Спроектировать передатчики телевизионных радиостанций

Делитель с переменным коэффициентом деления проще всего построить на основе цифровых счетчиков. Но счетчики имеют ограничения по быстродействию на уровне сотни мегагерц, тогда как в создаваемом радиопередатчике частота ГУН находится на достаточно высоком уровне ~ 1 ГГц. Для такой задачи известен делитель с переключаемым коэффициентом деления, схема которого приведена на рисунке 8.Рис. 8. Делитель с переключаемым коэффициентом деления.Работает делитель следующим образом. Сначала делители А и В установлены в первоначальное состояние, а делитель (N+1)/N находится в состоянии деления на N+1. После обнуления делителя А его выходной сигнал через триггер управления переключает счетчик (N+1)/N в состояние деления на N, в конце которого обнуляется делитель В, сигнал с которого восстанавливает исходное состояние триггера и готовит устройство к новому циклу деления. Дело в том, что любое целое число можно представить как произведение N·(N+1). Результирующий коэффициент деления равен:NДПКД = (N+1)·A + N·(B-A) = N·(B+A)Выше найдено, что NДПКДmin = 3000; NДПКДmax = 3200. Тогда: B = Ent (NДПКД/N) –целая часть от деления; А = mod(NДПКД/N) – остаток от деления. Выбирая N = 64 получаем:Для NДПКД = 3000 B = 46, A = 56;Для NДПКД = 3200 B = 50, A = 0.Начальную установку значений А и В производит, как сказано в работе [МУ] – микроконтроллер, управляющий синтезатором. Импульсно – фазовый детектор (ИФД) может быть построен на принципе преобразование длительности в амплитуду [6, 7], как показано на рисунке 9. Рис. 9. Диаграмма работы ИФД.Импульсы с опорного генератора и с делителя частоты, имеющие одинаковую частоту следования, но разные фазы (графики а) и б) на рисунке), поступают на входы ИФД. На графике в) рисунка показаны интервалы времени Δt, когда сигналы на обоих входах ИФД совпадают (схема «И»). Далее аналоговый интегратор со сбросом преобразует длительность Δt в амплитуду Uф, которые являются прямо пропорциональными величинами. Выходное напряжение ИФД, пропорциональное величине Uф, будет отражать фазовый сдвиг между входными сигналами. Расчет величины частоты среза F' кольца ИФАПЧ:Величина частоты среза кольца ИФАПЧ [МУ] даётся формулой:где: SИФД – крутизна (коэффициент передачи) импульсно – фазового детектора, равная ~ (25)/2 [V/рад];SГУН – крутизна (коэффициент передачи) ГУН в размерности [Гц/В].Полоса частот эффективного регулирования синтезатора – fРЕГ = F'/10.Выразим среднее значения крутизны ГУН через диапазон перестройки частоты Δf = fMAX – fMIN= 800 – 750 МГц:SГУН = Δf/(UИФДmaxKУС)Подставляя последнее выражение в исходную формулу для F' после очевидных сокращений получаем:F' = Δf/(2NДПКД ср) = 50·106/(2·3100) = 2567 Гц. Следовательно, полоса эффективного регулирования составляет ~250 Гц. Расчет времени перестройки синтезатора ΔtПЕР.Далее, рассмотрим перестройку с одной частоты на другую синтезатора с замкнутым кольцом ИФАПЧ, содержащим инерционное интегрирующее звено, обладающее найденной выше частотой среза F'. В работе [МУ] показано, что изменение частоты в таком случае происходит по закону: ΔfГУН(t) = Δfexp(-2F')tгде: Δf – величина перестройки. Время перестройки синтезатора ΔtПЕР можно оценить из следующих соображений: 2F'ΔtПЕР = 3, или ΔtПЕР 1/2F' = 1/5000 = 200 мкс. Расчет RC-фильтра:Для простоtы рассуждений на начальном этапе в качестве инерциального звена рассмотрим пропорционально – интегрирующий RC - фильтр. Для известных значений F' = 2500 Гц и частоты сетки 250 кГц определим частоту среза ФНЧ, необходимую для устойчивой работы ИФАПЧ. В работе [МУ] показано, что для устойчивой работы синтезатора необходимо подавление частоты сетки не менее, че, на 60 дБ. Если принять равенство