Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра радиотехники

РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Сборник задач
для студентов специальности  5B073100

Алматы 2014

С О С Т А В И Т Е Л И: Артюхин В.В. Артюхин А.В. Радиопередающие  устройства. Сборник задач для студентов специальности  5B073100. – Алматы: АУЭС, 2014. –  22 с.

Сборник задач предназначен для помощи при самостоятельном изучении курса «Радиопередающие устройства». Целью его изучения является усвоение студентами теоретических основ, принципов построения и основ расчета трактов формирования и передачи сигналов современных радиосистем различного назначения, с учетом требований безопасности жизнедеятельности, охраны труда и техники безопасности. Для достижения поставленной цели в процессе преподавания дисциплины в сборник задач включены необходимые темы, иллюстрирующие физическую и количественную стороны процессов и явлений, изуча­емых в дисциплине. Решение этих задач способствует лучшему усвоение разделов курса, освоению математического аппарата, используемого при решении, и анализу конкретных схем радиопередающих устройств.

Тематика сборника охватывает пять основных разделов дис­циплины «Радиопередающие устройства».  Для всех задач разработаны методи­ческие указания со ссылками на основные учебники, рекомендован­ные для изучения.

В приложениях приведены численные значения функций (Берга, Бесселя, Евтянова и др.), необходимые для проведения расчетов.

Необходимость пособия обусловлена ростом объема самостоя­тельной внеаудиторной работы студентов, когда некоторые разделы выносятся на самостоятельную проработку. Сборник задач выпускается для студентов, обучающихся в бакалавриате, по специальности 5B073100 – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды.

Табл. 4,  ил. 3,  библиогр. – 4  назв.

Рецензент: канд. тех. наук, профессор Байкенов А.С.

Печатается по плану издания Некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2014 г.

                  © НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2014 г.

Введение

Радиопередатчики представляют опасность и могут быть вредными для здоровья обслуживающего персонала или пользователя. Опасность и вредность передатчиков обуславливается высоким электрическим напряжением, электромагнитным и рентгеновским излучением, шумом вентиляторов системы охлаждения, возможностью попадания со стороны антенно-фидерной системы наводок от других передатчиков, грозовых разрядов и статического атмосферного электричества, возможностью возникновения сильной электрической дуги в низковольтных, но мощных цепях при случайном замыкании и др.

Меры обеспечения безопасности работ с передатчиками определены «Правилами техники безопасности при сооружении и эксплуатации радиопредприятий» и другими нормативными документами, которые созданы на основе многолетнего опыта эксплуатации как отечественного, так и зарубежного. Техника безопасности и охрана труда изучаются в специальном курсе, знакомство с ними проводится в лабораториях и при прохождении производственной практики.

В последнии годы челевечество вынуждено принимать интенсивные меры для защиты воздушной и водной сред, флоры и фауны, да и самого себя от вредного воздействия побочных продуктов различных производств. Многочисленные передатчики, и прежде всего мощные и сверхмощные, оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Вредными являются и электромагнитное излучение передатчика, и выбросы тепла из его системы охлаждения и рентгеновское излучение. Вред природе наносят выбрасываемые отработанные электрические батареи и выливаемый отработанный электролит аккумуляторов передатчиков небольшой мощности.

Во всем мире происходит бурное развитие сетей радиосвязи с подвижными объектами. Этот процесс характеризует появление большого числа радиопередатчиков УВЧ мощностью от долей до сотен ватт в наиболее густо населённой местности и непосредственно в руках пользователей. Степень вредного воздействия этих передатчиков на людей изучается. Безусловными являются рекомендации предельного снижения мощности передатчиков, контроль за распределением электромагнитных полей базовых передатчиков.

Для уменьшения вредного воздействия передатчиков на окружающую среду прежде всего необходимо разрабатывать радтотехнические системы и системы связи, нуждающиеся в передатчиках возможно меньшей мощности. Необходимо проектировать передатчики с возможно большим КПД, что приводит к меньшему тепловому загрязнению среды непосредственно и снизит потребность в энергии питания. Таким образом, экологические требования не противоречат основным тенденциям развития техники радиопередатчиков.

Список условных обозначений, сокращений и терминов

АГ- автогенератор

АМ     - амплитудная модуляция

ВКС    - выходная колебательная система

ВАХ    - вольтамперная характеристика

ГВВ   - генератор с внешним возбуждением

КБВ     - коэффициент бегущей волны

КПД    - коэффициент полезного действия

МПЛ   - микрополосковая линия

ПАМ   - паразитная АМ

ЧМ      - частотная модуляция

ЧМГ   - частотно-модулируемый генератор                                        

ШПУ  - широкополосный усилитель

УВЧ    - ультравысокие частоты

УРУ    - усилитель с распределенным усилением

УМК   - усилитель модулированных колебаний

УКВ    - ультракороткие волны

ФГ       - фильтр гармоник

ЭП       - электронный прибор

τ    - длительность импульсов, постоянная времени

Т   - период повторения

f           - частота

F         - частота модуляции

ω         - круговая частота

λ          - длина волны

П         - полоса пропускания

φ         - фаза

Д         - проницаемость электронной лампы

θ          - угол отсечки

ξ          - коэффициент использования анодного напряжения

β         - статический коэффициент усиления по току транзистора

8         - коэффициент для расчета бигармонического режима

ε          - диэлектрическая проницаемость

ή         - коэффициент полезного действия

        - характеристическое сопротивление контура

w         - волновое сопротивление линии

Q         -добротность контура

          Указания по выполнению самостоятельных работ

          Самостоятельная работа содержит задачи, задания для которых составлены в соответствии с изучаемым разделом.   Перед решением каждой задачи необходимо изучить рекомендованный материал учебника и методические указания по соответствующим темам программы. Работа должна быть оформлена аккуратно. При оформлении необходимо придерживаться следующих требований:

