Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по специальности 11.02.01 Радиотехнические информационные системы

МДК 01.02 «Теоретические основы устройства метеорологических РИС и их эксплуатация»

Студент:

Группа: Р-41

Тема: П01 МДК 01 02: Глиссадный радиомаяк.



Целевая установка: научить обучающегося самостоятельно применять полученные знания для решения конкретных практических задач, привить навыки в производстве расчетов, проведение научных исследований и обоснования принимаемых решений, определение уровня сформированности умений и практических навыков слушателя к самостоятельному проведению исследований по профилю.

Наименование параметра	Условн. Обозн.	Един Изм.	Величина
1. Функциональное назначение:	формирование
2. Место установки:	аэродром
3. Рабочая частота:	f	МГц	ГОСТ
4. Вид сигнала	импульс	простой
5. Длительность импульса	Ти	мкС	ГОСТ
6. Частота повторения импульсов	F	Гц	ГОСТ
7. Мощность/имп. мощность передатчика	Ри	кВт	расчет
8. Максимальная дальность обнаружения	D	км	50
9. Обзор пространства		град	сектор
10. Чувствительность приемника	S	дБ	расчет
11. Условия эксплуатации: - температура - влажность - давление	t U P	?c % Па	выбрать
12. Площадь цели	д	м2	5…50
13. Электрический расчет системы ФУ	система балансного смесителя
14. Недостающие параметры выбираются самостоятельно исходя из назначения РЛС

Введение

Светотехнические и радиотехнические наземные средства аэропортов составляют систему обеспечения посадки воздушных судов.

Ночью и в сложных метеорологических условиях днем, когда естественные наземные ориентиры не видны, значительная роль отводится светотехническим средствам, особенно на завершающих этапах посадки (планирование, выравнивание, приземление и пробег по взлетно-посадочной полосе).

Пилот, установив визуальный контакт с землей, при помощи светотехнических средств получает информацию о положении ВС относительно ВПП (направление на ось ВПП, удаление до ВПП, плоскость горизонта, обозначение ВПП, место приземления и направление пробега после посадки).

Системы посадки по приборам, основанные на радионавигационных принципах работы, в наиболее развитых странах начали разрабатывать в начале 1930-х годов. В США после успешных испытаний курсо-глиссадной системы Администрация Гражданской Авиации заключила договор на ее установку к 1941 году в 6 аэропортах страны. В 1945 году США использовали КГС на 9 гражданских аэродромах и 50 военных. Созданная немцами в 1930-е годы КГС к 1938 году, помимо самой Германии, продавалась по всему миру и была установлена, в частности, в Дании, Швеции, Польше, Чехословакии, Венгрии, Австралии и Англии.

Япония до войны разработала оптическую систему посадки для использования на авианосцах. Во Вторую мировую войну подобной системой на авианосцах обладали только японцы.

В СССР первая КГС - «Ночь-1» была создана в конце 1930-х годов и состояла из курсоглиссадного маяка и маркерных маяков. В 1950 году появилась система посадки СП-50 «Материк», в состав которой входили ретранслятор РД-1, курсовой фазовый радиомаяк КРМ-Ф, глиссадный радиомаяк ГРМ-1 и маркерные радиомаяки МРМ-48. Система СП-50 была установлена в 1950-х годах на ряде аэродромов СССР (как военных, так и гражданских), и позволяла производить посадку самолетов Ли-2, Ил-12, Ил-14, Ту-4, Ту-16 при метеоминимуме 50х500 (высота нижней границы облаков 50 м, дальность видимости на ВПП 500 м). Из гражданских, первыми были оснащены аэропорты в Москве, Ленинграде, Свердловске и Харькове. К 1970-м годам СП-50 была установлена в 70 аэропортах страны.

1 Анализ задания

1.1 Аналитический обзор глиссадных радиомаяков

Глиссадный радиомаяк предназначен для указания экипажу плоскости планирования, с которой совпадает создаваемая радиомаяком равносигнальная плоскость; его устанавливают обычно слева от ВПП на расстоянии 100 - 150 м от ее оси (так, чтобы антенна маяка не мешала посадке) примерно на траверсе оптимальной точки приземления. Известны глиссадные радиомаяки с невыступающими антеннами, устанавливаемые непосредственно на оси ВПП.

Антенны глиссадных радиомаяков питают либо так же амплитудно-модулированными колебаниями с частотами модуляции 90 и 150 гц, либо балансно-модулированными колебаниями с частотами модуляции 45 и 75 гц.

Глиссадное бортовое радиоприемное устройство предназначено для приема сигналов глиссадных радиомаяков, указывающих траекторию планирования самолета. ?

Глиссадный радиомаяк предназначен для указания экипажу плоскости планирования, с которой совпадает создаваемая маяком равносигнальная плоскость. Глиссадный радиомаяк работает в дециметровом диапазоне волн.

