Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

Сибирский федеральный университет

Институт инженерной физики и радиоэлектроники

Кафедра «Радиоэлектронные системы»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема:

Проектирование радиопередающего устройства

Студент Мутовин А.А.

Группа РФ15-34, 051510440

Преподаватель Романов А.П.

Красноярск 2018



Содержание

• Введение
• Техническое задание
• 1. Выбор и обоснование структурной схемы
• 1.1 Модулятор
• 1.2 Преобразователь частоты
• 1.3 Усилитель мощности
• 1.4 Синтезатор частот
• 2. Выбор и обоснование функциональной схемы
• 2.1 Выходная цепь
• 2.2 Усилитель мощности
• 2.3 Преобразователь частоты
• 2.4 Модулятор
• 2.5 Синтезатора частот
• 3. Расчет элементов функциональной схемы
• 3.1 Оконечный каскад
• 3.2 Выходная цепь
• 3.3 Модулятор
• 3.4 Синтезатор частот
• 3.4.1 Задающий генератор
• 3.4.2 СОЧ
• 3.4.3 ССЧ
• Заключение
• Список использованной литературы

Приложение



Введение

В работе приведен расчет радиопередающего устройства с однополосной модуляцией (ОБП), данный вид модуляции является разновидностью амплитудной модуляции (АМ). АМ обладает нерациональным расходом мощности, так как основная часть энергии сигнала сосредоточена на несущей частоте, и только небольшая ее часть приходится на боковые лепестки. Так же АМ сигнал занимает чрезмерно обширную полосу частот - спектр такого сигнала имеет ширину равную удвоенной наивысшей частоте в спектре модулирующего сигнала.

Составляющая спектра несущей частоты выполняет лишь роль своеобразного начала отсчета боковых спектральных составляющих, поэтому ее можно исключить из спектра передаваемого сигнала и восстановить на приемном конце. Такая модуляция носит название балансной (БМ), этот вид модуляции целесообразен с энергетической точки зрения, поскольку на несущую приходится две трети всей мощности модулированного колебания. Высвободившаяся мощность позволит реализовать большую дальность связи, либо при прежней дальности улучшить ее качество.

Поскольку одна боковая полоса содержит столько же информации, сколько и другая, передачу можно осуществлять с использованием только одной боковой полосы, при этом не будет никакой потери информации, а ширина спектра сигнала уменьшится в два раза. Фактически это означает перенос спектр сигнала из области низких частот в область высоких частот.

К недостаткам ОБП сигнала можно отнести тот факт, что из-за нестабильности частот возбудителя передатчика и гетеродина приемника, спектр демодулированного сигнала может смещаться по оси частот относительно спектра модулирующего сигнала на передатчике. Если этот сдвиг превышает 50 Гц, то человек не может разобрать переданную информации. При передаче музыкальных сигналов искажения заметны при сдвиге 2-5 Гц.

Однополосная модуляция имеет существенные энергетические преимущества по сравнению с АМ.

1. Мощность несущего колебания при АМ значительно больше мощности боковых колебаний, поэтому передача без несущей уже создает экономию энергии. А если излучаемую боковую поднять до уровня несущей, то выигрыш по мощности возрастет в четыре раза

2. Сужение полосы пропускания приемника повышает отношение сигнал/помеха, что улучшает качество сигнала, воспроизводимого на выход приемника, а это дает возможность обеспечить заданное качество передачи при меньшей мощности передатчика, что также дает выигрыш по мощности.

3. Сужение полосы частот, излучаемых антенной передатчика до одной боковой, позволяет увеличить количество передатчиков, работающих в заданном диапазоне. Суммарный выигрыш по мощности при ОМ составляет 8-16 раз.

Уравнение для однополосной модуляции можно записать в общем виде как произведение колебания огибающей и высокочастотного колебания с фазовой модуляцией:

В отличие от АМ, ЧМ и ФМ, где при модуляции изменяется лишь один параметр ВЧ колебания - амплитуда или фазовый угол, при однополосной модуляции изменяются одновременно оба параметра. Поэтому однополосную модуляцию называют амплитудно-фазовой модуляцией, в которой передаваемая информация оказывается заложенной в изменениях амплитуды и фазы.

