Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

"Минский государственный высший радиотехнический колледж"

ПЕРЕДАТЧИКИ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ (МОБИЛЬНОЙ) РАДИОСВЯЗИ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по дисциплине "Радиоэлектронные устройства"

КП 21191.018401.081 ПЗ

Руководитель - Е.М. Хомич

Разработчик - О.С. Поплёвка

Минск 2015

Содержание

• Введение
• Раздел 1. Литературный обзор
• Раздел 2. Проектировочный раздел
• 2.1 Общие сведения о проектируемой РТС
• 2.2 Принцип действия сотовой связи
• 2.3 Обоснование основных технических параметров и характеристик
• 2.4 Особенности конструкции и условия эксплуатации
• 2.5 Требования к параметрам надёжности
• 2.6 Описание проектируемой схемы электрической структурной радиотехнического устройства
• Раздел 3. Расчетная часть
• 3.1 Общие сведения
• 3.2 Построение структурной схемы радиопередатчика
• 3.2.1 Выбор активных элементов для амплитудного модулятора
• 3.2.2 Выбор активного элемента (АЭ) и промежуточных каскадов
• Литература

Введение

Мобильная связь является неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Вне зависимости от своего устройства все радиотехнические системы объединяет одно свойство - в основе своей работы они используют радиоволны.

В настоящее время по всему миру работают десятки тысяч мобильных операторов, установлены миллионы антенн. Мобильные телефоны выпускаются с поддержкой 4 частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц.

В зависимости от количества диапазонов, телефоны подразделяются на классы и вариацию частот в зависимости от региона использования.

· Однодиапазонные - телефон может работать в одной полосе частот. В настоящее время не выпускаются, но существует возможность ручного выбора определённого диапазона частот в некоторых моделях телефонов, например Motorola C115, или с помощью инженерного меню телефона.

· Двухдиапазонные (Dual Band) - для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800 и 850/1900 для Америки и Канады.

· Трёхдиапазонные (Tri Band) - для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800/1900 и 850/1800/1900 для Америки и Канады.

· Четырехдиапазонные (Quad Band) - поддерживают все диапазоны 850/900/1800/1900.

Мобильной сетью охвачен почти практически вся территория планеты. Однако вопрос расширения зоны уверенного приема радиосигнала все еще не потерял своей актуальности.

Сегодня пользователя уже не удовлетворить только приемом радиосигнала. В наше время большое значение также имеет скорость передачи данных. В условьях выезда с территория домашней сети возникает проблема передачи сигнала. В наше время это проблема решена с помощью роуминга. Роуминг - это процедура предоставления услуг абоненту вне зоны обслуживания "домашней" сети абонента с использованием ресурсов другой (гостевой) сети.

Целью данного курсового проекта является обучение будущих специалистов, а также проектировка мобильных (сотовых) передатчиков и расчёте с помощью формул их параметров.

Задачи курсового проекта:

1. Рассчитать основные параметры мобильного передатчика;

2. Приобретение практических навыков проектирование и создания мобильных передатчиков;

3. Сделать выводы по проделанной работе.

Раздел 1. Литературный обзор

Сотовая связь именно от стандарта, а точнее частоты, на которой работает телефон, зависит качество связи. Также, чем больше частота передачи сигнала, тем меньший вред оказывает излучение телефона на ваш мозг. При аналоговой связи звуковой сигнал передается, как есть, а при цифровой он передается в виде оцифрованного кода. Поэтому цифровая связь несоизмеримо более качественна и значительно сложнее для прослушивания и насаждения двойников.

Первое поколение (аналоговые системы):

NMT (Nordic Mobile Telephone)

- стандарт сотовой связи, работающей в диапазоне 450 МГц. Первоначально предлагался для использования в скандинавских странах и затем распространился в Европе. Основные достоинства

AMPS (Advanced Mobile phone System)

- стандарт США для аналоговых сотовых систем на базе TDMA, работающих в диапазоне 800 МГц. Достоинства и недостатки те же, что и у NMT.

Второе поколение (цифровые системы):

DAMPS (Digital Advanced Mobile phone System)

- стандарт США для сотовых систем на базе TDMA, работающих в диапазоне 800 МГц. Является цифровой модификацией стандарта AMPS. Основное достоинство - возможность совместного использования с оборудованием AMPS, что позволяет осуществлять плавный переход от аналоговых к цифровым системам. Основной недостаток - относительно высокие энергозатраты на передачу сигналов. Мощность ручных радиотелефонов - до 600 мВт.

