Радиоэлекторнные устройства и системы (РЭУиС)

Может называться РЭУиС, РПУ, РТС

Контрольная объемная, дорогая, к ней прилагается еще и расчет РЛС

Радиопередающие устройства

Контрольная работа для студентов факультета заочного и дистанционного обучения. Часть 1. Радиопередающие устройства.

 

1.            ВВЕДЕНИЕ

2.            ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (ГВВ)

2.1.        Основы теории и расчета ламповых и транзисторных ГВВ без учета инерционных явлений.

2.2.        Основы теории и расчета транзисторных генераторов с учетом инерционных явлений.

2.3.        Схемы генераторов с внешним возбуждением

2.4.        Сложение мощностей генераторов

2.5.        Широкополосные усилители мощности (ШУМ)

2.6.        Ключевые генераторы

2.7.        Умножители частоты

3.            ГЕНЕРАТОРЫ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ - АВТОГЕНЕРАТОРЫ

3.1.        Основы теории и проектирования автогенераторов

3.2.        Нестабильность частоты автогенераторов и методы стабилизации частоты

3.3.        Диапазонная стабилизация частоты. Синтезаторы частоты

4.            ГЕНЕРАТОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА

4.1.        Генераторы СВЧ диапазона на активных элементах с сосредоточенными параметрами

4.2.        Генераторы СВЧ диапазона на активных элементах с распределенными параметрами

4.3.        Твердотельные генераторы СВЧ

5 .ПАРАЗИТНОЕ САМОВОЗБУЖДЕНИЕ В ГЕНЕРАТОРАХ (УСИЛИТЕЛЯХ)

i

 

I.             ВВЕДЕНИЕ

Предмет, содержание и задачи дисциплины. Место и роль дисциплины в подготовке радиоинженера. Назначение и области применения радиопередающих устройств (РПдУ).

Обобщенная структурная схема РПдУ. Классификация РПдУ. Классы радиоизлучений РПдУ. Основные технические требования к современным РПдУ. Параметры электромагнитной совместимости РПдУ. Международные рекомендации, общесоюзные нормы и ГОСТ на РПдУ.

Целевая установка

Изучить классификацию, основные технические требования, качественные показатели современных РПдУ. Ознакомиться со структурными схемами РПдУ различного назначения.

Методические указания Для изучения рекомендуется пользоваться [1], введением или [2], гл. I; [3] , введением, гл. 1, а также [4] . Основные технические требования к РПдУ различного назначения освещены в литературных источниках, которые указаны в вопросах и задачах для самопроверки.

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            Назовите основные этапы развития теории и техники РПдУ.

2.            Изобразите обобщенную структурную схему РПдУ, поясните назначение ее отдельных элементов.

3.            По каким показателям классифицируются РПдУ? Приведите примеры.

4.            Назовите нормы по стабильности частоты, ширине полосы и внеполосным излучениям для современных РПдУ.

5.            Составьте структурную схему и технические требования к радиопередающему устройству магистральной радиосвязи.

Для справок см. [2] , с. 167-188; [б] , с. 53-55; [б] .

6.            Сформулируйте технические требования и составьте структурную схему РПдУ низовой радиосвязи с частотной или фазовой модуляцией.

Для справок гм. [2] , о 232-234.

7.            Сформулируйте тeхничecкиe требования и составьте структурную схему РПдУ ДЛИ звукового сопровождения телевизионных программ.

Для справок см. [2] , с. 236-237.

8.            Сформулируйте технические требования и составьте структурную схему РПдУ тропосферной линии связи. Для справок см.[2] с. 275-278; [7] , с. 16-21.

9.            Изобразите структурную схему многокаскадного РПдУ радио¬локационной станции, работающей со сжатием импульса. Для справок см2 [7], с. 24-32.

10.          Сформулируйте технические требования и составьте структурную схему РПдУ радиолокационной станции, использующей селекцию движущихся целей.

Для справок см.[7], с. 24-32.

 

11.          Составьте структурную схему бортового РПдУ космической радиолинии связи с частотным разделением каналов и сформулируйте, технические требования к передатчику. Для справок см. [7], с. 16- 21 и [8], с. 295-300.

12.          Изобразите      структурную схему радиопередатчика с частотно- модулированными колебаниями и сформулируйте технические тре¬бования к нему. Для справок см.[9], с. 336-340.

13.          Приведите        примеры структурных схем судовых РПдУ. Для справок см. [10] , [11] .

3

 

2.            ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (ГВВ)

2.1.        Основы теории и расчета ламповых и транзисторных ГВВ без учета инерционных явлений.

Целевая установка

Усвоить принцип работы и основные энергетические показатели ГВВ, уметь проводить энергетический расчет ГВВ, работающих в различных режимах, на основе кусочно-линейной аппроксимации, статических и динамических характеристик активных элементов (АЭ), иметь представление о характере изменения энергетических показателей ГВВ при изменении параметров нагрузки и питающих напряжений.

Методические указания Для изучения первых вопросов темы рекомендуется пользоваться [1], гл. i, где с общих позиций, рассматриваются соотношения между токами, напряжениями и мощностями в ГВВ. Обратите основное внимание на баланс мощностей в выходной и входной цепях ГВВ, отражающий общий закон сохранения энергии, а также на определение энергетических показателей ГВВ. Важно уяснить различия в форме напряжений и определении энергетических показателей ГВВ с избирательной выходной цепью и ключевого генератора. Вопросы анализа режимов работы ГВВ на основе кусочно-линейной аппроксимации нелинейных статических и динамических характеристик АЭ целесообразней изучать по [3] , гл.2,3; [2], гл. 2 на примере лампового ГВВ. Необходимо иметь ввиду, что такой подход к анализу ГВВ возможен, если АЭ считается безынерционным, т.е. в каждый момент времени существует однозначное соотношение между током и напряжением AЭ, определяемое динамической характеристикой A3. В этом случае при гармоническом возбуж¬дении АЭ начальная фаза 1-й гармоники тока АЭ всегда совпадает с начальной фазой напряжения возбуждения.

Важно научиться качественно строить нагрузочное и настроечные характеристики ГВВ, зависимости энергетических показателей от питающих напряжений, указывая, каким образом при этом меняются режим работы ГВВ, форма импульсов токов АЭ (см. [2], § 2.8).

Необходимо обратить внимание на выбор оптимального по критериям максимума выходной мощности и электронного КПД режима работы ГВВ, угла отсечки.

Порядок энергетического расчета ламповых ГВВ в недонапряженном и граничном режимах приведен в [3], § 3.4; [2], § 2.6. Для лучшего усвоения методики расчета рекомендуется алгоритм расчета ГВВ представить в виде блок-схемы для расчета на ЭВМ.

[1], гл. 1,2,3; [2], гл.2; [3], гл. 2,3.

 

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            Изобразите принципиальную и обобщенную схемы ГВВ. Поясните назначение ее отдельных элементов, принцип работы ГВВ.

2.            Запишите основные соотношения между токами, напряжениями и мощностями соответственно для выходной и входной цепей ПЙ при гармоническом возбуждении для двух типов нагрузки: избирательной и чисто вещественной (апериодической). В чем заключаются различия в этих соотношениях?

3.            Дайте определение основных энергетических показателей ГВВ (мощностей, электронного КПД по первой гармонике, коэффициента усиления мощности).

4.            Изобразите семейство реальных и аппроксимированных статических характеристик лампы, биполярного и полевого транзисторов. Запишите соответствующие аналитические выражения для аппроксимирующих функций.

5.            Изобразите динамические характеристики настроенного лампового ГВВ в анодно-сеточной цепи и в анодной системе координат. Пользуясь этими характеристиками, сделайте классификацию режимов ГВВ.

6.            Приведите основные аналитические соотношения, лежащие в основе анализа и расчета ГВВ в недонапряженном и граничном режимах, в перенапряженном режиме.