Техническое задание

Разработать передающее устройство, удовлетворяющее следующим требованиям:



Технические требования

Диапазон рабочих частот:

Средняя мощность, отдаваемая в антенну:

Параметры нагрузки:

Вид модуляции: ОБП

Число каналов: 1 канал

Ширина модулирующего сигнала:



1. Выбор и обоснование структурной схемы

1.1 Модулятор

Однополосная модуляция является амплитудной модуляцией с подавленной несущей частотой и одной из боковых полос.

Несущая частота не несет никакой полезной информации, а боковые полосы дублируют информацию, по этой причине у амплитудно-модулированного сигнала можно отфильтровать как несущую частоту, так и одну боковую полосу, не потеряв при этой полезной информации, данная манипуляция даст выигрыш в мощность и сузит полосу частот сигнала.

Рисунок 1 - Спектр сигнала до и после ОБП

На рисунке 1 а изображен спектр модулирующего сигнала с шириной

.

На рисунке 1 б изображен несущий сигнал .

На рисунке 1 в изображен спектр амплитудно-модулированного сигнала с нижней боковой полосой (НБВ) и верхней боковой полосой (ВБП).

На рисунке 1 г изображен процесс фильтрации АМ сигнала с исключением несущей частоты и нижней боковой полосы фильтром нижних частот. В результате модуляции на выходе имеем модулированный сигнал , который полностью повторяет форму модулирующего сигнала, только в области высоких частот.

1.2 Преобразователь частоты

Предназначен для получения частотного диапазона с определенным дискретным шагом. На его входы должны быть поданы сигналы: модулированный сигнал ; сетка опорных частот .

Преобразователь частоты вычитает из опорного сигнала , пришедшего с синтезатора частот, модулированный сигнала с модулятора. В результате на выходе преобразователя частоты будем иметь необходимую нам сетку рабочих каналов .

Число каналов сигнала:

Рисунок 2 - Процесс преобразования частоты

1.3 Усилитель мощности

Антенна, которая является для радиопередающего устройства нагрузкой, для нормальной передачи полезного сигнала должна излучать в пространство сигнал с определенной мощностью. Чтобы обеспечить максимальную мощность, которая передается через выходную цепь в антенну необходимо собрать n-каскадный усилитель.

Выходная цепь обеспечивает согласование оконечного каскада усилителя с антенной, при этом необходимо обеспечить требуемое согласование во всей полосе частот. Также выходная цепь должна обеспечить подавление побочных составляющих спектра.

1.4 Синтезатор частот

Синтезирует несущую частоту для модулятора и сетку опорных частот для преобразователя частоты.

В результате получаем структурную схему передатчика с ОБП модуляцией.

Рисунок 3 - Структурная схема передатчика с ОМ



2. Выбор и обоснование функциональной схемы

2.1 Выходная цепь

Выходная цепь согласует оконечный каскад усилителя с антенной, обеспечивает требуемое согласование во всей полосе частот.

Выходная цепь включает в себя двойной П-образный фильтр (2ПФ), согласующийся с антенной через настроечную цепь (НЦ). Входным сопротивлением фильтра является . Полосовой фильтр обеспечивает работу АЭ в диапазоне частот .

Настроечная цепь нагружена на эквивалентное сопротивление антенны (). При смене рабочих каналов необходимо выполнять настройку настроечной цепи. Входное сопротивление настроечной цепи не зависит от частоты .

Выходная цепь должна обеспечить необходимый коэффициент фильтрации примерно 60 дБ.

Коэффициент полезного действия выходной цепи определим по таблице 1.

Таблица 1

Рекомендуемые КПД выходной цепи

Мощность, Вт	Длина волны, м
	10-30	30-100
менее 1	менее 0,45	менее 0,5
1-10	0,45-0,64	0,5-0,66
10-100	0,63-0,67	0,65-0,69
100-300	0,66-0,69	0,68-0,71

Рисунок 5 - Выбор КПД выходной цепи

,

2.2 Усилитель мощности

Усилитель мощности состоит из n-1 каскадов и оконечного каскада

Рисунок 6 - Функциональная схема усилителя мощности

Максимальная мощность, отдаваемая оконечным каскадом в эквивалентную нагрузку :

где - КПД выходной цепи, B - загрузка усилителя.