GSM (до 1995 г. - Groupe Speciale Mobile, c 1995 г. - Global Mobile System for Mobile communications). Предназначен для систем сотовой связи второго поколения, работающих на основе TDMA в диапазоне 900 МГц. Достоинства - позволяет осуществлять связь при малых энергозатратах. Мощности ручных радиотелефонов -100 и 250 мВт. Использование SIM-карт для доступа к каналам и услугам, закрытый для прослушивания радио интерфейс, шифрование передаваемых сообщений, использование службы коротких сообщений и др.

Исходя из этих данных, мы пришли к выводу: что сотовая связь имеет преимущества по сравнению с остальными, так как в сотовой связи хорошее качество связи она передается в виде оцифрованного кода. Поэтому цифровая связь несоизмеримо более качественна и значительно сложнее для прослушивания.

Таблица 1. - Сравнение радиосвязи с другими видами подвижной радиосвязи

Название	Достоинства	Недостатки
1	2	3
Спутниковая связь	(стоимость зависит от продолжительности передачи или объема передаваемого трафика); - возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная широковещательностью работы спутниковой связи. Эта возможность связана со значительным экономическим эффектом, который может быть получен по сравнению с использованием обычной неспутниковой сети, основанной на многочисленных физических линиях связи и коммуникационных устройствах. передачи или объема передаваемого трафика); - возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, передачи или объема передаваемого трафика); возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная широковещательностью работы спутниковой связи. Эта возможность связана со значительным экономическим эффектом, который может быть получен по сравнению с использованием обычной неспутниковой сети, основанной на многочисленных физических линиях связи и коммуникационных устройствах.	- необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных, на предотвращение возможности перехвата данных "чужими" станциями; - наличие задержки приема радиосигнала наземной станцией из-за больших расстояний между спутником и РТС. Это может вызвать проблемы, связанные с реализацией канальных протоколов, а также временем ответа; - возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних частотах; - подверженность сигналов на участках Земля-спутник и спутник-Земля влиянию различных атмосферных явлений.
Пейджинговая связь	Пейджер принципиально не может быть занят. Надежность пейджинговой связи принципиально выше. Оплата за пейджер не зависит от объема информационных сообщений. Количество передаваемых сообщений не ограничено. Бесплатные информационные каналы (курс валют, погода и т.д.)Фильтрация сообщений приходящих на пейджер. Возможность решения владельцу средства связи когда и кому ответить. Возможность чтения сообщения в любой обстановке не привлекая внимание окружающих. Хранение в памяти пейджера сообщений, защита от стирания. Превосходное устройство для уведомления. Безвреден для Вашего здоровья (т.к. он только принимает, и ничего не излучает). Принципиально невозможно определить абонента в пейджинговой сети (в отличие от сотовых телефонов).	С пейджера нельзя позвонить, когда это очень нужно. Выгодно и удобно: Совместное использование комплекта - пейджер и сотовый телефон. Защитите себя от дорогостоящих входящих звонков. Доверьте неограниченный прием сообщений Вашему пейджеру и решайте какие звонки сделать после полученной информации. невозможность подтверждения абонентом получения сообщения
Сотовая связь	- полный набором услуг, предоставляемых телефонной сетью общего пользования (передача факсов, доступ в Интернет); - автоматический роуминг; - возможностью определения местоположения абонента; - высокое качество речевых сообщений; - надежность и конфиденциальность связи, которые обеспечиваются защитой от несанкционированного доступа в сеть; - малые габариты и вес телефонных аппаратов; - современные модели имеют встроенные аккумуляторы, позволяющие работать длительное время без подзарядки.	Необходимость размещения множества вышек
Транкинговые системы связи	дешевое базовое и периферийное оборудование, простота установки и эксплуатации	при увеличении количества каналов и загрузки системы существенно увеличивается время поиска свободного радиоканала для установления связи; время установления связи больше, чем у других систем; невозможность создания многозоновых систем; сокращенный набор функций и сервиса

Раздел 2. Проектировочный раздел

2.1 Общие сведения о проектируемой РТС

Сотовая связь, сеть подвижной связи - один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид шестиугольных ячеек (сот).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

2.2 Принцип действия сотовой связи

Основные составляющие сотовой сети - это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество радиосигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой.

Рисунок 2.1 - Работы центр коммутации MSC

Центр коммутации MSC - это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с тем, кто ему необходим в обычной телефонной сети и др.

Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие. Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.

Операторы могут заключать между собой договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь вне зоны покрытия своей сети, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора. Как правило, это осуществляется по повышенным тарифам. Возможность роуминга появилась лишь в стандартах 2G и является одним из главных отличий от сетей 1G.

Операторы могут совместно использовать инфраструктуру сети, сокращая затраты на развертывание сети и текущие издержки.

2.3 Обоснование основных технических параметров и характеристик

связь радиопередатчик амплитудный модулятор

GSM - глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени и частоте.

В стандарте GSM определены 4 диапазона работы:

Таблица 2.1 - Стандарты 900/1800 МГц (используется в Европе, Азии)

Характеристики	GSM-900	GSM-1800
Частота передачи MS и приёма BTS (uplink), МГц	890-915	1710-1785
Частота приёма MS и передачи BTS (downlink), МГц	935-960	1805-1880
Дуплексный разнос частот приёма и передачи, МГц	45	95
Количество частотных каналов связи с шириной 1 канала связи в 200 кГц	124	374
Ширина полосы канала связи, кГц	200	200

Таблица 2.2 - Стандарты 850/1900 МГц (используется в США, Канаде, отдельных странах Латинской Америки и Африки)

Характеристики	GSM-850	GSM-1900
Частоты передачи MS и приёма BTS, МГц	824 - 849	1850 - 1910
Частоты приёма MS и передачи BTS, МГц	869 - 894	1930 - 1990
Дуплексный разнос частот приёма и передачи, МГц	45	80

В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (NB ТDМА). В структуре ТDМА кадра содержится 8 временных позиций на каждой из 124 несущих.

Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот (SFH) в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.

Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванными многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используются эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс.

Система синхронизации рассчитана на компенсацию абсолютного времени задержки сигналов до 233 мкс, что соответствует максимальной дальности связи или максимальному радиусу ячейки (соты) 35 км.

В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная модуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора. В качестве речепреобразующего устройства выбран речевой кодек с регулярным импульсным возбуждением, долговременным предсказанием и линейным предикативным кодированием с предсказанием (RPE/LTR-LTP-кодек). Общая скорость преобразования речевого сигнала - 13 кбит/с.

В стандарте GSM достигается высокая степень безопасности передачи сообщений; осуществляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA).

В целом система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN).

2.4 Особенности конструкции и условия эксплуатации

Рисунок 2.2 - Вид мобильного телефона Samsung i8910 HD в разобранном виде

Переднюю крышку изготавливают в основном из пластика, для исключения максимальных повреждений при падении телефона. Защитный экран дисплея в основном изготавливается из орк-стекла для избежание трещин при падении. Заднюю крышку изготавливают из пластика, или металла с присоединёнными к ней амортизаторов из поролона или другого мягкого вещества для избежание повреждения платы или элементов, находящихся непосредственно рядом с ней.

Условия эксплуатации:

Диапазон температур окружающей среды для работы устройств - от 0 до 35 °C. В условиях низкой или высокой температуры устройство может изменить поведение с целью регуляции температуры. Эксплуатация устройства при очень низких температурах, которые выходят за пределы установленного диапазона, может привести к временной ускоренной разрядке аккумулятора, в результате чего устройство может выключиться. Обычное время работы от аккумулятора восстановится, когда устройство попадет в окружающую среду с более высокой температурой. Диапазон температур для хранения устройств - от -20 до 45 °C. Мобильное устройство не защищено от воды, но также защищено от брызгав. Ударопрочность в среднем рассчитана на высоту до 2 метров.

2.5 Требования к параметрам надёжности

Надёжность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Ремонтопригодность - свойство объекта, приспособленность к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путём технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.

Безотказность - это свойство сохранять работоспособность в течение определённого времени. Для оценки безопасности применяют следующие показатели: вероятность безотказной работы; средняя наработка до и между отказами; интенсивность отказов для невосстанавливаемых изделий; параметр потока отказов для восстанавливаемых изделий.

2.6 Описание проектируемой схемы электрической структурной радиотехнического устройства

Область сотовой связи в Беларуси представлена цифровым стандартом GSM, занимающие на сегодняшний день большую долю рынка услуг сотовой связи. Структурная схема сети стандарта GSM приведена на рисунке.

