Радиомаяк связной КВ-диапазона: модернизация и улучшение его характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Ростовский филиал

Курсовой проект по дисциплине:

«Радионавигационные системы»

Тема: «Радиомаяк связной КВ-диапазона: модернизация улучшение его характеристик»

Проектировал: студент 5 курса

Куликов С.И.

Шифр РС-111963

Руководитель: Старший преподаватель

Куликов М.С.

Ростов-на-Дону 2015

Содержание

Введение

1. Внешнее проектирование устройства

1.1 Разбивка на поддиапазоны

2. Разработка и расчет структурной схемы

2.1 Передающий тракт

2.2 Модулирующий тракт

3. Расчет и проектирование схем каскадов передатчика

3.1 Расчет выходной цепи передатчика

3.2 Расчет входной цепи передатчика

3.3 Расчет номиналов элементов схемы ГВВ

3.4 Расчет согласующего четырехполюсника

4. Требования к номиналам источников питания передатчика

4.1 Расчет промышленного КПД

Заключение

Литература

Введение

Время от времени в истории науки и техники случаются события, коренным образом преобразующие жизнь всех людей. К таким событиям относится и изобретение радиосвязи. Радио оказалось могучим средством общения людей, передачи информации практически мгновенно на огромные расстояния, обеспечило возможность управления, организации производства и других видов деятельности в масштабе целых государств. Если попробовать представить себе современный мир без радиосвязи, то ничего не получится. Без связи остановится промышленность, транспорт, замрёт экономическая, политическая и общественная жизнь.

В настоящее время линии радиосвязи многократно опоясывают весь земной шар. Короткие волны могут распространяться земной (поверхностной) и пространственной (ионосферной) волнами. При использовании земной волны из-за сильного поглощения в почве приём возможен лишь в пределах 80-150 километров. Пространственные волны при отражении от ионизированных слоев атмосферы испытывают незначительные поглощения. Это делает короткие волны более удобными, чем длинные или средние, при передаче информации на большие расстояния. Используя пространственную волну в диапазоне KB, можно обеспечить передачу информации на расстояние в несколько тысяч километров.

1. Внешнее проектирование устройства

Задание на курсовой проект приведено в таблице 1.1.

Таблица 1.1

№ вар.	Диапаз. Частот, МГц	Вид модуляции	Глуб. модуляции	Вых. Мощность, Вт	Частоты модуляции, кГц	Элект. Прибор	Место установки
74	108-112	АМ	0,4	20	0,15	ТИ	Н

АМ - амплитудная модуляция, ТИ - интегрально-транзисторные, Н - наземная установка.

Амплитудная модуляция - вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.

Интегрально-транзисторные - рекомендуемая элементная база, допускается использование транзисторов в мощных каскадах.

Наземная установка - использование питания ~220 вольт с частотой 50 герц.

1.1 Разбивка на поддиапазоны

Определяем необходимость разбивки на поддиапазоны.

Коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот производится по формуле:

, (1.1)

где: - максимальная частота передаваемого диапазона; - минимальная частота передаваемого диапазона.

Полученный коэффициент , отсюда видно, что необходимости разбивки на поддиапазоны нет [1].

2. Разработка и расчет структурной схемы

2.1 Передающий тракт

Находим номинальную мощность активного элемента выходного каскада передатчика по формуле:

(2.1)

где: - коэффициент производственного запаса, равный 1,2…1,4; - коэффициент, учитывающий значение коэффициента амплитудной модуляции m; - заданная мощность в нагрузке; - КПД колебательной системы, равный (0,95…0,98); - КПД симметрирующего трансформатора на выходе колебательной системы при симметричном входе антенны, равный (0,9…0,95).

.

Полученное значение < , то применять построение модульного генератора с внешним возбуждением по схеме сложения мощностей не обязательно. передатчик амплитуда частота

Выбираем транзистор по полученному значению и заданному , ориентируясь на следующие критерии:

< ,

,

где: - допустимая мощность транзистора; - граничная частота транзистора.

Данное условие выполняет транзистор КТ931А:; [2].

