УДК 621.396.61

Выбор направления и постановка задач на проектирование(продолжение)

5.2 Распределение нелинейных искажений по составным частям структурной схемы

Требование по уровню нелинейных комбинационных искажений на выходе РПДУ:

(22)

Согласно 4.2, 4.3 и рекомендаций литературных источников [3…6, 5], усилительный тракт РПДУ должен быть широкополосным. Для широкополосных трактов усиления справедливо выражение [20]:

(23)

Для тракта передачи, изображенного на рисунке 3 предыдущей статьи, формула (23) имеет следующий вид:

(24)

Для определения требований по КНИ к составным частям РПДУ примем условие, что уровень КНИ на выходе возбудителя  должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 51903 [21], на основании которого относительный уровень нелинейных комбинационных искажений выходного сигнала должен быть:

 (25)

Тогда из (24)  с учетом (22) и (25) определяем КНИ для оконечной ступени РПДУ по формуле:

(25.1)

Определяем допустимый уровень КНИ для первого каскада усилителя мощности оконечной ступени по формуле:

(26)

Определяем допустимый уровень КНИ для трехкаскадного усилителя возбудителя по формуле:

(27)

Для распределения нелинейных искажений по каскадам усилителя возбудителя примем допустимый уровень КНИ его выходного двухтактного каскада равным КНИ первого двухтактного каскада оконечной ступени, т.е.:

(28)

Т.к. первый и второй каскады усилителя мощности возбудителя работают в режиме класса А с низкими уровнями мощности, можно допустить, что уровни нелинейных искажений у этих каскадов будут приблизительно одинаковы и могут быть определены по формуле:

(29), т.е. равному допустимому уровню нелинейных искажений DDS синтезатора.

В таблице 2 значения в ячейках, выделенных серым цветом, устанавливались как исходные данные.
Таблица 2

Из таблицы следует, что для обеспечения заданных ТЗ требований по уровню КНИ не более минус 25 дБ необходимо обеспечить следующие значения КНИ по составным частям тракта передачи РПДУ:

1. синтезатор на базе DDS не более минус 54 дБ;
2. усилитель мощности возбудителя не более минус 37 дБ;
3. возбудитель не более минус 36 дБ;
4. усилитель мощности оконечной ступени не более минус 28 дБ.

5.3 Распределение шумовых параметров по составным частям структурной схемы

При проведении ориентировочного расчета примем, что все каскады тракта имеют одинаковый коэффициент шума и равный [22]:  (30)

Примем, что коэффициенты рассогласования по входам и выходам каскадов равными  (31), что соответствует значению КСВ=2,  реальному для цепей согласования, работающих в широкой полосе рабочих частот (3…30 МГц в нашем случае).

Результаты расчета распределения шумов по каскадам тракта передачи РПДУ приведены в таблице 3.
Таблица 3

В таблице 3 в ячейках, выделенных серым цветом, введены исходные данные для расчета.
В строках 1, 2 таблицы 3 приведены коэффициенты усиления каскадов согласно таблице 1 предыдущей статьи (столбец 3).
В строке 3 таблицы 3 приведены в децибелах коэффициенты шума отдельных каскадов  согласно принятого в (30) допущения и коэффициент шума всего тракта.
В строке 4 приведены те же коэффициенты шума каскадов  и всего тракта, но пересчитанные в абсолютные значения по формуле:

(32)

В строке 5 приведено значение коэффициента шума всего тракта передачи, выраженное в децибелах, по формуле:

(33)

В строке 7 приведено значение уровня шума на выходе DDS синтезатора сетки частот, соответствующему заданному значению отношения с/ш на его выходе (строка 12 таблицы 3) и определенному в 4.1, и на выходе каждого каскада тракта передачи, определенные по формуле:

(34)

где Ршi - мощность шума на выходе i-го каскада, определенная по формуле (35).
В строке 8 – приведено значение мощности шума на выходе DDS и каждого из каскадов тракта передачи, рассчитанное на нагрузке 50 Ом  по формуле [23]:

(35)

В строках 9 и 10 приведены значения напряжения высокочастотного сигнала  на выходе каждой составной части РПДУ и соответствующие значения выходной мощности  на нагрузке 50 Ом , определяемые по формулам:

(36)

 В строке 11 приведено значение отношения с/ш на выходе каждого из каскадов тракта передачи РПДУ.
В строке 11 приведено значение отношения с/ш на выходе DDS синтезатора сетки частот, которое является исходным данным для расчета.
Расчет выполнен в программе Microsoft Excel с использованием выше приведенных формул (30)…(36).