Известны глиссадные радиомаяки с невыступающими антеннами, устанавливаемые непосредственно на оси ВПП. ?Обычно наземная радиолокационная станция следит за приближающимся к аэродрому самолетом, и по радио пилоту даются соответствующие указания. О необходимости снижения самолета пилот узнает благодаря наземным маркерным радиомаякам, дающим узкий радиолуч, направленный вертикально вверх; при пролете над ними в самолете срабатывает звуковой или световой сигнал. Само снижение самолета производится по кривой, называемой глиссадой, при помощи специального глиссадного радиомаяка и при контроле за высотой самолета посредством радиоальтиметра. Обычный комплект аэродромного оборудования слепой посадки состоит из радиостанции для связи с самолетом, радиолокационной станции обзора, курсового и глиссадного радиомаяков и нескольких маркерных радиомаяков. ?

Обычно наземная радиолокационная станция следит за приближающимся к аэродрому самолетом, и по радиопилоту даются соответствующие указания.

1.1.1 Радиомаячная система посадки СП-80

Наземное оборудование системы СП-80 состоит из курсового КРМ-80, глиссадного ГРМ-80 и двух маркерных радиомаяков МРМ-В.

Курсовой и глиссадный РМ двухканальные с частотным клиренсом построены по схеме РМ с «опорным нулем».

Основные параметры КРМ и ГРМсоответствуют нормам ICAO к системам III категории. Разнос несущих частот узкого и широкого каналов составляет (12,5±2,2) кГц при стабильности несущих частот 10^-5.

Оба РМ имеют по 40 частотных каналов. Средняя излучаемая мощность составляет в обоих РМ не менее 3,5 Вт по узкому и 2,5 Вт по широкому каналам.

Глубина модуляции несущих частот напряжениями 90 и 150 Гц составляет (20±1)% в КРМ-80 и (40±2,5)% в ГРМ-80 при стабильности модулирующих частот не хуже 0,5% и синхронизации их по фазе 10°.

Глиссадный радиомаяк ГРМ-80 имеет антенную систему типа «М», состоящую из нижней, верхней и дополнительной верхней антенн. Общая высота антенной системы (в зависимости от угла глиссады) составляет (17...21) м.

Основные параметры РМ непрерывно контролируются тремя устройствами контроля:

- выносным, использующим сигналы антенн выносного контроля;

- апертурным, сигналы на который поступают с датчиков передающих антенн;

- встроенным, связанным с передающей аппаратурой.

1.1.2 Глиссадный радиомаяк РМСП-1

Глиссадные маяки РМСП I-ой категории обеспечивают задание плоскостей глиссады равносигнальным методом. Для этого с помощью антенных систем маяка, имеющих диаграммы вида  и , в пространстве формируется два поля излучения, отличающиеся частотами модуляции  и  (рис.1).

а)	б)

Рисунок 1 - Структурная схема (а) и диаграммы излучения антенной системы КРМ (б)

 Выражения, описывающие мгновенное значение напряженностей полей излучения антенн А1 и А2, имеют вид:

 

 Результирующе поле излучения e_? также оказывается модулированным по амплитуде колебаниями частот  и  с одинаковыми глубинами модуляции 

и

где .

На борту ВС глиссадный приемник принимает эти сигналы, и после обработки на его выходе выделяются огибающие колебаний частот  и , затем определяется разность амплитуд огибающих, которая пропорциональна разности глубин модуляции

РГМ= m₁-m₂.

Зависимость РГМ от угловых координат пропорциональна разности векторов диаграмм направленности  и (рис.2). По величине РГМ можно судить о положении ВС относительно траектории захода на посадку.

Рисунок 2 - Зависимость РГМ от углового отклонения

На равносигнальном направлении (РСН), которое совмещается с плоскостью посадочной глиссады, эта разность равна нулю, а при отклонении от него РГМ возрастает. Величина и знак РГМ будут зависеть от величины и стороны отклонения ВС относительно РСН. Из принимаемых на борту сигналов формируется постоянное напряжение, пропорциональное РГМ.

Оно подводится к планкам прибора посадки (ПСП), горизонтальная планка которого указывает положение линии глиссады.

Структурная схема радиомаяка равносигнального типа (рис.1) включает:

- генератор высокой частоты,

- генераторы низкочастотных колебаний ГНЧ₁ и ГНЧ₂,

- амплитудные модуляторы АМ₁ иАМ₂ и антенны А₁ и А_2.

Колебания ВЧ, формируемые ГВЧ, подвергаются амплитудной модуляции колебаниями низких частот 90 и 150 Гц и подводятся к антеннам А₁ и А_2, формирующими поля излучения, энергия которых распределена в пространстве в соответствии с зависимостью диаграмм направленности  и. Линия пересечения диаграмм направленности представляет собой равносигнальное направление, с

помощью, которого задается линия планирования.

