Передатчик профессиональной мобильной (подвижной) радиосвязи

 

 

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Государственный Университет

Информатики и Радиоэлектроники

 

 

Кафедра РТС

 

«К защите допускаю»

руководитель проекта

___________________

«___»_________2005г.

 

 

Пояснительная записка

к курсовому проекту

 

на тему:

 

 «Передатчик профессиональной мобильной (подвижной) радиосвязи»

 

 

                                                                Выполнил:

                                                                                                      ст. гр. 240102

                                                                                                              Шкиндер А.В.

 

Руководитель проекта:

                                                                                                        Бригидин А.М.

 

 

Минск 2005 
СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1. Выбор, обоснование технических требований и структурной схемы передатчика 6

1.1. Технические требования к  передатчику 7

1.2. Разработка структурной схемы 8

2. Выбор, обоснование и энергетический расчет принципиальной схемы 10

2.1. Тракт усиления ВЧ 10

2.2. Умножители частоты 12

2.3. Автогенератор и модуляционное устройство        13               

3. Расчетная часть 14

3.1. Расчёт выходного каскада  14

3.2. Расчет  предоконечного каскада 17

3.3. Расчет автогенератора 19

4. Разработка схемы КЗУ 22

5. Расчет КПД всего передатчика 23

Заключение 24

Литература 25

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Перечень  элементов 26

 

 

 

Введение

         При всем многообразии радиотехнических систем наличие в их составе радиопередатчика непременное условие выполнения системой своего функционального назначения. Условно РТС делят на 4 больших класса: передача информации, извлечение информации, радиоуправление, разрушение информации. В свою очередь, системы передачи информации объединяют такие виды связи, как: радиорелейная связь, связь через искусственный спутник Земли, сотовая связь, пейджерная связь, радиовещание и телевидение, телеметрия, передача команд. В настоящее время во многих станах ведется интенсивное внедрение сотовых сетей связи (ССС) общего пользования. Такие сети предназначены для обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью и передачей данных. В ССС подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, находящийся в движении и имеющий портативную абонентскую станцию (подвижный абонент). Особое значение ССС приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, сетей ЭВМ. Доступ к ним через ССС позволит подвижному абоненту оперативно и надежно получить необходимую информацию. Соответственно возрастет и роль систем связи, повысятся требования к качеству передачи информации, пропускной способности, надежности работы. Ядром всех систем связи является радиопередатчик. Назначение передатчика — сформировать радиосигнал в соответствии с требованиями, установленными при разработке системы, и подвести его к антенне или линии связи. Радиосигнал — это колебание радиочастоты, один или несколько параметров которого изменяются (модулируются) в соответствии с передаваемым сообщением (информацией). Аналитически радиосигнал в общем виде описывается следующим образом:

,                   (1)

 

I(t), f0,φ(t) — параметры радиосигнала i(t);

I(t) — амплитуда радиосигнала, изменяющаяся во времени t;

f0 — линейная частота радиосигнала;

φ(t) — фаза радиосигнала, изменяющаяся во времени.

Внедрение ССС во многие отрасли народного хозяйства позволит резко повысить производительность труда на подвижных объектах, добиться экономии материально-трудовых ресурсов, обеспечить автоматизированный контроль технологических процессов, создать надежную систему управления транспортными средствами или мобильными роботами, распределенными на большой территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем управления.

Свое название ССС получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания (территория города или региона) делится на большое число малых рабочих зон или сот в виде шестиугольников. В центре каждой рабочей зоны расположена базовая станция (БС), осуществляющая связь по радиоканалам с многими абонентскими станциями (АС), установленными на подвижных объектах, находящихся в ее рабочей зоне. Базовые станции соединены проводными телефонными линиями связи с центральной станцией (ЦС) данного региона, которая обеспечивает соединение подвижных абонентов с любыми абонентами телефонной сети общего пользования (ТФОП) с помощью коммутационных устройств. При перемещении подвижного абонента из одной зоны в другую производится автоматическое переключение канала радиосвязи на новую базовую станцию, тем самым осуществляется эстафетная передача подвижного абонента от передающей к последующей (соседней) базовой станции. Управление и контроль за работой базовых и абонентских станций осуществляет ЦС , в памяти ЭВМ которой сосредоточены как статические, так и динамические данные о подвижных объектах и состоянии сети в целом.