При этом мощность, развиваемая на выходе будет равна:

, (2.2)

.

Перейдем к расчету промежуточных каскадов между возбудителем и предвыходным каскадом. Для этого учтём, что возбудитель передатчика работает на частотах порядка для целей повышения стабильности частот несущих. Поэтому в составе промежуточных каскадов должны быть умножители частоты с общим коэффициентом умножения . Выберем целое число . Это значит, что надо использовать два умножителя: на 2 и на 3. В качестве умножителей применим схему типа варакторного умножителя частоты параллельного типа. Пусть перед предвыходным каскадом стоит утроитель частоты, от которого потребуется мощность:

(2.3)

где: - коэффициент усиления по мощности выходного каскада; - КПД цепи межкаскадного согласования.

.

Такую мощность может обеспечить, например, варактор КА613А с параметрами: ; .

На вход утроителя частоты должна быть подана мощность:

(2.4)

где: - коэффициент усиления по мощности утроителя.

.

Эта мощность не велика, поэтому необходимости в промежуточном каскаде усиления между умножителями нет. Перед умножителем частоты поставим тогда удвоитель частоты, на вход которого должна быть подана мощность:

, (2.5)

где: - коэффициент усиления по мощности удвоителя.

.

Мощность в вполне можно получить с выхода синтезатора-возбудителя передатчика. В качестве активного элемента удвоителя частоты выберем варактор типа 2А602Б с параметрами: ; .

2.2 Модулирующий тракт

Определим теперь структуру модулятора. При коллекторной модуляции минимальная мощность, требуемая от выходного каскада модулятора при модуляции на выходной каскад, составит:

, (2.6)

Подставляя в это соотношение полученные выше величины параметров, получим:

.

Поскольку полученная мощность меньше , то выходной каскад модулятора следует выполнить по однотактной схеме и на низкочастотном транзисторе, например, типа П302 с параметрами: ; . На вход модулятора следует подать мощность от предварительных усилителей:

, (2.7)

.

Такую мощность может обеспечить подмодулятор в виде УНЧ на одном транзисторе, например, типа ГТ122А с параметрами: ; .

Рисунок 2.1 Структурная схема передатчика: 1 - удвоитель частоты; 2 - подмодулятор УНЧ; 3 - утроитель частоты; 4 - выходной каскад модулятора; 5 - выходной каскад генератора с внешним возбуждением; 6 - согласующий фильтр выходного каскада.

Таким образом, определена структурная схема передатчика. Она имеет вид рисунок 2.1, с наличием каскадов.

Управляющий сигнал поступает от синтезатора частот (СЧ) на вход удвоителя, где частота сигнала удваивается. Усиленный и удвоенной частоты сигнал поступает на вход утроителя частоты, где частота сигнала утраивается. Управляющий сигнал в шесть раз больше поступившего от СЧ поступает на вход генератора с внешним возбуждением (ГВВ), где усиливается и поступает в согласующий фильтр, а далее в антенно-фидерное устройство (АФУ), откуда распространяется в окружающую среду. Этот сигнал никакой информации в себе не несёт, что бы сигнал приобрёл информацию необходимо подать от источника сигнала (ИС) сигнал, который, усиливаясь в подмодуляторе усилителя низкой частоты УНЧ, поступает на выходной каскад модулятора. С выходного каскада модулятора сигнал поступает на ГВВ, где амплитуда колебаний несущей изменяется на величину, равную амплитуде звукового модулирующего сигнала. Если к модулятору больше не прикладывается сигнал, амплитуда несущей опять принимает свое первоначальное значение, соответствующее номинальной мощности несущей.

3. Расчет и проектирование схем каскадов передатчика

3.1 Расчет выходной цепи передатчика

Исходные данные для расчёта:

- Выходная мощность .

- Рабочие частоты .

- Тип выбранного транзистора КТ931А.

- Схема построения - с общим эмиттером.

Параметры выбранного транзистора приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

30	4	80	15	0,2	0,5	0,06	0,2	60	400	0,7	190	200	0,3	1,6

Рекомендуемый режим работы транзистора - класс В, с отсечкой тока в критическом режиме с углом отсечки тока коллектора . Тогда, , , , .

Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения в граничном режиме вычисляется по формуле:

, (3.1)

.

Выбираем напряжение коллекторного питания . Проверяем: < .

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

, (3.2)

.

Постоянная составляющая коллекторного, базового, эмиттерного токов:

, (3.3)

.

, (3.4)

.

, (3.5)

.

, (3.6)

.

Как видно, все токи меньше допустимого значения.

Мощность, потребляемая от источника питания:

, (3.7)

.

Мощность рассеяния на коллекторе:

, (3.8)

.

Электронный КПД схемы:

, (3.9)

.

Величина эквивалентной нагрузки коллекторной цепи:

, (3.10)

.

3.2 Расчет входной цепи передатчика

Постоянная времени открытого эмиттерного перехода:

, (3.11)

Эквивалентная постоянная времени:

, (3.12)

.

Определяем амплитуду входного тока:

, (3.13)

.

Рисунок 3.1 Схема рассчитываемого генератора с внешним возбуждением

Учитывая, что рабочая частота > , то можно не ставить дополнительное сопротивление в схеме рисунок 3.1, т.е. считать, что . Тогда дополнительное сопротивление определится соотношением:

, (3.14)

.

Максимальная величина обратного напряжения при закрытом эмиттерном переходе определяется соотношением:

, (3.15)

.

Напряжение смещения на эмиттерном переходе:

, (3.16)

.

Активная составляющая входного сопротивления транзистора:

, (3.17)

.

Мощность возбуждения каскада:

, (3.18)

.

Коэффициент усиления каскада по мощности:

, (3.19)

.

Этим заканчивается расчет электронного режима выходного каскада передатчика.

3.3 Расчет номиналов элементов схемы ГВВ

Сопротивление смещения в цепи базы транзистора рисунок 3.1.

, (3.20)

.

Выбираем номинал из ряда Е24:.

Индуктивности блокировочных дросселей:

, (3.21)

.

, (3.22)

.

Величины блокировочных и разделительных ёмкостей:

, (3.23)

.

Выбираем из ряда Е24: .

, (3.24)

.

Выбираем из ряда Е24:

, (3.25)

.

Здесь приняли сопротивление модуляционного трансформатора , равное 2 Ома. Выбираем из ряда Е24: .

, (3.26)

.

Здесь приняли сопротивление источника питания , равным 1 Ом.

- минимальная частота модуляции. Выбираем из ряда Е24: .

3.4 Расчет согласующего четырехполюсника

Полагаем, что нагрузкой передатчика является коаксиальный кабель с волновым сопротивлением . Тогда нагрузкой для ГВВ будет сопротивление . На рисунке 3.1 показан согласующий четырехполюсник П-образного типа. Исходной величиной служит заданное значение коэффициента фильтрации четырехполюсника . Тогда необходимая добротность контура четырехполюсника:

, (3.27)

где: - коэффициент фильтрации по второй гармонике, выбираемый в пределах 100…1000.

.

Процедура расчета всего контура имеет вид:

, (3.28)

.

, (3.29)

.

, (3.30)

.

, (3.31)

.

, (3.32)

.

, (3.33)

.

, (3.34)

.

Выбираем из ряда Е24: .

, (3.35)

.

Выбираем из ряда Е24: .

, (3.36)

.

4. Требования к номиналам источников питания передатчика

Источник питания должен обеспечивать:

- напряжение на входе 220 Вольт частотой 50 Гц;

- напряжение на выходе выпрямленное 16 Вольт;

- ток на выходе не менее 5 Ампер;

- мощность 80 Ватт.

Рисунок 4.1 Схема источника питания передатчика

Эта несложная схема позволяет получить хороший коэффициент стабилизации и большой выходной ток, который зависит от числа управляющих транзисторов , типа КТ819 включенных параллельно.

Подключенный на выходе тиристор типа КУ202 надежно сжигает предохранитель типа СП-15А, если выходное напряжение по каким-то причинам становится выше допустимого, величина напряжения срабатывания защиты зависит от стабилитрона типа 2С215Ж или 2С515А.