7.            Каким образом осуществляется гармонический анализ импульсов тока безынерционного АЭ в недонапряженном и граничном режимах, в слабоперенапряженном режиме? Какой смысл имеют коэффициенты ап(0) и Yn(0) ?

8.            Выразите основные показатели ГВВ с избирательной нагрузкой в зависимости от угла отсечки 0 для недонапряженного и граничного режимов работы ГВВ. Изобразите эти зависимости в виде графиков и по ним сформулируйте рекомендации по выбору оптимального 0.

9.            Изобразите качественные нагрузочные характеристики настроенного ГВВ, а также зависимости энергетических показателей ГВВ от питающих напряжений. Дайте соответствующие пояснения к этим зависимостям. Укажите, как при этом меняется напряженность режима работы ГВВ. Какие преимущества и недостатки характерны различным режимам работы ГВВ?

10.          Изобразите      качественно настроечные характеристики ГВВ с узкополосной выходной цепью в виде параллельного колебательного контура и с широкополосной выходной цепью в виде полосового фильт¬ра? Какой рекомендуется порядок настройки ГВВ с узкополосной вы¬ходной цепью?

11 .Постойте векторные диаграммы токов и напряжений лампового ГВВ с комплексной нагрузкой емкостного и индуктивного характера. Как при

 

таких нагрузках изменяется форма импульсов анодного тока в слабоперенапряженном режиме работы ГВВ?

12.          Как        зависят колебательная мощность ГВБ и к.п.д. от формы коллекторного (анодного) тока, коэффициента использования по напряжению и углу отсечки?

13.          За счет чего возможно повысить энергетические показатели генератора?

14.          В чем состоит сущность квазилинейной теории расчета генераторов?

15.          Дайте классификацию режимов ГВВ по напряженности.

16.          Опишите зависимость формы импульсов тока от напряженности режимов.

17.          Изобразите      зависимость коэффициентов разложения импульса тока АЭ IK=f(0) от угла отсечки.

18.          Перечислите   условия получения высокого электронного к.п.д.

19.          Какой   режим с точки зрения получения колебательной мощности и к.п.д. является оптимальным?

20.          Каков   порядок технического расчета ГВВ на заданную колебательную мощность?

21.          Нарисуйте         нагрузочные характеристики ГВВ.

2.2.        Основы теории и расчета транзисторных генераторов с учетом инерционных явлений.

Целевая установка Усвоить основные особенности расчета транзисторных ГВВ с учетом инерционных явлений на примере анализа кусочно-линейной модели мощного биполярного транзистора при гармоническом возбуждении.

Методические указания Для изучения вопросов темы лучше всего воспользоваться учебником [1] , § 2.5 - 2.8 или [12], § 4.3. При более углубленной проработке вопросов рекомендуется [13] , гл.4. Следует иметь в виду, что в учебной литературе, как правило, проводится вначале упрощенный анализ физической (зарядовой) схемы замещения биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером без учета внутренних обратных связей через активную и пассивную составляющую емкости коллекторного перехода, а также без учета влияния индуктивностей ввода. Далее показывается, как эта внутренняя обратная связь может быть учтена при расчете (см., например, [l], § 2.7).

Важно уяснить, что для получения приближенного решения системы нелинейных дифференциальных уравнений, с помощью которых описывается схема замещения транзисторов, используется подход, основанный на линеаризации этих уравнений в пределах каждой из областей работы транзистора (активной области и области отсечки для недонапряженного и граничного режимов). При этом рассматривается кусочно-линейная модель транзистора, элементы которой линейны, но усредненные параметры этих

 

элементов меняются при переходе из одной области в другую. При приближенном подходе удается получить решение системы линейных дифференциальных уравнений, соответствующих кусочно-линейной модели транзистора, с учетом граничных условий перехода состояния транзистора из одной области в другую. Без учета индуктивностей ввода кусочно-линейная модель транзистора описывается системой линейных дифференциальных уравнений 1-го порядка. При этом режиме может быть найдено в виде суммы вынужденной и свободной составляющих, последняя из которых представляет собой экспоненциальную функцию.

Необходимо отметить, что результаты анализа будут различными при возбуждении транзистора гармоническим напряжением или током, поскольку формы импульсов напряжения на эмиттерном переходе и токов транзистора в этих случаях будут отличаться друг от друга.

Случай возбуждения транзистора гармоническим напряжением соответствует маломощным ГВВ, а гармоническим током - ГВВ с мощностями единицы Ватт и более при достаточно высокой частоте возбуждения, что объясняется малым входным сопротивлением открытого транзистора (см. [1], § 2.8)

Следует особое внимание обратить на особенности гармонического анализа импульсов коллекторного тока и тока базы транзистора при гармоническом возбуждении, которые имеют нессиметричную форму и смещены во времени (по фазе) по отношению к напряжению (току) возбуждения. В этом случае приходится вводить комплексные коэффициенты разложения y(0,v1), где v1=®x1 - параметр инерционности транзистора, ю - частота возбуждения, т1- постоянная времени входной цепи транзистора, 0 - низкочастотный угол отсечки, или пользоваться приближенным гармоническим анализом, заменяя несимметричный импульс тока симметричным остроконечным косинусоидальным импульсом с максимумом в точке максимума исходного импульса и длительностью 20В, где 0В - высокочастотный угол отсечки. В последнем случае при расчете амплитуд гармоник тока транзистора можно пользоваться коэффициентом разложения уп(0В), которые рассматривались при безынерционных явлениях. При этом погрешность расчета для постоянных составляющих и 1-х гармоник токов транзистора не превышает 20%. Особенности гармонического анализа токов транзистора с учетом инерционных явлений обуславливают основные особенности энергетического расчета транзисторных ГВВ. Дополнительно необходимо учитывать предельно допустимые параметры транзисторов и их зависимость от рабочей температуры. Порядок расчета транзисторных ГВВ с учетом этих особенностей представлен в [1], § 3.4, в [14],§ 6.6, 6.7. При этом следует обратить внимание на рекомендации по выбору типа транзистора и схемы его включения.

[1]          , §2.5-2.8; [2], §2.10-2.12.

 

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            Изобразите физическую схему замещения мощного генераторного биполярного транзистора для схемы с общим эмиттером. Укажите, какому соотношению между частотой возбуждения и граничными частотами транзистора она соответствует. Поясните, какие физические явления отражают отдельные элементы схемы замещения. Составьте дифференциальные уравнения, описывающие схему замещения с учетом внутренней обратной связи.

2.            Приведите кусочно-линейную модель мощного биполярного транзистора для схемы с общим эмиттером без учета внутренней обратной связи. Укажите, какие численные значения имеют усредненные параметры этой модели для активной области и области отсечки. Запишите систему уравнений для этой модели, укажите соответствующие граничные условия перехода из одной области в другую.

3.            Приведите системы уравнений кусочно-линейной модели транзистора для случаев гармонического возбуждения транзистора напряжением и током базы. В каком виде представляются решения этих систем уравнений? Изобразите временные диаграммы токов транзистора и напряжения на переходе для этих двух случаев возбуждения транзистора, укажите на их принципиальные различия.

4.            На примере определения постоянной составляющей и амплитуды 1-й гармоники укажите, в чем заключаются особенности гармонического анализа периодической последовательности импульсов коллекторного тока транзисторного ГВВ в отличие от гармонического анализа импульсов анодного тока лампового ГВВ.

5.            В чем заключается сущность приближенного гармонического анализа импульсов коллекторного тока транзисторного ГВВ при гармоническом возбуждении?

6.            Изобразите характер изменения формы напряжения на переходе и коллекторного тока транзистора при изменении частоты возбуждения или постоянной времени входной цепи транзистора. Как при этом изменяются энергетические показатели транзисторного ГВВ?Какие рекомендации можно сделать по выбору типа транзистора, схемы его включения, низкочастотного угла отсечки?