искомой частотысреза ФНЧ и частоты срезу кольца ИФАПЧ f = 2500 Гц, найденной выше, то для получения подавления таким фильтром частоты сетки на >60 дБ понадобится двухзвенный RC-фильтр, обеспечивающий подавление 10 дБ на октаву в каждом звене, или 30 дБ на частоте 250 кГц, или 2·30 = 60 дБ для двухзвенного фильтра. Расчет промышленного КПД Под промышленным КПД передатчика принято понимать отношение отдаваемой полезной мощности в фидер антенны к общей мощности, потребляемой от источника питания. Так как в рассматриваемом передатчике источником питания являются солнечные батареи, то потери на преобразование и стабилизацию напряжения также входят в значение КПД. Формально формула для КПД выглядит следующим образом [5, 6]:или. Однако, так как величина КПД зависит от режима работы радиопередатчика, то принято энергетическую эффективность передатчика оценивать по среднему значению промышленного КПД, вычисленному как отношение средних значений отдаваемой и потребляемой мощностей, определенных для усиления и излучения специального тестового сигнала. В связных передатчиках, например, используют двухтоновый сигнал (загрузка усилителя B = P1ср/P1max = 0.5; среднее значение относительной амплитуды X = 0.637, средний квадрат относительной амплитуды X2 = 0.5). В таком случае средний КПД усилителя вычисляется по формуле:ηср= P1ср / P0 ср = ηаmaxX2/(X + βп),где: ηаmax – КПД в режиме максимальной мощности, βп – относительное значение тока покоя, равное нулю для двухтактного каскада в режиме «В». Тогда получаем для рассматриваемого случая: ηср= P1ср / P0 ср = ηаmaxX2 /X = 0.625 · 0.5 / 0.637 = 0.491,что является совершенно нормальной величиной для передатчиков связного типа. Главным потребителем электроэнергии во всех случаях является выходной каскад, в данном случае – линейный усилитель. В телевизионных передатчиках «средний» режим характеризуется величиной m = mср = (0.5 0.55), которая входит в данную выше формулу для промышленного КПД. Результирующее значение КПД линейной цепи ЛЦ есть произведение КПД отдельных элементов цепи: ЛЦ = K · СФ · МС · Ф · РУ = 0.95·0.95·0.9·0.9·0.9·0.95 = 0.625где: K= 0.9 – КПД контура;СФ = 0.95 – КПД соединительных фидеров;МС = 0.9 - КПД моста сложения;Ф = 0.9 – КПД фильтров;РУ = 0.95 – КПД развязывающих устройств. Тогда, располагая полученными выше данными, получаем в окончательном виде:пр = (0.85 · 0.625 · 0.625 · 0.52)/(1 + 1/40 + 1/(10·40)) = 0.168 – хуже, чем у связных передатчиков. ЗаключениеСпроектирован телевизионный радиопередатчик, позволяющий организовать вещание в диапазоне частот пятого диапазона, выделенного для телевидения.Выполненная работа является достойной практикой учебного процесса для закрепления теоретических знаний, полученных в ходе слушания курса «Радиопередатчики».Литература:Радиопередающие устройства. Учебник для вузов. В.В. Шахгильдян, В.Б.Козырев и др. Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 2003.Проектирование радиопередатчиков. Учебное пособие для вузов / В.В.Шахгильдян, М.С. Шумилин, В.Б. Козырев и др. - М.: Радио и связь, 2000.М.С. Шумилин, В.Б. Козырев, В.А. Власов. Проектированиетранзисторных каскадов передатчиков. Уч. Пособие для техникумов. М.Радио и связь. 1987.- 320 с.В.М. Петухов Полевые и высокочастотные биполярные транзисторысредней и большой мощности и их зарубежные аналоги – Справочник Т.3В.М. Петухов Биполярные транзисторы средней и большой мощностисверхвысокочастотные и их зарубежные аналоги – Справочник Т.4 – М:КубК-а 1996 г. Конденсаторы: справочник под ред. И.И. Четверткова и М.Н. Дьяконова.М: "Радио и связь" 1993 г.Резисторы: справочник под ред. И.И. Четверткова. М: "Радио и связь"Методические Указания СПбГУТ: «Проектирование телевизионных передатчиков».