Реферат Курсовая Конспект
Настроенная антенна. - раздел Философия, Радиосвязь - процесс передачи абоненту по радиоканалу информации посредством технических средств. Применяются На Вч Диапазонах, В Которых Размеры Антенны Пропорциональны Длине...
|
Применяются на ВЧ диапазонах, в которых размеры антенны пропорциональны длине волны. Максимальный коэффициент передачи достигается, когда выходная антенна согласуется с входным сопротивлением кабеля(фидера). Это достигается выбором коэффициентов m и n.
Возможны различные виды согласующей связи фидера со входом приемника: автотрансформаторная, трансформаторная, с емкостным делителем. При использовании экранированного фидера они практически равноценны.
Автотрансформаторная связь используется при коаксиальном кабеле.
m |
LK |
L1 |
n |
CK |
Uвх |
Согласование достигается выбором коэффициента включения m=(L1 +M1)/Lk, где L1 - индуктивность части контурной катушки между точками подключения антенного фидера; M1 - взаимоиндуктивность между точками подключения фидера и всеми витками катушки.
Трансформаторная связь применяется как при симметричном, так и при несимметричном фидере. В первом случае такая связь позволяет сделать вход приемника симметричным", что необходимо для устранения антенного эффекта неэкранированного фидера. Для этого применяют электростатический экран между катушкой связи и контурной катушкой, а также специальную конструкцию фидера. При наличии экрана связь между катушками обеспечивается только взаимоиндуктивностью М. Токи, наводимые электромагнитным полем непосредственно в проводах фидера, при этом замыкаются в катушке связи и взаимно компенсируются. Без электростатического экрана емкость между катушками связи и контура может нарушить компенсацию этих токов, т. е. проявится антенный эффект.
LK |
n |
CK |
M |
Lсв |
Эта цепь отличается от предыдущей способом связи контура с фидером. Коэффициент трансформации:
где – коэффициент связи
Цепь с емкостным делителемиспользуется при несимметричном фидере. Контур образован индуктивностью Lk и емкостью
,где ; - межвитковая емкость катушки Lk.
LK |
C1 |
CL |
C2 |
В этой цепи, где С1 и С2 соединены последовательно, результирующая емкость меньше, чем в контурах, где емкости включены параллельно и суммируются. Коэффициенты включения
, .
Достоинством цепи является возможность использования на более высоких частотах благодаря уменьшению емкости контура С.
Селективные усилители.
Усиление радиосигналов в приемнике осуществляется на радиочастоте и на промежуточной частоте. УРЧ - усилитель радиочастоты. УПЧ- усилитель промежуточной частоты.
УРЧ должен иметь малый коэффициент шума и высокую линейность. Наряду с усилением сигнала УРЧ обеспечивает частотную селективность. Для этого в его состав входят селективные цепи.
Основные параметры УРЧ:
1) резонансный коэффициент усиления
2) селективность
3) коэффициент шума
4) динамический диапазон
5) коэффициент нелинейных искажений
6) коэффициент устойчивости.
В УРЧ применяют 2 типа включения усилительного элемента:
1) общий эмиттер
2) общая база.
Схема с общим эмиттером позволяет получить большее усиление по мощности, но из за эффекта Миллера плохо работает на частотах больше чем 0.1Fгр, поэтому а высоких частотах используют схему с общей базой.
Б |
К |
Э |
В данной схеме переход база-эмиттер открыт в линейном режиме. Переход база коллектор закрыт.
Эффект Миллера: влияние емкости на S-параметры каскада.
Схема с общей базой:
Rн |
Рассмотрим типичную схему усилителя:
R1 |
Rэ |
Сэ |
Сэ |
Ск |
Lк |
Сбл |
Еп |
Rн |
В данной схеме присутствуют L-контур и C-контур.
В малосигнальном режиме транзистор можно представить четырехполюсником.
Rэ используют для получения обратной связи по постоянному току. Чтобы ток коллектора не зависел от температуры Cк шунтирует обратная связь по постоянному току, чтобы коэффициент передачи был выше.