Число каскадов усилителя мощности:

где коэффициент усиления одного каскада.

Рисунок 7 - Функциональная схема преобразователя частоты

2.3 Преобразователь частоты

Выбор частоты опорных сигналов осуществим по номограмме.

Рисунок 8 - Номограмма

Проводим горизонтальные линии до пересечения с осью ординат, таким образом, находим коэффициенты и . Зная частоты, необходимые на выходе преобразователя частоты и , найдем опорные частоты:

Тогда имеем центральную частоту модулированного сигнала:

2.4 Модулятор

Рисунок 9 - Функциональная схема модулятора

Модулятор состоит из двух смесителей и двух фильтров. На вход первого смесителя подается модулирующий сигнал F (рис 10а) и первая поднесущая частота . На выходе смесителя имеем АМ сигнал (рис 10б), который подаем на ФВЧ с частотой среза ? 400.050 кГц, оставляя только верхнюю боковую полосу.

На вход второго смесителя подается вторая поднесущая частота и однополосный сигнал, полученный ранее. На выходе смесителя снова получаем АМ сигнал (рис 10в), пропускаем его через полосовой фильтр с центральной частотой 4.401450 МГц и полосой пропускания 2900 Гц. На выходе получаем модулированный сигнал .

Для работы модулятора выберем первую поднесущую , вторую поднесущую

Рисунок 10 - Процесс модуляции сигнала

2.5 Синтезатор частот

Рисунок 11 - Функциональная схема синтезатора частот

Рисунок 12 - Процесс преобразования частоты

Синтезатор частот состоит из синтезатора опорных частот (СОЧ) и синтезатора сетки частот (ССЧ). СОЧ генерирует частоты поднесущие и для осуществления модуляции сигнала. ССЧ генерирует сетку частот для перестройки сигнала в преобразователе частот в диапазоне . Все частоты генерируются за счет задающего генератора (ЗГ).

Определим число каналов:

Для получения целых чисел применим преобразование:

В итоге синтезатор частот должен генерировать при помощи СОЧ сигналы с частотами , , а при помощи ССЧ генерировать сетку частот .

Для работы СОЧ из задающего генератора в него должна поступать частота , кратная всем частотам генерируемым СОЧ. В качестве частоты задающего генератора выберем .

В результате имеем общую функциональную схему

Рисунок 15 - Общая функциональная схема передатчика с ОМ



3. Расчет элементов функциональной схемы

3.1 Оконечный каскад

Характеристики транзистора 2Т980Б:

Граничная частота передачи тока:

Максимально допустимый ток коллектора:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер:

Коэффициент усиления по току:

Сопротивление насыщения: Ом

Тепловое сопротивление переход-корпус: 0.57/Вт

Емкость эмиттерного перехода:

Емкость коллекторного перехода:

Частота сигнала:

Частота единичного усиления:

Граничная частота:

Используем мостовую схему включения из 4 транзисторов

Первое условие

Второе условие

Третье условие

Энергетический расчет коллекторной цепи

1. Напряжение питания

2. Критическая крутизна

3. Коэффициенты Берга при угле отсечки

4. Коэффициент использования напряжения

5. Амплитуда напряжения первой гармоники на коллекторе:

6. Амплитуда тока первой гармоники на коллекторе:

7. Максимальный ток коллектора:

8. Постоянная составляющая коллекторного тока:

9. Мощность, отдаваемая источником питания на коллекторную нагрузку:

10. Мощность, рассеиваемая на коллекторной нагрузке:

11. Коэффициент полезного действия:

12. Сопротивление эквивалентной нагрузки:

Рисунок 13 - Принципиальная схема оконечного каскада

Энергетический расчет базовой цепи

13. Управляющий заряд

13. Максимальное допустимое напряжение на базе

14. Напряжение смещения

15. Параметр Хи

16. Первая гармоника тока базы

17. Сопротивление шунта

18. Постоянная составляющая тока базы

19. Входная мощность

20. Коэффициент передачи по мощности

21. Крутизна выходной динамической характеристики

22. Напряжение на шунте и эмиттере

23. Напряжение питания

25. Ток делителя

26. Сопротивление делителей



27. Блокировочная индуктивность

28. Разделительная емкость

29. Эмиттерная емкость

30. Входное сопротивление

31. Блокировочные емкости

Расчет элементов делителя мощности

32. Балансное сопротивление

33. Емкость П-образного фильтра

34. Индуктивность П-образного фильтра

Расчет элементов сумматора мощности

35. Балансное сопротивление

36. Емкость П-образного фильтра

37. Индуктивность П-образного фильтра



3.2 Выходная цепь

Рисунок 14 - Принципиальная схема выходной цепи

Расчет цепи согласования с нагрузкой

1. Реактивные сопротивления

2. Емкости

коротковолновой радиопередатчик кварцевый автогенератор резистор



3. Волновые сопротивления

4. Индуктивности

Расчет настроечной цепи

5. Входное сопротивление настроечной цепи

6. Реактивное сопротивление настроечной цепи на нижней частоте

=

7. Настроечная емкость на нижней частоте

8. Реактивное сопротивление антенны на нижней частоте

9. Настроечная индуктивность на нижней частоте



10. Сопротивление антенны на верхней частоте

11. Реактивное сопротивление настроечной цепи на верхней частоте

=

12. Настроечная емкость на верхней частоте

13. Реактивное сопротивление антенны на верхней частоте

14. Настроечная индуктивность на верхней частоте

15. Коэффициент фильтрации

3.3 Модулятор

Рисунок 15 - Функциональная схема модулятора

Модулятор состоит из двух смесителей и двух фильтров. На вход первого смесителя подается модулирующий сигнал (рис 16а) и первая поднесущая частота . На выходе смесителя имеем АМ сигнал (рис 16б), который подается на ФВЧ, оставляя только верхнюю боковую полосу. На вход второго смесителя подается вторая поднесущая частота и ОМ сигнал, полученный ранее. На выходе смесителя снова получаем АМ сигнал (рис 16в), пропускаем его через полосовой фильтр и получаем на выходе модулированный сигнал с частотой . Частота, поступающая от СОЧ в ССЧ -

Рисунок 16 - Процесс модуляции сигнала

3.4 Синтезатор частот

Рисунок 17 - Функциональная схема синтезатора частот

Синтезатору опорных частот необходимо формировать три сигнала с частотами Основываясь на этом можно определить частоту задающего генератора как наименьшее общее кратное. В итоге имеем частота задающего генератора .

3.4.1 Задающий генератор

Рисунок 18 - Принципиальная схема задающего генератора

КТ316АМ - маломощный ВЧ транзистор.

Мощность, рассеиваемая на коллектор: мВт - не более 250 мВт

Максимально допустимый ток коллектора:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер:

Емкость коллекторного перехода:

Напряжение отсечки:

Коэффициент усиления по току:

Граничная частота передачи тока:

1. Максимальный ток коллектора:

2. Максимальное напряжение питания:

3. Коэффициент регенерации:

4. Угол отсечки:

5. Коэффициенты Берга:

6. Ток первой гармоники:

7. Постоянная составляющая тока:

8. Напряжение на нагрузке:

9. Сопротивление эквивалентной нагрузки:

10. Мощность от АЭ в нагрузке:

Задача режима работы

11. Сопротивление материала базы:

12. Крутизна:

13. Средняя крутизна:

14. Амплитуда возбуждения:

15. Напряжение смещения:

Расчет резонансной системы

Обобщенная расстройка:

Добротность кварца:

Сопротивление эквивалентных потерь:

Индуктивность кварца:

Емкость кварцедержателя:

Емкость кварца:

Мощность, рассеиваемая на кварце:

1. Вспомогательный параметр:

2. Частота среза по крутизне:

3. Емкость резонансной системы:

4. Коэффициент обратной связи:



5. Мощность, рассеиваемая на кварце:

6. Блокировочное сопротивление:

7. Разделительная емкость

8. Блокировочная емкость:

9. Постоянный ток базы:

10. Постоянный ток эмиттера:

11. Сопротивление эмиттерного резистора:

12. Напряжение эмиттерного резистора:

13. Напряжение на блокировочном сопротивлении:

14. Напряжение питания:

15. Сопротивление базовых делителей:

16. Эмиттерная емкость:

Саша

3.4.2 СОЧ

Для получения необходимых частот на выходе СОЧ необходимо преобразовать частоту задающего генератор. Для этой цели будет использовать делители частоты.

Чтобы из получить необходимо исходную частоту разделить на 1280, для этой цели возьмем один делителей на 128 и один делитель на десять. Чтобы из получить необходимо исходную частоту разделить на 10, для этой цели используем делитель исходной частоты на 10. Частоту напрямую берем из задающего генератора.

Рисунок 19 - Функциональная схема СОЧ

Полосовой фильтр ПФ1 имеет центральную частоту 3125 Гц; полосовой фильтр ПФ2 имеет центральную частоту 400 кГц.

Рисунок 20 - Структурная схема СОЧ

3.4.3 ССЧ

Рисунок 21 - Функциональная схема ССЧ

Кольцо фазовой подстройки

Исходные данные:

Входная частота:

Диапазон опорных частот:

Полоса полезного сигнала:

Коэффициенты деления ДПКД:

Полоса захвата:



Полоса удержания:

Относительный коэффициент полосы захвата:

Рисунок 22 - Зависимость постоянной времени от коэффициента полосы захвата

Рисунок 23 - Пропорционально-интегрирующее звено

Генератор управляемый напряжением

Рисунок 24 - Электрическая принципиальная схема генератора управляемого напряжением

Частота генерации:

Подбор частоты единичного усиления:

Активный элемент - транзистор КТ3132В-2

Мощность, рассеиваемая на коллектор: мВт

Максимально допустимый ток коллектора:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер:

Емкость коллекторного перехода:

Напряжение отсечки:

Коэффициент усиления по току:

Граничная частота передачи тока:

Емкость монтажа:

Емкость эмиттерного перехода:

1. Максимальный ток коллектора

2. Напряжение на коллекторе

3. Коэффициент регенерации:

4. Угол отсечки:

5. Коэффициенты Берга:

6. Постоянная составляющая коллекторного тока



7. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

8. Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения

9. Мощность, выделяемая первой гармоникой

10. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора

11. Сопротивление нагрузки транзистора

12. Сопротивление базы

13. Сопротивление эмиттера



14. Крутизна статической проходной характеристики

15. Коэффициент обратной связи

16. Добротность

17. Волновое сопротивление

18. Граничная частота транзистора по крутизне

19. Коэффициент включения контура в колебательную цепь

Расчет элементов цепи

20. Емкости конденсаторов колебательного контура

21. Индуктивность катушки колебательного контура

22. Амплитуда первой гармоники базового напряжения

23. Напряжение смещения на базе транзистора

24. Сопротивление в цепи эмиттера

25. Постоянная составляющая тока базы



26. Постоянная составляющая тока эмиттера

27. Напряжение на сопротивлении эмиттера

28. Напряжение питания

29. Сопротивление базового делителя

30. Блокировочные индуктивности

31. Разделительная емкость



32. Блокировочная емкость

33. Добротность нагруженного контура

34. Условия выбора постоянных времени

35. Постоянные времени

36. Блокировочная емкость

37. Емкость в цепи эмиттера

Управление емкостью C3

Варикап КВС111А2

Номинальная емкость варикапа при заданном напряжении смещения:

Напряжение варикапа максимальное:

Напряжение смещения:

Номинальное напряжение:

Постоянный обратный ток:

