var04 испр. Курсовая работа по дисциплине Радиопередающие устройства систем радиосвязи и радиодоступа

• Название: Курсовая работа по дисциплине Радиопередающие устройства систем радиосвязи и радиодоступа
• Дата: 19.12.2022
• Размер: 109.09 Kb.
• Имя файла: var04 испр.docx
• Тип: Курсовая; #851795

Министерство цифрового развития, связи и
массовых коммуникаций Российской Федерации

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики
Межрегиональный учебный центр переподготовки специалистов
1. Расчёт ламповой ступени выполнен на паспортную мощность лампы, а следовало считать на мощность, определённую в структурной схеме (25 кВт) - исправлено

2.При расчёте кси кр двухтактных генераторов n =2, тогда как в плече только один транзистор (n=1) - исправлено

3.Нет расчёта колебательной системы – в МУ такого задания нет

4.Ошибки в принципиальной схеме:

- трансформаторы Тр2,Тр4, Тр6 не обеспечивают согласования между каскадами, т.к. у них коэффициент трансформации = 1. - исправлено

- в принципиальной схеме отсутствует колебательная система – нет задания по расчету колебательной системы в му

Курсовая работа

по дисциплине: Радиопередающие устройства систем радиосвязи и радиодоступа

Выполнил:

Группа:

Вариант: 04
Новосибирск, 2022 год

Содержание

Курсовая работа 1

по дисциплине: Радиопередающие устройства систем радиосвязи и радиодоступа 1

Введение 3

1 Задание на курсовой проект 4

2 Составление структурной схемы передатчика 5

3 Расчет генератора в режиме усиления модулированных колебаний (УМК) 9

3.1 Расчет лампового усилителя амплитудно-модулированных колебаний 9

3.2 Расчет УМК на биполярном транзисторе 10

3.3 Расчет предварительного каскада передатчика 13

3.4 Расчет предварительного каскада передатчика 16

Заключение 18

Список литературы 20

Введение

В перспективных системах РС и РД, обеспечивающих прием сигналов и на подвижном объекте, применя­ется уплотнение с ортогональным частотным разделением кодированных сиг­налов – COFDM.

Метод COFDM состоит в делении пере­даваемой информации на большое число потоков данных, имеющих низкую инди­видуальную скорость. Эти данные исполь­зуются затем либо для дифференциальной модуляции по фазе – ОФМ-4, либо для квадратурной амплитудной модуляции – КАМ ряда несущих, так что длительность передава­емых символов становится большей, чем задержка распространения в канале пере­дачи. Так как в результате частотно-селективных замираний не­которые из несущих сигнала могут быть ослабле­ны или вообще исчезнуть, часто, кроме временного, применяется и частотное перемежение за счет перераспределения цифровых потоков между несущими.

Переданный сигнал состоит из последовательности COFDM-символов, каждый из которых - это сумма К отрезков синусоидальных колебаний - несущих, равномерно распределенных по частоте. Каждый отрезок синусоидального колебания, называемый "ячейкой", передается с определенной амплитудой и фазой и представляет собой соответствующую несущую.

Технология COFDM предполагает очень высокую частотную и энергетическую эффективность радиосистемы передачи сигнала - необходимая спектральная эффективность сигналов (модуляции) должна составлять не менее 4…5 бит/с/Гц. Это достигается путем использования сигналов типа КАМ-16 и КАМ-64 - для модуляции, согласно методу COFDM, большого числа излучаемых несущих (до200-300 при передаче звуковых программ и до 7-8 тыс. для видео сигналов).

1 Задание на курсовой проект

Разработать проект передатчика для радиосвязи с использованием технологии OFDM.

Исходные данные:

1. 
   Мощность в антенне Р_1А = 20 кВт.
   
2. 
   Коэффициент полезного действия колебательной системы η_кс=0,8.
   
3. 
   Диапазон рабочих частот F1÷F2 = (20÷30)МГц.
   
4. 
   Волновое сопротивление фидера W=75 Ом; Коэффициент бегущей волны фидера к.б.в.=0,8.
   
5. 
   Выходная мощность возбудителя Рв=0,5 Вт.
   
6. 
   Выходной каскад передатчика проектируется на генераторном тетроде; предварительные – на транзисторах.
   

Поскольку цифровой сигнал OFDM представляет собой колебание с амплитудной и фазовой модуляцией, передатчик цифрового радиовещания должен работать в режиме линейного усиления мощности.