В момент срабатывания защиты или перегрузки по току загорается светодиод типа АЛ102, сигнализирующий о том, что предохранитель сгорел.

Используемая в данном блоке питания импортная микросхема типа LT1084CT обеспечивает стабилизацию напряжения в диапазоне 10-28В, с током на выходе 5A и коэффициентом пульсаций 1%. Также можно использовать отечественную микросхему КР142ЕН22А на 7,5А.

Импортный трансформатор LF84B-22024-GS с характеристиками 230-250/24В; 150ВA; 6,3А. Есть встроенная защита от превышения тока и короткого замыкания IP44.

Стабилитроны , типа КС113.

Диодный мост выполнен на диодах типа КД213 обеспечивающих выпрямление напряжения 24В с током 5А.

Конденсаторы типа К50-68 с максимальным рабочим напряжением 50В и ёмкостью 2200 мкФ; типа К50-68 с максимальным рабочим напряжением 50В и ёмкостью 220 мкФ; типа К78-36 с максимальным рабочим напряжением 250В и ёмкостью 1 мкФ.

Резисторы , типа С5-16-10 с номиналом 0,1 Ом; типа С2-23-0,25 с номиналом 300 Ом; типа С2-23-0,25 с номиналом 2,2 кОм; , , типа С2-23-0,25 с номиналом 1 кОм.

4.1 Расчет промышленного КПД

Этот параметр характеризует потребляемую радиостанцией от питающей сети мощность . По определению:

, (4.1)

где: - мощность на антенном фидере. Для радиовещательных станций стандарт устанавливает нижнюю границу для данного параметра равной 0,6. При эскизном проектировании допустимо оценить мощность приближенно, поскольку расчет режима выполнен лишь для части элементов структурной схемы. Примем:

, (4.2)

где: - электронный КПД выходной цепи оконечного усилителя; - контурный, а также учитывающий потери в других элементах, соединяющих усилитель с главным фидером составляет 0,95; - коэффициент усиления мощности каскада усиления; Сумма обратных произведений быстро замедляет свой рост, обычно достаточно учесть два, реже три слагаемых; - относительные потери в базовых цепях определяют по известным из расчета данным (); - мощность теряемая в системе охлаждения радиостанции (), зависит от уровня и составляет 0,1 для мощных и 0,05 для маломощных. Числовой коэффициент 0,95 учитывает потери преобразования энергии первичных источников питания в энергию вторичных [3].

.

Заключение

Данный передатчик является простым и относительно недорогим устройством. Элементная база на которой он выполнен представлена в широком ассортименте поставщиков, т.е. время на поставку радиокомпонентов будет не долгим, из-за простоты схемы так же уменьшает время изготовления. Диапазон частот в котором он работает достаточно для односторонней передачи по одному каналу без перестройки на поддиапазоны, а использование амплитудной модуляции даёт достаточно уверенную передачу, так как задающий генератор работает на фиксированной частоте, а умножители дополнительно стабилизируют и увеличивают частоту несущей. Использование низкой частоты модулирующего сигнала даёт возможность передавать речь либо тональные сигналы до 150 Гц, в которых можно зашифровать необходимую информацию.

Данный передатчик имеет стационарное место расположения на земле, питается от сетевого источника питания, что увеличивает надежность эксплуатации.

Литература

1. Проектирование радиопередающих устройств; Под ред. В.В. Шахгильдяна. -М.: Радио и связь. 1993, 1984.

2. Транзисторы средней и большой мощности. Справочник; Под ред. А.В. Голомедова. -М.: радио и связь, 1989.

3. Проектирование радиопередатчиков 4-е издание, переработанное и дополненное; Под ред. В.В. Шахгильдяна. -М.: Радио и связь. 2000.

4. Дивеев. В.Н. Методические указания, контрольное задание и курсовой проект для студентов 5 курса специальности 201300 заочного обучения по дисциплине «Радионавигационные системы». -М.: МГТУ ГА, 1998.

Размещено на Allbest.ru

...