Эффективность использования спектра радиочастот в ССС во много раз выше, чем в централизованных системах подвижной связи, что позволит в перспективе обеспечить управление большим числом наземных подвижных объектов.

С уменьшением радиуса рабочей зоны появляется возможность уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников, что значительно улучшит электромагнитную совместимость (ЭМС) абонентов в ССС и ЭМС между ССС и другими системами, использующими определенные спектры радиочастот, а также позволит снизить стоимость и габаритные размеры абонентской станции.

Внедрение ССС означает появление принципиально нового вида связи - массовой радиотелесвязи. Уже сейчас абонентский терминал ССС - сотовый радиотелефон (СРТ) - признается многими зарубежными экспертами первичным терминалом, которым абонент пользуется как в стационарном состоянии (дома, на службе), так и в движении. Широкое внедрение портативных СРТ в перспективе позволит обеспечить каждого человека персональным телефоном со своим индивидуальным номером.

Действующие в настоящее время ССС по сравнению с централизованными сетями имеют следующие преимущества:

- большое  число абонентов;

- высокое  качество передачи телефонных  сообщений и данных;

- возможность  связи с ЭВМ и базами данных;

- высокая  эффективность использования спектра  радиочастот и лучшая электромагнитная совместимость с другими радиотехническими системами.

Использование ССС широким кругом потребителей в отраслях транспорта, связи, энергетики, строительства, сферы обслуживания, ремонта и др. приносит существенный экономический эффект.

 

 

1. Выбор, обоснование технических требований и структурной схемы передатчика.

1.1. Технические  требования к передатчику

На основе задания на курсовое проектирование составляем  требования к передатчику. Параметры любого радио передающего устройства должны удовлетворять требованиям ГОСТа и рекомендациям МККР.

Одним из основных параметров передатчика, определяющего в основном дальность связи, является мощность. Так в соответствии с ГОСТ 12252-77 «Радиостанции с угловой модуляцией  сухопутной подвижной связи» мощность должна лежать в пределах 0,1-50 Вт. При выборе выходной мощности следует учитывать следующие факторы: дальность связи, уровень внеполосных излучений, длительность работы аккумуляторных батарей, проблему «столкновения» в эфире. На основе выше сказанного и с учетом технического задания выходная мощность передатчика равна 30 Вт. В соответствии с ГОСТ выбираем в качестве диапазона модулирующих частот стандартный диапазон - 300¸3400 Гц.

Радиопередающее устройство проектируемой УКВ-ФМ радиостанции должно обеспечивать следующие технические характеристики:

1.Мощность  несущей при номинальном напряжении  питания _________ 30 Вт

2.Частота несущей       ________________________________________ 400 МГц

3.Номинальное напряжение питания________________________________ 28 В

4.Коэффициент нелинейных  искажений радиопередатчика _____ не более 2 %

5.Диапазон модулирующих частот ___________________________300-3400 Гц

6.Относительная нестабильность несущей частоты ________________        10-6

7.Сопротивление  выходного тракта ___________________________        50 Ом

8.Тип модуляции________________________________________                  ФМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Разработка  структурной схемы

Обобщенная структурная схема передатчика ФМ- сигналов включает в себя возбудитель и тракт радиочастоты.

Автогенератор предназначен для формирования  высокостабильной несущей частоты. В общем случае возбудитель это достаточно сложное устройство, и часто выполняется в виде автономного устройства. В качестве возбудителя выбираем автогенератор с кварцевой стабилизацией. Для обеспечения требуемой стабильности частоты выбираем частоту значительно ниже рабочей частоты передатчика-25 МГц. В этом случае целесообразно выделять сигнал с автогенератора на высшей гармонике. В данном проекте сигнал будет выделен на четвертой гармонике.

