2) Особенности работы ламповых ГВВ.

3) Особенности работы транзисторных ГВВ.

Одним из основных элементов передатчика является генератор с внешним возбужде­нием (ГВВ) – устройство, преобразующее энергию источника по­стоянного тока в энергию тока высокой частоты. В качестве усилительного прибора ГВВ в современных радиопере­датчиках используются электровакуумные лампы, биполярные и полевые транзисторы, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды (ЛПД), магнетроны и др.

Рисунок 3.1 Структурная схема радиопередающего устройства

Применение того или иного усилительного прибора опре­деляется мощностью и диапазоном рабочих частот. Маломощные генераторы выполняются на биполярных транзисто­рах.

Рисунок 3.2 – Схема генератора с внешним возбуждением

Рисунок 3.3 – Графики напряжений и токов в генераторе с внешним возбуждением

Физические процессы в схеме генератора с внешним возбужде­нием протекают следующим образом. Будем считать: напряжение катода накала уже включено, катод накален и эмиттирует электронный поток, во входной сеточной цепи включено напряжение смещения Е_С, устанавливающее начальное положение рабочей точки на анодно-сеточной характеристике лампы. После этого включается напряже­ние источника анодного питания Е_А.

Напряжение высокой частоты, которое надо усилить, подается во входную сеточную цепь лампы. Это напряжение называ­ют напряжением возбуждения. Для простоты анализа его прини­мают косинусоидальным

, (3.1)

где U_C – амплитудное зна­чение напряжения возбуждения. Под действием переменного на­пряжения возбуждения ток в цепи анода будет изменяться

, (3.2)

где I_{A 0} – постоянная составляющая анодного тока, создаваемая источником анодного питания, I_A

– амплитуд­ное значение переменной составляющей анодного тока, вызванное действием напряжения возбуждения.

. (3.3)

Вследствие усилительных свойств лампы напряжение U _ВЫХ = U _А будет намного больше подведенного к сетке напряжения возбуждения. Мощность созданных в контуре колебаний будет также больше мощности ко­лебаний, поданных на вход генератора. Таким образом, в процес­се работы генератора происходит усиление подведенных ко входу колебаний по мощности.

Для установления рабочей точки в исходное положение во входную цепь транзистора включается постоянное напряжение смещения Е_БЭ. Таким образом, в исходном режиме к переходам транзистора приложены два постоянных напряжения: смещения Е_ЕЭ и питания Е_К. При этом в цепях транзистора протекают толь­ко постоянные токи.

Рисунок 3.4 – Схема транзисторного генератора

с внешним возбуждением

Рисунок 3.5 – Выходные характеристики транзистора

Литература: [6, стр.16 – 41].

4 Лекция. Режимы работы генератора с колебаниями первого

1) Особенности основных режимов работы ГВВ.

2) Режим линейного усиления.

3) Режимы усиления с отсечкой выходного тока.

Режим работы генератора колебаниями первого рода. Режим работы генератора, при котором перемен­ный ток i _ВЫХ в выходной цепи протекает на протяжении всего пе­риода колебаний во входной цепи генератора, называется режимом колебаний первого рода. Для осуществления такого режима рабочую точку в исходном состоянии выбирают на середине линейного участка на вольт-амперной характеристике усилительного прибора. На Рисунке 4.1 показан выбор рабочей точки в режиме колебаний первого рода на анодно-сеточной характеристике лампы при Е_С = 0.

Рисунок 4.1 – Графики токов и напряжений при колебаниях первого рода

Таким образом, при действии во входной цепи только постоян­ного напряжения смещения и отсутствии напряжения возбужде­ния вся мощность, расходуемая источником питания, выделяется на аноде в виде тепла Р₀ = Р_А. Это бесполезные затраты энергии источника питания.