2 Составление структурной схемы передатчика

Мощность выходной ступени передатчика определяется величиной мощности в фидере (антенне) и коэффициентом полезного действия колебательной системы η_кс.



Выходной каскад собран на лампе ГУ-44А(Б) с номинальной мощностью 40кВт, которая отдаёт в нагрузку Р₁=25 кВт (с учётом η_кс=0,8). Для её питания выбраны типовые напряжения Е_а=10кВ и Е_с2=1,5кВ.
Таблица 1. Параметры лампы ГУ-44А(Б)

Р1 (кВт)	Рмакс (кВт)	Еа (кВ)	Ес2 (кВ)	Uн (В)	Iн (А)	Сас1 (пФ)	Сак (пФ)	Сс1к (пФ)	к -
40	70	10	1,5	12,6	185	3	55	300	0,48
S мА/В	Sкр мА/В	D -	Eco (B)	μc1c2 -	Paдоп (кВт)	Рс2доп (кВт)	Рс1доп (Вт)	Fмакс (МГц)	Т (час)
70	11	0,014	80	4,4	50(30)	3,2	1200	32	1000

Мощность каждого каскада определяется путем последовательного деления выходной мощности на коэффициент усиления К_р каждой ступени.

Определим мощность предвыходного каскада:



Такую мощность может обеспечить двухтактный усилительный каскад, класса “В” (угол отсечки θ = 90⁰), собранный на двух транзисторах 2Т9160А, имеющих максимальную выходную мощность Р_max=700 Вт.

Таблица 2. Параметры транзистора 2Т9160А

rнас (Ом)	rб (Ом)	rэ (Ом)	βо -	f T (МГц)	Ск (пФ)	Сэ (пФ)	Lэ (нГн)		Lб (нГн)
0,04	0,01	0	10-30	120	600	35000	1,1		1,5
екэдоп (В)	ебэдоп (В)	Iко доп (Iкмакс доп) (А)		Типовой режим в схеме с ОЭ				Примечания
				f (МГц)	Р1 (Вт)	Кр -	Ек (В)
140	4	30(52)		40	700	20	60		n-p-n

Определим входную мощность транзисторного каскада по формуле:



Р_{пред.макс} - максимальная мощность предвыходного каскада;

К_р1 – коэффициент усиления выходного каскада.

Возьмем К_р1 = 20.



Для транзисторов выбрано типовое напряжение питания Е_к = 48 В.

Перед предвыходным каскадом выполняем дополнительный каскад возбуждения, который должен обеспечивать свою выходную мощность равной входной мощности предвыходного каскада, т.е. 25 Вт.

Такую мощность может обеспечить двухтактный усилительный каскад, класса “В” (угол отсечки θ = 90⁰), собранный на двух транзисторах 2Т909Б, имеющих максимальную выходную мощность Р_max=35 Вт.
Таблица 3. Параметры транзистора 2Т909Б

rнас (Ом)	rб (Ом)	rэ (Ом)	βо -	f T (МГц)	Ск (пФ)	Сэ (пФ)	Lэ (нГн)		Lб (нГн)
1,0	0,5	0,004	20-50	500	60	500	0,2		2,5
екэдоп (В)	ебэдоп (В)	Iко доп (Iкмакс доп) (А)		Типовой режим в схеме с ОЭ				Примечания
				f (МГц)	Р1 (Вт)	Кр -	Ек (В)
60	3,5	4(8)		100	35	10	27		n-p-n

Определим мощность каскада возбуждения:



Возьмем К_р2 = 10.



Для транзистора 2Т909Б выбрано типовое напряжение питания Е_к=27В.

Перед предвыходным каскадом выполняем еще один дополнительный каскад возбуждения, который должен обеспечивать свою выходную мощность равной входной мощности предвыходного каскада, т.е. 2,5 Вт. Для этого подойдет усилительный каскад, собранный на транзисторе 2Т934А и включенном по схеме с общим эмиттером.
Таблица 4 - Параметры транзистора 2Т934А

rнас (Ом)	rб (Ом)	rэ (Ом)	βо -	f T (МГц)	Ск (пФ)	Сэ (пФ)	Lэ (нГн)		Lб (нГн)
2	0,5	0	5-150	600	7	35	1,3		3,1
екэдоп (В)	ебэдоп (В)	Iко доп (Iкмакс доп) (А)		Типовой режим в схеме с ОЭ				Примечания
				f (МГц)	Р1 (Вт)	Кр -	Ек (В)
70	4	0,5(0,8)		100	3	30	28		n-p-n

Определим мощность каскада возбуждения:



Возьмем К_р2 = 8.