Чтобы получить устойчивое генерирование в АГ с кварцевой стабилизацией необходимо применение кварцевых резонаторов на более низкой частоте. Для канала с несущей частотой 400 МГц выбираем кварцевый резонатор РГ-05ПН-25МГц. Очевидна необходимость умножения частоты на 4. Следовательно, выбираем схему, состоящую из двух транзисторных умножителей частоты с коэффициентом умножения N=2.

Структурная схема тракта передачи ФМ радиостанции приведена на рис.1

 

Рис.1.Радиопередающее устройство. Схема электрическая структурная.

Тракт радиочастоты предназначен для усиления сигнала до требуемого уровня и формирования излучаемого спектра. Проведём ориентировочный расчет числа усилительных каскадов. Исходя из требований стабильности частоты, задаемся выходной мощностью автогенератора равной 1-15 мВт. Выходную мощность с учетом потерь в фильтрующих цепях рассчитываем по формуле:

Рвых УМ2=Рвых А/hсц                                                 (1)

где Рвых УМ2 - мощность на выходе оконечного усилителя мощности УМ2;

      Рвых А – выходная мощность передатчика;

hсц – КПД согласующих цепей (hсц=0,8).

Рвых УМ2=30/0,8=37,5 Вт

 

Сквозной коэффициент усиления находим как

                        ,                                              (2)

где   РВЫХГ - мощность на выходе автогенератора;

        РВЫХУМ2   - выходная мощность УМ2.

Кр=37,5/15·10-3=2500

Кр=33,98 дБ;

Принимая во внимание, что современные высокочастотные транзисторы позволяют  получить Кр в пределах 5-8 дБ и выше, выбираем тракт усиления, состоящий из 2 каскадов.

Для оконечного УМ2 выбираем транзистор КТ930А. Рассчитаем ориентировочно коэффициент усиления по мощности. Он мало зависит от схемного построения каскада, режима работы и определяется обычно максимально допустимым током коллектора, напряжением, в меньшей степени допустимой рассеиваемой мощностью. При расчете используют экспериментальные данные P`, f `, K`P, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1

Тип транзистора	f `, МГц	P`, Вт	K`P	E`K, B	Режим работы
КТ930А	400	40	5	28	B

При ориентировочном расчете КР исходим из того, что транзистор включен по схеме с ОЭ и работает в ключевом режиме. Находим КР

                                               (3)

KP=5·(400/400)2=5

KP=7 дБ

Для предоконечного каскада выбираем транзистор КТ942А. Его параметры приведены в таблице 2.

 

 

                                                                                     Таблица 2

Тип транзистора	f `, МГц	P`, Вт	К`Р	Е`К, В	Режим работы
КТ942А	2000	10	2,5	28	В

Аналогично вышеизложенному находим КР: 1

KP= 2,5(2000/400)2=62,5

KP= 17,96 дБ

Рассчитаем ориентировочно мощность на входе второго усилителя мощности при известном значении Кр.

Рвх УМ2=37,5/5=7,5 Вт

Учитывая коэффициент передачи цепи связи между двумя усилителями мощности, можно рассчитать мощность на выходе первого усилителя. Она будет равна:

Рвых УМ1=7,5/0,8=9,3 Вт

Воспользовавшись полученным значением мощности на выходе первого усилителя и его KP, можно рассчитать мощность на входе первого усилителя. Она будет равна:

Рвх УМ1=9,3/62,5=0,15 Вт.

Приняв КПД цепи связи, между удвоителем частоты и первым усилителем УМ1, равным 0,8, рассчитаем мощность на выходе УЧ2:

Рвых УЧ2=0,15/0,8=0,186 Вт

В данном курсовом проекте будем использовать УЧ на мощном СВЧ транзисторе, выполненный по схеме с ОЭ. УЧ1и УЧ2 будут выполнены по одной и той же схеме на транзисторе КТ904А. Его параметры приведены в таблице 3.

                                                                                                                Таблица 3

Тип транзистора	f `, МГц	P`, Вт	К`Р	Е`К, В	Режим работы
КТ904А	400	8	5,2	28	В