7.            Какие допустимые параметры транзистора необходимо учитывать при расчете ГВВ? Как они зависят от рабочей температуры транзистора?

8.            Приведите порядок энергетического расчета транзисторного ГВВ для недонапряженного и граничного режимов. Поясните, как на основе справочных данных определяются основные параметры транзистора, участвующие в расчете?

 

2.3.        Схемы генераторов с внешним возбуждением

Целевая установка Усвоить и знать требования, предъявляемые к цепям ГВВ, обоснованно осуществлять выбор цепей питания и высокочастотных цепей связи, уметь составлять принципиальные электрические схемы ГВВ.

Методические рекомендации Поскольку схемотехника ГВВ в последнее время получила большое развитие в связи с расширением диапазона рабочих частот, с применением транзисторов, вопросы темы целесообразно изучать по учебной литературе последних лет. Общие принципы составления схем ГВВ изложены в [1], §5.1. Различные варианты построения цепей питания ламповых и транзисторных ГВВ с обоснованием выбора блокировочных элементов приведены в [1] , § 5.2, 5.5, в

[2]          § 3.1. При рассмотрении этих вопросов необходимо отмечать их достоинства и недостатки, рекомендации по практическому применению. Следует обратить внимание на расчет блокировочных элементов цепей питания для диапазона ГВВ с заданными граничными рабочими частотами fe и f^ Требования к высокочастотным цепям связи (согласования) рассмотрены в [1] , § 4.4, а также в [2] § 3.2. Одноконтурные и двухконтурные цепи связи целесообразно изучать на примере, так называемых, простых и сложных схем выхода ГВВ (см. [3] , § 4.4). Применение в качестве узкополосных цепей связи Г,Т и П - образных трансформирующих четырехполюсников показано в [2] , §

3.2.        Вопросы построения цепей связи на основе фильтров нижних частот и по¬лосовых фильтров применительно к широкополосным ГВВ рассмотрены в [1] ,

§ 4.10 и в [15] ,§ 2.3. В [15] , § 4 показано применение трансформаторов и преобразователей Нортона в цепях связи для обеспечения трансформации сопротивлений в полосовых фильтрах. Примеры реализации широкополосных трансформаторов типа длинной линии приведены в [2], § 3.4.

Оценку фильтрующих свойств цепей связи рекомендуется производить, пользуясь [1] , § 3.4 и [2] § 3.5. Для усвоения материала темы целесообразно потренироваться в начертании принципиальных электрических схем ламповых и транзисторных ГВВ с различными вариантами построения высокочастотных цепей связи и цепей питания с указанием возможных мест включения измерительных приборов. Примеры построения схем ГВВ приведены в [1] , § 5,6 и в [2] §3.1.

[1] гл.4,5; [2] гл.3; [15], §2-4.

Вопросы и задачи для самоконтроля

1.            Каковы общие принципы составления схем ГВВ? Какие требования предъявляются к цепям питания, к высокочастотным цепям?

2.            Приведите примеры различных вариантов цепей питания ламповых и транзисторных ГВВ (анодной, коллекторной, цепи смещения, цепи экранной сетки, накальной цепи). Перечислите преимущества и

 

недостатки рассмотренных цепей питания. Обоснуйте выбор блокировочных элементов изображенных цепей питания при заданных £в и fn.

3.            Изобразите возможные варианты построения одноконтурной цепи связи ГВВ при нагрузке в виде антенны, имеющей емкостной характер входного сопротивления. Укажите, в чем заключаются достоинства и недостатки этих вариантов. Как осуществляется расчет элементов схемы?

4.            Приведите примеры построения схем двухконтурных цепей связи. Укажите, каким образом осуществляется их настройка.

5.            Изобразите схемы Г,Т и П-образных трансформирующих четырехполюсников. Каким образом эти схемы применяются и рассчитываются при разных соотношениях между сопротивлениями на входе и выходе? Почему эти схемы являются узкополосными?

6.            Поясните на примере Чебышевского полосового фильтра 3-го порядка, как осуществляется проектирование и расчет цепей связи ГВВ на основе ФНЧ-прототипов.

7.            Поясните, каким образом осуществляется проектирование цепей связи при обеспечении трансформации сопротивлений за счет применения реального трансформатора или преобразований Нортона.

8.            Чем определяется относительный уровень n-ой гармоники на выходе ГВВ? Какие требования предъявляются к фильтрующим свойствам выходной цепи ГВВ?

9.            Какие методы уменьшения уровня побочных колебаний на выходе ГВВ Вам известны? Отметьте достоинства и недостатки этих методов.

10.          Изобразите      полную электрическую схему лампового ГВЗ с простой схемой выхода, с параллельными схемами питания анодной и сеточной цепей, с цепью автоматического смещения, обеспечивающей угол отсечки 90°, а также измерительными приборами для настройки. Каким образом будет осуществляться контроль настройки схемы выхода ГВВ?

11 .Изобразите принципиальную схему транзисторного ГВВ с

трансформирующими четырехполюсниками, параллельной схемой пи¬тания коллекторной цепи, цепью смещения, обеспечивающей нулевое смещение на базе транзистора.

12.          Изобразите      принципиальную схему ГВВ с последовательным питанием выходной цепи и смещением от постоянного источника.

13.          Напишите          расчетные соотношения для разделительной емкости и заградительной индуктивности при работе их в схеме ГВВ с параллельным питанием.

14.          Перечислите   основные достоинства схемы ГВВ с общим управляющим электродом.

15.          Напишите          основные энергетические соотношения для схемы генератора с общим управляющим электродом.

 

2.4.        Сложение мощностей генераторов

Целевая установка

Знать методы сложения мощностей активных элементов (АЭ) и генераторов, уметь проектировать каскады радиопередатчиков, реализуя эти методы, а также схемы сложения и разделения мощностей ГВВ.

Методические указания При изучении вопросов темы необходимо обратить внимание на сравнение между собой различных вариантов схем сложения мощностей АЭ и ГВВ, на рекомендации при их практическом применении. Надо иметь ввиду, что решения основной задачи сложения мощностей, схемы сложения могут обеспечить более высокую надежность (мостовые схемы), компенсацию четных гармоник (двухтактные схемы) и другие преимущества по сравнению с ГВВ на более мощном АЭ.

В связи с широким применением транзисторов в ГВВ следует уделить больше внимания мостовому методу сложения мощностей, рассмотрению принципов построения мостовых устройств, в частности, широкополосных мостовых устройств на основе трансформаторов длинной линии. Эти вопросы изложены в [1] , § 6.3 , [2] , § 3.7, а также в [16] , § 3.2, [17] , Гл. 7,8. Рекомендуется рассмотреть возможные варианты построения схем ГВВ с мостовыми устройствами разных типов при различном числе АЭ.

[1], гл.6 или [2], §3.6,3.7.

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            Изобразите схему ГВВ, в которой реализовано параллельное сложение мощностей двух одинаковых АЭ. Укажите, какие условия необходимо обеспечить для достижения максимальной мощности в нагрузке. Как изменится мощность в нагрузке, если один АЭ выйдет из строя? В чем заключаются особенности расчёта такой схемы?

2.            Изобразите двухтактную схему сложения мощностей двух одинаковых АЭ. Укажите на схеме пути протекания четных и нечетных гармоник выходных токов обоих АЭ. В чем преимущества и недостатки схемы по сравнению с параллельным сложением мощностей? Как осуществляется расчет двухтактной схемы?.

3.            Приведите примеры вариантов схем усилителя мощности, в котором первый каскад - однотактный, а второй - двухтактный, нагрузка несимметричная или симметричная.

4.            Приведите структурную схему системы сложения мощностей ГВВ (или РПдУ) в пространстве. Поясните, как она работает? Какими эксплуатационными достоинствами обладает эта система?

5.            На примере анализа обобщенной схемы сложения мощностей двух генераторов покажите, в чем заключается условие взаимной электрической развязки генераторов, выполняемое в мостовых схемах сложения.

 

6.            Приведите примеры схем мостовых устройств различных типов, в том числе на основе трансформаторов типа длинной линии. Укажите, как выполняются в этих схемах условия баланса моста?

7.            Изобразите принципиальную схему параллельной работы АЭ на общую нагрузку, перечислите ее преимущества, недостатки и области применения.

8.            Изобразите принципиальную схему последовательного включения АЭ на общую нагрузку, перечислите ее преимущества и недостатки в области применения.

9.            Изобразите мостовую схему сложения мощностей.

10.          Изобразите      схему блочного построения усилителя мощности на транзисторах.

2.5.        Широкополосные усилители мощности (ШУМ)

Целевая установка Знать способы построения ШУМ, их энергетические особенности, методы расчета, особенности построения ШУМ на транзисторах.

Методические указания Вопросы темы изложены в учебниках недостаточно подробно [1], гл. 7, [10] , § 3.7, Поэтому рекомендуется воспользоваться дополнительной литературой. Так в [15] приведена классификация ШУМ, рассмотрены корректированные ШУМ, ограничения на их частотные свойства, обусловленные шунтирующим действием выходной емкости АЭ (ограничения Боде).

Общие принципы построения и работы усилителей с распределенным усилением (УРУ) рассмотрены в [1] , § 7.3. Вопросы проектирования УРУ приведены в [9] , § 4.5 и в [18] . Для углубленной проработки вопросов, посвященных УРУ, рекомендуется [14] .

Для анализа работы УРУ используется волновая трактовка явлений в линиях УРУ. Поэтому целесообразно вспомнить основные положения теории длинных линий из курса "Основы теории цепей". Важно усвоить, что благодаря синфазному сложению прямых волн токов АЭ, имеет место сложение мощности в нагрузке УРУ. При этом обратные волны токов АЭ в балластном сопротивлении выходной линии УРУ могут иметь различные фазовые соотношения, что приводит к их полной или частичной компенсации в большей части диапазона рабочих частот линий УРУ. Эти соотношения, как и характер частотной зависимости напряжения и мощности на балластном сопротивлении выходной линии, зависят в первую очередь от числа АЭ в УРУ, а также от функции передачи отдельных звеньев входной и выходной линий. Следует знать условия, необходимые для обеспечения сложения мощностей A3 в нагрузке УРУ, а также режимов бегущей волны в обоих линиях. Важным достоинством УРУ является его широкополосность, обусловленная тем, что

 

выходные и входные емкости A3 используются в качестве рабочих элементов звеньев линий УРУ. Поэтому диапазон рабочих частот УРУ определяется только частотными свойствами линий.

Анализ токов и напряжений УРУ с однородной линией рекомендуется проводить в предположении, что звенья линий УРУ имеют частотные характеристики, соответствующие идеальному фильтру нижних частот (ФНЧ), а нагрузки линий УРУ - чисто вещественные и согласованные. Следует обратить внимание на характер зависимости напряжений Ua на выходных электродах АЭ в зависимости от номера /-го АЭ (места "включения в выходную линию), описываемой приближенным выражением иа = ^ iapfl.

где Ia - амплитуда 1-й гармоники анодного тока АЭ (предполагаются все АЭ одинаковыми); ра- волновое (характеристическое) сопротивление однородной выходной линии.

Благодаря неравномерному распределению напряжений на коллекторах АЭ к.п.д. УРУ с однородной линией в 2 раза меньше по сравнению с к.п.д. ГВВ с узкополосной выходной цепью, работающего в граничном режиме.

Усложнение схемы УРУ за счет использования неоднородной или комбинированной выходной линии или применение источника питания УРУ с изменяющимся для каждого АЭ напряжением питания могут рассматриваться как пути повышения энергетических показателей УРУ. Следует обратить внимание на условие компенсации обратной волны в неоднородной выходной линии УРУ, на соответствующий закон изменения ее характеристического сопротивления.

Важно отметить, что в УРУ с неоднородной .линией можно обеспечить одинаковый режим работы АЭ, но он может быть граничным только при относительно узкой рабочей полосе частот УРУ. Поэтому на практике часто используется УРУ с комбинированной выходной линией (схема Сосина), имеющей однородный участок, с помощью которого обеспечивается нарастание напряжения на АЭ до граничного, и неоднородный участок, на котором поддерживается напряжение на АЭ, соответствующее граничному режиму. Необходимо рассмотреть рекомендации по выбору оптимального соотношения между количеством АЭ, включенных в однородный и неоднородный участки выходной линии УРУ, при котором обеспечивается максимум к.п.д.

Общий принцип построения усилителей с раздельным усилением полос (УРП) изложен в [1] , § 7.4, Примеры построения схем УРН с частотно¬разделительными устройствами разных типов приведены в [16] , § 6.1.

Важно уяснить, что широкополосные свойства транзисторных корректированных усилителей мощности ограничен в основном, шунтирующим действием диффузионной емкости эмиттерного перехода тран¬зистора (входной емкости), а не емкостью коллекторного перехода (выходной емкостью). Поэтому для обеспечения широкополосности усиления в транзисторных усилителях применяются корректирующие цепи во входной

 

цепи, использующей лишь широкополосные трансформаторы, обеспечивающие оптимальную нагрузку, ощущаемую транзистором. Для изучения особенностей построения транзисторных ШУМ рекомендуется [1], § 7.2, 7.5; [2], § 3.4. Более подробно эти вопросы рассмотрены в [17].

[1], гл. 7; [2] , § 3.4.

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            Какие требования предъявляются к ШУМ? Какие типы ШУМ Вы знаете? В чем заключаются принципиальные особенности, достоинства и недостатки?

2.            Изобразите обобщенную схему корректированного ШУМ. В чем заключаются ограничения на широкополосные свойства для ламповых и транзисторных ШУМ? Какие предельные полосы рабочих частот характерны для них в соответствии с ограничением Боде?

3.            Приведите примеры принципиальных электрических схем корректированных ламповых и транзисторных ШУМ.

4.            Изобразите обобщенную схему однотактного УРУ, Каким образом реализуются основные и согласующие звенья линий УРУ? Какие условия необходимы для выполнения обеспечения режима бегущей волны во входной и выходной линиях УРУ?

5.            Поясните принцип работы УРУ с однородной выходной линией. Каким образом обеспечивается синфазное сложение токов АЭ в нагрузке УРУ?

6.            Изобразите характер частотной зависимости напряжений на нагрузке в баластном сопротивлении выходной линии УРУ при разном числе АЭ. Какие рекомендации Вы сделаете в отношении выбора диапазона рабочих частот УРУ? Чем ограничиваются широкополосные свойства УРУ?

7.            Изобразите качественно характер зависимости напряжений на выходе АЭ, а также характеристическое сопротивление звеньев выходной линии в зависимости от номера АЭ соответственно для УРУ с однородной, неоднородной и комбинированной выходной линией.

8.            Поясните, чем обусловлен низкий к.п.д. УРУ с однородной линией. В чем заключаются достоинства и недостатки УРУ с неоднородной линией? Почему на практике применяется УРУ с комбинированной линией? Каково оптимальное соотношение между числом АЭ, включенным в однородный и неоднородный участки выходной линии УРУ? Из каких соображений выбирается закон изменения характеристического сопротивления звеньев неоднородного участка выходной линии?

9.            Каким образом в УРУ с полосой больше октавы обеспечиваются требования к уровню гармоник на выходе? Приведите примеры схемы двухтактного УРУ с дополнительными мерами, обеспечивающими зату¬хание высших гармоник в выходных линиях обоих плеч.

 

10.          Каким  образом проектируются ШУМ с раздельным усилением полос? В чем заключаются достоинства и недостатки таких ШУМ? Приведите примеры построения схем УРП,

11.          В             чем заключаются особенности построения транзисторных ШУМ? Каково назначение корректирующей и дополняющей цепей во входной цепи транзисторного ШУМ? Приведите примеры схем транзисторных ШУМ.

2.6.        Ключевые генераторы

Целевая установка Знать условия обеспечения и особенности применения ключевого режима работы ГВВ, принципы построения ключевых, а также бигармонических генераторов.

Методические указания В ключевом режиме работы ГВВ АЭ находится в двух состояниях: открытом (область насыщения) и закрытом (область отсечки). Переход из одного состояния в другое происходит практически мгновенно.

Рекомендуется рассмотреть временные диаграммы токов и напряжений АЭ в ключевом режиме для наиболее характерного случая, когда возбуждение АЭ представляет собой периодическую последовательность прямоугольных импульсов, а выходная цепь имеет вещественное входное сопротивление. Важно уяснить, что на форму напряжений на выходных электродах (на длительность фронтов) существенное влияние оказывают такие параметры АЭ, выступающего в роли ключа, как сопротивление насыщения и выходная емкость. Поэтому целесообразно рассмотреть эквивалентную схему ключевого ГВВ и показать, что выгоднее всего на высоких частотах использовать в качестве АЭ транзисторы.

На основе гармонического анализа прямоугольных импульсов выходного тока (и напряжения) АЭ необходимо определить энергетические показатели ГВЗ, показать, что оптимальным является угол отсечки 0= 90°, оценить величину выигрыша в электронном к.п.д. и к.п.д. по 1-й гармонике по сравнению с ГВВ гармонической формы выходного напряжения. При этом важно представлять физику процессов, происходящих в ключевом генераторе, причину достижения высокого электронного к.п.д.

Рекомендуется рассмотреть принципы построения схем ключевых ГВВ на основе [10] , § 3.8. Широкое распространение получили схемы ключевых ГВВ, у которых выходная цепь выполнена в виде избирательных дополняющих цепей, одна из которых пропускает 1-ю гармонику в нагрузку, а другая - высшие гармоники в балластное сопротивление. Более высокие энергетические показатели можно обеспечить в двухтактных схемах интегрального типа.

Для повышения энергетических показателей ламповых ГВВ используется бигармонический режим работы, достигаемый за счет сложения в выходной цепи ГВВ напряжений, создаваемых 1-й и 3-й гармониками выходного тока АЭ.

 

Необходимо определить оптимальные амплитудные и фазовые соотношения между гармониками, режим работы АЭ в бигармоническом генераторе, уметь привести пример схемы такого ГВВ и дать рекомендации к практическому применению. Следует при этом воспользоваться [1,2],[9],[19],[20].

Вопросам теории и проектирования транзисторных генераторов гармонических колебаний в ключевом режиме посвящено довольно много работ. Однако в этих работах основное внимание уделяется анализу различных схем генераторов, работающих в той области частот, где инерционность транзисторов не проявляется. В [21] рассмотрены теория и расчет различных схем транзисторных схем ГВВ в ключевом режиме с учетом инерционных явлений в транзисторах. С единых методологических позиций, принятых в теории радиопередающих устройств, рассматриваются комплекс характеристик генератора, включая нагрузочные и модуляционные характеристики, построение выходных колебательных систем, а также пути улучшения характе¬ристик усилителей.

[1,2], [9], [20,21].

2.7.        Умножители частоты

Целевая установка Изучить основные принципы построения умножителей частоты (УЧ) различного типа, знать особенности их электрических режимов работы и расчета.

Методические указания УЧ широко используются в различных узлах РПдУ (в тракте радиочастоты, в возбудителях и синтезаторах частоты). Следует уяснить, для каких целей применяются УЧ, привести примеры использования УЧ в РДцУ различного назначения, соображения по выбору кратности умножения.

В зависимости от типов, применяемых АЭ,УЧ делятся на две основные разновидности. УЧ, являющиеся ламповыми или транзисторными ГВВ, принято называть УЧ активного типа, поскольку в них имеет место преобразование энергии источника питания в энергию высокочастотных колебаний с частотой, кратной частоте возбуждения. Следует рассмотреть особенности режимов работы и энергетических показателей таких УЧ в сравнении с усилителями мощности на тех же АЭ.

Обратите внимание на специфику схемных решений, на необходимость в некоторых случаях применять дополнительные избирательные цепи для уменьшения взаимосвязи между выходной и входной цепями УЧ, а также для ослабления наиболее интенсивной 1-й гармоники на выходе УЧ. Для изучения этих особенностей УЧ рекомендуется [1], гл. 8, [2], § 2.14.

УЧ, в которых с помощью нелинейных реактивных элементов, например, нелинейной емкости p-п перехода полупроводникового диода или варактора, осуществляется непосредственное преобразование энергии входного

 

высокочастотного колебания в энергию выходного колебания с кратной частотой, принято называть УЧ пассивного типа. В таком УЧ источники питания могут использоваться только для обеспечения необходимого смещения.

Следует рассмотреть особенности построения схем варакторных УЧ режимов работы варакторов, а также специфику расчета таких УЧ с учетом воздействия на нелинейную емкость р-n перехода 1-й и N-й гармоник напряжения возбуждения. Рекомендуется воспользоваться [1], гл. 17 или [2] § 2.14. Ознакомиться с принципом работы, областью использования и энергетическими соотношениями УЧ на клистронах. [1], гл. 17; [2], § 2.14.

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            С какой целью применяются умножители частоты в тракте радиочастоты РПдУ? Какие соображения используются при выборе общей кратности умножения?

2.            Приведите обобщенную схему УЧ активного типа и поясните назначение ее элементов. Каким образом они могут быть реализованы?

3.            Поясните, какой оптимальный режим работы АЭ в УЧ активного типа соответствует удвоению, утроению, учетверению частоты.

4.            Выполните сравнительный анализ энергетических показателей ГВВ, работающих в режиме умножения частоты и усиления мощности. Докажите, что использование больших крайностей умножения N>3 энергетически не выгодно.

5.            Приведите примеры принципиальных электрических схем УЧ активного типа. Дайте пояснения назначения элементов схем. Каким образом производится настройка избирательных цепей?

6.            Какие дополнительные цепи используются в транзисторных УЧ для уменьшения взаимосвязи входной и выходной цепей? Как выбираются параметры этих цепей?

7.            Приведите примеры обобщенных варакторных УЧ, поясните их особенности, дайте рекомендации по применению.

8.            На примере параллельной схемы варакторного УЧ рассмотрите баланс мощностей в УЧ пассивного типа. Поясните, от чего зависит КПД УЧ.

9.            Поясните с помощью временных диаграмм работу варактора в режимах с закрытым переходом и частично открывающимся переходом. В чем заключаются достоинства и недостатки каждого из этих режимов?

10.          В             чем заключаются особенности расчета варакторных УЧ?

11 .Назовите достоинства и области использования УЧ на пролетных клистронах.

 

3.            ГЕНЕРАТОРЫ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ - АВТОГЕНЕРАТОРЫ

3.1.        Основы теории и проектирования автогенераторов

Целевая установка Знать условия возникновения, стационарного режима и устойчивости амплитуды и фазы (частоты) колебаний автогенераторов (АГ), уметь составлять схемы АГ различных типов.

Методические указания В теме 3.1. рассматриваются АГ гармонических колебаний, выполненные на основе усилителей, охваченных внешней положительной обратной связью. На основе анализа обобщенной трехточечной схемы АГ с идеальным безынерционным АЭ необходимо определить условия стационарного режима АГ (условия баланса фаз и амплитуд) и дать их соответствующее пояснение. Рекомендуется при этом вспомнить основные положения темы "Автогенераторы гармонических колебаний из дисциплины "Радиотехнические цепи и сигналы".