Для выполнения требования ТЗ по уровню шумового излучения необходимо устанавливать фильтр дополнительной селекции (ФДС)

 (37)

Структурная схема РПДУ с учетом сделанных расчетов распределения КНИ и шумов по каскадам тракта приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Структурная схема тракта передачи с распределением КНИ и шумов по каскадам

Продолжение следует.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ и расчеты, выполненные в подразделе 2, показывают:

1. уровень сигнала на выходе синтезатора не менее 0,1 В на нагрузке 50 Ом (0,2 мВт);
2. суммарный коэффициент усиления усилительного тракта РПДУ    КР∑ мин  не должен быть  менее 58 дБ;
3. относительный уровень нелинейных искажений на выходе синтезатора составляет не более минус 54 дБ;
4. относительный уровень шумовых колебаний на выходе синтезатора не превышает минус 110 дБ при отстройке ±10%;
5. требование по выходной мощности тракта передачи РПДУ выполняется при применении транзисторов, указанных в таблице 1;
6. все энергетические характеристики тракта определялись при предположении косинусоидального характера импульсов на выводах транзисторов;
7. для выполнения требования по КНИ при заданном уровне нелинейных искажений входного сигнала (не более минус 54) возбудитель должен обеспечивать на своем выходе КНИ не более минус 36 дБ, а усилитель мощности оконечной ступени – не более минус 28 дБ, что обеспечивается выбранными типами транзисторов;
8. выполнение требования по шумовым излучениям без дополнительного устройства фильтрации (ФДС) невозможно;
9. включение ФДС должно быть осуществлено между выходом возбудителя и входом оконечной ступени РПДУ. ФДС должен обеспечивать подавление в полосе задержания равной или более 10%  не менее чем на 40 дБ. Потери фильтра в полосе пропускания  не должны превышать 2 дБ;
10.  для проведения уточненного расчета шумовых характеристик необходимо разработать методику определения коэффициента шума полевых транзисторов и провести проверочный пересчет шумов тракта передачи;
11. для оценки параметров оконечной ступени РПДУ необходимо провести моделирование выходного каскада в условиях рассогласования и с учетом нелинейностей, существующей в реальном полевом транзисторе.

  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ / Под ред. О.В. Алексеева. – М.: Радио и связь, 1987. – 392 с.
2. Широкополосные радиопередающие устройства / Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А.; Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Связь, 1978. – 304 с.
3. Проектирование радиопередатчиков / В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2000. – 656 с.
4. Каганов В.И. Радиопередающие устройства. – М.: ИРПО: Издательский центр «Академия», 2002. – 288 с.
5. М. Букингем. Шумы в электронных приборах и системах,  перевод с английского, Москва, «Мир», 1986.
6. Э.С. Окснер «Мощные полевые транзисторы и их применение», перевод с английского под редакцией В.Н. Мышляева, Москва, «Радио и связь», 1985 г.
7. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет/ Под ред. Валитова Р.А. и Попова И.А. М., «Советское Радио», 1973, 464 с.
8. В.М. Волин. Паразитные процессы в радиоэлектронной аппаратуре. М., «Советское радио», 1972, 280 с.
9. Ю.В. Завражнов, И.И. Каганов, Е.З. Мазель, А.И. Миркин. Мощные высокочастотные транзисторы/ Под ред. Е.З. Мазеля. –М.: Радио и связь, 1985. 176с.
10. Перечень электроизделий, разрешенных к применению при разработке (модернизации), производстве и эксплуатации аппаратуры, приборов, устройств и оборудования военного назначения. Часть 3. Приборы полупроводниковые. Мытищи, 2007.
11. Технические характеристики мощных ВЧ и СВЧ транзисторов специального назназчения. НИИЭТ, 33 стр.
12. Полевые транзисторы импортные. Платан, www.platan.ru.
13. Mitsubishi RF Power MOS FET RDO01MUS1. RoHS Compliance MOSFET Power Trasistor 520 MHz, 1 W. MITSUBISHI ELECTRIC, 10 Jan, 2006, p.6.
14. Toshiba Field effect Transistor Silicon Chanel MOS Type 2SK3075, 2004, p.14.
15. PD55008-PD55008S. RF Power Transistors. The LdmoST Plastic Family. STMicroelectronics, 2000, p.10, http://www.st.com.
16. «UHF push-pull power MOS transistor BLF545». Product specification File under Discrete Semiconductors, SC08b, Philips Semiconductors,
    October 1992.
17. «VHF push-pull power MOS transistor BLF368». Product specification Supersedes date of September 1992, Philips Semiconductors, 1998,
    Jul 29, p.16.
18. К.И. Каганов. Транзисторные радиопередатчики. М., Энергия, 1976, 448 с.
19. В.П. Терентьев, Н.И. Калашников, Л.Е. Калягин, Б.Б. Штейн. Радиопередающие устройства/ Под ред.Б.П. Терентьева. М., «Связь», 1972, 456 с.
20. Богданович Б.М. Нелинейные искажения в приемно-усилительных устройствах. – М., Связь, 1980, 280 с.
21. ГОСТ Р 51903-2002. Передатчики радиосвязи стационарные декаметрового диапазона волн. Основные параметры, технические требования и методы измерений. Госстандарт России, Москва, 2002.
22. В.В. Бачурин, В.Я. Ваксенбург, В.П. Дьяконов. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник/ Под ред. В.П. Дьяконова. – М.: Радио и связь, 1994, 280 с.
23. Воронин А.А. Шумовые излучения радиопередающих устройств. Чем они опасны. Информост. Радиоэлектроника и телекоммуникации. №4 (34).  Июль-август, 2004, www.informost.ru.