Рисунок 2.3 - Функциональное построение и интерфейсы в стандарте GSM

На данном рисунке обозначены MSC (Mobile Switching Centre) - центр коммутации подвижной связи; BSS (Base Station System) - оборудование базовой станции; ОМС (Operationsand Maintenance Centre) - центр управления и обслуживания; MS (Mobile Stations) - подвижные станции.

Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации МККТТ ОКС №7.

Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC аналогичен ISDN коммутационной станции и представляет собой интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN и т.д.) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполнения функций обычной ISDN коммутационной станции, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся "эстафетная передача", в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях.

Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны (например, Донецкая область). MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации. Для телефонной сети общего пользования (PSTN) MSC обеспечивает функции сигнализации по протоколу SS7, передачи вызова или другие виды интерфейсов в соответствии с требованиями конкретного проекта.

MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых станций (BSS). Регистрация местоположения подвижных станций необходима для обеспечения доставки вызова перемещающимся подвижным абонентам от абонентов телефонной сети общего пользования или других подвижных абонентов. Процедура передачи вызова позволяет сохранять соединения и обеспечивать ведение разговора, когда подвижная станция перемещается из одной зоны обслуживания в другую. Передача вызовов в сотах, управляемых одним контроллером базовых станций (BSC), осуществляется этим BSC. Когда передача вызовов осуществляется между двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичное управление осуществляется в MSC. В стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями (контроллерами), относящимися к разным MSC.

Раздел 3. Расчетная часть

3.1 Общие сведения

Разнообразные типы передатчиков выполняются как комбинации соответствующих каскадов и блоков. Обобщенная структурная схема радиопередатчика представлена на рисунке 1.

Рисунок 3.1 - Обобщенная структурная схема радиопередатчика

Далее расчет ведем на основе методического пособия.

Частотная модуляция осуществляется в возбудителе передатчика, фазовая - в ВЧ усилителях или усилителях, импульсная и амплитудная - в ВЧ усилителях. Однополосная модуляция производится в первых каскадах передатчика. Модулятор - это ВЧ каскад передатчика, в котором и осуществляется модуляция. С помощью аппаратуры СУБС автоматически выполняются операции: включение/выключение РПдУ, перестройка по частоте, стабилизация параметров, защита персонала передатчика при нарушении нормальных условий эксплуатации и т. д.

При составлении и расчете структурной схемы РПдУ исходят из его назначения, условий работы и следующих основных параметров: Р_А - выходной мощности, подводимой к антенне; f_В-f_Н - диапазона рабочих частот, стабильности частоты, вида модуляции и характеристик модулирующего сигнала.

Составление структурной схемы РПдУ является ориентировочной процедурой, поскольку она производится на основе использования усредненного коэффициента усиления по мощности К_Р, представляющего собой отношение номинальных (паспортных) мощностей электронных приборов двух соседних каскадов. Задача составления структурной схемы состоит в том, чтобы определить рациональное число каскадов высокой частоты между автогенератором (АГ) и выходом РПдУ, обеспечивающее выполнение заданных технических требований к передатчику при минимальных затратах средств на изготовление и при достаточно высоком КПД.

Колебания маломощного возбудителя (P_ВЫХ ? 0,01 Вт) и сравнительно низкочастотного (f_АГ ? 10 МГц) последовательно усиливают несколькими каскадами усиления и умножения частоты, то есть доводят до заданной мощности и частоты.

Если рабочая частота передатчика лежит в диапазоне

Дf =f_В-f_Н,

то построение возбудителя усложняется. При небольшом числе рабочих частот возбудитель строится по принципу кварц-волна, что означает: каждой из частот соответствует свой кварцевый автогенератор. Переход с одной частоты на другую осуществляется с помощью коммутатора. В простейших возбудителях такого типа используется также интерполяционный принцип формирования выходных колебаний. При большом числе частот возбудитель представляет собой цифровой синтезатор частот, в состав которого входят кварцевый АГ, называемый опорным, делитель с переменным коэффициентом деления и система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

В мощных оконечных транзисторных каскадах приходится объединять для совместной работы много (десятки, сотни) транзисторов с помощью схем сложения мощностей.

В промежуточных каскадах необходимо использовать приборы с высокими коэффициентами усиления по мощности. КПД цепей согласования з_ЦС обычно не большие и ориентировочно могут определяться по данным таблицы 1.