В системе с Y-параметрами уравнение четырехполюсника имеет вид:
Y11+Y12 |
(Y21-Y12)U1 |
Y22+Y12 |
I1 I2 |
-Y12 |
U1 |
U2 |
ωs – частота, на которой крутизна уменьшается в раз.
С22 ,С12,С11- емкости транзистора (затвора, стока, проходная). Они берутся из справочника.
Исходя из вышеизложенного,
Iu |
Yu |
U1 |
m m |
n |
LK |
CK |
GK |
Yn |
Un |
I1 |
I2 |
1 2 |
1 2 |
Коэффициент устойчивости:
ky=(Gэ1 + n12 Gвх.ос)/G Э1.
Если ky = 0, то усилитель может самовозбуждаться. При ky = 1 обратная связь отсутствует, что соответствует максимальной устойчивости усилителя. Обычно принимают ky = 0,8 ... 0,9. При этом изменение коэффициента усиления и полосы пропускания под действием обратной связи не превышает 10... 20%. Чем ближе ку к единице, тем устойчивее усилитель.
Аналогичные рассуждения справедливы и для отрицательной обратной связи: свойства усилителя также не должны претерпевать существенных изменений, поэтому выбирают ky= 1,1 ... 1,2.
Известны пассивные и активные способы повышения устойчивости. Пассивные способы сводятся к уменьшению фактического коэффициента усиления, чтобы выполнялось неравенство
K0 K0 уст.
Для этого достаточно, например, уменьшить коэффициенты включения или сопротивления контуров Rэ.
Активные способы повышения устойчивости позволяют увеличить Ко уст и тем самым реализовать потенциальные усилительные возможности прибора. К этим способам относятся нейтрализация внутренней обратной связи противоположной внешней обратной связью и каскадное соединение активных элементов.
Внутреннюю обратную связь усилительного прибора можно нейтрализовать с помощью специальных цепей. При этом отпадает ограничение коэффициента усиления, налагаемое условием
K0 K0 уст.
и можно получить максимальное усиление. Известны различные схемы нейтрализации. Усилитель с параллельной нейтрализацией представляет собой параллельное соединение двух четырехполюсников: усилительного прибора У и нейтрализующей пассивной цепи с проводимостью .
Для повышения устойчивости усилителей используют каскадное соединение двух усилительных приборов, при котором выход первого усилительного прибора соединяется со входом второго непосредственно, без частотно-зависимых цепей. Влияние внутренней обратной связи при этом уменьшается, так как проводимость обратной связи определяется обратной проводимостью двух усилительных приборов.
В 40-е гг. в ламповых усилителях было наиболее распространено соединение «общий катод — общая сетка» (ОК—ОС). Такой усилитель получил название каскодного. После перехода к применению транзисторов каскодными стали называть любые усилители, у которых отсутствуют частотно-зависимые связи между каскадно включенными транзисторами. Для анализа такое соединение удобно рассматривать как один каскад, у которого оба усилительных прибора замещаются некоторым эквивалентным четырехполюсником.
Лекция 10.
УРЧ используется для усиления сигнала на несущей частоте.
Функции УРЧ:
1) уменьшение коэффициента шума приемника для увеличения чувствительности.
2) Обеспечение частотной избирательности до смесителя.
3) Усиления радиосигнала
4) Обеспечение избирательности по прямому и зеркальному каналам приема. На практике коэффициент усиления УРЧ подбирают таким, чтобы скомпенсировать потери сигнала в антенном фидере, преселекторе и первом смесителе приемника.
Классификация УРЧ:
1) По характеру процесса усиления:
А) на невзаимных усилительных элементах.
Б) регенеративные и сверхрегенеративные.
В) параметрические (усиление происходит за счет изменения во времени какого либо параметра).
Г) молекулярные.
2) по типу усилительного элемента.
3) по виду селективной цепи:
А) LC- контур
Б) обьемный резонатор
В) полосок.
4) по виду АЧХ:
А) ФНЧ
Б) ФВЧ
В) полосовые
Основное отличие усилителя радиочастоты от усилителя промежуточной частоты – работа в диапазоне частот.
Коэффициент устойчивого усиления резонансного усилителя зависит от частоты:
Запас по устойчивости = Куст усил <К
Конструктив усилителя радиочастоты должен быть выполнен с учетом правил разводки высокочастотных ЭМ цепей (максимально применяются меры по снижению обратных связей. Для этого ставятся экраны).