При включении переменного напряжения возбуждения в цепи управляющей сетки действует результирующее напряжение . В этом случае в выходной цепи, кро­ме постоянного анодного тока, протекает еще и переменный анод­ный ток I_A

При значение и результирующее напряжение на аноде будет мини­мальным . Это зна­чение напряжения на аноде на­зывают остаточным напряжением. При значение и результирующее напря­жение на аноде будет макси­мальным .Амплитуда напряжения на контуре U_K может достигать зна­чения, близкого к величине на­пряжения источника питания, т.е. . Таким образом, мгновенное значение напряжения на аноде изменяется от нуля до уд­военного значения Е_А

На рисунке 4.2 приведены времен­ные диаграммы, характеризую­щие фазовые соотношения между напряжениями и токами в гене­раторе. Рассматривая их, замеча­ем, что напряжение между ано­дом и катодом е_А пульсирующее. Оно состоит из постоянного напряжения источника анодного питания Е_А и переменного напряжения на контуре и_К. Переменное напряжение на аноде лампы является выходным напряжением генератора. Поскольку протекающий че­рез контур анодный ток и напряжение по фазе совпадают, то в контуре выделяется мощность

. (4.2)

Рисунок 4.2 – Графики фазовых соотношений между токами и напряжениями в генераторе с внешним возбуждением при колебаниях первого рода

Режим работы генератора колебаниями второго рода. Режим работы генератора, при котором ток в его выходной цепи протекает через усилительный прибор (лампу или транзистор) на протяжении части периода изменения напря­жения возбуждения, называется режимом колебаний второго рода. Для установления такого режима исходную рабочую точку надо сместить (см. рисунок 4.3).

Это достига­ется увеличением напряжения смещения. При этом возможны три случая:

а) если рабочая точка А смещена на нижний изгиб характери­стики (см. рисунок 4.3, а), то выходной ток будет протекать через усили­тельный прибор на протяжении только положительного полупери­ода напряжения возбуждения. На протяжении отрицательного полупериода выходного тока не будет, т. е. нижняя половина тока отсекается;

б) при увеличении напряжения смещения рабочая точка смес­тится еще больше влево, и выходной ток будет проходить на про­тяжении времени, меньшем половины периода (см. рисунок 4.3, б);

в) если рабочую точку переместить вправо (см. рисунок 4.3, в), то ток в выходной цепи будет протекать на протяжении части периода, большей полпериода.

При колебаниях второго рода ток в выходной цепи усилительного прибора генератора имеет форму периодичес­кой последовательности импульсов, продолжительность которых зависит от значения напряжения смещения.

По форме импульсы выходного тока генератора бывают: косинусоидальные – имеют вид косинусоиды (см. рисунок 4.3, а); косинусоидальные притуплённые – верхняя часть косинусоидального импульса несколько притуплена за счет верхнего изгиба характеристики уси­лительного прибора (см. рисунок 4.3, г, импульс А); косинусоидальные с верхней отсечкой – верхняя часть импульса значительно срезана (см. рисунок 4.3, г, импульс В).

Косинусоидальные импульсы выходного тока характеризуются: амплитудой импульса и углом нижней отсечки .

Амплитудой импульса называют максимальное значение тока в импульсе, а углом нижней отсечки называют выраженную в угловой мере (радианах или градусах) половину части периода, в течение кото­рой протекает ток. Этот угол может иметь значение от нуля до 180°. При =180° генератор работает в режиме колебаний перво­го рода, а при 0 90° – режимом класса АВ, при

Литература: [6, стр.74 – 97].

5 Лекция. Гармонический анализ импульсов выходного

1) Составляющие косинусоидального импульса.

2) Энергетические показатели основных режимов работы ГВВ.

Для анализа тока, протекающего в виде периодической последовательности импульсов косинусоидальной формы, пользуются теоремой Фурье. Согласно теореме Фурье, периодическая последователь­ность косинусоидальных импульсов тока может быть представле­на в виде суммы ряда гармонических составляющих и постоянной составляющей

, (5.1)

где – постоянная составляющая; , – гармонические составляющие, часто называемые просто гармониками.