Для транзистора 2Т934А выбрано типовое напряжение питания Е_к=27В. Маломощные выпрямители питаются однофазным напряжением 220В, а мощные – трехфазным 380В.



Рисунок 1 – Структурная схема цифрового радиовещательного передатчика мощностью 20 кВт

3 Расчет генератора в режиме усиления модулированных колебаний (УМК)

Усилитель модулированных колебаний должен работать режиме с углом отсечки 90º в мощных ступенях и 180º - в маломощных (до 10 Вт). Выбор таких параметров режима обеспечивает необходимую линейность усиления.

Максимальная (пиковая) мощность генератора определяется при составлении структурной схемы (Р₁). Номинальная мощность электронных приборов и их количество должны соответствовать Р₁

Р_N ≥ Р₁

где Р_N - номинальная (паспортная) мощность лампы (транзистора),

3.1 Расчет лампового усилителя амплитудно-модулированных колебаний

Исходные данные.

Схема включения: однотактная, с общим катодом (ОК).

Эквивалентные расчетные параметры лампы ГУ-44А(Б) приведены в таблице 1.

Угол отсечки и коэффициенты разложения:

Θ = 90⁰; α₀ = 0,318; α₁ = 0,5; β₁ = 0,5; γ = α₁/α₀ = 0,5/0,318 = 1,57

Расчет максимального режима генератора.

Коэффициент использования анодного напряжения



_{Амплитуда анодного напряжения}



Амплитуда тока первой гармоники



Постоянная составляющая и импульс анодного тока





Мощность, потребляемая от источника анодного питания



Мощность тепловых потерь на аноде лампы





Электронный к.п.д. генератора



проверка



Сопротивление анодной нагрузки



Амплитуда напряжения возбуждения



Напряжение смещения

3.2 Расчет УМК на биполярном транзисторе

Предвыходной каскад предназначен для предварительного усиления ВЧ сигнала до мощности, необходимой для работы выходного каскада. Каскад состоит из одного усилительного модуля, который строится по двухтактной схеме питания на двух транзисторах 2Т9160А, включенных по схеме с общим эмиттером. Использование по мощности 50% от номинального значения. Режим недонапряженный.

Параметры эквивалентной схемы транзистора приведены в таблице 2.

Угол отсечки и коэффициенты разложения

Θ = 90⁰, соsΘ = 0, α₁ = 0,5 , α₀ = 0,318.

Максимальная рабочая частота f = 30 МГц;

Граничная частота f_т = 120 МГц.

Расчет режима максимальной мощности

Приведенный ниже порядок расчета справедлив при условии

f ≤ 0,5f_т

1. 
   Критический коэффициент использования стокового напряжения:
   

r_нас = 0,04 Ом – сопротивление транзистора в режиме насыщения;

a₁ = 0,5 - коэффициент Берга;

Е_к = 60 В – напряжение питания транзистора.

n - число параллельно включенных транзисторов в одном плече.

Расчет производится на одно плечо, таким образом, мощность, создаваемая одним транзистором будет равна:



где Р_{пред.макс} - максимальная мощность предвыходного каскада;



В максимальном режиме при УМК режим должен быть недонапряженным, поэтому рабочее значение

2. 
   Амплитуда коллекторного напряжения
   

3. 
   Пиковое напряжение на коллекторе
   

4. 
   Первая гармоника и постоянная составляющая коллекторного тока
   

5. 
   Импульс коллекторного тока
   

6. 
   Сопротивление коллекторной нагрузки
   

7. 
   Потребляемая мощность и мощность потерь на коллекторе
   

8. 
   Электронный к.п.д.
   

9. 
   Амплитуда базового тока
   

10. 
    Балластный резистор в цепи базы
    

Здесь Е_бо = 0,7В,





Из двух значений выбирается меньшее, то есть R_б = 1,14 Ом

В расчетах статический коэффициент усиления по току βο принимается равным 30 для любых биполярных транзисторов.

11. 
    Сопротивление автоматического смещения (необходимое для
    

фиксации угла отсечки 90º при изменениях амплитуды колебаний)

R_авт = χR_б – [r_б + (1 + β₀)r_э] = 2,02 ∙ 1,14 – [0,01 + (1 + 30) ∙ 0] = 2,229 Ом

Фиксированное смещение на базе для θ=90ºдолжно быть равно Е_бо=0,7В.

12. 
    Постоянные составляющие токов базы и эмиттера
    

I_э0 = I_б0 + I_k0 = 0,22 + 6,70 = 6,92 А

13. 
    Активная составляющая входного сопротивления транзистора
    

14. 
    Реактивная составляющая входного сопротивления
    

15. 
    Входная мощность
    

Коэффициент усиления по мощности



К_рс – усиление по мощности, предусмотренное структурной схемой.

3.3 Расчет предварительного каскада передатчика

Предварительный каскад передатчика построен на транзисторе 2Т909Б, включенном по схеме с общим эмиттером.

Параметры эквивалентной схемы транзистора 2Т909Б приведены в таблице 3.

Угол отсечки и коэффициенты разложения

Θ = 90⁰, соsΘ = 0, α₁ = 0,5 , α₀ = 0,318.

Максимальная рабочая частота f = 30 МГц;

Граничная частота f_т = 500 МГц.

Расчет режима максимальной мощности

Приведенный ниже порядок расчета справедлив при условии

f ≤ 0,5f_т

16. 
    Критический коэффициент использования стокового напряжения:
    

r_нас = 1 Ом – сопротивление транзистора в режиме насыщения;

a₁ = 0,5 - коэффициент Берга;

Е_к = 27 В – напряжение питания транзистора.

n - число параллельно включенных транзисторов в одном плече.

Расчет производится на одно плечо, таким образом, мощность, создаваемая одним транзистором будет равна:



где Р_{пред.макс} - максимальная мощность предвыходного каскада;



В максимальном режиме при УМК режим должен быть недонапряженным, поэтому рабочее значение

17. 
    Амплитуда коллекторного напряжения
    

18. 
    Пиковое напряжение на коллекторе
    

19. 
    Первая гармоника и постоянная составляющая коллекторного тока
    

20. 
    Импульс коллекторного тока
    

21. 
    Сопротивление коллекторной нагрузки
    

22. 
    Потребляемая мощность и мощность потерь на коллекторе
    

23. 
    Электронный к.п.д.
    

24. 
    Амплитуда базового тока
    

25. 
    Балластный резистор в цепи базы
    

Здесь Е_бо = 0,7В,





Из двух значений выбирается меньшее, то есть R_б = 13,40 Ом

В расчетах статический коэффициент усиления по току βο принимается равным 30 для любых биполярных транзисторов.

26. 
    Сопротивление автоматического смещения (необходимое для
    

фиксации угла отсечки 90º при изменениях амплитуды колебаний)

R_авт = χR_б – [r_б + (1 + β₀)r_э] = 2,64 ∙ 13,40 – [0,5 + (1 + 30) ∙ 0.004] = 32,98 Ом

Фиксированное смещение на базе для θ=90ºдолжно быть равно Е_бо=0,7В.

27. 
    Постоянные составляющие токов базы и эмиттера
    

I_э0 = I_б0 + I_k0 = 0,03 + 0.80 = 0,83 А

28. 
    Активная составляющая входного сопротивления транзистора
    

29. 
    Реактивная составляющая входного сопротивления
    

30. 
    Входная мощность
    

Коэффициент усиления по мощности



К_рс – усиление по мощности, предусмотренное структурной схемой.

3.4 Расчет предварительного каскада передатчика

Предварительный каскад передатчика построен на транзисторе 2Т934A, включенном по схеме с общим эмиттером.

Параметры эквивалентной схемы транзистора 2Т934A приведены в таблице 4.

Угол отсечки и коэффициенты разложения

Θ = 180⁰, соsΘ = -1, α₁ = 0,5 , α₀ = 0,5.

Максимальная рабочая частота f = 30 МГц;

Граничная частота f_T = 600 МГц.
Расчет режима максимальной мощности

1. 
   Критический коэффициент использования коллекторного напряжения:
   

r_нас = 3.4 Ом – сопротивление транзистора в режиме насыщения;

a₁ = 0,5 – коэффициент Берга;

Е_к = 27 В – напряжение питания транзистора.

Р1 - максимальная мощность, отдаваемая транзистором. Тогда

2. 
   Амплитуда коллекторного напряжения
   

3. 
   Пиковое напряжение на коллекторе
   

4. 
   Первая гармоника и постоянная составляющая коллекторного тока
   

5. Импульс коллекторного тока



6. Сопротивление коллекторной нагрузки



7. Потребляемая мощность и мощность потерь на коллекторе





8. Электронный к.п.д.



9. Амплитуда базового тока









10. Балластный резистор в цепи базы



Здесь Е_бо = 0,7В,



В расчетах статический коэффициент усиления по току βο принимается равным 30 для любых биполярных транзисторов.

11. Сопротивление автоматического смещения (необходимое для

фиксации угла отсечки 180º при изменениях амплитуды колебаний)

R_авт = χR_б – [r_б + (1 + β₀)r_э] = 4,63 ∙ 227,36 – [0.5 + (1+ 30) ∙ 0] = 1052,97 Ом

Фиксированное смещение на базе для θ=180ºдолжно быть равно:



12. Постоянные составляющие токов базы и эмиттера



I_э0 = I_б0 + I_k0 = 0,008 + 0.23 = 0.24 А

13. Активная составляющая входного сопротивления транзистора















14. Реактивная составляющая входного сопротивления







15. Входная мощность



Коэффициент усиления по мощности



где К_рс – усиление по мощности, предусмотренное структурной схемой.

Принципиальная схема передатчика, состоящая из четырех рассчитанных каскадов и колебательной системы, приведена в Приложении А.

Заключение

В курсовом проекте был разработан проект передатчика для радиосвязи с использованием технологии OFDM.

Предвыходной двухтактный трансформаторный каскад на однотипных БТ VТ2 и VТ3 (2Т9160А) работает в режиме "B" с параллельным управлением от предварительного инверсного трансформаторного каскада на БТ VТ1.

Мощность первого предварительного каскада равна 25Вт, поэтому он собран по двухтактной схеме класса “В” на однотипных транзисторах 2Т909Б с номинальной мощностью 35Вт. УЭ в каскадах включаются по основной схеме – с ОЭ.

Мощность второго предварительного каскада равна 2,5Вт, поэтому он собран по однотактной схеме класса “А” на одном транзисторе 2Т934А с номинальной мощностью 3Вт. УЭ в каскадах включаются по основной схеме – с ОЭ.

Предварительный инверсный трансформаторный каскад вырабатывает два симметричных напряжения и с помощью двух вторичных обмоток промежуточного трансформатора Тр2.

При поступлении на входы плеч двухтактного каскада двух симметричных сигналов, транзисторы VТ2 и VТ3 будут работать поочередно с отсечкой выходного тока. Благодаря двухтактной схеме предвыходного каскада в выходном сигнале нет отсечки.

Точки покоя транзисторов VT2 и VT3 обеспечиваются подачей тока и напряжения смещения в цепи баз транзисторов.

Следует также отметить, что и сопротивление витков первичной обмотки выходного трансформатора Тр4 также очень мало. Поэтому коэффициент использования питающего напряжения в режиме "В" близок к единице. Применением двухтактного каскада устраняется органический недостаток режима "B" – большие нелинейные искажения, и реализуется их достоинство – высокие энергетические показатели.

Выходной каскад передатчика собран на лампе ГУ-44А с общим катодом. Здесь использована однотактная схема выходного каскада передатчика, т.к. передатчик среднего диапазона (20÷30) МГц работает на несимметричную антенну.

Список литературы

1. ГОСТ 18275 -72.М.: 1972. -3с. Аппаратура радиоэлектронная. Номи-нальные значения напряжений и силы токов питания.

2. Радиопередающие устройства. Учебник для вузов связи/ Под ред. В.В.Шахгильдяна.-М.: Радио и связь, 1996. -560с.: ил.

3. Радиопередающие устройства. Учебник для вузов связи/ Под ред. Г.А.Зейтленка. –М.: «Связь», 1969. – 543с.: ил.

4. Проектирование радиопередающих устройств. Учебное пособие для вузов/ Под ред. В.В.Шахгильдяна.- М.: Радио и связь, 1993. -512с.: ил.

5. М.С.Шумилин и др. Проектирование транзисторных каскадов пере-датчиков.-М.: Радио и связь, 1987. – 320с.: ил.