При необходимости вводятся дополнительные цепи обратной связи (цепи нейтрализации внутренних обратных связей (активные методы повышения устойчивости)).
Используют специальные схемотехнические решения для нейтрализации внутренней обратной связи, например, используют каскодную схему включения.
Uвх |
Uпит. |
ОБ |
ОЭ |
Uвых. |
Т1 включен по схеме с общим эмиттером, Т2 – с общей базой
УПЧ отличается от УРЧ и схемотехнически, и конструктивно. Это обусловлено его функциями .
Основные функции УПЧ:
1) Обеспечение основного додетекторного усиления.
2) Обеспечение избирательности по соседнему каналу приемника.
3) Формирование нужной АЧХ приемного тракта.
Характеристики УПЧ:
1) Коэффициент усиления
2) Избирательность по соседнему каналу приема
3) Частота настройки
4) Полоса пропускания
5) Коэффициент шума
6) Прямоугольность - отношение полосы пропускания по уровню 0.1 к ширине полосы пропускания по уровню 0.7.
К0 - коэффициент усиления, f0 -частота настройки, П=2∆f – полоса пропускания, S- селективность при заданной расстройке (дБ) (затухание на заданной расстройке по уровню К).
– прямоугольность по заданному уровню, где S – заданный уровень затухания.
УПЧ работает на фиксированной частоте и может содержать несколько резонансных усилительных каскадов, настроенных на одну и ту же частоту. При этом общий коэффициент усиления
, где N- число каскадов.
Для улучшения избирательности УПЧ и для облегчения его регулировки применяют фильтры сосредоточенной селекции (ФСС). Фильтры сосредоточенной селекции служат для получения высокой селективности и одновременно хорошей равномерности усиления в заданной полосе пропускания. Их применение целесообразно, если в УПЧ используется усилительный модуль в интегральном исполнении, обеспечивающий достаточно большое усиление, что часто делает ненужным усилительные каскады.
Достоинства УПЧ с ФСС:
1) Простота изготовления и настройки.
2) Высокая помехозащищенность.
3) Стабильность АЧХ и ФЧХ.
4) Меньшая склонность к самовозбуждению.
Недостатки УПЧ с ФСС:
1) Неполное использование электронных усилительных приборов.
2) Увеличение числа транзисторов и мощности потребления
Используют схемы:
1) Многозвенные LC ФСС
2) Активные фильтры распределенной селекции
3) Кварцевые ФСС
4) Пьезокерамические
5) Электромеханические
6) ФСС на ПАВ фильтрах
7) Цифровые фильтры
Широко применяют LC-фильтры различной сложности, электромеханические и пьезокерамические фильтры. Ими в основном определяется частотная характеристика тракта промежуточной частоты. Если требуются дополнительные каскады, то их полосу пропускания делают более широкой, чем у ФСС, чтобы не ухудшить частотную характеристику.
Сосредоточение селективности в одном каскаде обеспечивает большую устойчивость формы частотной характеристики тракта при изменении температуры и режима питания. Вследствие разброса параметров транзисторов тракт с распределенной по каскадам селективностью характеризуется меньшей устойчивостью частотной характеристики.
Электромеханический фильтр в схеме усилителя состоит из входного магнитострикционного преобразователя электрических колебаний в механические, механического фильтра и выходного преобразователя механических колебаний в электрические. Эффект магнитострикции заключается в способности некоторых материалов (никель, пермаллой) изменять свои размеры в магнитном поле. Фильтр содержит ряд механических резонаторов в виде пластин, стержней или дисков с упругими связками. Механические колебания входного преобразователя возбуждают колебания в механических резонаторах, каждый из которых резонирует подобно колебательному контуру с очень высокой добротностью. Последний резонатор возбуждает колебания в выходном преобразователе, который преобразует колебания в электрические за счет обратного эффекта магнитострикции. Такие фильтры имеют близкую к прямоугольной частотную характеристику, малые габариты и хорошую температурную стабильность.