Первая гармоническая составляющая является осно­вной. Постоянная составляющая , а также амплитуды всех гар­моник зависят от угла отсечки и от амплитуды импульса

, . (5.2)

где – коэффициенты пропорциональности, которые называют коэффициентами разложения. Они зависят от угла ниж­ней отсечки и показывают, какую часть амплитуды импульса со­ставляет каждая составляющая.

Рисунок 5.1 – Графики коэффициентов Берга

Коэффициенты разложения вы­числены и приведены в таблицах А.И. Берга. По этим данным построены зависимости (см. рисунок 5.1). Пользуясь ими, можно проследить зависи­мость энергетических показателей генератора от угла отсечки . Так, коэффициент с увеличением увеличивается, достигая мак­симума при = 120°. Амплитуда первой гармо­ники тока имеет наибольшее значение при = 120°. При этом колебательная мощность будет наибольшая. При = 90° ам­плитуда первой гармоники меньше, чем при = 120°, и составляет половину амплитуды импульса. Значение с увеличением отсечки увеличивается. Зависимость коэффициентов разложения других гармоник можно проследить по их кривым. Для примера на Рисунке 5.2 приведены кривые составляющих тока косинусоидального им­пульса при = 90°.

Рисунок 5.2 – Графики разложения косинусоидальных импульсов на составляющие при =90°

(5.3)

Но реально при колебаниях первого рода составляет 35. 40%, так как и . Для мощных генераторов это очень низкий КПД. Колебания первого рода используются в маломощ­ных усилителях и в тех случаях, когда низкий КПД не ухудшает энергетических показателей устройства в целом.

Энергетические показатели выходной цепи генератора при режиме работы колебаниями второго рода. Коэффициент полезного действия выходной цепи генератора при колебаниях второго рода

. (5.4)

Подставив в это выражение значения и, получим

. (5.5)

Отношение амплитуды переменной составляющей напряжения к значению постоянной составляющей называется коэф­фициентом использования напряжения источника питания и обо­значается буквой (кси). Этот коэффициент показывает, какую часть напряжения источника питания составляет выходное напря­жение. В генераторах с независимым возбуждением значение ко­эффициента выбирают в пределах 0,8. 0,95. Тогда КПД

. (5.6)

В качестве примера определим значения КПД при = 90° и при = 120°:

, .

Если принять = 1, то , . Сравнивая значе­ние КПД при колебаниях второго рода со значением его при коле­баниях первого рода, замечаем, что КПД выходной цепи генерато­ра в режиме колебаний второго рода намного больше, чем в режи­ме колебаний первого рода.

Высокий КПД – важное преимущество генератора, работающе­го в режиме колебаний второго рода.

Рассматривая зависимость , видим, что при коле­баниях второго рода КПД можно увеличить, уменьшив угол отсеч­ки . Но при уменьшении , как видно из кривой зависимости , уменьшается мощность колебаний. Максимальная мощность генератора будет при =120°. Но КПД при этом не будет макси­мальным, так как при =120° имеет большое значение. Выбира­ют угол отсечки таким, чтобы на выходе генератора была доста­точная мощность при высоком КПД, а – в пределах 60. 90°.

Рисунок 5.3 – К пояснению КПД выходной цепи генератора

Чтобы понять, при каких условиях повышается КПД, вспомним процесс

Литература: [6, стр.41 – 47].

6 Лекция. Схемы питания генератора

1) Питание выходных цепей ГВВ.

2) Питание входных цепей ГВВ.

3) Особенности схем питания ГВВ в зависимости от рабочей частоты.

Выходная цепь генератора состоит из следующих трех элементов: источника питания, усилительного прибора и нагрузки (колеба­тельного контура). Эти три элемента могут быть соединены меж­ду собой любым способом, но так, чтобы, образованная этими элементами выход­ная цепь удовлетворяла следующим требованиям:

— переменная составляющая выходного тока должна прохо­дить через

нагрузку (колебательный контур), выделяя в нем мощ­ность;

— потери мощности, выделяемой переменной составляющей на других

элементах выходной цепи, должны быть по возможности исключены;

— потерь энергии радиочастоты в цепи постоянного тока быть не должно;

— измерительные приборы должны быть включены в участки цепи, где нулевой потенциал, чтобы не увеличивать начальной емкости контура и не создавать путей утечки высокочастотно­го тока.