Для приема сигналов КРМ и ГРМ на борту ВС используются радиоприемные устройства супергетеродинного типа (рис.3).

Рисунок 3 - Структурная схема КРП и ГРП

На выходе приемника с помощью фильтров Ф₁ и Ф₂ выделяются низкочастотные колебания частот 90 и 150 Гц. Эти колебания выпрямляются выпрямителями В₁ и В₂ и через схему вычитания подводятся к стрелочному указателю. Сигнал на выходе схемы вычитания пропорционален РГМ, а его полярность указывает сторону отклонения ВС от глиссады. Выходные сигналы приемника после выпрямления подводятся также и к сумматору, выходной, сигнал которого управляет работой бленкерной сигнализации. При отсутствии сигнала на выходе сумматора бленкерная сигнализация не срабатывает и бленкер экспонируется в поле зрения пилотов, что указывает на отказ наземного маяка или бортового приемника.

Глиссадные маяки работают в диапазоне частот 328,6…335,4 МГц (). Зона действия ГРМ в горизонтальной плоскости представляет собой сектор, ограниченный углами ± 8⁰ относительно оси ВПП и углами 0,45 в₀ и 1,75 в₀ в вертикальной плоскости (рис.33), где в₀ - угол наклона задаваемой глиссады, который в зависимости от местных условий лежит в пределах 2…4⁰.

Дальность действия ГРМ равна 18км. Оптимальный наклон глиссады обычно выбирается 2⁰40'.

Приборный полусектор глиссады характеризует размер пространственной зоны, в пределах которой достигается отклонение стрелки бортового индикатора до крайних точек шкалы и пропорциональность между отклонениями стрелки и угловыми отклонениями ВС от заданной глиссады планирования. На границах полусектора стрелка должна отклоняться на половину шкалы. Границы полусектора определяются заданным углом наклона глиссады в₀ и удалены от линии глиссады на угол (0,1…0,14) в₀.

Отклонение средней линии глиссады от номинального значения не должно превышать для ГРМ I категории- 12^ґ; для ГРМ II и III категорий - 6,4^ґ при угле в₀=2⁰40^ґ.

В состав ГРМ входит контрольная аппаратура, обеспечивающая автоматическую сигнализацию, допусковый контроль и переключение на горячий резерв за время не более 6с для ГРМ II и III категорий.

1.1.3 Принцип действия радиомаяка

Принцип работы радиомаяка заключается в том, что он создает в зоне своего действия электромагнитное поле, информационным параметром которого является плоскость РГМ, равных нулю. Плоскость РГМ, равных нулю (ближайшая к горизонтальной плоскости), при пересечении с плоскостью курса образует линию глиссады, относительно которой ориентируются самолеты в вертикальной плоскости.

Несущая частота радиомаяка модулируется по амплитуде суммарным и разностным сигналами тональных частот 90 и 150 Гц.

Диаграмма направленности радиомаяка состоит из суммы двух диаграмм - НБЧ и БЧ. НБЧ диаграмма получается при запитке антенн в определенных амплитудно-фазовых соотношениях сигналами несущей частоты, модулированной суммарным сигналом, БЧ диаграмма - разностным. При этом боковые частоты одной частоты модуляции в сигнале БЧ находятся в фазе, а другой - в противофазе с соответствующими боковыми частотами в сигнале НБЧ.

В результате сложения полей НБЧ и БЧ сигналов в пространстве образуется поле несущей частоты, глубина модуляции которой частотами 90 и 150 Гц изменяется в пределах зоны действия.

Сверху от линии глиссады преобладает глубина модуляции несущей частотой 90 Гц, снизу - 150 Гц.

На линии глиссады глубины модуляции несущей частотами 90 и 150 Гц равны, то есть РГМ равна нулю. При удалении от линии глиссады РГМ возрастает (рис.4).

m - глубина модуляции

Е_НБЧ - напряженность поля НБЧ сигнала

Е_БЧ - напряженность поля БЧ сигнала

Рисунок 4 - Структура поля относительно линии глиссады

Таким образом, по величине РГМ можно судить о величине отклонения от линии глиссады в вертикальной плоскости, а по тому, сигнал глубины модуляции какой частоты является преобладающим, - о стороне отклонения.

Рисунок 5 - Зона действия РМГ в горизонтальной плоскости

Рисунок 6 - Зона действия РМГ в вертикальной плоскости

1.1.4 Глиссадный радиомаяк системы СП-80.

Глиссадный радиомаяк предназначен для обеспечения на борту самолета сигналов о его местонахождении относительно оси ВПП в вертикальной плоскости на конечном этапе захода на посадку и посадке в автоматическом, полуавтоматическом и ручным режимах.

КРМ излучает в пространстве ЭМ сигналы, создавая плоскость равных РГМ. Равносигнальная плоскость РГМ, ближайшая к вертикальной плоскости, проходящей через ВПП, при пересечении с горизонтальной плоскостью образует линию курса, относительно которой самолет ориентируется по азимуту.