          -  работу следует выполнять в отдельной тетради или на листах формата А4, на титульном листе должны быть указаны номер зачетной книжки и номер варианта выполненной работы;

         - условие каждой задачи должно быть приведено в работе полностью;

         - решение всех задач и пояснения к ним должны быть достаточно подробными. При необходимости следует делать соответствующие ссылки на источник с указанием номера формулы. В общую формулу подставляются числовые значения известных величин, приводятся результаты промежуточных вычислений и конечный результат. В промежуточных вычислениях размерность не указывается, а в конечном результате проставляется размерность рассчитываемой величины;

         - все величины выражаются в стандартных единицах международной системы единиц СИ;

         - все расчеты выполняются до третьей значащей цифры;

         - все рисунки и графики выполняются с соблюдением масштаба, требований фирменного стандарта АУЭС и требований ЕСКД;

          - ответы на вопросы задания должны быть ясными и исчерпывающими, но в то же время, по возможности, краткими, сформулированными своими словами;

          - в конце работы надо привести список использованной литературы, поставить подпись и дату;

          - после получения работы (как зачтенной, так и незачтенной) студент должен проделать работу над ошибками после рецензии, в которой надо исправить все отмеченные недостатки.  В случае незачета студент обязан в кратчайший срок выполнить неверно решенные задачи заново и представить работу на повторное рецензирование.

1 Радиосигнал и его характеристики

1.1 В антенне радиопередающего устройства возбуждаются колебания с частотой 900 МГц. Определить длину электромагнит­ной волны в свободном пространстве, излучаемой антенной пере­датчика.

1.2 Ток несущей частоты в нагрузке передатчика 50 А при амплитудной модуляции (m = 0,7), частота модуляции 1000 Гц. Определить ток боковой частоты в нагрузке и изобразить спектр.

1.3  Найти полосу пропускания высокочастотного тракта пере­датчика УКВ ЧМ вещания, если девиация частоты 50 кГц, диапазон частот модуляции 30 -15000 Гц. Изобразить амплитудный спектр при модуляции частотой 30 Гц.

1.4  Передатчик радиорелейной линии связи с временным разделением каналов формирует радиоимпульсы длительностью 1 мкс, с периодом повторения 5 мкс. Несущая частота - 10 ГГц, модуляция исходной импульсной последовательности с частотой 0,3 - 3,4 кГц. Найти полосу пропускания высокочастот­ного тракта передатчика, изобразить спектр радиосигнала.

 1.5  Передатчик магистральной связи работает с амплитудной, частотной или относительной фазовой телеграфией. Сравнить полосы пропускания высокочастотного тракта радиопередатчика при различных видах телеграфии, если скорость передачи информации 300 Бод, разнос частот при частотной телеграфии 250 Гц.

 1.6  Записать аналитическое выражение гармонического сигнала и указать его основные параметры. Изобразить спектр.

 1.7 Записать аналитическое выражение амплитудно-модулированного сигнала, модулированного одной частотой, и указать его основные параметры. Изобразить спектр.

 1.8 Записать аналитическое выражение частотно-модулиро­ванного сигнала, модулированного одной частотой, и указать его основные параметры. Изобразить спектр.

 1.9 Записать аналитическое выражение фазомодулиро­ванного сигнала, модулированного одной частотой, указать его основные параметры. Изобразить спектр.

 1.10 Записать аналитическое выражение последовательности радиоимпульсов, амплитуда которых Е_о, период повторения  Т, длительность , частота высокочастотного заполнения  f. Изоб­разить спектр.

 1.11 Записать аналитическое выражение последовательности радиоимпульсов, модулированных по амплитуде частотой F, ос­тальные параметры соответствуют задаче 1.10. Изобразить спектр.

1.12 Передатчик УКВ ЧМ вещания работает с девиацией Δf = 50 кГц, с полосой модулирующих частот 30-15000 Гц. Определите индекс частотной модуляции и выигрыш в отношении сигнал-шум по сравнению с АМ.

1.13 Докажите связь фазовой и частотной модуляции. Запишите выражение для индексов модуляции частотной М_чм и фазовой М_фм. При какой модуляции девиация частоты Δf зависит не только от уровня модулирующего сигнала, но и от его частоты?

         Методические указания, решения и ответы.

         1.1  λ= 0,33 м.

         1.2  I_б = 17,5 А,  П = 2 КГц.

         1.3  См. [1,  стр. 307-309], П =160 КГц.

         1.4  См. [2,  стр. 253-257], П = 2 МГц.

         1.5. См. [1,  стр. 337-341], F = U/2 - частота манипуляции, V - скорость передачи ( Бод ), П = 10·F - полоса пропускания радиотелеграфного канала с амплитудной телеграфией , П = 2,6·∆f + 1,5·∆U - полоса пропускания телеграфного канала с частотной телеграфией, Δf = (f1 – f2)/2 - сдвиг частот, П = 5U - полоса пропускания радиотелеграфного канала с фазовой телеграфией.

         1.6  S(t)=Acos(ωt + φ₀).

         1.7  См. [1,  стр. 226-227].

         1.8  См. [1,  стр. З06-308].

         1.9  См. [1 , стр. 306-307].

         1.10     S(t) = .

         1.11  См. [1, стр. 226-227] и задачу 1.10.

         1.12  См. [1, стр. 307-309].

         1.13  См. [5, стр. 394-395].

2  Генераторы с внешним возбуждением

      

2.1  В ГВВ амплитуда импульса коллекторного тока I_m = 20 А, кру­тизна характеристики электронной лампы  S =30 мА/В, прони­цаемость  Д = 0.   Найти напряжение возбуждения U_g  при углах отсечки θ₁ = 60⁰ , θ₂ = 30⁰. Для  коэффициента использования коллекторного напряжения ε = 0.95 определить КПД для двух углов отсечки.

