Файл: 1 Классификация и физический механизм работы вч и свч генераторов.docx

эквивалентного генератора электронного прибора (см. рис. 4.1,б);

-определение напряжения на выходе электронного прибора; определение выходной мощности 1-й гармоники поступающей в нагрузку;

- определение потребляемой мощности от источника постоянного тока и КПД генератора;

- анализ входной цепи ВЧ генератора, определение мощности входного сигнала , и коэффициента усиления генератора по мощности ;

- выбор схемы и расчет выходной и входной согласующих электрических цепей ВЧ генератор.

ГВВ в передатчиках выполняют различные функции:

- усиление напряжения и мощности;

- умножение частоты;

- модуляция и др.

Вследствие этого анализ работы ГВВ применительно к той или иной реализуемой им функции обычно сводится к решению следующих задач:

1. Рассматриваются режимы работы ЭП в ГВВ, собранных по различным схемам, определяются характеристики этих режимов и связь их с энергетическими показателями ГВВ. Выбираются энергетически эффективные режимы.

2. Анализируются особенности управления режимами ГВВ, определяются связи между характеристиками режимов ГВВ и результирующими модуляционными характеристиками, а также условия минимума нелинейных искажений.

3. Устанавливается спектральный состав колебаний на выходе ГВВ – необходимый показатель для проектирования колебательных систем.

Однако общего метода, который бы позволил выполнить анализ ГВВ с различными ЭП без упрощений и приближений пока не существует. Главной причиной такого положения являются инерционность процессов в ЭП и нелинейность их характеристик. И поскольку инерционность процессов в ЭП прежде всего приводит к понижению выходной мощности и КПД ГВВ с такими приборами. То для понижения зависимости параметров ГВВ от степени инерционности ЭП их стали выпускать для различных диапазонов частот с различной инерционностью ( в лампах для более высокочастотных диапазонов уменьшают расстояние между электродами. в БПТ уменьшают толщину базы. В ПТ делают короче канал и уменьшают толщину области дрейфа). Вследствие этого при использовании в ГВВ. Например, лампы с граничной частотой 250МГц можно считать, что она безинерционна. Если рабочая частота ГВВ не превышает 200 – 250 МГц. Похожая ситуация имеет место и для транзисторов.

---

Таким образом, практическая необходимость учета инерционности процессов в ЭП была значительно снижена. В большинстве современных методов анализа ГВВ предполагают, что ЭП – безинерционный, и учитывают лишь его нелинейные характеристики. В ГВВ с БТ учет инерционности процессов сведен к учету частотной зависимости параметров транзистора.

Все имеющиеся и разрабатываемые методы анализа и расчета ГВВ, учитывающие только нелинейные свойства ЭП, различаются в основном лишь способом аппроксимации характеристик ЭП.

Различают:

- графоаналитический метод;

- аппроксимация отрезками прямых параллельных линий;

- аппроксимация веерообразно расходящимися прямыми;

- аппроксимация степенными рядами;

- аппроксимация математическими функциями.

В настоящее время продолжают совершенствоваться машинные методы анализа и расчета ГВВ с нелинейными и инерционными ЭП, использующие математические модели электронных приборов. Это направление наиболее перспективно, поскольку позволяет учитывать максимум особенностей ЭП, рассчитывать с желательной точностью характеристики, которые невозможно получить при использовании более простых методов.

УСТРОЙСТВА ГЕНЕРИРОВАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ

Учебное пособие для студентов

радиотехнического факультета

 

Севастополь
УДК 621.396.61

 

Климов В.П. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Учебное пособие для студентов радиотехнического факультета. - Севастополь: Изд-во Сев НТУ,2002,- 82 с.

 

Целью учебного пособия является оказание помощи студентам в освоении и закреплении основных теоретических положений курса.

 
СОДЕРЖАНИЕ

 

Предисловие.......................................................................................................... 5

Введение................................................................................................................ 6

 

Часть 1. Генераторы с внешним возбуждением, автогенераторы и возбудители диапазона высоких частот.

 

1.1. Общие сведения........................................................................................... .8

1.2. Активные элементы...................................................................................... 8

1.3. Режимы работы АЭ в генераторах внешнего возбуждения...................... 10

1.4. Нагрузочные характеристики ГВВ............................................................. 12

---

1.5. Узкополосные согласующие цепи связи..................................................... 13

1.6. Широкополосные цепи связи...................................................................... 15

1.7. Трансформаторы типа “длинная линия” – ТДЛ........................................ 16

1.8. Принципы построения схем....................................................................... 17

1.9. Сложение мощностей активных элементов. Мостовые схемы сложения. Усилитель с синфазными мостами, квадратурный мост, многополюсные схемы сложения.. 19

1.10. Широкополосные усилители. Идеальное, предельное и оптимальное согласование. Теория Фано.......................................................................................................... 23

1.11. Блочно-модульный принцип построения транзисторных широкополосных усилителей мощности............................................................................................ 25

1.12. Усилители с распределённым усилением................................................... 26

1.13. Умножители частоты. Варакторные, на диодах с накоплением заряда, транзисторные....................................................................................................... 28

1.14. Автогенераторы. Основное уравнение АГ................................................. 29

1.15. Кварцевые автогенераторы......................................................................... 31

1.16. Принципы построения диапазонных возбудителей с кварцевой стабилизацией частоты.................................................................................................................. 33

1.17. Формирование сетки частот по методу прямого синтеза с использованием идентичных декад.................................................................................................. 34

1.18. Возбудители косвенного синтеза................................................................ 36

1.19. Цифровой синтезатор частоты.................................................................... 37

1.20. Квантовые стандарты частоты в синтезаторах.......................................... 37

 

Часть 2. Формирование сигналов с амплитудной (АМ), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляцией. Однополосная модуляция (ОМ).