Антенна ГРМ смещена на расстояние 120…180 м в перпендикулярном направлении относительно осевой линии ВПП и находится рядом с ней. Передатчик ГРМ, с которым работает антенна, расположен в монтажном боксе в непосредственной близости к антенне.

Основные технические характеристики приведены ниже:

1) Диапазон частот- 329,15- 335,00 МГц;

2) Число каналов- 40;

3) Разнос между несущими частотами «узкого» и «широкого» каналов, расположенными симметрично относительно номинальной частоты- 25кГц;

4) Отклонение несущей частоты - не более ;

5) Вид модуляции - амплитудная;

6) Дальность действия- 18 км;

7) Глубина модуляции несущей частоты «узкого» канала сигналами частот 90 и 150 Гц - в пределах 37,5- 42,5%;

8) Поляризация поля - вертикальная;

9) Средняя мощность излучения на выходе антенны:

- по «узкому» каналу - не менее 3,5 Вт;

- по «широкому» каналу - не менее 2,5 Вт.

(Максимальная мощность излучения- 5 Вт).

10) Мощность потребления от трехфазной сети 380 В - не более 6 кВт;

11) Время непрерывной работы - 24 ч.

1.2 Выбор и обоснование аналога радиомаяка

Принцип построения глиссадных радиомаяков

Глиссадный радиомаяк служит для задания плоскости планирования, ориентированной под некоторым углом к горизонту. Линия планирования (глиссада), по которой производится пилотирование ЛА при его заходе на посадку, получается при пересечении плоскости планирования плоскостью курса.

В РМС посадки плоскость планирования задается равносигнальной зоной, образующейся в результате пересечения двух лепестков диаграммы направленности (ДН) антенной системы маяка. При этом для однозначного определения положения ЛА относительно заданной плоскости планирования сигналы, излучаемые в пределах каждого из двух взаимно пересекающихся лепестков, модулируются по амплитуде различными частотами.

Рассмотрим принцип действия глиссадного радиомаяка по обобщенной структурной схеме (рис.7).

Передатчик ПРД генерирует высокостабильные по частоте непрерывные колебания с частотой f_0. Они поступают через разделительное устройство (РУ), предназначенное для перераспределения энергии между антеннами радиомаяка и уменьшения влияния каналов верхней А_в и нижней А_н антенн друг на друга, на модуляторы М₁ и М₂. На выходе модулятора М₁ получают амплитудно-модулированные колебания с частотой модуляции F₁, а на выходе модулятора М₂ - амплитудно-модулированные колебания с частотой модуляции F₂ c одинаковыми коэффициентами модуляции. К выходу модулятора М₁ подключается верхняя антенна А_в, а к выходу модулятора М₂ - нижняя антенна А_н. Антенны называются верхней и нижней, потому что они подняты над уровнем земли на разные высоты Н₁ и Н₂, причем Н₁>Н₂. Диаграмма направленности антенной системы ГРМ имеет слабо выраженные направленные свойства в горизонтальной плоскости (ширина ДН для метровых ГРМ примерно 80⁰) и многолепестковый характер ДН в вертикальной плоскости.

Вследствие этого в вертикальной плоскости формируются несколько равносигнальных направлений. Пересечение первых от уровня земли лепестков определяет направление рабочей равносигнальной зоны. Обычно угол плоскости планирования выбирают в пределах 2 - 4⁰, в то время как следующая равносигнальная зона располагается под углом 15 - 20⁰, благодаря чему исключается возможность пилотирования по ложной зоне.

Рисунок 7 - Упрощенная схема ГРМ

Недостатком такой схемы построения ГРМ является наличие паразитной фазовой модуляции за счет работы антенн на одной несущей частоте. Для устранения этого недостатка применяется схема с подавлением несущей частоты (рис. 8).

Рисунок 8 - Упрощенная схема ГРМ с подавленим несущей

Как и в описанном выше радиомаяке, в ней имеется два канала: верхней и нижней антенн. Каждый канал включает балансный модулятор (БМ) и регулятор мощности (РМ). В балансных модуляторах осуществляется амплитудная модуляция и подавление колебаний несущей частоты. В результате этого антенны излучают сигналы только боковых частот амплитудной модуляции.

Дальнейшее усовершенствование равносигнального метода в целях повышения точности и стабильности выходных параметров зоны излучения привело к созданию ГРМ с излучением антеннами колебаний типа «сумма-разность» с опорным нулем. При таком способе равносигнальное направление задается с помощью сбалансированного излучения колебаний, модулированных двумя частотами (суммарная ДН), и одновременного направленного излучения колебаний боковых частот (разностная ДН). Высота нижней антенны, чтобы максимум ее излучения располагался в направлении минимума излучения верхней антенны, должна быть в два раза меньше, чем высота верхней.

