Курсовая работа: Передатчик СВЧ диапазона

, (44)

а = 2 см. Располагаем петлю в короткозамыкающем поршне. Для увеличения площади витка S выполним его из ленты прямоугольной формы, у которого t<<u. Выбираем t = 0,5 мм, u = 10 мм. Размер петли b находим из следующих соображений. Между витком и цилиндром линии должен быть зазор h, удовлетворяющий условию электрической прочности. Ориентировочно (с запасом к действительному) полагаем, что напряжение на витке примерно такое, как на нагрузке

Uв Uф = 1,414 кВ.

При Eд = 20 кВ/см получим

h = Uф/Ед = 1,414/20 = 0,07 см.

Расстояние между анодным и сеточным цилиндрами равно

0,5(Dа-Dc) = 0,5(10,4-7,2) = 1,6 см.

Наибольшая ширина петли

b = 0,5(Dа-Dc) - 2h = 1,458 cм.

Площадь петли

S = (b-2t)(a-t) =(1,458 - 0,1)(2 - 0,05)= 2,648 см2.

Значение взаимной индукции рассчитываем согласно выражения:

, (45)

где примем равной 0, Rcp = 4,4 cм.

Ток в пучности анодно-сеточной линии:

. (46)

Ток, создающий магнитное поле в центре витка:

. (47)

ЭДС, наводимая в витке определяется согласно выражения:

= МI(l) = 23,149091061,110-9355,25 = 2,23 кВ. (48)

Поскольку >Uф то трансформаторная связь с нагрузкой обеспечит полную передачу энергии.

На этом расчет генератора СВЧ закончен.

2.2 Расчет модулятора с частичным разрядом накопителя

Принципиальная схема модулятора с частичным зарядом накопителя изображена на рисунке 3.

Рисунок 3

В качестве исходных данных при расчете модулятора с частичным разрядом накопительной емкости, предназначенного для работы на металлокерамическую лампу будем использовать:

требуемый во время импульса ток 0,9 А,

напряжение питания 197 В,

длительность импульса 2,5 мкс,

частота повторения 2500 Гц,

выходная мощность 694 Вт.

Вначале определим некоторые энергетические характеристики используемой лампы. Используя выражения (21) - (24) и (29) получаем: iаm= 39,7 А, Uac= 214,734 В, Iао = 12,664 А, Iа1 = 19,85 А, Rнагр = 10,818 Ом, Uс = 2,257 В, Iс = 0,132 А, Rвх= 1,859 Ом.

Исходя из требований к форме импульса, рассчитаем номиналы элементов схемы.

Длительность фронта импульса должна быть меньше длительности импульса примерно на порядок:

,

где: R -сопротивление параллельного соединения резисторов R1 и R2, С1 и С2 -суммарная паразитная емкость, Uоп - пороговое напряжение лампы.

Принимая допустимую степень неравномерности напряжения на накопительной емкости 0,02 и полагая Rн= Rвх, (29) то есть пренебрегая сопротивлением коммутаторной лампы, что слегка повышает необходимую величину накопительной емкости С, учитывая (18) получаем необходимую величину этой емкости:

. (49)

Принимаем с некоторым запасом С = 2,7 мкФ.

Принимая, что в зарядной индуктивности параллельно металлокерамической лампе, ток к концу импульса не должен превышать примерно 10% от тока питания лампы, равного согласно (20), 3,9 А, полагаем:

.

Величина индуктивности при этом с учетом (25) должна быть равной:

. (50)

Полный ток пропускаемой коммутаторной лампой во время импульса, достигает к концу импульса величины 4,3 А.

Сравнивая с номинальным значением Iа лампы ГМИ - 2Б (приложение) с полученным видно, что она нас удовлетворяет.

Учитывая падение напряжения на коммутаторной лампе, принимаем напряжение, до которого должна заряжаться накопительная емкость, равным Емакс=150 В.

Напряжение на накопительной емкости в конце импульса будет:

. (51)

Полагая ориентировочно, что суммарная паразитная емкость равна:

С/+C// = 100 пФ,

оценим ожидаемую длительность фронта импульса:

, (52)

Согласно [3] ориентировочный выбор зарядного сопротивления может производится по формуле:

. (53)

Используя стандартный ряд сопротивлений принимаем Rз = 330 Ом.

Учитывая (49) и (53) далее имеем:

. (54)

Используя (54) получаем:

.

Напряжение источника питания необходимое для зарядки накопительной емкости до требуемого значения на основе величин полученных в (51), (52):

. (55)

Во время импульса, когда коммутатор замкнут, на сопротивлении Rз ложиться почти полное напряжение источника питания Ео, а также выделяется соответствующая мощность. Мощность, рассеиваемая на этом сопротивлении равна:

. (56)

Средняя мощность на зарядном сопротивлении будет равна:

(57)

Тогда полная мощность, рассеиваемая на зарядном сопротивлении с учетом (56) и (57) составляет 0,933 Вт.

Оценим общий КПД модулятора.

Средняя отдаваемая мощность с учетом (39) равна:

. (58)

Мощность потерь на аноде коммутаторной лампы:

. (59)

С учетом потерь из-за остаточного тока во время пауз между импульсами принимаем Рср = 25 Вт.