2.2 Найти сопротивление параллельного колебательного кон­тура - нагрузки ГВВ для первой и третьей гармоник коллекторного тока, если частота возбуждения f = 10 МГц, емкость контура С_к = 100 пФ, сопротивление потерь контура  г - 0,5 Ом,  контур настроен в резонанс на частоту 10 МГц.

2.3 Найти колебательную мощность и КПД удвоителя частоты на транзисторе,  если  Θ = 60⁰, Е_к = 15 В,  U_к = 12 В,  а амплитуда импульса тока коллектора   I_км = 30 мA.

2.4 Найти КПД и выходную колебательную мощность утроителя частоты, у которого угол отсечки  Θ = 40⁰,  крутизна характе­ристики транзистора S – 0,3А/В, напряжение возбуждения U_б= 1,5 В, напряжение источника коллекторного питания  Е_к = 15 В,  остаточное напряжение на коллекторе открытого транзистора составляет  e_ост = 0.3 В.

2.5 Провести расчет ГВВ на транзисторе со следующими параметрами:  Е_к = 10 В,  Θ = 90⁰, P₁= 0.3 Вт,  S = 0,25А/В,  S_гp = 0,2 А/В,  U_б = 2 В,  e_отс =  0,8 В.  Найти КПД и мощность, рассеиваемую на коллекторе в виде тепла.

2.6  Транзисторный удвоитель частоты работает с углом отсечки Θ = 60⁰. Как изменится величина колебательной мощности, если угол отсечки станет  90⁰, а остальные параметры не изменятся?

2.7 Для ослабления зависимости от частоты транзисторного ГВВ рассчитать цепь эмиттерной коррекции, если транзистор имеет следующие параметры : f_т = 150 МГц,  f = 10 МГц,  β= 20, С_к = 15 пФ,  С_э = 50 пФ.  Рабочая частота  f= 15 МГц.

2.8 Провести расчет режима транзисторного ГВВ, в котором используется эмиттерная коррекция, если параметры транзистора f_т = 150 МГц,  С_к = 150 пФ,   e_отс =  0.8 В,  U _{к доп} = 20 В, I _{к доп} =0.4 В,   С_э = 50 пФ,   τ_ос  = 120 пс,    Srp=0.2 А/B,   U _{б доп} = - 4 В,  β= 20,  Е_к = 10 В,  Θ = 90^º .

2.9  Найти коэффициент усиления по мощности ГВВ на бипо­лярном транзисторе, если рабочая частота f_p =200 МГц. Параметры транзистора:  P₁= 10 Вт,  U _{к доп} = 36 В,   Р_{к доп}= 14 Вт, f_т = 600 МГц,  e _отс =  1 В,   С_э = 200 пФ,  U _{э доп} = 4 В,   С_к = 70 пФ, β = 20,  L _э = 1 нГн.

2.10 Для ГВВ с транзистором, параметры которого ана­логичны параметрам транзистора в задаче 2.8,  рассчитать цепь базовой коррекции при возбуждении гармоническим напряжением на частоте 15 МГц.

2.11 Изобразить схему транзисторного ГВВ при возбуждении гармоническим напряжением.

2.12 Изобразить схему транзисторного ГВВ при возбуж­дении гармоническим  током.

2.13  Добротность ненагруженного контура 100, а нагру­женного 20, волновое сопротивление контура  = 300 Ом. Найти КПД контура, сопротивление  потерь контура, вносимое в контур сопротивление.

2.14  Найти реальный коэффициент фильтрации по второй гармонике простой схемы анодной цепи, в которой нагрузка 50 Ом включена в индуктивную  ветвь контура. Емкость контура С_к = 100 пФ, рабочая частота f_р = 10 МГц, добротность нена­груженного контура 100.

2.15  Рассчитать выходную цель согласования транзисторного ГВВ, если  амплитуда колебательного напряжения на коллекторе U_к = 20 В, коллекторный ток первой гармоники I_к1 = 4 А. Выходная цепь согласования выполнена в виде П - контура ( фильтр НЧ ). Сопро­тивление нагрузки 50 Ом, частота 10  МГц.

2.16  Найти КПД выходной цепи согласовании по условиям задачи 2.15.

2.17  Рассчитать выходную цепь согласования в виде Г - цепочки, в которой  сопротивление нагрузки 75 Ом вклю­чено последовательно с индуктивностью. Выходное сопротивление генератора 10 Ом, рабочая частота 20 МГц. Найти КПД цепи согласования.

2.18  В мостовой схеме сложения мощностей двух генера­торов токи каждого генератора  = (3 + i4)А  и   = (4 + i3)А. Найти мощности в нагрузочном и балластном сопротивлениях и КПД мостовой схемы, если R_н = R_б = 50 Ом.

2.19  В двухтактной схеме угол отсечки Θ = 90⁰, ампли­туда импульса коллекторного тока одного транзисторе 50 mA, другого 60 mA. Определить ток второй гармоники в нерезонансной нагрузке.

2.20  В синфазном мосту общее число входов 4; один из генераторов, мощность которых складывается в мосту, отказал. Насколько уменьшится мощность  на выходе моста, если мощность одного генератора 10 Вт? Какая мощность бу­дет рассеиваться в балластных сопротивлениях моста?

2.21  Найти максимальный коэффициент усиления по напря­жению каскада ШПУ, если ширина полосы усиливаемых частот ∆F = 30 МГц, крутизна характеристики  30 mA/В,  выходная емкость С_вых = 20 пФ,  входная емкость следующего каскада  С_вх = 10 пФ.

2.22  Найти суммарное напряжение на нагрузке УРУ, со­держащего пять каскадов, если крутизна характеристики ак­тивного элемента 50 mA/В,  амплитуда входного напряжения U_вх=5 В, волновое сопротивление анодной линии 300 Ом.

