Расчёт структурной схемы разрабатываемого устройства

В результате расчета структурной схемы определяется число каскадов, уточняется их вид, взаимосвязь и общие характеристики.

Расчет начинается с последнего каскада структурной схемы, так как в соответствии с заданием проектируемый передатчик должен обеспечить на выходе требуемые характеристики.

Сопротивление нагрузки: 50 Ом.

Минимальная мощность (Pn), отдаваемая транзистором оконечного каскада (ОК) в нагрузку: 28 Вт.

Несущая частота: 1.7 ГГц.

Колебательная мощность, отдаваемая транзистором ОК:

Pk=1.2*Pn(1)

По формуле (1) получаем: Рk= 33.6 Вт.

В усилительных каскадах передатчиков, чтобы исключить возможность самовозбуждения, обычно, используют транзисторы, не имеющие большой запас по граничной частоте и рассеиваемой мощности. При выборе транзистора, чаще всего, задаются следующими условиями:

0.3f_T<f₀ <f_T (2)

где  – рабочая частота, – граничная частота передачи тока по схеме с общим эмиттером

Как видно из формулы (2), для достижения требуемых параметров усилителя нам подойдёт транзистор КТ948А (параметры транзистора приведены в приложении А).

Коэффициент усиления по мощности каскада определяется по формуле:

 , (3)

где Kpt = 10, ft = 1950, Pt = 40 и Ekt = 45 – экспериментальные параметры транзистора (приложение 1), f=1700 МГц – частота усиливаемого сигнала, P1=28 Вт – мощность усилителя, Ek – напряжение питания.

По формуле (3) получаем коэффициент усиления по мощности ОК: Kp=12.8.

Мощность, поступающая с выхода предоконечного каскада(ПОК) на вход ОК определяется по формуле:

 (4)

Из формулы (4) получаем Pvh=2.625 Вт, то есть на выходе ПОК, с учётом потерь в согласующей цепи, мы должны обеспечить мощность 3.1Вт.

Выберем транзистор для предоконечного каскада типа 2Т937Б-2. Его характеристики приведены в приложении А. Коэффициент усиления пред-оконечного каскада рассчитывается также, как и для ОК и равен Kp_пок=40.

Для увеличения стабильности ПОК можно ввести в его цепи дополнительные затухания и тем самым уменьшить коэффициент усиления доKp_пок=20. Мощность, поступающая на вход ПОК со смесителя рассчитывается по формуле (4) и составляет Pvh_пок=0.156 Вт.

Таким образом для обеспечения выходной мощности передатчика необходимо использовать два каскада основного усиления реализованных на транзисторах КТ948А и 2Т937Б-2. Характеристики выбранных транзисторов приведены в приложении А. Далее необходимо обеспечить необходимую мощность на выходе смесителяPvih_см=0.156 Вт. Приняв во внимание, что коэффициент полезного действия смесителя составляет η_см = 30…50%, мощность на входе смесителяPvh_см = 0.156/0.3= 0.52 Вт.

Далее необходимо определить полосу частот занимаемую информационным сигналом:

(5)

Согласно техническому заданию число каналов 360, к каждым пятнадцати каналам добавляется один служебный, поэтому число каналов возрастёт до 384. Так как в качестве типа модуляции выбрана 8ОФМ, то для такого количества каналов можно выбрать скорость передачи B = 2.048Мбит/с, а m = 3. Подставляя данные в формулу (5) получим полосу частот больше чем 1.5МГц. Для обеспечения допустимого уровня искажений примем полосу 7МГц.

Выходное сопротивление нашего каскада необходимо согласовать с фидером ведущим к антенне сопротивлением 50 Ом. Согласование проведем с помощью микрополосковых линий. Определим волновое сопротивлении линии и ее электрическую длину по формулам:

 (6)

 (7)

Получаем

=118 Ом, =1.57

С помощью программы TXLINE 2003 определим параметры микрополосковой линии . Экран программы приведен на рисунке 2

С помощью программы определили:

Материал диэлектрика – воздух

Материал напыления - медь

Длина микрополосковой линии (L) - 43.9 мм

Ширина микрополосковой линии(W) – 0.29 мм

Толщина микрополосковой линии – 0.254 мм

Толщина напыления меди – 0.001 мм