Условия устойчивости амплитуды колебаний АГ в стационарном режиме следует рассматривать на основе колебательной характеристики АГ или зависимости средней крутизны АЭ по 1-ой гармонике от амплитуды напряжения возбуждения. Следует показать, как выполняются эти условия в случае "мягкого" и "жесткого" режимов самовозбуждения АГ.

Из рассмотрения условия устойчивости фазы (частоты) колебаний АГ важно сделать вывод о характере влияния фазочастотной характеристики колебательной системы АГ на стабильность частоты генерируемого колебания. В предположении малости потерь в реактивных элементах колебательной системы АГ следует рассмотреть требования, предъявляемые к реактивным сопротивлениям двухполюсников, образующих колебательную систему трехточечного АГ. Важно уметь показать, как выполняются эти требования в простейших одноконтурных схемах АГ (по емкостной и индуктивной трехточкам), изобразить схемы АГ в виде эквивалентных высокочастотных схем и полных принципиальных электрических схем с блокировочными элементами и цепями питания. Следует обратить внимание на особенности построения и достоинства АГ по схеме Клаппа, находящей широкое практическое применение.

На практике в диапазоне СВЧ широко применяются двухконтурные АГ, у которых в качестве двух двухполюсников трехточечной схемы АГ используются параллельные колебательные контуры, а в качестве третьего двухполюсника - межэлектродная емкость АЭ. Необходимо для трех возможных вариантов схем двухконтурных АГ рассмотреть соотношения между частотой генераций и резонансными частотами колебательных контуров. Эти соотношения рекомендуется определять на основе рассмотрения частотной зависимости суммарного реактивного сопротивления колебательной системы АГ. [l], гл. 9; [З], гл. 9.

 

Вопросы и задачи для самоконтроля

1.            Изобразите обобщенную трехточечную схему АГ. На основе ее анализа получите условия стационарного режима АГ.

2.            Дайте физическое трактование условий баланса амплитуд и фаз трехточечного АГ.

3.            Запишите условие устойчивости частоты (фазы) колебаний АГ в стационарном режиме. Как выполняется это условие в схемах АГ? Как влияет добротность колебательной системы АГ на стабильность частоты генерируемого колебания?

4.            Изобразите эквивалентные высокочастотные схемы АГ по индуктивной и емкостной трехточкам. Поясните, как в этих схемах выполняются условия баланса амплитуд и фаз. Как определяется частота автогенерации?

5.            Запишите условия устойчивости амплитуды колебаний АГ в стационарном режиме. Дайте пояснения, как выполняются эти условия в случае "мягкого" и "жесткого" режимов самовозбуждения. От чего зависит режим самовозбуждения?

6.            Приведите примеры принципиальных электрических схем одноконтурных трехточечных АГ. Поясните назначение элементов, схем, включая блокировочные элементы, элементы цепей питания, термостабилизации.

7.            Изобразите АГ по схеме Клаппа. Определите частоту генерации такого АГ. Какие требования рекомендуется предъявить к элементам колебательной системы такого АГ? В чем достоинства схемы Клаппа?

8.            Каково назначение фазирующих цепей (элементов) в транзисторных АГ? Приведите пример АГ по схеме емкостной трехточки с фазирующим элементом.

9.            Приведите примеры эквивалентных высокочастотных схем двухконтурных АГ. Изобразите для каждой из схем частотную зависи¬мость суммарного реактивного сопротивления колебательной системы АГ. Определите для каждой из схем соотношение между частотой ге¬нерации и резонансными частотами колебательных контуров.

10.          Как определяется коэффициент обратной связи в емкостной и индуктивной трехточечных схемах АГ?

11.          Для чего применяется автоматическое смещение в АГ?

3.2.        Нестабильность частоты автогенераторов и методы стабилизации частоты9

Целевая установка

Усвоить основы статистического подхода к оценке нестабильности частоты автогенераторов и возбудителей. Знать требования к нестабильности частоты колебаний, излучаемых РПдУ различного назначения. Ознакомиться с

 

дестабилизирующими факторами и математической оценкой их воздействия. Изучить методы ослабления дестабилизирующих факторов и принципы построения схем с повышенной стабильностью частоты.

Методические указания При рассмотрении основ статистического подхода к оценке нестабильности частоты автогенераторов гармонических колебаний важно усвоить, что под действием различных дестабилизирующих факторов, а также с учетом влияния собственных шумов элементов АГ, колебание на выходе АГ представляет собой квазигармоническое колебание, подверженное паразитной амплитудной и угловой модуляции. При этом приращения амплитуды и фазы колебания представляют собой случайные процессы. Мгновенная частота колебания АГ, характеризующая скорость изменения полной фазы колебания, также пред¬ставляет собой случайный, в общем случае нестационарный процесс. Поэтому для оценки нестабильности частоты АГ могут быть использованы лишь статистические характеристики мгновенной частоты или приращения мгновенной частоты (энергетический спектр, корреляционная функция, дисперсия и др.).

Следует также отметить, что оценка нестабильности частоты связана с методами измерения. Учитывая, что в применяемых цифровых частотомерах, реализующих метод дискретного счета, измеряется усредненное за некоторый интервал значение частоты, обратите внимание на введенное понятие - усредненная частота. Важно уяснить, что статистические параметры усредненной частоты, зависящие от С , используются при количественной оценке кратковременной и долговременной нестабильности частоты. При этом выбирают различные значения времени усреднения и времени наблюдения (измерения) Т. Для оценки нестабильности частоты могут быть также использованы и .другие характеристики, например, энергетические спектры колебания на выходе АГ, мгновенной частоты (фазы). При изучении вопросов оценки нестабильности частоты рекомендуется использовать [1], гл. 10. Требования к стабильности частоты РПдУ различного назначения отражены в литературных источниках, указанных в вопросах и задачах раздела I методического руководства.

При рассмотрении параметрической стабилизации частоты особое внимание обратите на применение методов термостабилизации, термостатирования и термокомпенсации, которые широко применяются при создании опорных генераторов современных возбудителей РПдУ.

Ознакомиться с физическими свойствами кварцевых резонаторов, их параметрами и эквивалентной схемой на основной частоте и на гармониках. Рассматривая свойства кварцевого резонатора, обратите внимание на то, что в нем могут возникать колебания только на нечетных механических гармониках, а в схемах кварцевых АГ кварцевый резонатор может быть использован как эквивалентная индуктивность (осцилляторные схемы) или как последовательный контур (фильтровые схемы). Если в первых схемах

 

кварцевых АГ частота генерации будет несколько больше, чем собственная частота кварцевого генератора, то, во-вторых, точно совпадать с ней. При освоении схемотехники кварцевых АГ рекомендуется, исходя из схем трехточечных одноконтурных АГ, построить различные разновидности схем кварцевых АГ, выбирая из них наиболее современные схемы. Обратите внимание и на возможность построения фильтровой схемы кварцевого генератора на основе двухкаскадного усилителя, охваченного внешней положи¬тельной обратной связью, содержащей кварцевый резонатор (схема Батлера). Важно усвоить, что кварцевые АГ на механических гармониках строятся также на основе осцилляторных или фильтровых схем, но с соблюдением дополнительных мер, позволяющих обеспечить генерацию на выбранной механической гармонике и устранить возможность генерации на других механических гармониках.

Ознакомиться с принципами использования кварцевых генераторов в современной твердотельной электронике, в том числе в интегральных схемах. [1], гл. 10,11; [2], с.228-340.

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            Какие факторы определяют кратковременную и долговременную нестабильность частоты АГ и возбудителей РПдУ?

2.            Дайте определение мгновенной и усредненной частоты квазигармонического колебания на выходе АГ. Какие основные статистические характеристики этих случайных процессов Вы знаете? Какой смысл имеют эти характеристики?

