Жесткая проволочная антенна дальней связи для самолетов АН-24

Для расчетаполучаем следующую формулу:Расчет величины блокировочной индуктивности будем производить из условия:Для расчета Lбл получаем следующую формулу:Для расчета величины емкости блокировочного конденсатораСблвоспользуемся соотношением: (реально в 50…100 раз).Из этого неравенства находим Сбл:Расчет разделительных и блокировочных элементов выходного усилителя и предоконечного каскада производим для средней частоты рабочего диапазонаf = 5,5МГц.Результаты расчета разделительных и блокировочных элементов для выходного усилителя:С учетом запаса примем стандартные значения емкостей =33нФ, =2,2нФ и величину блокировочной индуктивности =3мкГн.Выберем конденсаторы типа К10-17.Результаты расчета разделительных и блокировочных элементов для предоконечного каскада:С учетом запаса примем стандартные значения емкостей=22нФ, =1,0 нФ и значение блокировочной индуктивности =270 мкГн.Выберем конденсаторы типа К10-17.10.Конструктивный расчет катушки индуктивности согласующего устройстваРасчет произведем для катушки L1(рисунок 10) индуктивностью 4317,5нГн по методике, изложенной в [4].Рабочая частота составляет 5,5 МГц. Учтем, что постоянный ток через катушку не протекает, так как на выходе передатчика установлен разделительный конденсатор.Общий вид проектируемой катушки индуктивности представлен на рисунке 10.Рисунок 10 – Общий вид катушки индуктивностиПримем отношение длины намотки катушки l к её среднему диаметру D равным l/D=0,7 (рекомендуемые соотношения для получения высокой добротности 0,5…0,8).Исходя из соображения малого активного сопротивления и механической прочности катушки индуктивности, выберем из ряда, приведенного в [4], стандартное сечение провода d=3,0мм.Определим шаг намотки провода, при котором достигается малое активное сопротивление катушки току радиочастоты и небольшие ее габариты:Определим число витков спирали катушки по формуле:где Lрасч – расчетное значение индуктивности катушки,мкГн (если катушка без экрана, то Lрасч=L);D – средний диаметр катушки, см;F – коэффициент формы, зависимость которого от отношения l/D представлена на рисунке 11.Рисунок 11 – Зависимость коэффициента формы от отношения длины намотки к среднему диаметру катушкиИз графика на рисунке 11 при l/D=0,7 находим F=8∙10-3. Выберем диаметр катушки, исходя из возможностей ее практической реализации, равным D=5 см. Тогда длина ее будет равна l=3,5 см.Рассчитываем число витков спирали катушки:Полученное значение достаточно близко к целому числу витков, и оно больше, чем один виток. Поскольку D, l/D и g=l/N были выбраны ранее произвольно, проверим правильность их выбора – должно выполняться равенство N=l/gс погрешностью, не более (5…7)%. В нашем случае: N=10,4; l/g=3,5/0,39 = 9,0. Равенство выполняется. Таким образом, катушка имеет размеры D=5см; l=3,5см. Шаг намотки g=3,9мм; диаметр провода d=3,0 мм; число витков N=10.Проверим электрическую прочность катушки. Согласно рекомендациям [5], напряженность электрического поля между соседними витками катушки должна быть не более 500…700 В/мм в воздухе.Для расчета величины напряженности необходимо знать высокочастотное напряжение, приложенное к катушке. Для его определения можно воспользоваться результатами расчета П-образной цепи согласующего устройства из раздела 3. Представим схему этой цепи в виде, показанном на рисунке 12,а. абРисунок 12 – Схема П-образной цепи ВКС (а) и эквивалентной Г-образной цепи (б)( – вспомогательное сопротивление, используемое в расчете)Высокочастотный ток, протекающий по катушке L1 можно ориентировочно определить из энергетических соображений, считая, что в П-образной цепи последовательно происходит передача ВЧ мощности, отдаваемой транзистором P1 (условно можно считать, что она выделяется в R1), сначала в сопротивление R0, затем в R'. Если пренебречь потерями в П-образной цепи, то мощность, выделяемая в R0, будет равна P1.Из расчета выходного усилителя и ВКС известны значения:В соответствии с принципом расчета П-образной цепи (рисунок 16), с помощью сопротивления R0 она разбивается на две Г-образных цепи. Одна из них (левая) показана на рисунке 16,б (L1' – часть индуктивности L1).Находим величину тока, протекающего по сопротивлению R0 в схеме на рисунке 16,б:Такой же величины ток протекает по катушке индуктивности L1' и, соответственно, по всей катушке L1, поскольку L1' является ее частью. Теперь можно найти ВЧ напряжение, приложенное к катушке L1:где (значение, полученное в разделе 3);Напряженность электрического поля между соседними витками катушки:Как следует из расчета, напряженность электрического поля между витками катушки значительно меньше допустимой.Рассчитаем собственную емкость катушки индуктивности по эмпирической формуле:где kgи ki – вспомогательные коэффициенты, зависящие от относительных размеров катушки; D – диаметр катушки, мм.Графики для определения величин kg и ki приведены на рисунке 13.Рисунок 13 – Графики для расчета вспомогательных коэффициентовИз рисунка 13 при g/d=1,1 и l/D=0,7 находим kg≈2,0; ki≈1,1. Рассчитываем СL:В результате расчета получилась достаточно малая собственная емкость катушки, которая по величине меньше паразитной емкости монтажа (последняя обычно превышает 1пФ). Такая емкость катушки L1 не будет оказывать влияние на свойства согласующего устройства.