Радиопередающее устройство автомобильной радиостанции

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации Рязанская государственная радиотехническая академия КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине “Радиопередающие устройства”

на тему:

“Радиопередающее устройство автомобильной радиостанции”

Выполнил: студент группы 615

Лоцманов А. А.

 

Проверила: преподаватель

Прибылова Н. М.

Рязань, 2006
Содержание Техническое задание Введение

1.Структурная схема РПдУ

2. Электрический расчёт

2.1 Расчёт выходного усилителя мощности

2.2 Расчёт выходной колебательной системы

2.3 Расчёт кварцевого автогенератора

Заключение

Список литературы

Приложение

Техническое задание

Технические данные
Наименование параметра	Величина
Выходная мощность	15 Вт
Рабочая частота	33.5 Мгц
Параметры выходной нагрузки	Ом
Вид модуляции	F3E
Параметры модуляции	кГц; Fм=300...3400 Гц
Конструктивные разработки узлов	Выходной каскад
Относительная нестабильность частоты
Уровень побочных составляющих	-60 дБ

Введение

Радиопередающие устройства (РПдУ) представляют сложную систему, в состав которой входят высокочастотный тракт, модулятор для управления колебаниями высокой частоты в соответствии с передаваемой информацией, источники питания, устройства охлаждения и защиты.

Диапазон высоких частот обладает огромной информационной ёмкостью, и поэтому его используют для передачи широкополосных сигналов: импульсных, телевизионных, многоканальных сообщений и пр. Радиопередатчики в диапазоне СВЧ применяют в радиолокационных станциях (РЛС), телевидении, ретрансляционных линиях связи, для тропосферной и космической связи, для связи с подвижными объектами, для радиоуправления и бортовой аппаратуры радиопротиводействия и многих других специальных назначений.

В данной работе будут проектироваться основные каскады радиопередающего устройства автомобильной радиостанции. В связи со спецификой к проектируемому РПдУ предъявляются следующие требования:

·  низковольтное питание от автомобильной системы электроснабжения (аккумулятора);

·  малое энергопотребление;

·  высокий КПД;

·  устойчивость к воздействию внешних факторов таких, как широкий диапазон рабочих температур, влажность, дорожная пыль, ускорения, вибрации и др.

Основные параметры передатчиков низовой радиосвязи определяются действующими стандартами. ГОСТ предусматривает обязательную предкоррекцию амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) (с подъёмом верхних частот) 6дБ на октаву с точностью ±2дБ. Кроме того, для повышения помехозащищённости линии связи модулирующий сигнал подвергают амплитудному ограничению или применяют компрессию (сжатие) его динамического диапазона, что обеспечивает выигрыш по мощности передатчика ЧМ в 2...3 раза.

Актуальность этого прибора в наше время, во время рыночной экономики, при наличии огромного количества информации, которой необходимо оперативно обмениваться, ясна всем. Это РПдУ даст возможность современным предпринимателям быстро осведомлять друг друга об изменении либо подтверждении ранее оговоренного соглашения, поможет вызвать спасателей в трудную минуту, очень сильно облегчит жизнь любому своему владельцу.

1.Структурная схема РПдУ

Требования, предъявляемые к передатчику, можно обеспечить при разных вариантах построения его структурной схемы. Не проводя полного электрического расчёта, можно, пользуясь оценочными сведениями и формулами, сопоставить структурные схемы этих вариантов и выбрать лучший из них.

Структурная схема на ВЧ строится по тем же принципам, что и в диапазоне более низких частот. Решающими при выборе схемы являются требования к нестабильности частоты, обеспечению необходимой мощности на выходе, фильтрации высших гармоник и внеполосных излучений. Ориентировочно считается, что в однокаскадных передатчиках можно реализовать относительную нестабильность частоты не менее 10^-4. При меньшей нестабильности передатчики реализуются по многокаскадным схемам. Количество каскадов усиления определяется из условия обеспечения заданного уровня выходной мощности. При этом оконечный усилитель мощности (УМ) называют выходным (ВУМ), а все остальные – промежуточными (ПУМ). За фильтрацию отвечают колебательные системы каскадов (КС), в основном – оконечного (ВКС).

ПУМ должны обеспечивать:

·  высокий коэффициент усиления по мощности;

·  необходимую амплитуду (мощность) возбуждения последующего каскада;

·  высокую устойчивость (отсутствие паразитных колебаний);

·  уменьшение реакции нагрузки не задающий генератор (буферные усилители (БУ)), тем самым, обеспечивая сохранение стабильности его частоты;

·  усиление сигнала без превышения уровня допустимых искажений и др.

Требования к ВУМ:

·  высокий коэффициент усиления по мощности;

·  высокий КПД (им в основном определяется КПД всего РПдУ в целом);

·  ВКС должна обеспечивать необходимую фильтрацию и соглосов.

При разработке структурной схемы радиопередатчика определяются входные и выходные параметры отдельных каскадов, их число, тип, количество и схемы включения активных приборов (АП), решаются вопросы стабилизации частоты, модуляции и, наконец, определяются величины питающих напряжений.

Расчёт структурной схемы РПдУ включает в себя следующие основные этапы:

1.  Оценка целесообразности применения одного из известных вариантов структурных схем. Выбор варианта схемы.

2.  Распределение частот колебаний в различных каскадах передатчика.

3.  Определение уровней колебательной мощности по каскадам.

4.  Выбор АП и номиналов питающих напряжений.

5.  Уплотнение (минимизация) структурной схемы передатчика.