2.23  УРУ работает на несогласованную нагрузку с коэф­фициентом отражения р = 0,1. Выходная мощность УРУ при сог­ласованной нагрузке 1 кВт.  Определить выходную мощность УРУ при несогласованной нагрузке.

2.24  В транзисторном ГВВ используется ключевой режим с формой тока и напряжения типа «Меандр». Нагрузка и балласт­ное сопротивление подключены через фильтры низкой и высокой час­тот. Какая мощность выделится на нагрузке и на балластном сопро­тивлении, если Е_к = 50 В,R_н = R_б = 10 Ом?

2.25  Транзисторный ГВВ работает в ключевом режиме с углом отсечки  Θ = 90⁰. Форма напряжения на коллекторе прямоугольная,  форма импульса коллекторного тока  косинусоидальная. Найти   ко­лебательную мощность и КПД генератора, если  Е_к = 20 В,  I_ко =1 А.

2.26  Найти коэффициент полезного действия с yчетом коммутационных потерь для генератора (2.24), если выходная емкость транзистора С_вых =1000 пФ.

2.27 В передатчике очень высоких частот элементом контура является короткозамкнутая коаксиальная линия с волновым сопротивлением 50 Ом. Найти минимальную длину этой линии и эквивалентное сопротивление контура, если доброт­ность Q = 400, а выходная емкость лампы С_вых = 20 пФ.

2.28 Найти волновое сопротивление коаксиального резо­натора, внешний  диаметр которого 100,2 мм,  внутренний 60,3 мм.

2.29  Определить минимальную длину и волновое сопротивле­ние короткозамкнутой двухпроводной длинной линии, использу­емой в KB радиопередатчике (30 МГц) как элемент колеба­тельного контура. Выходная емкость лампы оконечного каскада 15 пФ, диаметр проводов линии 10 см, расстояние между про­водами линии 1,5 м.

2.30  Рассчитать режим варактора в умножителе частоты с  n = 8,  f = 0,6 ГГц, Р_n = 0.15 Вт.

2.31  Изобразить схему автогенератора на диоде Ганна, пояснить ее работу.

2.32  Изобразить схему автогенератора на лавинно-пролетном диоде.

2.33  Оценить уровень шума на выходе умножителя частоты с кратностью 3,  если угол отсечки Θ = 40⁰ , диапазон рабочих частот 0,600-1,2 МГц, а R_нс = 1,2 кОм.

2.34  Найти значение блокировочной индуктивности в цепи питания коллектора транзисторного ГВВ. если амплитуда нап­ряжения на коллекторе  U_к = 40 В,  а ток  I_к = 1А,  рабочая частота f = 10 МГц.  Изобразить схему   транзисторного ГВВ с учетом блокировочной индуктивности L_б.

2.35  Найти значение емкости между входом ГВВ и базой транзистора, если входное  сопротивление  R_вx = 20 Ом,  а рабочая частота  f = 10 МГц.  Отметить на схеме ГВВ эту емкость.

2.36  Определить величины блокировочных индуктивности и емкости для схемы последовательного анодного питания ГВВ, если частота ГВВ  f = 30 МГц, выходная емкость лампы 10 пФ, R_oe= 5 кОм.  Изобразить   принципиальную схему.

2.37 Определить величины блокировочных индуктивности и емкости, а также емкость разделительного конденсатора для схемы параллельного анодного питания, если параметры ГВВ соответствуют задаче 2.36, а емкость контура составляет  50 пФ. Изобразить принципиальную схему.

2.38 Произвести выбор блокировочного конденсатора в схеме последовательного питания управляющей сетки, если в ГВВ применяется автоматическое сеточное смещение - f = 10 МГц, R_g = 2 кОм,  С_вх = 10 пФ. Изобразить схему питания.

2.39  Произвести выбор блокировочного конденсатора по условиям задачи 2.38 без автоматического сеточного смещения. Изобразить схему питания.   

2.40  Найти величины блокировочных индуктивности и емкости, а также  емкость разделительного конденсатора для схемы параллельного питания  управляющей сетки ГВВ при индуктивной межкаскадной связи (L_св = 20  мкГн), если параметры ГВВ соответствуют задаче 2.38. Изобразить принципиальную схему.

2.41  Решить задачу 2.40,  если применяется емкостная межкаскадная связь (С_св  = 500 пФ). Изобразить схему.

2.42  Произвести выбор блокировочных конденсаторов в цепи накала лампы, если параметры ГВВ соответствуют зада­че 2.36. Изобразить схему.

2.43  Определить величины блокировочных индуктивностей в цепи накала в схеме с общей сеткой, если  f = 5 МГц,  а R_вx = 3 кОм. Изобразить принципиальную схему.

       

Методические указания, решения и ответы.    

2.1  См. [1, стр.61];  Θ = 30°;  U_g = 4976 В;  η = 0.92; Θ = 60°;  U_g = 1333,3 В;  η = 0,851.

2.2  Для частоты f_о = 10 МГц  сопротивление контура  Z = Q;     =;   Q  = / r.  Для частоты f = f_о ;        Z = -j;   к = f / f_о.

2.3 Р₂ = 49,68 мВт;  η = 50.6%.

2.4  См. [3,  стр.27 – 29];  η = 61.6%,  Р_з = 143,19 мВт.

2.5  См. [3,  стр.28].

2.6  Уменьшится в 1,4 раза.

2.7 См. [3,  стр. 42].

2.8 См. [3,  стр. 42].

2.9 См. [3 , стр. 53 – 55].

2.10 См. [3,  стр. 38].

2.11 См. [2,  стр. 50].

2.12 См. [2,  стр. 53].

2.13  η =  0,8;   R_н = 3 Ом;   R_вн = 15 Ом.