1. Емкость соответствующая напряжению смещения

2. Емкость контура

3. Второй коэффициент включения

4. Первый коэффициент включения

5. Емкость



6. Емкость

Емкость

8. Переменное напряжение на варикапе

9. Максимальное регулирующее напряжение

10. Сопротивление делителя

11. Падение напряжения на сопротивлении



12. Напряжение питания варикапа

13. Расчет делителей напряжения

14. Крутизна регулировочной характеристики

15. Коэффициент наклона фазового детектора

Делитель с переменным коэффициентом деления

ДПКД представляет собой реверсивный счетчик, сумматор, регистр. Регистр служит для задачи номера канала, сумматор формирует кодовую последовательность на основе выбранного канала и предустановленного значения, равного . Реверсивный счетчик вычитает из величины кодовой последовательности единицу при каждом пришедшем импульсе опорного сигнала, когда значение на реверсивном счетчике доходит до нуля, он формирует импульсы, которые складываются в сигнал слежения .

Рисунок 24 - Принципиальная схема делителя с переменным коэффициентом деления

Коэффициент деления ДПКД соответствует числу , то есть величине насколько будет разделен опорный сигнал в ДПКД, - частота сигнала на выходе ДПКД. Этот сигнал поступает на фазовый детектор который выработает регулирующее напряжение . Величина регулирующего напряжения подобрана таким образом, что выходная частота ГУНа будет равна .

То есть по мере увеличения номера канала выходная частота ССЧ будет дискретно изменяться на величину , число каналов равно 961, диапазон изменения выходной частоты при изменяющемся коэффициенте деления ДПКД от 7808 до 8768.

При зажатии ключа происходит прибавление номера канала со скоростью 1 канал при зажатии ключа 1 секунду. Сигнал с регистра поступает в ПЗУ где преобразуется в сигнал для 8 семисигментных индикаторов.



Заключение

Основной задачей данного курсового проекта было спроектировать РПУ, которое позволяет передавать сигнал с одной боковой полосой. Основными преимуществами таких передатчиков являются повышенный КПД, и отсутствие несущей и одной боковой полосы. Главным недостатком этого вида модуляции является необходимость иметь специальный приемник, и сложность изготовления модулятора.

При подробном анализе ТЗ были рассмотрены различные варианты его реализации, произведено их сравнение и выбран оптимальный вариант. Существенным отличием этого пути решения поставленной задачи является простота исполнения, минимальное количество блоков и наименьшая стоимость проектируемого устройства. Структурная схема (рис. 3) показывает минимальный состав передатчика, а функциональная схема (рис. 15) - взаимодействие блоков между собой, то есть работу устройства в целом.

На основе составленных структурной и функциональных схем был произведен расчет блоков, из которых можно сконструировать передатчик с заданными параметрами.

Антенна, которая является для передатчика нагрузкой, должна излучать в пространство с определенной мощностью для нормальной передачи полезного сигнала. Поэтому, чтобы обеспечить максимальную мощность, которая передается через ЦС в нагрузку (антенну), необходимо собрать усилитель из 4 каскадов, при этом один каскад имеет определенный коэффициент усиления по мощности. Выбор транзистора (усилительного элемента) осуществлялся по заданной мощности и при расчете учитывалась мощность, которая рассеивается на нем.

Конструкционно передатчик будет иметь вид представленный на схеме электрической принципиальной ЭП-11.05.01 ЭЗ.



Список использованной литературы

1. Проектирование радиопередающих устройств: учеб. пособие / В.В. Шахгильдян, В.А. Власов, В.Б. Козырев и др.; Ред. В.В. Шахгильдян. - 3е изд. М.: Радио и связь, 1993. - 512 с.

2. Проектирование радиопередающих устройств: учеб. пособие для вузов / В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А. А. Луховкин и др.; Ред. В.В. Шахгильдян. - 2е изд. М.: Радио и связь, 1990. - 432 с.

3. Радиопередающие устройства: учеб. пособие для техникумов / М.С. Шумилин, О.В. Головин, Э.А. Шевцов, В.П. Севальнев. М.: Радио и связь, 1990. - 408 с.



Приложение





Размещено на allbest.ru