2.1. Общие сведения........................................................................................... 39

2.2. Амплитудная модуляция. Способы осуществления.................................. 41

2.3. Однополосная модуляция. Балансные модуляторы. Фильтры в однополосной аппаратуре............................................................................................................. 44

2.4. Методы формирования однополосного сигнала....................................... 46

2.5. Частотная и фазовая модуляции. Общие сведения.................................... 48

2.6. Аналитическое сравнение ФМ и ЧМ........................................................... 49

2.7. Способы осуществления ЧМ....................................................................... 52

---

2.8. Фазовая модуляция. Способы осуществления........................................... 56

 

Часть 3. Телеграфная работа. Формирование радиосигналов в передатчиках цифровой связи.

 

3.1. Амплитудная манипуляция......................................................................... 59

3.2. Частотная манипуляция............................................................................... 61

3.3. Фазовая манипуляция.................................................................................. 64

3.4. Общие вопросы формирования радиосигналов в передатчиках цифровой связи 65

3.5. Относительная фазовая манипуляция ОФМ-2........................................... 67

3.6. Формирование радиосигналов ОФМ-4...................................................... 70

3.7. Формирование радиосигналов КАМ-16.................................................... 72

 

Приложение А. Передатчики релейной и спутниковой связи................... 77

Приложение Б. Классификация радиочастотных спектров и типов излучения. 84

 

4. Библиография.................................................................................................... 82
ПРЕДИСЛОВИЕ

 

В основу учебного пособия положены первоисточники [1,2,3], а также курс лекций, который читался автором в Сев НТУ в 1997-2001гг. Главная цель, которую поставил автор, состояла в том, чтобы изложить в систематизированном и доступном виде ряд важных вопросов генерирования и формирования радиосигналов и способы управления колебаниями для формирования радиосигналов с заданными параметрами. По возможности автор стремился не перегружать материал пособия математическими выкладками и доказательствами. Поэтому в ряде случаев строгому обоснованию рассматриваемых результатов уделяется меньшее внимание, чем их прикладной стороне.

Автор не ставил перед собой задачу рассмотреть все наиболее существенные вопросы генерирования и формирования радиосигналов. Некоторые вопросы рассмотрены очень кратко, а некоторые вообще не затронуты.

Несмотря на это автор надеется, что пособие облегчит студентам знакомство с имеющейся литературой по рассматриваемым вопросам, позволит им быстрее и правильнее ориентироваться в этой литературе при решении тех или иных задач в процессе учебно-исследовательской работы, курсового и дипломного проектирования.

Учебное пособие состоит из трёх методически связанных между собой частей. В части 1 рассмотрены схемы и режимы работы генераторов с внешним возбуждением, умножители частоты, автогенераторы и синтезаторы частот. В части 2 изложены вопросы формирования сигналов с амплитудной, однополосной, частотной и фазовой модуляцией. В части 3 рассмотрены вопросы формирования сигналов с амплитудной, частотной и фазовой манипуляцией, формирование сигналов в цифровых системах связи.

---

 

Примечание.

В настоящее время для студентов дневной формы обучения читаются дисциплины: “Устройства генерирования и формирования радиосигналов” и “Радиопередающие устройства”, объединённые общей канвой и изучаемые в шестом и седьмом семестрах соответственно. Студенты заочной формы обучения изучают одну дисциплину: “Устройства генерирования и формирования радиосигналов”. В неё составной частью входит курс “Радиопередающие устройства”. Вследствие этого студенты дневной формы обучения выполняют курсовой проект по дисциплине “Радиопередающие устройства”, студенты заочной формы обучения – по дисциплине “Устройства генерирования и формирования радиосигналов”. Задание на курсовое проектирование и все требования совершенно идентичны.

Содержание учебного пособия охватывает основные разделы обеих дисциплин.

ВВЕДЕНИЕ

Устройство генерирования и формирования радиосигналов – это источник модулированных радиочастотных или оптических колебаний для радиотехнических систем того или иного назначения (связь, телевидение, локация, навигация и др.). УГФРС, предназначенные для передачи информации в соответствующих средах связи, в качестве которых используются эфир, кабельные и оптические линии в дальнейшем для краткости будем называть передатчиками. Назначение передатчика – сформировать сигнал в соответствии с требованиями, установленными при разработке системы, и подвести его к антенне или линии связи.

Радиосигналом называют колебание радиочастоты, один или несколько параметров, которого изменяются (модулируются) в соответствии с передаваемым сообщением (информацией). Спектр частот радио сигнала характеризуют: частота несущей f0; допустимая абсолютная нестабильность частоты несущей Δf0; допустимая относительная нестабильность частоты несущей σf=f0/Δf0 ; занимаемая полоса частот, ширина зоны внеполосных излучений.

Точность, с которой фиксируется положение спектра радиосигнала на оси частот, определяется нестабильностью несущей частоты Δf0.Обычно задают требования на допустимую относительную нестабильность частоты σf= Δf0/f0.

Под занимаемой полосой частот обычно понимается интервал между нижней fн и верхней fв частотами, в котором сосредоточено 99% мощности сигнала.

Вид модуляции определяется при проектировании радиосистемы. Различают следующие виды модуляции:

---