2.14  Q_н = /(R_вн + R_n); Ф = n² (l - 1/n²) • Q_н ;   Ф = 9,24.

2.15  См. [4,  стр. 64].

2.16  См. [5,  стр. 91].

2.17  См. [5,  стр. 91].

2.18  См. [1,  стр. 153] ;  Р_н = 2,45 кВт;  Р_б = 50 Вт ;  η  = 0,98.

2.19  См. [1,  стр. 146];  I₂ = 2,12 mA.

2.20  См. [4,  стр. 80].

2.21  Соотношение Боде   К_u = S • π / [8 •∆ f •].

2.22  См. [2,  стр. 86];   U_вых 187,5 В.

2.23  Р_н = 990 Вт.

2.24  См. [1,  стр. 8 ];  [3, стр. 64].

2.25  См. [3,  стр. 66].

2.26  См. [3,  стр. 65].

2.27  Rэ = w•Q•F(q) ; F(q) = 4 • sin² q / 2 q + |sin 2 q| ; q = 2• π • / λ ; _рез =  • arctg+ .

2.28  w = 138g D/d) ; w = 30,37 Ом.

2.29  См. указания к 2.27; w = 276g (2D/d - 1).

2.30  См. [3,  стр. 113].

2.31  См. [3,  стр. 169].

2.32  См. [3,  стр. 178].

2.33  k_ш (0) = -171.1 ДБ.

2.34  Использовать соотношение Х_ιб = 20R_к;  L_б = 12.7 мкГн.

2.35  Использовать соотношение Хс = 20R_вx;   С = 40 пФ.

2.36  Блокировочные элементы необходимо выбирать, имея в виду следующее С_б  >  (100-300)  ∕  R_oe · ω;  С_б > (50-200) · C_вых;

 L_б(мкГн) =  (0.25 – 0,6) ·10 ¹² · 1 ∕ f²_(кГц) · С_б(пФ).

2.37  С_б > (50-200) · C_вых;  L_б > (10 – 20) L_к; С_р > 1  ∕ ((0,01 - 0,05) ·R_oе · ω).

2.38  Использовать соотношение  1 ∕ ω · С_б  < R_g  ∕ 30.

2.39  С_б выбирается из условия:  1 ∕ ω · С_б  < R_вх  ∕ (20-50); а в диапазонах УКВ и KB С_б > (20 - 30) ·С_вх.

2.40  С_р = (20 - 30)С_вх;  L_б = (20 - 40)L_св ;  С_б > (20 - 30) ·С_вх  .

2.41  L_б(мкГн)         =  (0.25 – 0,6) ·10 ¹² · 1 ∕ f²_(кГц) · С_б(пФ).    

2.42 Конденсаторы С_б не должны создавать значительных сопротивлений для переменных токов,   Х_сб < R_ое  ∕ (100-300).

2.43  Х_Lб < (3 - 5) · R_вх.

3  Автогенераторы

3.1 В AГ с емкостной обратной связью использован контур с f_р = 6 МГц,  Q = 150. Полагая фазу крутизны φ_s = 0.01 рад, опре­делить сдвиг частоты AГ относительно f_р.

3.2  Самовозбудится ли АГ по схеме емкостной трехточки, если L_к = 2 мкГн,  С_бэ = 2000 пФ,С_кэ = 4000 пФ, Q = 100,  S = 0.01 А/В,  Д = 0?

3.3  Насколько изменится частота AГ,  если в процессе эксплуатации величина индуктивности и емкости изменится на ± 10 %.  Индуктивность контура L_к = 10 мкГн,  емкость контура С_к = 1100 пФ.

3.4  Рассчитать цепи питания АГ по постоянному току, если известно, что угол отсечки Θ = 135⁰_,  I_ко = 10 мA,  Е_б = 0.7 В,  Е_к = 12,6 В,  S = 48 мА/В,  β = 40.

3.5  В  АГ параметры кварцевого резонатора L_кв =  1 Гн,  С_кв = 0,01 пФ,  R_кв = 5 Ом;  параметры контура С_к = 100 пФ,  L = 10 мкГн,  R_к = 2 Ом.   Во сколько раз абсолютное изменение частоты АГ с контуром больше абсолютного изменения частоты АГ с кварцем?

3.6  Каким схемотехническим решением обеспечивается переход АГ из мягкого режима самовозбуждения в жесткий?

3.7  Для кварцевого резонатора  емкость кварцедержателя С_квд = 5 пФ. Определить частоты параллельного и последовательного резонансов кварцевого резонатора.

3.8  Рассчитать параметры контура АГ, выполненного по емкостной трехточечной схеме.  Амплитуда колебательного  напряжения на коллекторе U_к = 6 В, ток коллектора первой гармоники I_к1 = 28 мА,  амплитуда колебательного напряжения, подводимого к базе Uб = 1 В,   частота f = 21,5 МГц,  индуктивность L = 1,3 мкГн,  добротность контура Q = 50.

Методические указания, решения и ответы.

3.1           Изменение условия баланса фаз φ_к + φ_s + φ_ос = 0  приведет к изменению  сопротивления нагрузки и ее фазы. R_н(ω) = р² · Q_н · ∕  [1 +[ 2 · Q_н  (ω - ω_о / ω)]² ];  Q_н = arctg [ 2 · Q_н  (ω - ω_о / ω)] ;  f_сдвига= 200 Гц.

         3.2  Условие самовозбуждения   Soр · R_н·(К - Д) > 1.

         3.3  См. [1, стр. 182].

         3.4  См. [1, стр. 184].

         3.5  См. [1, стр. 179].

         3.6  См. [5, стр. 230].

         3.7  См. [1, стр. 189].

         3.8  Для расчета можно использовать следующие соотношения:

              R_к = U_к / I_к1;   К = U_б / U_к = C₁ / С_з ;   = ω · L ;  R_э = .Q ;

              C_к = l / (ω²· L);  p = С_к / C₁ = ;

              C₂=1/[1/C_к–(1/C₁+1/C₃)].