Различают параллельную и последовательную схемы питания выходной

Рисунок 6.1 – Схемы питания выходной цепи генератора

Емкость разделительного конденсатора С_Р выбирают такой, чтобы падение напряжения на нем не превышало 5% падения на­пряжения на контуре. Это достигается выполнением условия , где , откуда .

Сопротивление дросселя постоянному току r незначительно.

Учитывая все это, индуктивность дросселя высокой частоты выби­рают такой, чтобы через него ответвлялось не больше 0,01 перемен­ной составляющей выходного тока рабочей частоты. Чаще всего .

Схема параллельного питания выходной цепи имеет два преи­мущества:

— безопасность в эксплуатации, так как на контуре нет высо­кого постоянного напряжения;

— уменьшение влияния руки оператора на настройку контура, так как заземлен ротор конденсатора: при этом можно объединить роторы конденсаторов нескольких каскадов передатчика на одной оси.

Входной цепью в транзисторном генераторе по схеме с общим эмиттером является цепь база – эмиттер транзистора, в ламповом – цепь управляющей сетки лампы.

Входная цепь состоит из трех элементов: источника напряжения смещения, напряжения возбуждения и участка внутри усилительного прибора. Таким участком в лампе является промежуток сетка – катод, а в транзисторе – участок база – эмиттер. Напря­жение смещения служит для установления исходного положения рабочей точки на статической характеристике усилительного прибора (). Напряжение возбуждения – для управления электронным потоком с целью создания колебательной мощности.

Рисунок 6.2 – Входные характеристики генераторной лампы и транзистора

Входные характеристики генераторных ламп и биполярных транзисторов расположены веерообразно (см. рисунок 6.2, а, б). Для уп­рощения анализа и расчета входной цепи генератора реальные вход­ные характеристики заменяют идеализированными прямолинейны­ми (см. рисунок 6.2, в).

В генераторах с внешним возбуждением на электронных лампах и полевых транзисторах напряжение смещения чаще всего отрицательное. В генераторах на биполярных транзисторах напря­жение смещения бывает или открывающим, или равным нулю, поскольку характеристики этих приборов имеют более правое рас­положение.

Если в цепи управляющего электрода (сетки, базы) действу­ет только постоянное напряжение смещения Е_С , то во входной цепи ток не протекает. Для лампового генератора такое состояние схе­мы, приведенной на рисунке 2.2, определяется положением исходной рабочей точки А на рисунке 6.2, в:

е_С =Е_С , i_C = 0. В транзисторном ге­нераторе, схема входной цепи которого приведена на рисунке 3.4, полярность напряжения смещения и его значение зависят от тре­буемого положения исходной рабочей точки, типа транзистора и режима работы. Оно может быть запирающим, отпирающим и ну­левым, поскольку характеристики транзистора имеют правое рас­положение. На рисунке 6.2 в показано возможное положение исход­ных рабочих точек А, В и С соответственно.

В диапазоне СВЧ транзисторы обычно работают с нулевым смещением на эмиттерном переходе, так как введение запирающе­го смещения уменьшает усиление транзистора.

При включении напряжения возбуждения в це­пи управляющего электрода будет действовать результирующее напряжение

. (6.1)

В транзисторных генераторах на высоких частотах из-за инерционности транзистора при переходе из состояния отсечки в активное и обратно импульсы тока коллектора i_K и напряжения u _Э становятся несимметричными. Однако это незначительно изменяет результаты расчета входной и выходной цепей генератора.

Литература: [6, стр.16 – 28, 50-55].

7 Лекция. Режимы работы генератора по напряженности

1) Нагрузочные характеристики ГВВ.

2) Динамические характеристики ГВВ.

3) Недонапряженный, критический и перенапряженный режимы.

