Проектирование выходного каскада связного передатчика с частотной модуляцией

курсовая работа

4.2 Конструктивный расчёт

При конструктивном расчёте ЦС необходимо выбрать марку кабеля длинной линии, марку феррита, а также геометрические размеры и самой длинной линии и сердечника на который наматывается длинная линия.

Входными данными для конструктивного расчёта ЦС являются волновое сопротивление линии л, рассчитанное по () максимальные амплитудные значения напряжения Uл и тока Iл линии, рассчитанные по (4.1.4), а также выходная мощность, отдаваемая в нагрузку.

Конструктивный расчёт будем вести в соответствии с методикой [5] стр. 226 - 233 для многовитковой конструкции.

Кабель, из которого будет нарезана длинная линия, выбираем в [5] по таблице 3.3 на стр. 224-225, а именно КВФ-37, который имеет следующие параметры:

Таблица 4.2.1 Параметры кабеля КВФ-37

Волновое сопротивление, Ом

Погонная ёмкость, пФ/м

Допустимое напряжение, В

Допустимый ток, А

0, дБ/м

f0, МГц

Конструктивные данные

а, мм

b, мм

с, мм

Минимальный радиус изгиба, мм

Чертёж сечения

37,5 3

120

145

8

0,35

60

2,56

1,8

0,78

5

Рис. 4.2.1

Рис. 4.2.1 Поперечное сечение коаксиального кабеля КВФ - 37

При выборе ферритового сердечника в первую очередь учитывают уровень мощности. При мощности не более 10…30 Вт магнитная индукция Враб (в теслах) обычно не превышает 0,001. В этом случае марку феррита можно выбрать, например, по [5] таблице 3.4 стр.228 из условия обеспечения добротности Q не ниже 10 на частоте fв. Желательно, чтобы fв была близка к fкр или fизм (см. [5] табл.3.4). При этом феррит будет иметь наибольшую начальную магнитную проницаемость н и, следовательно, будет обеспечиваться большая продольная индуктивность линии Lпр. Размеры (сечение, объем) и число ферритовых колец (или трубок) выбирают из условия требуемой индуктивности Lпр, а так же из возможности размещения линии (или линий) на них.

В нашем случае, подходит феррит марки 50 BHC, который имеет следующие параметры:

Таблица 4.2.2 Параметры феррита марки 50 BHC

Марка феррита

Номинальное значение н

Предельное отклонение н

fкр, МГц, при Q равной

Q, не менее, при Вf, Тл

fизм, МГц

50

10

0,001

0,0075

0,01

0,02

50 BHC

50

+10

70

80

300

50

50

150

8,0

50 BHC

50

-5

70

80

160

50

50

150

30

Ферритовый сердечник выберем кольцо (см. рис 4.2.2), размеры которого подберём из стандартного ряда габаритных размеров ферритовых сердечников по [5] таблица 3.5 стр. 230, а именно:

Внешний диаметр D = 18 мм, внутренний диаметр d = 9 мм, высота h = 5 мм.

Рис. 4.2.2 Вид ферритового сердечника (кольцо)

Теперь присутствуют все данные, необходимые для определения количества витков при намотке линии на ферритовый сердечник, которое определяется по формуле (4.2.2):

(4.2.1)

(4.2.2)

В этой формуле Dср - средний диаметр ферритового сердечника, а S - площадь сечения кольца ферритового сердечника, которые подставляются в (4.2.2) в сантиметрах и рассчитываются по формулам:

(4.2.3)

(4.2.4)

Подставляя численные значения в формулу (4.2.2) получаем:

Теперь можно определить длину наматываемого кабеля (линии) по формуле, в которой lхвоста - длина концов кабеля для монтажа:

(4.2.5)

После подстановки в (4.2.5), численных значений получаем приблизительное значение длины кабеля (линии), наматываемого на сердечник:

По полученной длине линии видно, что она меньше /4 (которая > 1,78 м) рабочего диапазона, поэтому трансформирующие свойства ТДЛ не будут ухудшаться.

На этом конструктивный расчёт ЦС заканчивается.

5. Расчёт выходного фильтра

5.1 Электрический расчёт

Высшие гармоники тока или напряжения, образованные в результате работы транзисторов в нелинейном режиме, должны быть ослаблены в нагрузке передатчика (в нашем случае в фидере) до уровня, определяемого международными нормами. Как правило, это обеспечивается выходной колебательной системой ВКС, или попросту говоря, выходным фильтром, установленным после оконечного каскада передатчика.

Заданную фильтрацию гармоник, в первую очередь наиболее интенсивных - второй и третьей, выходной фильтр должен обеспечить в рабочем диапазоне частот передатчика при заданном уровне колебательной мощности и высоком КПД. В этом и состоит основное отличие выходного фильтра от резонансных контуров, межкаскадных цепей связи и т.д.

В передатчиках с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот Kfп = fвп/fнп от 1,1…1,2 до 1,6..1,8 для фильтрации высших гармоник выходную фильтрующую систему ВФС можно выполнить в виде широкодиапазонного неперестраиваемого фильтра. В нашем случае, Kfп = 48106/42106 = 1,142, поэтому нет смысла на выходе нашего связного передатчика ставить фильтрующую систему с несколькими переключаемыми фильтрами на отдельные поддиапазоны каждый из которых обеспечил бы Kfi = fвi/fнi =1,6…1,8.

Нагрузка выходного фильтра на основной частоте f должна быть близкой к номинальной (в нашем случае это 75 Ом), поэтому перед фидером и выходным фильтром стоит СЦ в виде ТДЛ, которая и трансформирует входное сопротивление фидера в выходное сопротивление оконечного мощного усилительного каскада (см. раздел 3.4).

Для расчёта выходного фильтра воспользуемся методикой, предложенной в [5] стр 293 - 302. и условиями технического задания, которые будут направят выбор фильтра и расчёты входящих в него элементов «на путь истинный» А путь этот, обязательно пройдёт возле «леса» высших гармоник, подавить которые необходимо до уровня 40 дБ.

В качестве ВФС нашего связного передатчика будет использоваться широкодиапазонный неперестраиваемый Чебышевский фильтр нижних частот (без переключаемых «Братьев дровосеков») с параллельным конденсатором С1 (см. рис. 5.1.1). Зададимся в соответствии с таблицей 3.19 из [5] на стр. 294 неравномерностью АЧХ а = 0,0436, уровнем подавления высших гармоник аф = 35 дБ (35дБ, а не 40 потому, что вторая (самая сильная из высших) гармоника уже ослаблена в два раза по абсолютной величине, что соответствует ослаблению 6 дБ), частотным диапазоном 42…48 МГц и обратимся к [1] для определения порядка выходного фильтра, предварительно рассчитав нормированную частоту в полосе задержания зп, при которой необходимо обеспечить заданное затухание аф = 35дБ по формуле:

(5.1.1)

По [1] определяем с помощью соответствующих графиков порядок нашего выходного Чебышевского фильтра нижних частот, который получается шестым, а также нормированные номиналы входящих в фильтр элементов:

С1 = 0,8989; L2 = 1,478; С3 = 1,721; L4 = 1,721; С5 = 1,478; L6 = 0,8989 (5.1.2)

В том же источнике определяются коэффициенты нормироания для ёмкостей и индуктивностей, входящих в выходной фильтр по формулам:

(5.1.3)

(5.1.4)

Домножая нормированные номиналы (5.1.2) на соответствующие коэффициенты нормирования (5.1.3) или (5.1.4) получаем расчётные значения номиналов для элементов входящих в наш выходной фильтр, а именно:

С1 = 39,74 пФ; L2 = 0,44 мкГн; С3 = 76,35 пФ; L4 = 0,513 мкГн; С5 = 65,34 пФ; L6 = 0,2679 мкГн (5.1.5)

Делись добром ;)