Тип структурной схемы проектируемого передатчика выберем с ЧМ прямым методом, так как данная схема наиболее проста и позволяет обеспечить все требуемые параметры РПдУ. Выбранный тип схемы представлен на рис.1.

Рис.1. Линейная структурная схема передатчика с ЧМ (прямой метод).

Расчёт структурной схемы радиопередатчика следует начать с конца:

1.  Выходной усилитель: Вт ,

пусть КПД ВКС  ,

тогда  Вт.

Рабочая частота ВУМ Гц. Этим требованиям удовлетворяет транзистор КТ-920В. Его параметры:  Гц ,  (остальные параметры транзистора приведены в разделе №4).

Найдём его коэффициент усиления по мощности на рабочей частоте:   Вт. Это, конечно же, много. То есть, данная приближённая формула в этом случае не работает (она даёт слишком завышенный результат). Поэтому предположим, что . ВУМ и все остальные каскады предварительного усиления целесообразно собрать по схеме с общим эмиттером (ОЭ), так как f_о<f_гр и используемые транзисторы имеют два эмиттерных вывода, для уменьшения индуктивности общего вывода. Постоянное базовое смещение следует взять равным нулю, так как при этом угол отсечки коллекторного тока близок к оптимальному (90^о) и схема упрощается. Таким образом, мощность, необходимая для возбуждения ВУМ:  Вт. Эту мощность должен развивать на выходе ПУМ1.

2.  Промежуточное усиление: каскадами ПУМ необходимо добиться усиления мощности автогенератора до величины Р`. Р_АГ=1...2 мВт (это будет показано позже). Рабочая частота их Гц , как и у ВУМ. ПУМ1: КТ-920А, его энергетические параметры: U_кэ=12,6В , для получения на выходе  Вт необходимо на вход подать мощность  мВт, которую должен развивать ПУМ2. АП в ПУМ2 выберем транзистор КТ-343А. Его параметры Р_{к доп}=150 мВт ,  , U_кэ=12,6В. Тогда   мВт.

3.  Умножитель частоты: для получения необходимой рабочей частоты следует использовать УЧ с коэффициентом умножения 2. АП в нём можно использовать тот же, что и в ПУМ2: транзистор КТ-343А, но так как КПД УЧ меньше, чем у УМ, то меньше и коэффициент усиления. Его приближённо можно посчитать по формуле  . Тогда мощность, требуемая от автогенератора   мВт. Так как эту мощность, как будет показано позже, автогенератора может отдавать в нагрузку, то на этом предварительное усиление сигнала можно прекратить.

4.  Буферный усилитель: в рассматриваемом случае можно опустить, так как имеем не высокую рабочую частоту. Его роль (развязку автогенератора с каскадами ПУМ) будет выполнять УЧ.

5.  Задающий генератор, система автоматической подстройки частоты и частотный модулятор: в качестве этого используем автогенератор с кварцевой стабилизацией частоты и варикапным управлением. АП является всё тот же КТ-343А. Кварцевый автогенератор является составной частью возбудителей, синтезаторов частоты, радиопередающих и радиоприёмных устройств, а также аппаратуры для частотных и временных измерений. По принципу использования кварцевого резонатора схемы КАГ можно классифицировать по трем группам: осцилляторные , фильтровые, схемы с затягиванием частоты. В фильтровых схемах КАГ КР включается последовательно в цепь обратной связи и работает точно на частоте последовательного резонанса КР. Сопротивление КР на этой частоте чисто активное и имеет минимальное значение, что ведёт к резкому увеличению коэффициенту передачи цепи обратной свызи и выполнению условий самовозбуждения КАГ. Достоинство этих схем: относительно большой уровень отдаваемой мощности (на один-два порядка выше чем у оцилляторных схем). В осцилляторных схемах кварцевый резонатор является элементом контура и играет роль индуктивности. Основным достоинством этих схем является простая схемная реализация и малые значения относительной нестабильности частоты колебаний. Но уровень колебательной мощности, который они могут генерировать при сохранении параметров КР, невелик и составляет единицы и десятки милливатт. Этот недостаток можно избежать при использовании в схеме дополнительного каскада промежуточного усиления. Более высокой стабильностью частоты обладает емкостная трёхточка, поэтому будем проектировать КАГ по осцилляторной емкостной трехточечной схеме (рис.2).

 

Рис.2. Электрическая схема осцилляторного КАГ по схеме емкостной трёхточки.

6.  ВКС: П-фильтр с дополнительной ёмкостью, обеспечивает согласование выходного сопротивления АП с входным сопротивлением фидера, канализирующего ВЧ энергию к антенне, и фильтрацию побочных и внеполосных излучений, основную долю которых составляют высшие гармоники выходного тока ВУМ.

Таким образом, структурная схема проектируемого РПдУ упрощается. Она изображена на рис.3.

Рис.3. Структурная схема проектируемого передатчика.

По техническому заданию необходимо рассчитать два основных каскада полученной структурной схемы: КАГ и ВУМ с ВКС. Эти каскады определяют основные параметры и характеристики РПдУ такие, как КПД, мощность в антенне, стабильность частоты и уровень побочных излучений.

2.Электрический расчет

Исходные данные на курсовой проект:

 

Вт Гц Гц  Ом

дБ  Гц

 

Исходные данные на транзистор КТ-920В:

 

 А Вт Гн Ф Ом

В А Вт Гн Ф Ом

В   Гн Ф Ом

В А/В ^оС

В Гц Гц Гц

Так как предполагаемый коэффициент усиления по мощности транзистора равен 10, то можно использовать упрощённую методику расчёта.

 

 

 Вт