4 Модуляция в передатчиках

4.1 Найти максимальную мощность и мощность боковых полос АM колебания, если ток в режиме несущей 10 A , максимальный коэффициент модуляции m  = 1,  средний коэффициент модуляции m_ср = 0,3,  сопротивление нагрузки R_н = 75 Ом.

4.2  При модуляции смещением меняется ток в коллекторной цепи транзистора,  имеющего следующие параметры:  проницаемость Д = 0,  крутизна вольт-амперной характеристики транзистора S = 80 мА/В. Входное напряжение возбуждения U_Ω = 100 В,  угол отсечки изменяется от 60⁰ до 110⁰.  Найти коэффициент модуляции.

4.3  В передатчике низовой связи с фазовым модулятором,  девиация фазы которого 18⁰, добротность контура фазового моду­лятора Q = 150, резонансная частота 1 МГц. Какое количество умножителей частоты  необходимо для получения девиации частоты 5 кГц?

4.4  Передатчик с однополосной модуляцией работает в диа­пазоне частот 4 - 25 МГц. Сигнал излучается без остатка несу­щей.  Какая нестабильность частоты допустима при телефонии и при радиовещании?

4.5  При сеточной модуляции смещением Eg изменяется от минус 112 В до минус 60 В. Напряжение возбуждения U_gн = U_gmax = 123 В,  постоянная составляющая сеточного тока при m = 1 равна 12,2 мА. Определить мощность модулятора.

4.6  После возбудителя передатчика ОВЧ-ЧМ вещания включены два каскада утроителя частоты. Поясните, почему вместо двух каскадов утроения частоты не используется один каскад в режиме умножения на 9?

4.7  При расчете модулируемого каскада на триоде в пиковой точке получены данные I_в1п = 20 А, I_в0п = 12 А,  I_у0п = 2 А,  I_у1п = 4 ηА,  η_в  = 0,76.  Как изменятся эти  колебания в режиме несущей частоты?

4.8  Какое количество телеграфных, телефонных, теле­визионных каналов  можно разместить в диапазоне длин волн от 1 до 10 м, если наибольшие частоты модуляции: для теле­графных каналов 300 Гц,  для телефонных 3400  Гц, для теле­визионных 6 МГц? В телевизионных каналах работа ведется на одной боковой полосе, а в телеграфных и телефонных - с АМ. При расчете нужно предусмотреть защитный интервал, состав­ляющий 10% от спектра сообщения.

4.9  В передатчике низовой связи девиация частоты равна 5 кГц.  Определить минимальную частоту модуляции, при кото­рой в спектре сигнала будет отсутствовать составляющая с не­сущей частотой.

4.10 В оконечном каскаде транзисторного радиопередатчика осуществляется коллекторная AM. Какую максимальную мощность в телефонном режиме может обеспечить передатчик на транзисторе КТ 802 А,  если η_к = 0,8   и  m = 1?

4.11 Передатчик с АМ мощностью Р_~т = 100 кВт. Определить минимальные, пиковые и средние мощности при m = 1 и  0,3.

4.12 Передатчик с АМ мощностью Р_~т = 250 кВт. Определить минимальные, пиковые и средние мощности при m = 1 и  0,4.

4.13  Передатчик звукового сопровождения ТВ программы работает в диапазоне  СВЧ с девиацией Δf = 75 кГц, полоса модулирующих частот  (30-15000) Гц. Определите полосу частот, занимаемую передатчиком.

4.14  Частотная модуляция в возбудителе передатчика ОВЧ-ЧМ вещания получается преобразованием из фазовой. Фазовый модулятор сохраняет линейность преобразования при Δf = 0.5 рад. Какое умножение частоты потребуется для обеспечения девиации Δf = 50 кГц? Варианты: а) Δf = 140°; б) Δf = 2,5 рад.

4.15 Определите необходимое изменение емкости контура для получения девиации частоты Δf = 6кГц на f_р = 30 МГц, если емкость контура АГ Ск = 50 пФ. Варианты: а) f_р = 70, Δf = 50 кГц, Ск = 25 пФ; б) fр = 250; Δf = 50 кГц, Ск = 15 пФ.

4.16 Составьте принципиальную схему модулируемого каскада РПДУ диапазона НЧ на двух транзисторах, включенных параллельно, с комбинированным смещением.

4.17 Определите значение сопротивления резистора смещения, если Е_см = -400В, I_у0 = 2 А. Какая мощность рассеивается на этом резисторе? Какой можно выбирать резистор?

Варианты:

а) Е_см = -360 В, I_у0 = 1 А; б) Е_см = -500 В, I_у0 = 2,5 А.

4.18  Показания измерительных приборов, включенных в сеточную и катодную  цепи, при режиме максимальной мощности I_у0п = 20 А, I_коп = 120 А. Определите режим по напряженности. Соответствует ли такой режим требуемому по напряженности в пиковой точке при коллекторной модуляции?

Варианты:

а) I_коп = 40 А, I_у0п = 5 А; б) I_коп = 15 А, I_у0п = 3 А.

4.19   Два радиовещательных РПДУ имеют АМ в выходном каскаде. Они работают на fр=100 МГц. Определите, возможны ли частотные искажения при передаче сообщений спектра частот (50-10000) Гц, если выходная  колебательная система состоит из одного контура с добротностью Q = 100? Что следует предпринять?

4.20 Что произойдет, если вторичная обмотка модуляционного трансформатора будет замыкаться по постоянной составляющей выходного тока генераторной лампы? Почему не допускают прохождение постоянной составляющей выходного тока модуляторных ламп через первичную обмотку  модуляционного трансформатора?