Основной задачей генератора с внешним возбуждением является создание возможно большей мощности колебаний на заданной частоте при достаточно высоком КПД. Полезная колебательная мощ­ность определяется соотношением сопротивлений электронного прибора и нагрузки, а при выбранном электронном приборе – только эквива­лентным сопротивлением нагрузки, роль которой выполняет коле­бательный контур. Изменение сопротивления вызывает измене­ние токов, напряжений и мощностей в цепях электронного прибо­ра, т. е изменение режима работы генератора по напряженности. Зависимость какого-либо параметра генератора от сопротивления нагрузки называют нагрузочной характеристикой генератора. Ос­новными параметрами генератора являются: колебательная мощ­ность , КПД (), подводимая мощность , анодные (коллектор­ные) токи и выходное напряжение.

Динамической характеристикой генератора называется зависи­мость мгновенных значений тока в цепи любого электрода элект­ронного прибора от напряжений на всех электродах при одновре­менном изменении их и наличии сопротивления нагрузки в выход­ной цепи. Динамические характеристики генератора строятся на статических характеристиках электронного прибора.

Динамические характеристики генератора при различных сопротивлениях нагрузки в выходной цепи ее приведены на рисунке 7.1. При = 0 динамическая характеристика представляет со­бой прямую линию, проходящую перпендикулярно оси абсцисс через точку с координатами , .

Рисунок 7.1 – Динамические характеристики генератора

Рисунок 7.2 – Нагрузочные характеристики ГВВ

При увеличении сопротивления нагрузки ко­лебательная мощность сначала возрастает, достигая некоторого максимального значения , а затем уменьшается. Сопротивле­ние нагрузки , при котором создаваемая генератором колеба­тельная мощность максимальна, называется оптимальным и обозначается .

В зависимости от сопротивления нагрузки различают режимы работы генератора по напряженности: оптимальный, недонапряженный и перенапряженный.

Режим работы генератора при оптимальном значении сопро­тивления нагрузки называется оптимальным, критическим или гра­ничным. Динамическая характеристика, соответствующая оптима­льному режиму, пересекает статическую в точке ее верхнего изло­ма, т. е. в точке перехода от вертикального участка характеристи­ки к горизонтальному при заданном или выбранном максимальном напряжении на управляющем электроде (точка Б на рисунке 7.1) или . Эта точка (Б) называется точкой критического режима. На рисунке 7.1 видно, что при различных значениях выбранного максимального значения на управляющем электроде () положение точки критического режима изменяется (Б, Б’). Геометрическое место точек критического режима назы­вается линией критического режима.

Поскольку динамическая характеристика – прямая линия, то выходной (анодный или коллекторный) ток повторяет по форме напряжение возбуждения. В оптимальном режиме импульс анодного тока синусоидальный с немного притуплённой верхуш­кой за счет появления небольшого сеточного тока.

Режим работы генератора при сопротивлении, меньшем, чем оптимальное, называется недонапряженным. В недонапряженном режиме падение напряжения на нагрузке меньше, чем в опти­мальном.

Характерными признаками недонапряженного режима явля­ются:

— малое падение напряжения на нагрузке ;

— большое остаточное напряжение на выходном электроде ;

— большой ток выходного электрода ( или ) и выделение большой мощности ( или ) на выходном электроде;

— малый ток управляющего электрода ( или ); недонагруженность управляющего электрода, отсюда и название – недонапряженный режим;

— синусоидальный, остроконечный импульс выходного тока;

— небольшие колебательная мощность и КПД выходной цепи генератора, что ограничивает применение недонапряженного режима в каскадах умножения частоты и при сеточной модуляции.

Режим работы генератора при сопротивлении нагрузки, боль­шем оптимального, называется перенапряженным. В транзистор­ных генераторах он называется режимом насыщения. В этом ре­жиме:

— большое падение напряжения на нагрузке, так как боль­шое ;

— малое остаточное напряжение на выходном электроде (или );

— небольшой выходной ток ( или );

— большой ток управляющего электрода ( или ); управляю­щий электрод перегружен, отсюда и название режима – перена­пряженный.