Таблица 3.1 - КПД цепей согласования

Кр	3	5	10	20	>40
зЦС	0,8	0,7	0,5	0,4	0,25

При сопоставлении справочных данных с требуемой мощностью Р ₁ на некоторой частоте f нужно иметь в виду, что:

- максимальная мощность Р ₁ мало изменяется в различных схемах и на различных частотах, так как обычно ограничена допустимыми мощностями рассеивания, коллекторным напряжением или током; КПД коллекторной цепи з несколько повышается с уменьшением частоты, однако эти изменения незначительны;

- коэффициент усиления по мощности на частотах, где он не известен, определяется по формуле

Штрихом обозначены типовые экспериментальные коэффициент усиления по мощности и частота.

Расчет структурной схемы РПдУ начинается с определения необходимого числа транзисторов для получения заданной мощности и, как правило, с выбора активного элемента оконечного каскада.

3.2 Построение структурной схемы радиопередатчика

Исходные данные: составить структурную схему РПдУ, имеющего выходную мощность Р_А =0,5 Вт на частоте f= 1860 МГц. Модуляция амплитудная: m=1. Допустимая нестабильность частоты равна 10^-5. Напряжение питания Е_П = 28 В.

3.2.1 Выбор активных элементов для амплитудного модулятора

AM производится либо в оконечном каскаде, либо одновременно в оконечном и предоконечном каскадах. Последний случай принадлежит к комбинированной модуляции, что является разновидностью AM. Для проектируемого РПдУ выбираем комбинированную модуляцию. При AM выбор оконечного транзистора определяется режимом максимальной мощности:

Р_Амах = Р_А(1 + m)²= 0,5 * 4 = 2 Вт (3.1),

где Р_Амах - максимальная мощность.

Такая мощность на частоте 1860 МГц может быть получена на трех транзисторах типа 2T634A-2. Колебательная мощность в коллекторной цепи транзистора выходного каскада Р ₁, строго говоря, отличается от мощности, отдаваемой в нагрузку P_Amax из-за потерь в цепи согласования.

Р_Амах =Р ₁*з_цс (3.2),

где з_цс - КПД цепи согласования.

Обычно в транзисторных передатчиках вплоть до волн дециметрового диапазона всегда можно получить величину n_цс, мало отличающуюся от 1. Поэтому принимаем:

Р_вых= Р₁= 2 Вт (3.3),

где Р_вых - выходная мощность.

Как правило, изготовители транзисторов указывают типовые экспериментальные данные. Воспользовавшись ими, приf= 1860 МГц определяем Р' = 4 Вт, К_р' = 7.

Ориентировочно для возбуждения транзисторов оконечного каскада необходима мощность:

(3.4),

где - мощность оконечного каскада.

Входная мощность для оконечного каскада Р_{ВХ ОК} будет являться выходной мощностью предоконечного каскада, то есть:

Р_вхпк = Р_вхок = 2 Вт (3.5),

где Р_вхпк - выходная мощность предоконечного каскада.

Необходимо определить постоянное напряжение на коллекторе в режиме максимальной мощности, которое складывается из напряжений, полученных от модулятора U_мах и источника питания:

(3.6),

где Е_Кмах - напряжение на коллекторе в режиме максимальной мощности.

Выбор типа транзистора предоконечного каскада определяется не только необходимой величиной мощности Р _{1 ПК}, но и величиной К_Р.ПК этого транзистора, и напряжением питания его коллекторной цепи. Удобно, чтобы предоконечный каскад мог питаться от того же источника с напряжением Е_П, что и оконечный каскад. В отличие от контура оконечного каскада, здесь при достаточно высоких коэффициентах усиления транзистора по мощности нецелесообразно предъявлять требование высокого значения КПД контура. Предоконечный транзистор должен обеспечить мощность:

(3.7),

где

Такую мощность при высоком коэффициенте усиления по мощности К_Р можно получить от двух транзисторов 2T634A-2.

На рабочей частоте 1860 МГц К_Р предоконечного каскада равен:

25 (3.8),

Мощность на входе транзисторов 2T634A-2 равна:

(3.9),

где

Коллекторное питание этих транзисторов можно осуществлять через обмотку трансформатора. При этом модулируются одновременно оконечный и предоконечный каскады, что обусловливает малые нелинейные искажения.

3.2.2 Выбор активного элемента (АЭ) и промежуточных каскадов

Дальнейшее построение структурной схемы производим следующим образом.

Выберем транзистор для АГ. Поскольку допустимая нестабильность равна 10^-5, то это обстоятельство определяет необходимость иметь в возбудителе кварцевую стабилизацию. Кроме того, АГ должен быть маломощным и работать на относительно низкой частоте. В зависимости от частоты АГ и его выходной мощности определяется число промежуточных каскадов.