Для получения очень узких полос пропускания (порядка сотен или десятков герц) используются кварцевые фильтры. Фильтрующее действие кварцевого резонатора основано на резком уменьшении его полного cопротивления в узкой полосе в окрестности резонансной частоты. Для нейтрализации емкости кварцедержателя фильтр выполняется по мостовой схеме.. Плечи моста образованы конденсаторами С1, С2, СN и емкостью кварцедержателя.
В диапазонах метровых и дециметровых воли применяются фильтры па поверхностных акустических волнах (ПАВ). Они состоят из пьезоэлектрической подложки (кварц, ниобат лития, танталат лития, германат висмута), па которую методами фотолитографии нанесены пленочные преобразователи в виде встречно-штыревых гребенок. Если на входной преобразователь подать сигнал, то вследствие пьезоэлектрического эффекта в промежутках между штырями возникнет акустическая волна, которая распространяется в обе стороны от входного преобразователя. В одном из направлений волна затухает в поглощающей среде, в другом достигает выходного преобразователя, где обнаруживается благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту.
Лекция 11.
Преобразователи частоты.
Основные параметры преобразователя частоты:
1) Коэффициент усиления
2) Входной и выходной импеданс
3) Избирательность
4) Коэффициент шума
Динамически характеристики: однодецибельная точка компрессии Р1(дБ); точка пересечения по интермодуляции 3-го порядка.
Однодецибельная точка компрессии - точка на передаточной характеристике каскада, в которой коэффициент передачи уменьшается на 1 дБ по сравнению со своим малосигнальным значением.
Передаточная характеристика линейного каскада:
fn,m=±nf1±mf2
Порядок комбинационной составляющей будет равен m+n.
Зная коэффициент передачи и точку пересечения усилителя можно посчитать динамический диапазон сигнала.
Динамические характеристики:
1) Однодецибельная точка компрессии
2) Точка пересечения по интермодуляции 3-го порядка.
Структурная схема преобразователя частоты:
Преобразователь частоты состоит из:
1) Смеситель
2) Гетеродин
3) ФПЧ(деплексер)
Задача деплексера – согласование импедансов смесителя и фильтров основной селекции (ФОС) в широкой полосе частот.
Принципиальная схема деплексера:
Функция преобразователя частоты – сдвиг выделенного спектра по частоте без изменения его структуры (без изменения закона модуляции).
В каждый момент времени на смеситель действует 2 гармонических напряжения:
Функции смесителя описываются функцией перемножения во временной области.
Uвых(t)=Uc Uг
На выходе смесителя мы получим набор линейных комбинаций из входных частот.
Сигнал гетеродина всегда является моногармоническим сигналом, входной сигнал – модулированным квазигармоническим. Поэтому свертка спектров этих сигналов будет равна:
fn,m=±nf1±mf2
Рассмотрим 2 случая:
1) Fc>Fг
2) Fc<Fг
Рассмотрим 1 случай:
U |
f |
fc fг fс |
fпч=fс-fг
Во втором случае:
U |
f |
fc fс fг |
fпч=fг-fс
Происходит инверсия спектра, что нужно учитывать при приеме однополосных видов модуляции. Перенос спектра происходит с помощью нелинейной цепи (цепи с нелинейным коэффициентом передачи) . То есть в цепь включается нелинейный элемент и воздействует на него напряжением гетеродина.
Нужно, чтобы нелинейность не проявлялась по отношению к преобразуемому спектру, иначе принимаемый спектр расширится, а это недопустимо. Чтобы этого не произошло нужно:
Нелинейный элемент может быть активным или реактивным.
В случае активного элемента:
(U)= 0+ 1U+ 2U2+…
= 0+
каждая гармоническая составляющая напряжения Ui вызывает ток I= Ui
На выходе смесителя составляющие тока будут с частотами равными комбинационными.
Схема смесителя:
Uг |
Uc |
В качестве нелинейного элемента в данной схеме используется диод. Он обладает нелинейной ВАХ.
(U)= 0+ 1U+ 2U2+…, где -проводимость диода.
Uг |
Uc |
Uп |
В данной схеме используется двухзатворный полевой транзистор. Он обладает свойствами пентода.
Недостатком таких схемотехнических решений является наличие на выходе смесителя сигнала с частотой гетеродина и с частотой входного сигнала. Для устранения этого недостатка используют балансный смеситель.
