Обґрунтування та розрахунок структурної схеми пристрою

 

Прямий метод частотної модуляції полягає в тому, що вона здійснюється в задаючому автогенераторі, який має елемент керування частотою (частотний модулятор на варікапі).

В залежності від того, яким чином забезпечується стабільність частоти, можливі декілька варіантів схем радіопередавачів з прямим методом ЧМ.

В одній зі схем частотна модуляція здійснюється в автогенераторі, який працює на робочій частоті передавача і має рівень вихідної потужності рівний або менший від рівня вихідної потужності радіопередавача.

Для забезпечення розв'язки антени і модульованого автогенератора доцільно використати підсилювач потужності, а в НВЧ діапазоні невзаємні пристрої: вентилі або циркулятори.

Оскільки нестабільність частоти коливань автогенератора з параметричною стабілізацією не краща , то в такому передавачі для стабілізації середньої частоти необхідно застосовувати автоматичне підстроювання частоти.

Рис.1. Схема передавача з АПЧ.

Перевагою такої схеми є простота забезпечення необхідної девіації частоти, а недолік її полягає в складності схеми стабілізації частоти і обмеженнях в забезпеченні високої стабільності частоти.

Окрім систем АПЧ в радіопередавачах з прямим методом ЧМ застосовується інтерполяційний метод стабілізації частоти коливань. У цій схемі модуляція здійснюється прямим методом у частотно-модульованому генераторі (ЧМГ) на частоті , яка відрізняється від робочої частоти передавача .Частотно-модульовані коливання з частотою fчмг змішуються з коливаннями кварцового генератора в ЗМ1, смуговим фільтром виділяється коливання проміжної частоти , відносна нестабільність частоти яких визначається згідно з наступним виразом:

де - відносна нестабільність частоти кварцового і частотно-модульованого генераторів.

- значення частот кварцового і частотно-модульованого генераторів.

Рис.2. Схема передавача з ЧМ.

Якщо вибрати співвідношення частот за умовою , то можна на порядок зменшити відносну нестабільність проміжної частоти і таким чином досягти відносної нестабільності робочої частоти передавача .

Оскільки значення частот вибираються з умови підвищення стабільності проміжної частоти, то для отримання необхідного номіналу робочої частоти застосовуються помножувачі частоти або подвійне перетворення частоти, як це показано в схемі на рис.2.

На практиці робоча частота частотно-модульованого генератора вибирається в межах , а робоча частота кварцового генератора вибирається максимально можливою .

Недоліки такої схеми полягають в складності фільтрації інтерполяційних складових, оскільки значення частот є близькими.

Перед розрахунком і складанням схеми таким шляхом визначають коефіцієнт помноження N виходячи з того, що проміжна частота знаходиться в межах . Тому за заданою робочою частотою вибирається таке значення N, щоб виконувалась умова . Після цього уточняють значення частот .

Вибір типів активних елементів і характеристик функціональних вузлів проводиться аналогічно як для передавачів з амплітудною модуляцією з врахуванням того, що амплітуда високочастотних коливань є незмінною.

При розрахунках коефіцієнт передачі за потужністю перетворювача частоти (змішувача) можна прийняти рівним 0,3.

Широко на практиці використовуються схеми, в яких частотна модуляція здійснюється в кварцовому автогенераторі. В цьому випадку забезпечується висока стабільність частоти, але при малій девіації частоти. Установлено [15], що в КАГ перестроювання частоти може бути реалізоване в межах відносно робочої частоти . Для досягнення необхідного значення девіації частоти на виході передавача необхідно використовувати помноження частоти (а тим самим і девіації частоти) в необхідне число разів. Тому, враховуючи можливості перестроювання КАГ, коефіцієнт помноження девіації визначається згідно з виразом

де - девіація частоти на виході передавача,

- девіація частоти КАГ.

З іншого боку, для забезпечення необхідного значення робочої частоти загальний коефіцієнт помноження N дорівнює і він повинен бути рівним . Тому необхідно вибрати таке значення частоти , щоб коефіцієнт N був рівним цілому числу. У випадку використання транзисторних помножувачів частоти коефіцієнт помноження N буде представлятись добутком чисел 2 і 3, які відповідають коефіцієнтам помноження транзисторних помножувачів частоти коливань.

 

Рис.3. Схема передавача з прямим методом ЧМ в кварцовому генераторі.

У цьому випадку значення частоти кварцового генератора fКГ вибирають в межах МГц, і необхідно старатись, щоб N було як можливо невеликим, а величину девіації можна зменшувати від максимально можливого значення .