4.21  Если при измерении коэффициента гармоник  радиовещательного РПДУ Вы получили на всех контрольных частотах значение 1,5 %, то соответствует ли это требованиям ГОСТа?

4.22  Модулируемый каскад передатчика выполнен на транзисторе КТ-903А. Определите напряжение источника питания  Е_к.т  и мощность в режиме  несущей Р_~т.  Варианты: а) КТ-907; б) КТ-920Б.

Методические указания, решения и ответы.

4.1    См. [1 , стр. 223-228].

4.2    См. [1 , стр. 233].

4.3    См. [1 , стр. 312]. ФЧХ контура φ = arctg [(ω₀ / ω_к - ω_к / ω₀) .Q]. Один умножитель  на 3.

4.4  При радиовещании условие синхронизации с точностью ± (1-2) Гц, при  телефонии ± 10 Гц.

4.5   I_а1н =  I_alм / (l  +  m) ;   γ_1н (θ_н)  =  I_а1н / (U_gн .S);   γ_1н (θ_н)  = (1-cosθ);   Е_gн = Е_gm -  U_gн . cos (θ_н) ;U_{g m} = U_gн;    U_F = Е_gm - Е_gн;   p_F = 0,5 . U_F . I_F;   I_F = m . I_g0m.   

4.6  См. [5, стр. 418-419].

4.7 См.[5,стр.283].

4.8 409090; 36096; 40.

4.9  f = 2,08 кГц.

4.10  См. [4, стр. 441].

4.11  См. [5, стр. 304-305]. 

4.12  См. [5 ,стр. 304-305].

5 Цепи связи, фильтрации и блокировки

5.1  Рассчитать цепь связи между двумя каскадами, если R2 = 3 Ом, R1 = 50 Ом,   привести схему рассчитанной цепи.

5.2  Рассчитать фильтрующую систему, если R1 = R2 = 75 Ом, R0 = 250 Ом.

5.3  Рассчитать цепь связи между двумя каскадами, если R1 = R2 = 50 Ом, а R0 = 25 Ом,  привести схему рассчитываемого каскада.

5.4. Рассчитать ФНЧ – трансформатор, если Rн =10 Ом, Fн=88 МГц, Fв = 108 МГц, Rвх = 3 Ом, неравномерность АЧХ  ∆α < 0,05 дБ.  Привести схему рассчитываемого каскада.

5.5  Рассчитать повышающий трансформатор с несимметричным входом и выходом для КВ диапазона при следующих сопротивлениях Rн = 75 Ом; Rвх = 10 Ом, мощность в нагрузке Рн = 50 Вт, КБВ трансформатора не ниже 0,9. Привести схему трансформатора.

5.6 Рассчитать элементы цепи коррекции транзистора 2Т 925Б в диапазоне частот от 1,5 по 30 МГц.

5.7 Рассчитать элементы цепи коррекции транзистора 2П 907Б в диапазоне частот  до  1,5 ГГц.

5.8  Рассчитать трехдецибельный квадратурный мост на симметричных полосковых линиях с лицевой связью, если граничные частоты fн = 230 МГц, fв = 460 МГц, волновые сопротивления подводящих линий R=75 Ом, толщина подложки p = p = 1мм, толщина полосок 0,3 мм, диэлектрик выполнен из фторопласта. При этом допустимая неравномерность рабочего затухания должна быть не более +\- 0,3 дБ.

5.9 Рассчитать трехдецибельный квадратурный мост на симметричных полосковых линиях с боковой связью типа «Тандем»: граничные частоты fн = 200 МГц, fв = 300 МГц, волновые сопротивления проводящих линий R=50 Ом, толщина подложки h=2 мм, толщина полосок 0.2 мм, диэлектрическая проницаемость E=2,5, допустимая неравномерность рабочего затухания    должна быть не более +/- 0,5 дБ.

5.10 Рассчитать выходную фильтрующую систему: нижняя и верхняя граничные частоты передатчика fн.п = 3 МГц и fв.п = 30 МГц; номинальное нагрузочное сопротивление Rн = 50 Ом; допустимое значение КБВ нагрузки >  0,8; допустимое значение КБВ на входе фильтрующей системы >  0,7; допустимый уровень  высших гармоник в нагрузке передатчика адоп = - 60 дБ; дополнительное затухание, вносимое  согласующим устройством с антенной, асу = -5 дБ; относительная  величина высших гармоник тока аг2 = аг3 = -15 дБ;  первым элементом должен быть параллельный конденсатор.

5.11  Рассчитать МПЛ в контуре в схеме  при следующих данных: С1 = 15 пФ, С2 = 7 пФ (варикап), f0 = 900 МГц, Zc = 20 Ом. Напряжение на контуре нормируем  к напряжению U1.

Методические указания, решения и ответы.

5.1 См. [7,  стр. 201-205].

5.2 См. [7,  стр. 201-205].

5.3 См. [7,  стр. 201-205].

5.4 См. [7,  стр. 209-210].

5.5 См. [7,  стр. 233-234].

5.6 См. [7,  стр. 249-250].

5.7 См. [7,  стр. 249-250].

5.8 См. [7,  стр. 278-279].

5.9 См. [7,  стр. 278-279].

5.10  См. [7, стр. 299-300].

5.11  См. [7, стр. 307-308].