В перенапряженном режиме происходит значительное перерас­пределение тока выходного и управляющего электродов (катодно­го тока между сеткой и анодом, эмиттерного – между базой и кол­лектором).

Пользуясь динамическими характеристиками, строят нагрузоч­ные характеристики, приведенные на рисунке 7.2. Рассматривая на­грузочную характеристику колебательной мощности , ви­дим, что значение колебательной мощности сначала возраста­ет, достигая максимума, а затем уменьшается. Максимум колеба­тельной мощности совпадает с переломом в графиках зависи­мостей и .

Режим, соответствующий макси­муму полезной колебательной мощности, называется граничным. Из нагрузочной характеристики КПД видно, что максимального значения КПД выходной цепи генератора достигает в слегка перенапряженном режиме.

Выходное напряжение в недонапряженном ре­жиме возрастает до области критического режима, так как уве­личивается, а уменьшается незначительно. В перенапряжен­ном режиме это произведение меняется в небольших пределах, так как резкое уменьшение тока компенсируется увеличением .

Нагрузочная характеристика подводимой мощности повто­ряет форму кривой для , так как , а значение на­пряжения питания постоянное. Мощность, рассеиваемая на вы­ходном электроде, с увеличением уменьшается (см. рисунок 7.2).

Из анализа нагрузочных характеристик можно сделать следую­щие выводы:

а) для получения максимальной мощности и достаточно большого значения КПД оптимальным является критический или слабо перенапряженный режим. Из графиков рисунка 7.2 для и видно, что максимумы точек 1 и 2 их не совпадают. Максимальная колебательная мощность создается генератором в крити­ческом режиме, но КПД при этом несколько ниже максимального;

б) в недонапряженном режиме небольшая и низкий , а тепловые потери на выходном электроде электронного при­бора большие, что может вызвать перегрев его и разрушение;

в) важным достоинством слабо перенапряженного режима яв­ляется незначительное изменение выходного напряжения при изме­нении сопротивления нагрузки;

г) в сильно перенапряженном режиме значения основных энер­гетических показателей генератора ( и ) небольшие, а поте­ри на управляющем электроде сильно возрастают. В лампе это приводит к перегреву сетки и разрушению ее. Для транзистора пе­ренапряженный режим менее опасен.

Литература: [6, стр.58 – 64].

8 Лекция. Сложение мощностей генераторов

1) Необходимость сложения мощностей.

2) Требования к схемам сложения.

3) Различные способы сложения мощностей.

4) Влияние частотного диапазона на способы сложения мощностей.

Требуемая мощность передатчика во многих случаях не может быть обеспечена одной лампой или транзистором. А параллельное и двухтактное включение усилительных приборов (ламп, транзисторов) имеет ряд недостатков. Основные из них следующие:

— отказ одного из усилительных приборов может вызвать выход из строя

остальных приборов. При отказе одного напряжение на нагрузке уменьшается вдвое, что эквивалентно уменьшению вдвое сопротивления нагрузки для оставшегося целым усилительного прибора. Генератор переходит из граничного режима в недонапряженный. Мощность, рассеиваемая на выходном электроде, повысится; он может перегреться и перегореть;

— низкая устойчивость к паразитным генерациям из-за увеличения числа паразитных реактивностей и усложнения схемы;

— неравномерность распределения токов усилительных приборов из-за разброса их параметров усугубляется связью через общую нагрузку. При разбросе параметров ламп одна из них (с меньшим сопротивлением) будет работать в режиме потребления мощности, а другая – в режиме генерации.

Все это приводит к резкому снижению надежности передатчика. Поэтому получение большой мощности достигается методом сложения (суммирования) мощностей отдельных сравнительно маломощных генераторов. Различают три метода сложения мощностей:

— сложение мощностей нескольких блоков в общем контуре;

— сложение высокочастотных полей в пространстве;

— сложение мощностей с помощью мостовых схем.