Рисунок 9

Выводы

1.Рассмотрено три типа структурных схем глиссадных радиомаяков

2. В качестве аналога выбрана структурная схема ГРМ с подавлением несущей частоты.

3. Глиссадный радиомаяк представляет собой передатчик КВ диапазона.

1.3 Составление структурной схемы глиссадного радиомаяка

Откорректированная схема проектируемого глиссадного радиомаяка представлена на рис.9.

Принцип работы радиомаяка заключается в том, что он создает в зоне своего действия электромагнитное поле, информационным параметром которого является плоскость РГМ, равных нулю. Плоскость РГМ, равных нулю (ближайшая к горизонтальной плоскости), при пересечении с плоскостью курса образует линию глиссады, относительно которой ориентируются самолеты в вертикальной плоскости. Несущая частота радиомаяка модулируется по амплитуде суммарным и разностным сигналами тональных частот 90 и 150 Гц.

Рисунок 9 - Структурная схема проектируемого ГРМ

Сигналы несущей частоты с задающего генератора подаются на балансные модуляторы, на второй вход которых подаются сигналы модуляции 90 Гц и 150 Гц. На выходе первого модуляторы выделяются сигналы f₀-90, а на выходе второго f₀+150. Селекция сигналов осуществляется с помощью полосовых фильтров. С выхода полосовых фильтров сигналы поступают на усилители мощности, обеспечивающих заданную выходную мощность. ДН пересекаются и обеспечивают линию глиссады полета ВС по заданной траектории при посадке.



2. Расчетная часть

2.1 Предварительный расчет

На основании представленной структурной схемы необходимо рассчитать структурную схему глиссадного радиомаяка, представляющую собой двухканальный передатчик.

Исходные данные

Параметр	Величина
Несущая частота, МГц	328…335
Нестабильность частоты, кГц	3,3
Мощность излучения, Вт	5
Число каналов	40
Верхняя частота модуляции, Гц	90
Нижняя частота модуляции, Гц	150
Глубина модуляции 90 Гц,%	20
Глубина модуляции 150 Гц,%	40
Максимальная дальность, км	18
Поляризация	вертикальная
Время работы, час	24

Порядок вычислений

1. При амплитудной модуляции выбор транзистора определяется режимом максимальной мощности.

Рассчитываем мощность на выходе усилителя мощности

Определяем мощность на входе усилителя мощности

Находим величину выходной мощности балансного смесителя

Определяем входную мощность балансного модулятора

2.2 Выбор функциональных узлов

В соответствии с предварительным расчетом выбираем функциональные узлы передатчика

2.2.1 Расчет выходной колебательной системы

При проектировании выходных колебательных систем (ВКС), устанавливаемых после оконечного каскада передатчика, на первом плане стоит обеспечение заданной фильтрации высших гармоник. Высшие гармоники тока или напряжения, образованные в процессе работы транзистора в нелинейном режиме, должны быть ослаблены в нагрузке передатчика (антенне, фидере) до уровня, определяемые международными нормами.

Кроме всего прочего, к ВКС ставиться требование к трансформации нагрузочного сопротивления при достаточно простой конструктивной реализации даже ценой некоторого снижения требований к КПД цепей связи и к фильтрации побочных составляющих. В отдельных случаях цепи согласования и коррекции могут включать полную или частичную трансформацию нагрузочных сопротивлений.

В узкополосных усилителях мощности на транзисторах широкое применение получил П-образный контур, принципиальная схема которого изображена на рисунке 10. Этот контур сводится к приведенному П-образному контуру (см. рис. 11).

Рисунок 10 Рисунок 11

Данная цепь согласования - это, по сути, параллельный колебательный контур с разделенными емкостями. Такое разделение и обеспечивает получение коэффициентов включения транзистора и нагрузки в контур, отличных от единицы. При определенном выборе коэффициентов включения осуществляется трансформация сопротивления нагрузки в оптимальное для каскада.

Очень важна в применяемой ЦС роль конденсатора С₀. Во-первых, он осуществляет развязку каскадов по постоянному току, а главное, - обеспечивает реальность выполнения катушки индуктивности L (рис.3.3). Часто при расчетах величина индуктивности L₀ оказывается невыполнимо малой.

Поскольку L, L₀, C₀ находятся в соотношении:

X_L =X_L0 -X_C0 

то, при введении конденсатора С₀, для постоянства величины эквивалентной индуктивности контура L необходимо увеличить значение индуктивности L₀ (скомпенсировать отрицательную емкостную реактивность). Это при определенном соотношении между С₀ и L приведет к реальности выполнения катушки индуктивности L₀.

Величину характеристического сопротивления контура возьмем в пределах 250-500 Ом. r = 250 Ом. Определяем эквивалентную индуктивность контура L:

Определяем минимально требуемую индуктивность контура L₀:

.

Примем величину L₀ равной 1.53·10^-7 Гн из условий, что L₀ > L₀ ` и L₀ >L.

Определим емкость С₀:

.

Определяем величины емкостей конденсаторов C₁ и C₂, исходя из требуемых коэффициентов включения для согласования нагрузки с транзистором:

 

 

Рассчитаем внесенное в контур сопротивление:

.

Определим добротность нагруженного контура:

,

где r₀ =1.5 Ом - сопротивление собственных потерь в контуре. Рекомендуется принимать для этого параметра значения в диапазоне 1 ё 2(Ом). Рассчитаем фактический коэффициент фильтрации П-контура:

,

где n - порядок колебательной цепи. Для одиночного колебательного контура (однотактная схема) n=2, для двухтактной схемы n=3.

2.2.2 Энергетический расчет УМ

Основными данными к расчету резонансного усилителя мощности являются частота колебаний в режиме молчания (отсутствие передаваемого сообщения) и мощность на выходе усилителя в данном режиме. В нашем случае частота в режиме молчания равна 68 МГц. Заданная же по ТЗ мощность должна быть обеспечена на выходе передатчика, т.е. в антенне, и, поэтому, она не учитывает потерь в тракте, соединяющим выходной каскад (усилитель мощности) с антенной передатчика. В данный тракт входят, как правило, выходная колебательная система (более подробно чуть ниже) и фидер. Каждая из составляющих тракта вносит потери, определяемые ее коэффициентом полезного действия. Зачастую КПД колебательной системы лежит в пределах h _к ?0.8, а КПД фидера в пределах h _ф ?0.9. Поэтому мощность на выходе усилителя определяется следующим образом:

Для дальнейшего расчета необходимо выбрать транзистор, параметры которого отвечали бы требованиям по частоте и выдерживали мощность, развиваемую усилителем. Выберем для оконечного каскада из 1 транзистор КТ950А. Его параметры:

Сопротивление насыщения, rнас	0.15 Ом
Сопротивление базы, rб	0.6 Ом
Статический коэффициент усиления, h21э	50
Предельная частота усиления, fТ	225 МГц
Емкость перехода коллекторного перехода, Cк	150 пФ
Емкость эмиттерного перехода, Cэ	1100 пФ
Предельное напряжение между коллектором и эмиттером, Uкэ.доп	60 В
Предельное питание на коллекторе, Eк	28 В
Предельный постоянный ток коллектора, Iко.мах	10 А
Предельный импульсный ток коллектора, Iк.мах	30 А

Усилитель мощности, по сути, является генератором с внешним возбуждением. Как правило, генераторы с узкодиапазонной резонансной нагрузкой строят однотактными. Транзисторы могут работать с отсечкой тока, поскольку выходная цепь связи благодаря относительно низкому сопротивлению емкости С_к обеспечивает короткозамкнутую нагрузку на второй и более высоких гармониках. Применение двухтактных генераторов на специальных балансных транзисторах, при резонансной нагрузке не оправдано, поскольку в данном случае труднее обеспечить симметрию работы плеч. Важное преимущество двухтактных генераторов с широкодиапазонной нагрузкой связано с взаимной компенсацией (фильтрацией) четных гармоник, но при резонансной нагрузке оно не существенно, так как необходимая фильтрация достигается правильным выбором LC- элементов в выходной цепи генератора.

Из сказанного выше, не обременяя себя лишними проблемами, выберем в качестве усилителя мощности генератор с внешним возбуждением по однотактной схеме построения. Активный же элемент, используемый в качестве усилительного, включим по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Принципиальная схема усилителя мощности, выбранная в нашем случае, представлена на рисунке 12.

Рисунок 12- Принципиальная электрическая схема ГВВ

Для расчета генератора с внешним возбуждением, построенного на биполярном транзисторе включенного по схеме с ОЭ, воспользуемся методикой изложенной в [3].

Рассчитаем амплитуду переменного напряжения на коллекторе (предварительный расчет):

, 

Рассчитываем напряжение источника коллекторного питания (предварительный расчет):

, (3.2)

Из ряда стандартных значений напряжений питания выберем напряжение равное Ek =30В. Рассчитываем амплитуду напряжения на коллекторе:

,

Рассчитываем остаточное напряжение на коллекторе:

,

Рассчитываем амплитуду импульса коллекторного тока:

.

Рассчитываем постоянную составляющую тока коллектора:

.

Произведем расчет высокочастотных Y-параметров на рабочей частоте. При расчете значение тока эмиттера I_э принимаем равным I_ko. Расчет вспомогательных параметров:

,

,

, (3.9)

.

Расчет Y-параметров:

,

,

.

Активная составляющая выходного сопротивления транзистора:

,

где R_e (Y₂₂)-действительная часть выходной проводимости.

Теперь, зная R₂₂, найдем первую гармоники тока, протекающую через выходное сопротивление транзистора:

.