Приложение А

Таблица А.1 – Значения коэффициентов разложения импульса

θ 0	cos θ	α0	α1	α2	α3
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70	0.9962 0.9848 0.9659 0.9397 0.9063 0.8660 0.8192 0.7660 0.7071 0.6428 0.5736 0.5000 0.4226 0.3420	0.0185 0.0370 0.0555 0.0739 0.0923 0.1106 0.1288 0.1469 0.1649 0.1828 0,2005 0.2180 0.2353 0.2524	0.0370 0,0738 0.1102 0.1461 0.1811 0.2152 0.2482 0.2799 0.3102 0.3388 0.3658 0.3910 0.4143 0.4356	0.0369 0.0731 0.1080 0.1408 0.1710 0.1980 0.2214 0.2409 0.2562 0.2671 0.2735 0.2757 0.2736 0.2676	0.0368 0.0720 0.1043 0.1323 0.1549 0.1559 0.1814 0.1845 0.1811 0.1717 0.1569 0.1378 0.1156 0.0915
75 80 85 90 95 100 105 110	0.2588 0.1736 0.0072 0.0000 -0.0872 -0.1736 -0.2588 -0.3420	0.2693 0.2860 0.3023 0,3183 0.3340 0.3493 0.3642 0.3786	0.4543 0.4720 0.4870 0,5000 0.5109 0.5197 0.5266 0.5316	0,2580 0.2453 0.2298 0.2122 0.1930 0.1727 0.1519 0.1312	0.0668 0.0426 0,0200 0,0000 -0.0168 -0.0300 -0,0393 -0.0449
115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180	-0.4226 -0.5000 -0.5736 -0.6428 -0.7071 -0.7660 -0.8192 -0.8660 -0.9063 -0.9397 -0.9659 -0.9848 -0.9962 -1.0000	0.3926 0.4060 0.4188 0.4310 0.4425 0.4532 0.4631 0.4720 0.4800 0.4868 0. 4923 0.4965 0.4991 0.5000	0.5348 0,5363 0.5364 0.5350 0.5326 0.5292 0.5250 0.5204 0.5157 0.5110 0.5068 0.5033 0.5009 0.5000	0.1110 0.0919 0.0741 0.0581 0.0439 0,0319 0,0220 0.0142 0,0084 0,0044 0.0019 0.0006 0.0001 0,0000	-0.0469 -0.0459 -0.0425 -0.0373 -0.0311 -0.0224 -0.0180 -0.0123 -0.0078 -0.0041 -0.0018 -0,0006 -0.0001 0.0000

Приложение Б

Таблица Б.1 – Значения коэффициентов для расчета режима при α₀=0.2

θ 0	β0	β1	β3
30	-0.0064	-0.0125	-0.0104
35	-0.0073	-0.0142	-0.0114
40	-0.0062	-0.0122	-0.0105
45	-0.0021	-0.0046	-0.0076
50	0.0066	0.0107	-0.0034
55	0.0210	0.0356	0.0005
60	0.0423	0,0715	0.0022
65	0.0716	0 1190	-0.0002
70	0,1094	0,1782	-0.0084
75	0.1557	0.2480	-0.0232
80	0,2102	0.3267	-0.0445
85	0.2720	0.4117	-0.0709
90	0.3395	0.5000	-0.1000
95	0,4109	0.5883	-0.1291
100	0,4839	0.6733	-0.1555
105	0,5559	0,7520	-0.1768
110	0.6246	0.8218	-0.1961
115	0.6874	0,8810	-0.1998
120	0,7423	0.9285	-0,2022
125	0.7877	0.9644	-0.2005
130	0,8226	0.9893	-0,1966
135	0,8465	1.0046	-0,1924
140	0,8598	1.0122	-0.1895
145	0,8636	1,0142	-0.1886
150	0,8596	1,0125	-0.1896

Приложение В

Таблица В.1 – Значения функций Бесселя I_{к (m)}

к  \  m	1	2	3	4	5
0	0,765	0,224	-0,26	-0,397	-0,178
1	0,44	0,577	0.399	-0,066	-0,328
2	0,115	0,353	0,486	0,364	0,047
3	0,02	0,129	0,309	0,43	0,365
4	0,002	0,034	0,132	0,281	0,391
5	2·10-4	0,007	0,043	0,132	0,261
6	2·10-5	0,001	0,011	0,049	0,131
7	10-6	2·10-4	0.003	0,015	0.053

Приложение Г

Таблица Г.1 – Значения функции Евтянова

α0	F
5	0.0873
10	0.1745
15	0.2618
20	0.3489
25	0.4360
30	0,5227
35	0,6088
40	0,6941
45	0,7780
50	0,8598
55	0,9386
60	1,0134
65	1,0826
70	1,1445
75	1,1969
80	1,2376
85	1,2639
90	1,2732
95	1,1375
100	1,0122
105	0,8960
110	0,7880
115	0,8873
120	0,5935
125	0,5061
130	0,4250
135	0,3501
140	0,2815
145	0,2193
150	0,1639
155	0.1157
100	0.0751
185	0.0428
170	0,0192
175	0.0048
180	0,0000

Список литературы

1. Проектирование радиопередатчиков / Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2000.

2. Проектирование радиопередатчиков / Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003 – 652 с.

3. Радиопередающие устройства / Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь,2002.

4. Атаманцева Ф.С. Радиопередающие устройства. Сборник задач и упражнений. – М.: Радио и связь, 1991.

Содержание

Введение 

Список условных обозначений, сокращений и терминов 

Указания по выполнению самостоятельных работ 

1 Радиосигнал и его характеристики   

2 Генераторы с внешним возбуждением 

3 Автогенераторы 

4 Модуляция в передатчиках  

5 Цепи связи, фильтрации и блокировки  

Приложение А  

Приложение Б   

Приложение В   

Приложение Г   

Список литературы   

Сводный план 2014 г., поз. 160

Владимир Викторович Артюхин
Антон Владимирович Артюхин

РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Сборник задач для  студентов специальности  5B073100

Редактор Л.Т. Сластихина
Специалист по стандартизации  Н.К. Молдабекова

Подписано в печать
Формат 60x84  1/16. 
Тираж 50 экз.
Бумага типографская № 1.
Объем 1,4 уч.- изд.л.
Заказ №         Цена  700   тенге

Копировально-множительное бюро
Некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013, Алматы, ул. Байтурсынова, 126