Схемы сложения мощностей должны удовлетворять следующим требованиям:

— каждый генератор должен быть согласован с нагрузкой так, чтобы он отдавал в нагрузку номинальную мощность ;

— общая мощность, выделяемая в нагрузке, должна быть равна сумме номинальных мощностей отдельных генераторов ;

— входы суммирующего устройства должны быть взаимно независимыми;

— при появлении неисправности в одном генераторе мощность в нагрузке не должна уменьшаться больше чем на величину мощ­ности одного генератора.

Имеется еще ряд дополнительных требований, например ком­пактность суммирующего устройства, удобство подключения ге­нераторов к нему и др.

Рисунок 8.1 – Схема сложения мощностей в одном контуре

Схема передатчика, в котором сложение мощностей произво­дится в общем контуре, приведена на рисунке 8.1. Достоинство этой схемы – возможность включения и выключения отдельных блоков без перерыва работы всего передатчика, недостаток схемы – взаимная связь между блоками через общий контур нагрузки, что сильно усложняет настройку передатчика, особенно на КВ. Поэтому схему применяют в мощных передатчиках ДВ и СВ, в которых не требуется быстрая смена волны.

Рисунок 8.2 – Схема сложения мощностей в пространстве

Совокупность отдельных симметричных полуволновых вибраторов называют фазированной антенной решеткой. Комбинированием числа вибраторов в вертикальном и горизонтальном рядах можно сформировать требуемую диаграмму направленности. Таким образом, обеспечивается возможность электронного управления направлением излучения в вертикальной и горизонтальной плоскостях без механического перемещения решетки вибраторов.

— сложение мощностей. Общая мощность , выделяемая в нагрузке всеми генераторами, должна быть равна сумме мощ­ностей отдельных генераторов. Для достижения этого необходимо согласовать выход каждого генератора с нагрузкой так, чтобы он отдавал в нагрузку номинальную мощность;

— независимость входов. Означает, что выходы генераторов или входы сумматора должны быть взаимно развязаны. Это не­обходимо для того, чтобы изменения режима одного из генера­торов не влияли на работу других генераторов;

— уменьшение мощности. При неисправности одного генера­тора общая мощность в нагрузке должна уменьшиться только на величину мощности одного генератора;

— широкополосность. Сумматоры должны пропускать заданную полосу частот. Их применяют как в узкополосных, так и в широкополосных передатчиках. В последнем случае для расши­рения полосы пропускания часто используют широкополосные трансформаторы;

— обратимость сумматоров. Сумматоры являются взаимообратимыми устройствами. Они могут осуществлять как суммирование, так и деление мощностей. Для использования сумматора в качестве делителя нужно генератор и нагрузку поменять местами. Деление мощности бывает необходимо для возбуждения нескольких последующих генераторов.

Мостовым устройством называется многополюсник, с помощью которого обеспечивается совместная взаимонезависимая работа нескольких отдельных генераторов радиочастотных колебаний на одну общую нагрузку.

Схемы мостовых устройств классифицируются по следующим показателям:

— фазовым соотношениям суммируемых сигналов на синфаз­ные, противофазные и квадратурные;

— частотным свойствам на узкополосные () и широкополосные;

— элементной базе устройства на R –, L –, C элементах, транс­форматорные и др.;

— способу сложения по току или напряжению.

Принцип работы мостовой схемы сложения мощностей двух генераторов Г1 и Г2 рассмотрим на примере обычного четырехплечего квадратного моста Уитстона, схема которого приведена на рисунке 7.3. Мост состоит из двух активных сопротивлений ( и ) и двух реактивных ( X 1 и Х2). При равенстве произведений сопротивлений противоположных плеч мост будет сбалансирован и генераторы Г1 и Г2, подключенные к разным его диагоналям, не будут влиять один на другой.

Если напряжения генераторов действуют, как показано Рисунке 8.3, то токи в плечах моста будут протекать в направлениях, указанных на Рисунке стрелками. При равенстве амплитуд и синфазности напряжений генераторов Г1 и Г2 токи в нагрузке будут складываться, а на балластном сопротивлении – вычитаться. Если в реактивных сопротивлениях X 1 и Х2 потерь нет, то при равенстве амплитуд и фаз токов в нагрузке вся сум­марная мощность обоих генераторов полностью выделяется в нагрузке . При неисправности одного из ге­нераторов мощность другого делится пополам между сопротив­лениями нагрузки и балластным . Поэтому выход из строя одного генератора приводит к уменьшению мощности в нагрузке в 4 раза.

