Частотно-модулированный СВЧ передатчик
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
ния величины элементов эквивалентной схемы генератора, приведенной на рис. 2:
В дальнейшем для расчетов нам понадобиться пролетная частота ДГ , определяемая как среднее арифметическое граничных частот диапазона генератора,
Емкость индуктивность и проводимость корпуса являются справочными величинами для каждого типа диода, учитывая высокочастотность ДГ заданного типа примем .
Приближенно оценим величину емкости кристалла диода:
полученная емкость кристалла немного завышена и ее можно принять равно .
Суммарная активная проводимость на грузки и потерь резонатора определяется по следующей формуле:
[1].
Максимальное значение активной отрицательной проводимости может быть приближенно найдено следующим образом, [1, c. 9]:
Подставляя численные значения, получим:
Тогда, мы можем определить коэффициент регенерации как . Очевидно, что >1, т.е. выполняется условие самовозбуждения и возможен режим генерации ДГ.
Рассчитаем и зависимость активной отрицательной проводимости от квадрата амплитуды высокочастотного напряжения на кристалле . Эта зависимость является существенно нелинейной и может быть аппроксимирована полиномом шестой степени:
где - коэффициенты нелинейности, и для лучших образцов они могут быть положены [1, с. 6].
Для нахождения амплитуды генерируемых на проводимости колебаний составляется нелинейное дифференциальное уравнение для эквивалентной схемы генератора на ДГ (см рис. 2) относительной гармонического напряжения на кристалле :
где ;
- малый параметр; Q - нагруженная добротность.
Решение данного уравнения производится классическими методами теории колебаний и в первом приближении приводит к выводу о совпадении частоты генерируемых колебаний с частотой собственных колебаний резонансной системы генератора. При этом амплитуда напряжения на кристалле равна
,
где ; .
Подставляя значения коэффициентов нелинейности, заданных выше получим
, , В.
В стационарном режиме приводимости нагрузки, резонатора и отрицательная активная проводимость кристалла в сумме равны нулю, то есть , .
Зная амплитуду стационарных колебаний и пренебрегая влиянием (т.к. реактивное сопротивление намного меньше сопротивления потерь), можем вычислить мощность генерируемых колебаний:
.
Определим мощность источника питания:
Вт
Теперь можно найти электронный КПД генератора:
Тогда мощность рассеиваемая ДГ равна
Вт
что меньше чем максимальная рассеиваемая мощность, что можно считать критерием реализуемости данного электронного режима генератора на заданном ДГ.
.2 Расчет колебательной системы генератора
В качестве колебательной системы выберем короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода, который является соединяющей линией между генератором и остальными элементами. Выбор волновода, а не микрополосковой линии которая более подходит по габаритам к современным конструкциям объясняется тем, что на частотах более 20 ГГц волноводная конструкция обладает меньшими потерями и соответственно большей добротностью, что в данном случае важнее.
ДГ включен посередине волновода, используется воздушное заполнение (, ). Размеры волновода примем следующими: ширина a=11 мм, толщина b=5.5 мм.
Необходимо проверить возможность существования в прямоугольном волноводе волны основного типа H10, и условия отсутствия высших типов волн. Для этого найдем длину волны в свободном пространстве
м,
и критическую длину волны в волноводе:
м.
передатчик генератор усилитель
Подставляя убеждаемся, что размеры волновода удовлетворяют всем условиям
, ,
Эквивалентная схема включения приведена на рисунке:
Рис. 3 Эквивалентная схема включения генератора
Рассчитаем длину короткозамкнутого отрезка волновода, являющегося резонатором, исходя из условия:
,
где .
Тогда длина волны в волноводе
м.
Волновое сопротивление волновода
Ом.
Теперь используя заданные в предыдущем параграфе величины индуктивности, емкости корпуса () и эквивалентной емкости кристалла диода ()определим длину резонатора (при этом учитываем, что круговая частота , п = 1):
м.
Необходимо учесть, что колебательный контур будет вносить потери, которые также должны быть учтены с помощью КПД колебательной системы
где Q=30 и Q0 =150 - добротности нагруженного и ненагруженного контуров.
Получим , тогда .
Фактическая мощность на выходе генератора с колебательной системой
.
2.3 Осуществление частотной модуляции
Частотная модуляция в генераторах на ДГ осуществляется путем изменения реактивных параметров колебательного контура автогенератора за счет изменения напряжения питания диода, либо с помощью варактора или сферического образца монокристаллической ЖИГ-сферы.
Недостатком частотной модуляции с помощью изменения напряжения питания является высокой уровень паразитной амплитудной модуляции.
Значительно лучшие результаты можно получить при полном или частичном включении варактора в контур генератора, что эквивалентно включению дополнительной