3.            В чем заключается сущность статистического подхода к оценке нестабильности частоты АГ и возбудителей РПдУ? Как количественно оценивается абсолютная и относительная кратковременная и долговременная нестабильность частоты?

4.            Какие требования предъявляются к нестабильности частоты РПдУ различного назначения?

5.            Поясните сущность основных методов параметрических стабилизации частоты АГ.

6.            Приведите схему замещения кварцевого резонатора и поясните смысл, указав численные значения элементов этой схемы. Поясните, почему кварцевый резонатор в схемах кварцевых АГ может быть использован только как эквивалентная индуктивность или последовательный контур.

7.            Изобразите возможные варианты электрических принципиальных осцилляторных схем кварцевых АГ и сравните их между собой. Какой вариант схемы является оптимальным?

8.            Определите частоту генерации осцилляторной схемы кварцевого АГ, построенной на основе емкостной трехточки. Какое условие необходимо выполнить, чтобы частота генератора была максимально стабильной?

 

9.            Изобразите возможные варианты электрических принципиальных, фильтровых схем кварцевых АГ, построенных на основе трехточечных одноконтурных АГ. Какой вариант схемы является предпочтительным?

10.          Поясните           принципы построения схем двухкаскадных кварцевых АГ. Приведите пример электрической принципиальной схемы такого АГ.

11.          Приведите примеры электрических принципиальных схем кварцевых генераторов на механических гармониках. Поясните, какие до¬полнительные меры предприняты в этих схемах для обеспечения гене¬рации на выбранной механической гармонике и для устранения возмож¬ности генерации на других механических гармониках.

12.          Изобразите электрические принципиальные схемы кварцевых АГ на туннельных диодах. Как в этих схемах обеспечивается развязка между кварцевым резонатором и туннельным диодом?

3.3.        Диапазонная стабилизация частоты. Синтезаторы частоты

Целевая установка Изучить принципы построения современных возбудителей и синтезаторов частоты: метод прямого и непрямого синтеза, использование системы фазовой автоподстройки частоты и синхронизации автогенераторов. Ознакомиться с требованиями к современным возбудителям частоты: по диапазону, стабильности, точности установки частоты и т.д. Ознакомиться с возбудителями различных РПдУ.

Методические указания При изучении принципов построения возбудителей диапазонных РПдУ следует иметь ввиду, что в современных РПдУ, как правило, возбудители строятся по интермодуляционному принципу, при котором рабочая частота определяется как f=fC4±fn, где fC4 - частота колебания на выходе синтезатора частот; fn - частота поднесущей сигнала на выходе блока формирования видов работ. При этом в возбудителе осуществляется формирование сигналов, соответствующих различным классам излучения РПдУ. По такому принципу построены, например, возбудители "Норд", "БОТ", "Барк".В некоторых РПдУ возбудитель содержит лишь опорный генератор и синтезатор частоты, а модуляция осуществляется непосредственно в тракте радиочастоты (например, РПдУ радиостанций "Рейд-I", "Рейд"). Возбудители радиостанций "Чайка-С", "Ласточка" построены по принципу "Кварц-волна", при котором используются кварцевые генераторы на фиксированные частоты.

22

 

Основное внимание в теме необходимо уделить изучению принципов построения синтезаторов частоты (СЧ). В качестве примеров реализации тех или иных принципов построения СЧ рекомендуется рассмотреть структурные схемы СЧ [11]. Например, при изучении СЧ прямого синтеза на идентичных декадах следует рассмотреть принцип построения и работы датчика мелкой сетки частот возбудителя "Бот".

Благодаря хорошим диапазонным и фильтрующим свойствам большое распространение получили (СЧ) косвенного синтеза, построенные на основе системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Важно знать принцип построения, работы и основные элементы и характеристики системы ФАПЧ. Следует отметить, что условие стационарного режима кольца ФАПЧ (равенство частот колебаний, поступающих на оба входа фазового детектора) является исходным при определении уравнения синтеза частот СЧ на основе ФАПЧ. Само же уравнение синтеза частот зависит от того, какие дополнительные элементы введены в кольцо ФАПЧ между подстраиваемым генератором и фазовым детектором. Операции сложения и вычитания частот обеспечиваются при введении смесителей, умножения частоты - при введении делителей частоты и т.д. Рекомендуется в качестве примеров СЧ на основе ФАПЧ рассмотреть СЧ возбудители "Бот", "Барк" (см.[11], стр. 87¬110).

При изучении цифровых СЧ, построенных на основе цифровой ФАПЧ, рекомендуется в качестве примера рассмотреть СЧ передатчика радиостанции "Рейд" (см. [10], стр. 215).

Применение микропроцессоров (МП) в цифровых СЧ описано в [22], § 7.4. Важно уяснить, что МП может находить по определенному алгоритму оптимальные значения коэффициентов деления ДПКД, на превышающие максимально возможные, при которых на выходе СЧ синтезируется колебание с частотой, отличающейся от номинальной на величину не более отклонения частоты опорного генератора. Это дает возможность существенно упростить ДПКД и соответственно СЧ. Рекомендуется рассмотреть алгоритм нахождения оптимальных коэффициентов деления, а также разобрать конкретный числовой пример.

[1], гл. 24; [10], гл. 5.

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            Изобразите обобщенную структурную схему возбудителя интер-

23 поляционного типа. Поясните назначение его отдельных блоков.

2.            Какие требования предъявляются к возбудителям частоты и к его отдельным блокам, включая СЧ?

3.            Назовите классификацию методов синтеза частот и принципов построения СЧ.

4.            Изобразите функциональную схему прямого синтеза фильтрового типа. С помощью временных диаграмм и спектрограмм поясните принцип работы такого СЧ. Укажите его недостатки.

 

5.            В чем заключается принцип работы и недостатки СЧ прямого синтеза, построенного по классической схеме?

6.            Поясните принцип построения и работы СЧ прямого синтеза на основе идентичных декад.

7.            Изобразите функциональную схему СЧ компенсационного типа. Поясните принцип его работы. В чем заключаются достоинства и недостатки такого СЧ.

8.            Поясните принцип работы системы ФАПЧ. Каково назначение элементов, входящих в кольцо ФАПЧ? Как строятся эти элементы? Что такое полоса захвата и синхронизма системы ФАПЧ?

9.            Приведите примеры СЧ косвенного синтеза на основе ФАПЧ, реализующих операции сложения, вычитания, умножения и деления опорных частот. Запишите для каждого из примеров уравнение синтеза частот.

10.          Приведите        пример построения СЧ с микропроцессором. Каково назначение МП в СЧ. Какой алгоритм реализует МП в СЧ?

11.          В             чем особенности работы возбудителей частоты для ЧМ- передатчиков?

24

 

4.            ГЕНЕРАТОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА

4.1.        Генераторы СВЧ диапазона на активных элементах с

сосредоточенными параметрами

Целевая установка Изучить особенности работы АЭ, особенности построения и конструкции ламповых и транзисторных генераторов СВЧ диапазона.

Методические указания Следует обратить внимание на классификацию генераторов СВЧ по диапазону рабочих частот, по типам используемых АЭ и колебательных систем (КС). Важно уяснить, что в СВЧ диапазоне благодаря соизмеримости длины волны с геометрическими размерами элементов ГВВ требуется использовать АЭ специальной конструкции, а в качестве элементов цепей связи - отрезки длинных линий. Целесообразно вспомнить принципы построения и работы электронных приборов СВЧ, изученные в дисциплине "Электронные, квантовые приборы и приборы СВЧ".

При рассмотрении колебательных систем генераторов СВЧ, содержащих элементы с распределенными параметрами, выполненные в виде отрезков двухпроводных, коаксиальных и микрополосковых линий, рекомендуется использовать положения теории длинных линий, изученные в дисциплине "Основы теории цепей".