(3.10),

где - количество умножителей частоты.

Для АГ следует выбрать высокочастотный транзистор, имеющий f_t>(20-50)f_p. Выбираем транзистор 2T634 с частотой f= 450 МГц.

Положим, что выходная мощность нашего АГ должна быть равной 0,094 Вт. Тогда между возбудителем и предоконечным каскадом можно поставить три каскада: два маломощных утроителя и один относительно мощный усилительный каскад. Таким образом, ориентировочно структурная схема передатчика будет иметь следующий вид (рисунок 2).

Рисунок 3.2 - Структурная схема передатчика

Возбуждать транзисторы предоконечного каскада можно от усилителя, который должен обеспечить мощность:

(3.11),

где - мощность усилителя.

Такую мощность на частоте 1860 МГц можно получить с помощью транзистора 2T634A-2, который на частоте 1860 МГц имеет высокое усиление по мощности:

(3.12),

На возбуждение каскада требуется мощность:

(3.13),

где - входная мощность усилителя.

Теперь перейдем к выбору транзисторов для умножителей. Для большинства схем, работающих в умножительном режиме, можно считать, что выходная мощность и коэффициент усиления по мощности транзистора падают в N раз.

В режиме умножения КПД коллекторного контура должен быть обязательно невысоким, так как в противном случае из-за низкой нагруженной добротности контура будут плохо отфильтровываться соседние гармоники.

При построении структурной схемы важным с точки зрения унификации является применение по возможности однотипных транзисторов. Если принять n_УМ = 0,5 то транзистор умножителя должен обеспечить мощность:

(3.14),

где - мощность пятого умножителя.

В качестве активного элемента в устроителе можно использовать транзистор 2T634A-2.

На возбуждение пятого каскада (четвертого умножителя) требуется мощность:

(3.15),

где - входная мощность умножителя.

Примем n_ум = 0,5, четвертый умножитель должен вырабатывать мощность:

(3.16),

где - мощность четвёртого умножителя.

На возбуждение четвертого каскада (третьего умножителя) требуется мощность:

(3.17),

где - входная мощность четвертого умножителя.

Примем n_ум = 0,5, третий умножитель должен вырабатывать мощность:

(3.18),

где - мощность первого умножителя.

На возбуждение третьего каскада (второго умножителя) требуется мощность:

(3.19),

где - входная мощность второго умножителя.

Второй умножитель должен вырабатывать мощность:

(3.20),

где - мощность второго умножителя

На возбуждение второго каскада (первого умножителя) требуется мощность:

(3.21),

где - входная мощность второго умножителя.

Рассмотрим возможность использования в качестве активного элемента транзистор 2T634Б-2. Как известно, следует выбирать такой транзистор, у которого допустимая мощность рассеивания того же порядка, что и колебательная - Р ₁. У транзистора КТ 342Б-2_доп= 0,065 Вт.

Если применить формулу

и принять з₁=0,5, что справедливо для большинства полупроводниковых приборов (з₁=0,5-0,7), то Р_рас=Р_доп=0,06 Вт, следовательно, в усилительном режиме транзистор обеспечит:

Таким образом, в результате расчета структурная схема радиопередатчика ориентировочно будет иметь вид, показанный на рисунке 3.2.

Первый умножитель и АГ требуют пониженного питания, которое обеспечивается путем включения гасящего резистора R1. Стабилитрон повышает стабильность напряжения в АГ.

Литература

1. Радиопередающие устройства / В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 2003. - 560с.

2. Проектирование радиопередатчиков / В.В. Шахгильдян, М.С. Шутилин, В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 2000. - 656 с.: ил.

3. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов. - М.: Высш. школа, 1989. - 232 с.: ил.

4. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Г.М. Уткина. - М.: Сов. радио, 1979. - 320 с.

5. Системы спутниковой связи / А.М. Бонч-Бруевич, В.Л. Быков, Л.Я. Кантор и др.; Под ред. Л.Я. Кантора. - М.: Радио и связь, 1992. - 224 с.

6. Минаев М.И. "Радиопередающие устройства СВЧ"; Мн.: Высшая школа, 1987г. - 220с

7. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высшая школа, 2000. - 462 с.: ил.

8. Бригидин А.М., Ползунов В.В. Учебно-методическое пособие: Радиопередающие устройства. - Мн.: БГУИР, 2006г.

Размещено на Allbest.ru