Суммарная мощность, потерь в зарядном сопротивлении и на аноде коммутаторной лампы:

Рпот = 0,933 + 25 = 25,933 Вт. (60)

Далее мощность, идущая на заряд паразитных емкостей и зарядной индуктивности, которая тоже может быть отнесена к потерям, равна:

(61)

Средняя мощность отдаваемая выпрямителем, должна быть:

Ро = Рпол + Рпот + Р/пот =4,392+25,933+0,177 = 30,502 Вт. (62)

КПД высоковольтных цепей модулятора без учета потерь в выпрямителе, мощности затрачиваемой на накал коммутаторных ламп, и тому подобное:

(63)

Произведем расчет номиналов элементов входящих в состав модулятора. Ограничительный резистора R1 предназначенный для ограничения тока выпрямителя в момент действия импульса, кроме того он выполняет роль ограничителя тока заряда. Номинал резистора R1 выбирается из диапазона 10…30 кОм [1]. Выбираем значение сопротивления резистора, равное 20 кОм.

Блокировочные емкости С1, С4, С3 и дроссель L1, предохраняют источник питания от протекания через него переменного тока и определяется выражением:

. (64)

Согласно [7] значение емкостей С1, С2, С3 можно принять одинаковыми и равными согласно стандартного ряда сопротивлений 0,022 мкФ.

Сопротивление дросселя L1 должно быть больше сопротивления конденсатора в 10…50 раз.[2]:

. (65)

Разделительная емкость С4 принимается равной С2.

На этом расчет модулятора окончен.

2.3 Расчет подмодулятора

Принципиальная схема подмодулятора изображена на рисунке 4.

Рисунок 4

В качестве подмодулятора целесообразно использовать блокинг-генератор работающий в автоколебательном режиме.

Блокинг-генераторы широко применяются в качестве мощных источников коротких импульсов, повторяющихся с относительно большой скважностью. Импульсы генерируемые блокинг-генератором, по форме близки к прямоугольным с амплитудой, почти равной напряжению анодного источника питания. Длительность импульсов может быть от десятых долей микросекунды до сотен микросекунд, при скважности от единиц до нескольких сотен.

В качестве исходных данных используемых при расчете блокинг-генератора будем использовать:

амплитуду выходных импульсов, равную 300 В,

длительность импульса 1,4 мкс,

частота повторения импульсов 4500 Гц,

сопротивление нагрузки, равное входному сопротивлению модулятора 1,9 Ом.

На основании имеющихся данных выбираем из справочника триод ГМ-1П.

Выбираем коэффициент трансформации в нагрузке:

, (66)

и коэффициент трансформации в сеточной цепи nc.

Так как значение сигнала действующего на сетке меньше максимально допустимого значения, то величину nc не рассчитывают, а выбирают. Выбираем nc = 0,25.

Определяем ток Iа в конце формирования фронта.

, (67)

где R/н= Rн/n2н сопротивление нагрузки, пересчитанное к анодной цепи, r/вх= rвх/n2c входное сопротивление лампы пересчитанное к анодной цепи. Подставляя значения и параметры лампы (приложение) в (67) получаем:

, (68)

Выбираем индуктивность намагничивания:

, (69)

Выбираем L=100 мкГн.

Оцениваем длительность фронта импульса:

, (70)

Определяем величину выброса:

, (71)

Выбираем времязадающую емкость С:

. (72)

Выбираем С = 1200 пФ.

Выбираем сопротивление R. Разрядное сопротивление выбирают таким образом, чтобы к периоду очередного запускающего импульса конденсатор С разрядился до напряжения в исходном состоянии:

. (73)

Используя стандартный ряд сопротивлений принимаем разрядное сопротивление, равным 39 кОм.

На этом расчет блокинг-генератора закончен.

Заключение

При выполнении курсового проекта был разработан СВЧ импульсный передатчик. Анализируя с точки зрения технического уровня полученное в результате проектирования устройство, можно сделать вывод, что данный передатчик удовлетворяет техническому заданию.

Использование при проектировании надежных мощных высокочастотных электровакуумных приборов позволило получить необходимые технические характеристики устройства без существенного усложнения его конструкции. Учитывая технические данные и основные характеристики существующих СВЧ радиопередатчиков, в данном устройстве удалось совместить простоту схемотехнического решения с высокими качественными показателями его функционирования. Спроектированный радиопередатчик совместим по виду и форме сигналов с существующими системами.

В курсовой работе был разработан простейший передатчик СВЧ диапазона. Рассматриваемый передатчик является импульсным устройством.

Литература

1. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот. Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Выш. школа, 1978.

2. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ: Учебное пособие для вузов/ Уткин Г.М., Благовещенский М.В., Жуховицкая В.П. и др.; Под ред. Г.М. Уткина. - М.: Сов. радио, 1979.

3. Нейман М.С. Курс радиопередающих устройств. - М.: Сов. радио, 1965.

4. Справочник по электронным приборам. Гурлев Д.С. Изд. 5-е исправленное и дополненное. - Киев: «Технiка», 1962.

5. Дивеев В.Н. Методические указания, контрольное задание и курсовой проект. МИИГА, 1998.

6. Расчет элементов импульсных и цифровых схем радиотехнических устройств./Под редакцией Ю.М. Казаринова. Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1976.

7. Куля Б.М. Авиационные радиопередающие устройства. Киев: КВВАИУ, 1987.

8. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот. Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Выш. школа, 1978.

9. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ: Учебное пособие для вузов/ Уткин Г.М., Благовещенский М.В., Жуховицкая В.П. и др.; Под ред. Г.М. Уткина. - М.: Сов. радио, 1979.

Приложение