Після визначення і N за приведеною вище методикою розраховують і складають структурну схему. Приклад структурної схеми такого передавача подано на рис.3.

Передавачі, виконані за такою схемою, характеризуються багатокаскадністю і спотвореннями сигналу модуляції за рахунок інерційності КАГ.

Зменшити багатокаскадність можна за рахунок застосування підсилювачів з високим коефіцієнтом підсилення і транзисторних помножувачів НВЧ, в яких використовується параметрична ємність переходу , з коефіцієнтом передачі за потужністю .

Згідно з технічним завданням нам потрібно спроектувати зв'язковий передавач з частотною модуляцією. Частотна модуляція повинна бути отримана прямим способом (коли модулюється безпосередньо частота автогенератора передавача). Передавач повинен відповідати перерахованим вище вимогам і володіти параметрами зазначеними в технічному завданні.

Обрана узагальнена структурна схема передавача з прямим способом отримання ЧС наведена на рис.1:

Рис.4 Узагальнена структурна схема передавача з прямим способом отримання ЧМ

В якості збудника діапазонного передавача з ЧМ використовується синтезатор сітки дискретних частот (нестабільність частоти порядку 10-6... 10-7), ведений генератор якого керується двома варікапами (рис.1).

На варікап VD1 подається модулююча напруга, на варикап VD2 - керуючу напругу системи фазового автопідстроювання частоти. Поділ функцій управління пояснюється тим, що девіація частоти під впливом модулюючого сигналу відносно невелика (зазвичай 3 - 5 кГц) в порівнянні з діапазоном перебудови веденого генератора керуючим сигналом з виходу системи ФАПЧ. З цієї причини варикап VD1 пов'язаний з коливальним контуром веденого автогенератора значно слабкіше, ніж VD2. Використання ФАПЧ в передавачі, побудованому за подібною схемою, також дозволяє лінеаризовати статичну модуляційну характеристику і отримати стабільну середню частоту генератора.

Для підвищення стійкості в структуру передавача включають помножувачі частоти, але при цьому крок сітки синтезатора зменшується в «n» раз, де n - коефіцієнт множення частоти. При множенні несучої частоти в «n» раз, абсолютна девіація частоти також множиться в «n» раз, що призводить до отримання більш глибокої модуляції.

Подільники із змінним коефіцієнтом ділення призначені для того, щоб на ФД надходила однакова частота від КАГ і від ГКН.

 

2. ЕСКІЗНИЙ ВИД РОЗРАХУНКУ
(СТРУКТУРНА СХЕМА З ДІАГРАМОЮ РІВНІВ ПОТУЖНОСТІ НА ВИХОДІ КОЖНОГО СТРУКТУРНОГО ЕЛЕМЕНТУ)

Складання блок- схеми передавача починається з вихідного каскаду починається з вихідного каскаду. Дані, що визначають його потужність, містяться в завданні. Також задається коливальна потужність в антені в режимі несучої частоти. У даному передавачі необхідно застосувати помножувач частоти, в якості якого може працювати передвихідним або додатковий попередній каскад, включається між збудником і передвихідним каскадом. Вид блок- схеми передавача з частотною модуляцією представлений на малюнку:

Рис.5 Блок-схема передавача.

Радіопередавачі систем зв’язку, радіомовлення, телебачення та інших радіотехнічних систем складаються з ряду функціональних вузлів та систем. До них відноситься високочастотний вузол, вузол керування параметрами високочастотних коливань (модулятор), системи стабілізації частоти, електроживлення, охолодження, блокування та аварійної сигналізації.

В курсовому проекті рекомендується розробляти перші три системи, а до інших достатньо скласти основні технічні вимоги. Надійність радіозв’язку залежить від рівня вихідної потужності радіопередавача і стабільності частоти коливань. В багато каскадних передавачах забезпечення необхідного рівня вихідної потужності і стабільності частоти коливань розподілені між різними каскадами.

Стабільність частоти забезпечується КАГ, рівень вихідної потужності якого знаходиться в межах 1...5мВт, рівень потужності вихідного сигналу забезпечується вихідним трактом підсилення, а потрібне значення частоти вихідного сигналу одержують за допомогою проміжного підсилювально-помножувального тракту.

В транзисторних радіопередавачах широко використовується колекторна, а в лампових -анодна і сіткова амплітудна модуляція.

Для складання структурної схеми спочатку визначається частота кварцового автогенератора , число каскадів помноження частоти коливань і загальний коефіцієнт помноження - N, виходячи із значення вихідної робочої частоти та практичних можливостей реалізації високочастотних КАГ.