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

.

Первая гармоника тока, протекающая через нагрузочный контур:

.

Сопротивление нагрузочного контура, необходимое для обеспечения критического режима:

,

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

.

Мощность переменного тока, поступающая в нагрузочный контур:

,

Таким образом, в нагрузочный контур поступает не вся генерируемая транзистором мощность Р₀, а лишь ее часть Р₁₁, причем разность Р₀ -Р₁₁ составляет высокочастотные потери в транзисторе за счет наличия паразитного сопротивления R ₂₂. Эти потери снижают К.П.Д. генератора и ухудшают тепловой режим работы транзистора.

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

.

Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:

.

На этом расчет коллекторной цепи можно считать законченным. Единственно, в дальнейшем необходимо будет учесть влияние выходного сопротивления транзистора в виде ослабления нагрузочного сопротивления, что приводит к уходу от критического режима работы, обеспечивающего оптимальный режим работы ГВВ.

Переходим к энергетическому расчету цепей эмиттера и базы..

Угол дрейфа на рабочей частоте (в градусах):

,

Угол отсечки импульсов эмиттерного тока:

Q _э = Q _к - 0.5· j _др =90-0.5·17.23=1.42⁰,

Модуль коэффициента усиления по току в схеме с общей базой на рабочей частоте:

,

Первая гармоника тока эмиттера:

,

Высота импульса тока эмиттера:

,

Модуль комплексной крутизны транзистора на рабочей частоте:

,

Амплитуда напряжения возбуждения на рабочей частоте:

,

Постоянная составляющая тока базы:

,

Напряжение смещения, обеспечивающее требуемый угол отсечки тока эмиттера:

Е_б = 0.7 - U_mб ·cos Q _э - I_бо ·r'_б =0.7-2.19·0.15-0.062·0.6=-0.34 B,

Угол отсечки импульсов тока базы:

,

Определяем коэффициенты разложения базового тока: a_об =0.26, a_1б =0.44. Активная составляющая входного сопротивления:

,

Мощность возбуждения на рабочей частоте без учета потерь во входном согласующем контуре:

,

Коэффициент усиления по мощности, без учета потерь во входном и выходном согласующих контурах:

,

Общая мощность, рассеиваемая транзистором:

P _тр = P _К + P _возб =32.23+2.42=29.82 Вт 

2.2.3 Расчет модулятора

В проектируемом передатчике частотная модуляция будет получена из фазовой методом расстройки колебательного контура:

Схема модулятора выглядит следующим образом:

Рисунок 13 - Модулятор

Выберем диод Д902. При напряжении смещения 5 В, его характеристика имеет достаточно большую крутизну и линейность. По графику для Д902 определяем

S=2 пФ/В.

Амплитуда возбуждения звуковой частоты - 1 В, значит максимальное изменение емкости составит 2 пФ. Начальная емкость  при отсутствии сигнала ЗЧ составит

8 пФ.

В результате подбора параметров получены следующие величины:

Частота возбуждения: , т.е.  рад/с

Коэффициент умножения - 10

Индуктивность: 

Максимальное отклонение частоты от :

рад/с

Зададим добротностью колебательного контура, равной 20.

Величина фазовой модуляции:

 рад

Девиация частоты при частоте модулирующего сигнала 15 кГц:

 рад/с

Индекс модуляции, получаемый в фазовом модуляторе: M=0,307. При умножении частоты в 10 раз, индекс модуляции получится равным 3,07.

Выберем транзистор КТ312А. Он обладает следующими параметрами:

Расчет коллекторной цепи

Выбираем напряжение на коллекторе , зададим угол отсечки  и определим коэффициенты разложения (, ).

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:

2. Амплитуда напряжения на коллекторе:

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:

Выполним проверку условия  - условие выполняется.

5. Постоянная составляющая постоянного тока:

6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:

7. Мощность, потребляемая от источника питания:

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.

9. КПД коллекторной цепи:

Расчет базовой цепи

1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:

2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:

3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:

Т.к. угол дрейфа меньше , то считаем, что  и .

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:

5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:

6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:

7. Входное сопротивление:

8. Мощность возбуждения:

9. Первая гармоника тока базы:

10. Реальная величина тока базы:

Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:

11. Максимальное значение положительного импульса тока базы:

12. Постоянная составляющая положительных импульсов тока базы:

13. Мощность рассеяния в цепи базы:

14. Рассчитаем сопротивления делителя напряжения цепи смещения  и . Значения индуктивностей (кроме колебательного контура) должны быть такими, чтобы не предоставлять значительного сопротивления постоянному току, в то же время, блокируя переменную составляющую на частоте 10 МГц:

2.3 Расчет диодных балансных смесителей

Принципиальная электрическая схема БС

Схема балансного диодного смесителя.

Выбираем подложку из поликора () толщиной. Для проводников применяем золото .