Рисунок 7.3 – Мостовая схема сложения мощностей

Схема Т-образного моста с сосредоточенными параметрами приведена на рисунке 8.4. Мост составлен из параллельного коле­бательного контура L С1С2, нагрузки и балластного резистора . Контур, настроенный на рабочую частоту, обладает сопро­тивлением . При синфазной работе обоих генераторов токи в нагрузке и складываются, а в балласте и направле­ны встречно. При полной симметрии схемы взаимное влияние генераторов исключается, но мост имеет узкую полосу пропускания. Этот недостаток устраняется в схемах на широко­полосных трансформаторах (см. рисунок 8.5). Мощности генераторов Г1 и Г2 суммируются на сопротивлении нагрузки . Взаимная развязка генераторов обес­печивается балластным резистором . При соответствующем выборе элементов схемы нагрузка и режим одного из генераторов не зависят от состояния другого.

сложения мощностей на основе

Рисунок 8.5 – Схема сложения мощностей на широкополосном

Квадратурные мосты применяют в диапазоне метровых и бо­лее коротких волн. В них равноамплитудные колебания генера­торов взаимно сдвинуты по фазе на . Этот начальный сдвиг создается в фазовращателе ФВ (см. рисунок 8.6). Четыре отрезка чет­вертьволновых линий образуют кольцо. При этом к нагрузке токи генераторов подходят синфазно и суммируются, а к балластному резистору – противофазно и вычитаются.

Рисунок 8.6 – Квадратурный мост сложения мощностей

Квадратурные мосты применяют в тех случаях, когда необходимо устранить в нагрузке явление фидерного «эха», возникающего при неточном согласовании фидера и антенны.

В квадратурном мостовом устройстве (см. рисунок 8.6) появившийся в сумматоре отраженный сигнал поступает на выходы генераторов и, от­разившись, вторично попадает в нагрузку и балластный резистор. В нагрузке отраженные сигналы противофазны, взаимно компен­сируются и антенной не излучаются. В балластном сопротивлении отраженные сигналы синфазны, они суммируются. Мостовые схемы сложения мощностей генераторов по напряжению и току (см. рисунки 8.7 и 8.8) этих недостатков лишены.

Литература: [6, стр.176 – 198].

9 Лекция. Выходные каскады передатчиков

1) Требования, предъявляемые к выходным каскадам передатчика.

2) Простая схема выходного каскада.

3) Сложная схема выходного каскада.

4) Выходные фильтрующие системы.

5) Схемная реализация выходного каскада.

Выходным каскадом передатчика называется оконечный каскад его, работающий на антенну, т. е. каскад, отдающий мощность радиочастотных колебаний в антенну непосредственно или через фидер.

Выходной каскад передатчика должен удовлетворять основным требованиям: создавать необходимую мощность пе­редатчика в антенне (фидере), осуществлять фильтрацию высших гармонических составляющих и согласовывать выходное сопро­тивление генератора с входным сопротивлением нагрузки.

Выходной каскад является наиболее мощным каскадом пере­датчика. Он потребляет большую часть энергии источников питания. Поэтому качество его работы определяет основную харак­теристику радиопередающего устройства – промышленный КПД.

Для передачи информации каждому каналу связи отводится определенная полоса излучаемых частот. Все колебания, выходящие за пределы этой полосы, являются побочными. К внеполосным излучениям относятся колебания выс­ших гармоник выходного тока, а также паразит­ные колебания, возникающие при самовозбуждении ГВВ. Допустимые значения мощности побочных излучений приведены в таблице 9.1.

Диапазон частот, МГц

Мощность на основных частотах Р, кВт

Допустимая мощность побочных излучений

абсолютная , мВт

10 lg ( / P ), дБ

50

Источник