Важно уяснить, что при проектировании цепей связи СВЧ ГВВ используется переход от цепей связи с сосредоточенными элементами путем замены в них индуктивностей и емкостей (или только индуктивностей) отрезками длинных линий.

При проектировании широкополосных усилителей мощности СВЧ диапазона применяют широкополосные цепи связи, рассчитанные на основе ФНЧ- прототипа с соответствующей заменой элементов с сосредоточенными параметрами на элементы с распределенными параметрами.

В качестве примеров рекомендуется рассмотреть ламповый усилитель мощности с общей сеткой [1], § 12.2, транзисторные усилители мощности узкополосные, § 16.2, 16.3 и широкополосные выполненные в гибридно-интегральном исполнении [23, главы 4,5] .

[1], § 12.1-12.2; 16.1-16.3.

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            Дайте классификацию типов генераторов СВЧ. Какие АЭ используются в генераторах СВЧ и в чем их особенности?

25 Какие типы колебательных систем используются в генераторах СВЧ? Проанализируйте резонансные свойства отрезков разомкнутых длинных линий.

3.            Приведите эскиз конструкции лампового усилителя мощности с коаксиальными резонаторами односторонней и двухсторонней конструкции. Приведите соотвествующие электрические схемы замещения. Поясните, как осуществляется настройка ГВВ.

4.            Изобразите схемы замещения и примеры конструкции узкополосных и широкополосных транзисторных усилителей мощности СВЧ.

 

4.2.        Г енераторы СВЧ диапазона на активных элементах с распределенными параметрами

Целевая установка Знать принципы работы и построения генераторов СВЧ на активных элементах с распределенными параметрами.

Методические указания Учитывая, что принцип построения и работы приборов СВЧ с распределенными параметрами (клистрон, ЛБВ, магнетрон) подробно изучались в дисциплине "Электронные, квантовые приборы и приборы СВЧ", при изучении томи следует обратить внимание на структурные схемы построения передатчиков СВЧ, построенных на этих приборах, и их технико-экономические показатели, а также особенности режимов их работы.

[1], гл. 13-15.

Вопросы и и задачи для самопроверки.

1.            Поясните принцип построения и работы клистронного генератора, усилителя мощности на ЛВВ, магнетронного генератора.

2.            Охарактеризуйте технико-экономические показатели этих генераторов.

4.3.        Твердотельные генераторы СВЧ

Целевая установка

Знать особенности построения и конструкции генераторов на твердотельных СВЧ диодах.

Методические указания Принципы построения и работы лавинно-пролетного диода (ЛПД), диода Ганна (ГД), а также СВЧ генераторов изучались в дисциплине "Электронные, квантовые приборы СВЧ". Поэтому основное внимание при изучении следует уделить рассмотрению особенностей режимов работы СВЧ генераторов на ЛПД и ДГ, их конструкций, основных технических характеристик.

[1], гл. 18,19; [23], гл. 9.

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            Приведите схемы замещения ЛПД и ДГ. Какие физические процессы, происходящие в ЛПД и ДГ, отображают элементы схем замещения?

2.            Поясните принцип построения и работы автогенераторов на ЛПД и ДГ. В чем заключаются условия самовозбуждения таких автогенераторов?

36 В чем заключаются особенности режимов работы ДГ в автогенераторах?

4.            Приведите примеры конструкций генераторов на ЛПД и ДГ. Какие технические характеристики могут иметь такие генераторы?

 

5.            ПАРАЗИТНОЕ САМОВОЗБУЖДЕНИЕ В ГЕНЕРАТОРАХ (УСИЛИТЕЛЯХ)

Целевая установка Изучить причины появления паразитных автоколебаний в различных генераторах, методы их обнаружения и подавления. Знать особенности построения усилителей с цепями нейтрализации и их энергетические показатели.

Методические указания На базе общей теории работы генераторов с самовозбуждением (АГ) следует изучить вопрос о возможных видах паразитного самовозбуждения в схемах генераторов с внешним возбудителем (ГВВ) и меры борьбы с ними.

Следует четко понять явления прямого прохождения и обратной реакции и меры по их устранению: использование для этой цели тетродов, схем нейтрализации, применение усилителей с общей сеткой и с общей базой. Обратите внимание на особенности этих усилителей и их энергетические показатели.

[1], гл. 25; [2], с. I38-I5I; [12], с. 318-340.

Вопросы и задачи для самопроверки

1.            К чему приводит появление паразитных автоколебаний?

2.            Назовите методы обнаружения паразитных автоколебаний и способы их подавления.

3.            В чем сущность нейтрализации? Особенности построения схем генераторов с нейтрализацией.

27

 

ЛИТЕРАТУРА

1.            Радиопередающие устройства. Учебник для вузов/Под ред. М.В. Благовещенского, Г.М. Уткина.-М.: Радио и связь, 1982.

2.            Радиопередающие устройства. Учебник для вузов/Под ред. В.В. Шахгильдяна.-М.: Связь, 1980.

3.            Дробов С.А., Бычков С.И. Радиопередающие устройства. М.: Сов. радио, 1969.

4.            Общесоюзные нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередающих устройств гражданского назначения. М.: Связь, 1976.

5.            Городецкий Э.С. Радиопередающие устройства магистральной радиосвязи: Учеб.пособие.-М.: Связь, 1980.

6.            ГОСТ 13420-79. Передатчики для магистральной радиосвязи.

7.            Минаев 'М.И. Радиопередающие устройства СВЧ. Мн. Высш. школа, 1978.

8.            Кукк К.И., Соколинский В.Г. Передающие устройства многоканальных радиорелейных систем.-М.:Связь, 1968.

9.            Проектирование радиопередающих устройств/Под ред. В.В. Шахгильдяна.-М.: Радио и связь, 1984.

10.          Судовые             радиопередающие устройства: Учебник для вузов

11.          Э.К. Путрайм, А.А. Соловьев, В.Н. Рябишкин и др. -М.: Транспорт, 1985.

12.          Справочник по судовому оборудованию радиосвязи и радионавигации в Х.Т. Оборудование радиосвязи/ Под ред. К.А. Семенова- Л.: Судостроение, 1979. T.L

13.          Радиопередающие      устройства: Учебник для вузов/ Под ред. Г.А. Зейтленка.-М.: Связь, 1969.

14.          Богачев               В.М., Никифоров В.В. Транзисторные усилители мощности. - М.: Энергия, 1978.

15.          Алексеев О.В. Усилители мощности с распределенным усилением. -М.: Энергия, 1968.

16.          Грошев               Г.А. Проектирование и расчет широкополосных кор-ректированных усилителей мощности для судовых радиопередатчиков: Методическое руководство к дипломному и курсовому проектированию. - Калининград: КТИРПиХ, 1979.

17.          Алексеев О.В., Грошев Г.А., Чавка Г.Г. Многоканальные частотно-разделительные устройства и их применение.-М.: Радио и связь, 1981,

18.          Широкополосные        радиопередающие устройства/ Под ред. 0.В, Алексеева.-Мл Связь, 1978,

19.          Лапицкий          Е.Г., Семенов a.M., Сосновкин Л.Н. Расчет диапазонные радиопередатчиков. -М. i Энергия, 1974.

20.          Артым А.Д. Усилители класса Д и ключевые генераторы в радиосвязи и радиовещании.-М.гСвязь, I960.

 

21.          Кибалин             В.М. Основы ключевых методов усиления.-М. Энергия, 1980, Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме/ Под ред. И.А. Попова,-М. Радио и связь, 1985.

22.          Шапиро              Д.П., Паин А.А. Основы теории синтеза частот.-М.: Радио и связь, 1981.

23.          Радиопередающие      устройства (Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на интегральных микросхемах)/ Под ред. О.А. Челнокова,- М.: Радио и связь, 1982

29