Выбираем смесительные диоды с барьером Шотки типа АА112Б. Находим дБ; Ом.

Расчет начинаем с проектирования СВЧ моста.

Определяем волновое сопротивление для основной линии:

для шлейфов:

Ширина полоски основной линии и шлейфа:

мм

мм

Эффективная диэлектрическая проницаемость:

Для основной линии; для шлейфов.

Длину четвертьволновых отрезков основной линии и шлейфов находим по формуле:

,

где - длина волны в воздухе:

.

Рассчитаем потери моста, для чего вычислим потери проводимости и диэлектрические потери в основной линии и шлейфах моста.

Толщина скин-слоя в проводниках:

Поверхностное сопротивление проводника:

Погонные потери проводимости находим по формуле для основной линии и шлейфов соответственно:

  

Потери проводимости отрезка основной линии и шлейфа соответственно:

Погонные диэлектрические потери в подложке МПЛ

Диэлектрические потери в основной линии и шлейфе:

Полные потери основной линии и шлейфа

Потери моста, развязка изолированного плеча, КСВ входных плеч моста

Выходное сопротивление БС:

Потери преобразования БС равны

Lбс=Lд+Lм=6+0,27=6,27 дБ

Коэффициент шума БС рассчитываем по формуле:

где - шумовое число диода, - потери БС (разы).

Необходимая мощность гетеродина равна:

Частота гетеродина:

После расчетов можно приступить к разработке топологической схемы БС.

радиомаяк глиссадный схема

Топологическая схема балансного диодного смесителя на квадратном мосте

В схему БС необходимо добавить короткозамкнутый шлейф, длиной , для замыкания постоянной составляющей токов диодов и высокочастотные дроссели, шлейфы длиной для блокировки токов СВЧ на входе УПЧ.



Заключение

В данной курсовой работе осуществлен анализ поставленной задачи:

- рассмотрено назначение глиссадных радиомаяков;

- приведена классификация радиомаяков;

- приведены структурные схемы различных типов радиомаяков;

- выбран аналог проектируемого радиомаяка без его корректировки;

- представлена откорректированная структурная схема радиомаяка.

На основании выбранной структурной схемы произведен предварительный расчет параметров передатчика радиомаяка. Данные предварительного расчета являются основанием для выбора функциональных узлов:

- контуров согласования с антеннами;

- усилителя мощности;

- балансного модулятора;

Предложена методика расчета ФУ-балансного смесителя, разработана его монтажная плата.

Данная работа закрепляет умение студентов технически грамотно выполнять инженерные расчеты функциональных узлов..

Материалы спроектированного радиопеленгатора могут быть использованы в качестве учебного материалы для студентов очной и заочной форм обучения.



Литература

1. Современная энциклопедия 2000. [Электронный ресурс] / Режим доступа: \www/ URI: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc1p/36254#sel=4:27,4:32 - 12.05.2013 г. - Загл. С экрана.

2. Модели и алгоритмы процессов функционирования аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов. [Электронный ресурс] / Режим доступа: \www/ URI: http://aid.dstu.ru/fileadmin/template/dstu.ru/files/Dzyba.doc - 12.05.2013 г. - Загл. С экрана.

3. Rohde & Schwarz. Radiomonitoring & Radiolocation [Текст] - Catalog - 2011/2012

4. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: учебное пособие для вузов [Текст] / Ю.Г. Сосулин - М.: Радио и связь, 1992. - 304 с.

5. Кукес И.С. Основы радиопеленгации [Текст] / И.С. Кукес - М.: Сов. Радио, 1964. - 640 с.

6. Вартанесян В.А. Радиопеленгация [Текст] / А.В. Вартанесян - М.: Сов. Радио, 1966. - 248 с.

7. Гришин Ю.П. Радиотехнические системы: учебное пособие для вузов [Текст] / Ю.П. Гришин - М.: Высшая Школа, 1990 - 496 с.

8. Дулевич В. Е. Теоретические основы радиолокации: учебное пособие для вузов [Текст] / В.Е. Дулевич - 2 изд. М.: Сов. Радио, 1978. - 608 с.

9. Белавин О. В. Основы радионавигации [Текст] / О.В. Белавин - М.: Сов. радио, 1977. - 320 с.

10. Лезин Ю. С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем: учебное пособие [Текст] / Ю.С. Лезин - М.: Радио и связь, 1986. - 280 с.

11. Финкельштейн М. И. Основы радиолокации: Учебник для вузов [Текст] / М.И. Финкельштейн - М.: Радио и связь,1983. - 536 с.

12. Белоцерковский Г. Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства: Учебник для техникумов [Текст] / Г.Б. Белоцерковный - М.: Радио и связь, 1975. - 336

13. Никитин Д. А. Курсо-глиссадные системы посадки в гражданской авиации СССР // Научный вестник МГТУ ГА. - 2006. - № 101.

Размещено на Allbest.ru

...