Рассмотрим схемотехнику балансного диодного смесителя:
Uc |
Uвых |
U2 |
Гетеродин |
+ _ |
- + |
Диоды в данной схеме можно представить в виде ключей, которые включаются и выключаются с частотой гетеродина. Ток протекает только в одном направлении(только один полупериод волны). Половина энергии теряется. Это является недостатком схемы.
Типы преобразователей частоты
Элементами с нелинейными характеристиками в преобразователях служат преимущественно транзисторы и диоды. Основное различие между транзисторными и диодными преобразователями состоит в том, что транзистор является невзаимным элементом, т. е. влияние входного напряжения на выходной ток у него отличается от влияния напряжения в цепи выходного электрода на ток во входной цепи. Ток в диоде — общий для входа и выхода и влияние обоих напряжений на этот ток одинаково, т. е. цепь с диодом принадлежит к классу взаимных цепей.
Транзистор, туннельный диод и емкостный диод (варактор) при определенных условиях способны усиливать радиосигналы, поэтому на них можно построить активные преобразователи, в которых одновременно с преобразованием реализуется усиление. Выпрямительный диод ослабляет, а не усиливает преобразуемый сигнал, т. е. преобразователь является пассивным.
Усилительный прибор можно использовать для генерирования колебаний. В активных преобразователях электронный прибор может одновременно служить преобразователем частоты и гетеродином. В этом случае преобразователь называется генерирующим или автодинным. Поскольку оптимальные режимы' электронного прибора для генерирования и для преобразования частоты не одинаковы, более распространены преобразователи с отдельным гетеродином.
При выборе режима электронных приборов в преобразователе стремятся реализовать максимальный коэффициент передачи; линейность преобразования в отношении преобразуемого сигнала; минимальный уровень внутренних шумов; минимальный уровень побочных продуктов преобразования, которые могут быть помехами радиоприему; минимальную связь между цепями радиочастоты и гетеродина. Взаимное влияние этих цепей затрудняет их настройку, а также приводит к излучению колебаний от гетеродина через антенну, что создает помехи другим приемникам, т. е. затрудняет электромагнитную совместимость радиотехнических средств.
В диодном преобразователе источник сигнала и гетеродин включаются в цепь диода и в этой же цепи формируется напряжение промежуточной частоты.
На рисунке не показано, что источником напряжения преобразуемого сигнала Uc является входная цепь или усилитель радиочастоты; через этот источник проходит ток электронного прибора, обладающий сложным спектром. Поскольку форма этого тока отличается от синусоидальной, напряжение на входной цепи может быть также несинусоидальным. Однако из-за того, что входная цепь содержит настроенный на частоту сигнала fс резонансный контур, на котором падение напряжения создается практически только первой гармоникой тока, следует полагать напряжение ис квазигармоническим, т. е. синусоидальным, амплитуда и фаза которого изменяются сравнительно медленно соответственно закону модуляции сигнала.
На рисунке а и б показаны два варианта схемы преобразователя с невзаимным электронным прибором, в данном случае — биполярным транзистором. Аналогично могут быть выполнены преобразователи с полевым транзистором или электронной лампой. Источник напряжения сигнала и гетеродин включаются между базой и эмиттером (рисунок а). Схема на рисунке б отличается более слабой связью между входом преобразователя и гетеродином.
В следующих схемах на рисeyrt а напряжения сигнала и гетеродина подаются на разные затворы полевого транзистора. В преобразователе по схеме на рисунке б напряжения подаются на управляющие электроды двух транзисторов, соединенных последовательно. Напряжение гетеродина может быть подано не в цепь истока нижнего транзистора, а на его затвор.
Два примера схем автодинного преобразователя приведены на следующем рисунке. Ток с частотой гетеродина из цепи коллектора вводится в цепь обратной связи гетеродина, который в схеме на рисунке а выполнен с трансформаторной связью, а в схеме на рисунке б-по трёхточечной схеме.
Лекция 12.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Радиосвязь процесс передачи абоненту по радиоканалу информации посредством технических средств... Технические средства... передающая аппаратура...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Настроенная антенна.
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов