Передатчик связной МВ диапазона с ОМ

 
 

         При разработке и расчёте структурной схемы блока СФОС рассматривается фильтровый метод формирования однополосного сигнала с тремя каскадами преобразования спектра исходного сигнала от источника сигнала и подавлением несущей в балансных модуляторах.

      Звуковой  сигнал с микрофона (М) усиливается  усилителем низкой частоты (1) и попадает на балансный модулятор БМ1 (2). На второй вход БМ1 поступает напряжение с частотой f₀. Частота f₀ стабилизирована кварцем и ее значение определяется АЧХ электромеханического фильтра (ЭМФ) и выбором рабочей боковой полосы (верхней или нижней). На выходе первого балансного модулятора получается двухполосный сигнал с ослабленной несущей. Степень подавления несущей частоты на выходе передатчика (в антенне) определяется балансным модулятором и ЭМФ, а нежелательной боковой полосы - только параметрами ЭМФ. Последующие каскады не могут изменить степень подавления этих составляющих однополосного сигнала.

      С выхода ЭМФ однополосный сигнал поступает  на второй балансный модулятор (4). На другом его входе - сигнал вспомогательной частоты f₁. Частота f₁ выбирается выше верхней рабочей частоты передатчика - f_B. При таком выборе комбинационная частота на выходе БМ2 f₁ + f₀ также будет выше верхней частоты рабочего диапазона передатчика. Следовательно, колебания вспомогательного генератора f₁ и продукты преобразования первого порядка с частотами f₁ + f₀ , если они попадут на вход усилителя мощности, не создадут помех в рабочем диапазоне проектируемого передатчика.

      Относительная расстройка между комбинационными  частотами на выходе БМ2 , как правило, не велика, поэтому селекция нужной комбинационной частоты должна осуществляться пьезокерамическим фильтром (ПФ) или  фильтром на поверхностных акустических волнах (5). Полоса пропускания этого фильтра должна быть не меньше полосы прозрачности ЭМФ.

      Однополосный  сигнал с выхода ПФ в балансном  модуляторе БМ3 (6) смешивается с частотой f₂. Источником этих колебаний служит синтезатор сетки дискретных частот, генерирующий сетку с заданным шагом Df. Частота f₂ выбирается выше f₁, то есть выше рабочего диапазона. Частоты рабочего диапазона от f_Н до f_B получаются на выходе БМ3. Они равны разности частот f₂ и промежуточной частоты на выходе полосового фильтра(5) f = f₂ - f₁ - f₀.

      Эти частоты выделяются фильтром нижних частот (7), частота среза которого равна верхней частоте рабочего диапазона f_B.

      Однополосный  сигнал формируется на малом уровне мощности. До заданного уровня на выходе передатчика он доводится линейным усилителем мощности. Усилитель (8) состоит из предварительного и оконечного усилителей.

      Цепи  связи промежуточных каскадов делают широкополосными, перекрывающими весь диапазон передатчика. Здесь не ставится задача фильтрации высших гармоник, решается только проблема согласования входного сопротивления следующего каскада с выходным предыдущего. Широкое применение находят трансформаторы на длинных линиях и цепи, обеспечивающие постоянное входное сопротивление усилительного каскада.

      Цепь  связи (9) с антенной включает в себя переключающиеся в зависимости от частотного поддиапазона фильтры гармоник.

      Для преобразования звуковых колебаний (речи) используется микрофон BF1, который может быть как динамическим, так и конденсаторным. Последний обладает высокой чувствительностью (по сравнению с динамическим) и имеет встроенный предварительный усилитель на полевом транзисторе, поэтому стоит выбрать данный тип микрофона (МК) для проектируемого передатчика. Чтобы обеспечить усиление речевого сообщения, необходимо подать питающее напряжение на МК. Это обеспечивается резистором R2.

      Сигнал, идущий с МК, имеет небольшую амплитуду, поэтому необходим УНЧ, который  обеспечит нужное усиление низкочастотного (НЧ) сигнала до уровня, обеспечивающего нормальную работу БМ. Для этой цели используется каскад УНЧ на интегральной микросхеме (ИМС) DA1 К538УН3Б. Микросхема представляет собой малошумящий широкополосный усилитель с рабочей частотой до 3МГц, оптимизированный для работы с низкоомными источниками сигналов, предназначен для применения в качестве предварительного усилителя и в качестве усилителя низкоомных датчиков. Напряжение питания: U_п=6В±10%. Данный тип ОУ выбран из тех соображений, что он может работать при низковольтном однополярном питании и имеет низкую потребляемую мощность.

      Усиленный НЧ сигнал с УНЧ подаётся на БМ1 – с него на DA2, ИМС К174ПС4. Микросхема представляет собой двойной балансный смеситель, предназначена для использования в качестве смесителя частоты в диапазоне частот до 1000 МГц, модулятора, усилителя. Отличается отсутствием или ослаблением в спектре выходного сигнала составляющих с частотами сигнала и гетеродина и хорошей развязкой между цепью гетеродина и входом. Просачивание напряжение гетеродина на вход составляет 40..50 дБ. Так как в проектируемом передатчике используется три БМ, то для унификации принципиальной схемы целесообразно применить БМ одного типа.

      В качестве электромеханического фильтра  используем ЭМФ 500-9Д-ЗВ - электромеханический  фильтр настроенный на частоту 500 кГц, девятидисковый, пропускающий полосу частот 3 кГц, расположенную выше частоты 500 кГц. Выбор элемента определяет промежуточную частоту 500 кГц.

      Пройдя  ЭМФ, промодулированный сигнал поступает  на второй БМ – с него на DA3, где происходят те же преобразования, что и в первом БМ..

      С выхода БМ2 (DA3) высокочастотный (ВЧ) сигнал подаётся на ПФ, который обеспечивает селекцию комбинационной частоты, полоса фильтра приблизительно равна полосе пропускания ЭМФ.

      Отфильтрованный сигнал с ПФ поступает на БМ3 с него на DA4, где также происходит модуляция входного сигнала, осуществляемая напряжением генератора от СЧ, подающегося через разделительный конденсатор. Промодулированный сигнал подаётся на ФНЧ, выполненный как фильтр Чебышева 5-го порядка (Т05-08). В результате на выходе фильтра получается однополосный сигнал. С выхода ФНЧ ОП сигнал усиливается в линейном режиме предварительном многокаскадном усилителе мощности (УМ). Данный каскад работает в линейном режиме.

      После предварительного усиления сигнал через  разделительный конденсатор поступает на оконечнй каскад (ОК) и подводится мощность к базам транзисторов. Сигнал подаётся на модуль усилителя, выполненного по двухтактной схеме. Каскад выполнен на транзисторах VT1- VT2, резисторах R1-R4 и разделительных конденсаторах С1- С2. Сопротивлениями R1-R4 создаётся постоянное смещение на базах транзисторов. Далее следуют . Транзисторные каскады питаются напряжением, подведенным к коллекторам транзисторов через симметрирующие линии, выполняющие также функцию подавления четных гармоник. Конденсатор С3 является блокировочным по питанию.

      Для обеспечения подавления высших гармоник сигнала после ОК ставятся три  фильтра гармоник, которые коммутируются  тремя коаксиальными реле в соответствии с одним из трёх выбранным поддиапозоном. Фильтры построены на основе ФНЧ 5-го порядка. 1-й фильтр обеспечивает полосу прозрачности в диапозоне 4…7.2 МГц, 2-й –  7.2…12.96 МГц, 3-й – 12.96…23.3 МГц. Такое разделение всего диапозона частот необходимо для лучшего подавления высших гармоник, поступающих в фидер.

                                       Рис.1. Структурная схема передатчика. 
 

       РАЗРАБОТКА СХЕМ И РАСЧЁТ КАСКАДОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ 

                             РАСЧЁТ ВЫХОДНОГО ГВВ ПЕРЕДАТЧИКА 

    ГВВ  построен по схеме сложения мощностей, и рассчитываемый каскад является одним  из аналогичных модулей схемы. Схема  этого модуля приведена на рисунке №2.

    

                                           Рис.2. Схема модуля ГВВ. 

    Выберем критический режим работы ГВВ в классе В с углом отсечки θ = 90˚. Найдём соответствующие ему значения коэффициентов Берга в таблице №3: 
 

 

    Определим амплитуду первой гармоники коллекторного  напряжения в граничном режиме:

              

    Напряжение  коллекторного питания:

                                    

    так, чтобы :

                               

    Амплитуда первой гармоники коллекторного  тока:

                                              

    Постоянный  ток коллектора:

                                             

    Постоянный  ток базы:

                                                  

    Максимальный  ток коллектора:

                                                 

    Эти токи меньше допустимых.

    Потребляемая  от источника питания мощность:

                                               

    Мощность  рассеяния на коллекторе:

                                   

    КПД коллекторной цепи:

                                                     

    Сопротивление коллекторной нагрузки:

                                                 
 

                       РАСЧЁТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ ВЫХОДНОГО КАСКАДА 

    Постоянная  времени открытого эмиттерного  перехода:

                                                

    Эквивалентная постоянная времени:

             

    Амплитуда входного тока каскада:

                                 

    Так как , то дополнительное сопротивление R1 не используется.

    Ёмкость входной цепи:

                     

    Максимальная  величина обратного напряжения на эмиттерном переходе:

                                         
 
 

    Напряжение  смещения на эмиттерном переходе:

    

    Входное сопротивление транзистора:

    

    Мощность  возбуждения:

                                       

    Коэффициент усиления по мощности:

                                                        
 

                    РАСЧЁТ СОГЛАСУЮЩЕГО ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНИКА 

    Полагаем, что нагрузкой передатчика является коаксиальный кабель с волновым сопротивлением ρ. Пусть это будет коаксиальный кабель марки РК – 75 с волновым сопротивлением 75 Ом. Тогда нагрузкой для одного модуля ГВВ будет сопротивление:

                                            

    Необходимая добротность контура:

                                                

    где Ф₂ – коэффициент фильтрации по второй гармонике, выбираемой в пределах 100…1000; (возьмём 600).

    Определим среднее сопротивление R_СР:

                                         

    Найдём  сопротивление Х₂ :