Проверим соотношение длины проводника и рабочей длины волны. Длина провода катушки:Длина электромагнитной волны на рабочей частоте известна израздела 3: =54,5 м. Длина провода катушки индуктивности в много раз меньше длины волны. Поэтому можно считать, что рассчитанная катушка индуктивности является элементом с сосредоточенными параметрами.11. Расчет выходного фильтра передающего устройстваДля фильтрации высших гармоник передающего устройства и согласования с фидером антенно-фидерного устройства необходим фильтр имеющий волновое сопротивление 50 Ом со стороны подключения к передатчику, и 75 Ом со стороны подключения к кабелю питания антенны.Это устройство не стандартное и может быть рассчитано с помощью табулированных таблиц справочников по расчету фильтров. Поэтому расчет проведем в известной специализированной программе AWRDE.Схема фильтра представлена на рисунке 14. Рисунок 14Результаты моделирования на рисунке 15Рисунок 15Из графика рисунке15 видно, что требования по уровню гармоник на выходе передатчика выполняются с запасом, так как собственно гармоники имеют уровень минус 12…30 дб относительно уровня первой гармоники.12. Расчет промышленного коэффициента полезного действия передатчикаПромышленный коэффициент полезного действия передатчика вычисляется по формуле:где РА – мощность, подводимая к антенне;– суммарная потребляемая мощность всеми каскадами передатчика;=0,1 – дополнительные неучтенные потери мощности.В состав Р0сумм включим только мощности, потребляемые каскадами передатчика – выходным, предоконечным каскадами и формирователем сигнала:Значения мощностей, потребляемых всеми остальными каскадами, неизвестны, т.к. они не рассчитывались. Следует отметить, что поскольку эти каскады маломощные, неучет в Р0сумм потребляемых ими мощностей не приведет к значительной погрешности в величине ηпром.В соответствии с техническим заданием:Из расчета выходного усилителя и предоконечного каскада были получены значения:Мощность, потребляемая формирователем:где Eп = 3,3В; I0ф – ток, потребляемый всеми цепями формирователем. Он равен току, протекающему через резистор Rг в цепи стабилизации (рисунок 13):Результаты расчета:12. Расчет надежности передатчикаРасчет надежности передатчика сводится [5] к определению основного показателя надежности любого устройства – времени средней наработки на отказ То.Вычисление Тобудем проводить на основании среднестатистических значений отказов радиоэлементов элiи их соединений.Эти значения представлены в таблице 6. При определении количества элементов будем учитывать только элементы рассчитанных каскадов.Таблица 6 – Среднестатистические значения отказов отдельныхэлементов и их группЭлементыКоличество NλЭЛi·10-6 1/чN·λЭЛi ·10-6 1/чРезисторы180,162,88Конденсаторы керамические250,153,75Кварцевый генератор111Микросхема DDS111микросхемы30,230,69Процессор111Транзисторы маломощные40,93,6Транзисторы мощные111Дроссели и катушки индуктивности90,54,5Пайки1280,056,40Среднестатистические значения отказов всех элементов λэл сумм, ·10-6 1/ч25,82Расчет средней наработки на отказ произведем [3] по формуле:Полученное значение времени наработки на отказ удовлетворяет требованиям технического задания с большим запасом. Однако следует иметь ввиду, что эти значение То является значительно завышенным, т.к. не учитывались элементы нерассчитанных каскадов и вспомогательных цепей передатчика.14. ЗаключениеОсновные результаты выполнения настоящего курсового проекта заключаются в следующем:1. Выбрана схема формирования сигнала несущей частоты и способа амплитудной модуляции в виде синтезатора прямого синтеза .2. Заданный частотный диапазон перекрывается дискретно с шагом 25 кГц (8частотных каналов); заданные требования по стабилизации частоты достигаются применением в составе передатчика опорного кварцевого генератора, переключение рабочего канала осуществляется программным способом. 3. Уровень побочного излучения высших гармоник антенной передатчика значительно ниже допустимого, что достигнуто за счет применения полосового фильтра на выходе передающего устройства4. Промышленный КПД передатчика получилсядовольно высоким.5. Спроектирована катушка индуктивности ВКС (L=36,37нГн). Диаметр катушки – 5 См, длина – 3,5 См. Катушка имеет 10,5 витка проводом диаметра 3,0 мм.Список использованной литературыНормы 17-08.Радиопередатчики всех категорий гражданского применения. Требования на допустимые отклонения частоты. Методы измерений и контроля.Решение Государственной комиссии по радиочастотам от 26 февраля 2008 г.Приложение SIк Рекомендации МСЭ-Р SM.1138.Проектирование радиопередатчиков. Под ред. В. В. Шахгильдяна. М. «Радио и связь». 2000 г.Широкополосные радиопередающие устройства. Под ред. О. В. Алексеева. М. «Связь». 1978 г.Белов Ю.Г., Богатырев Ю.К. Устройства генерирования и формирования сигналов.: комплекс учебно-методических материалов Часть 3/ Ю.Г. Белов, Ю.К. Богатырев; Нижегород. гос. техн. ун-т. Н.Новгород, 2010. – 119. Устройства генерирования и формирования радиосигналов: Учебник для вузов / Л.А. Белов, В.М. Богачев, М.В. Блоговещенский и др.; Под ред. Г.М. Уткина, В.Н. Кулешова и М.В. Благовещенского – М.: Радио и связь, 1994. – 416 с.Аксенов А.И. Нефедов А.В. Отечественные полупроводниковые приборы / Выпуск 59. Издание 5. – СОЛОН-Пресс, 2005.–584 с.Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: Учебное пособие для техникумов. - М.: Радио и связь, 1987. – 320 с.Аксенов А.И., Нефедов А.В. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсаторы. Резисторы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1995 – 272с.Проектирование радиопередающих устройств СВЧ. Под ред. Г.М. Уткина. – М.: Сов.радио, 1979. – 320 с.