Радиопередающие устройства. Основы теории и расчета

Оглавление

Предисловие 3
Основные условные обозначения 4
Введение. Назначение, области применения и основные
характеристики радиопередатчиков 5

B.1. Радиопередатчики в системах радиосвязи 5
B.2. Классификация радиопередатчиков 6
B.3. Основные характеристики радиопередатчиков 7
B.4. Функциональные схемы радиопередатчиков 9
B.5. Возбудители радиопередатчиков 11
B.6. Выходные каскады усиления радиопередатчиков 12

Часть 1. Теоретические основы радиопередатчиков

1 Усилители мощности 14

1.1. Основные элементы и параметры усилителей мощности 14
1.2. Активные элементы в усилителях мощности 16
1.3. Режимы работы активного элемента в усилителях мощности 20
1.4. Усилители мощности на активных диодах 22
1.5. Режим работы активного элемента с гармоническим выходным напряжением и отсечкой выходного тока 23
1.5.1. Реализация режима с отсечкой выходного тока 23
1.5.2. Энергетические параметры режимов АЭ 26
1.5.3. Нагрузочные характеристики АЭ 28
1.6. Работа активного элемента на повышенных частотах 29
1.6.1. Особенности работы УМ на повышенных частотах 29
1.6.2. Биполярный транзистор в усилителе мощности 33
1.6.3. Мощные биполярные транзисторы в УМ 35
1.7. Работа активного элемента в усилителях мощности на высоких (сверхвысоких) частотах 42
1.7.1. Транзисторные УМ, выполняемые по схеме с ОБ 42
1.7.2. Полевые транзисторы в УМ 46
1.8. Ключевые режимы работы активного элемента 49
1.8.1. Ключевые режимы с выходным током и напряжением в форме меандра 49
1.8.2. Расчет ключевых режимов с колебаниями в форме меандра 50
1.8.3. Особенности работы типовых схем ключевых УМ 51
1.9. Цепи питания, смещения и согласования в усилителях мощности 55
1.9.1. Цепи питания 55
1.9.2. Цепь смещения 57
1.9.3. Согласующие цепи узкополосных УМ 59
1.9.4. Согласующие цепи широкополосных УМ 61
1.10. Сложение мощностей в усилителе мощности 62
1.10.1. Параллельное включение активных элементов 62
1.10.2. Двухтактное включение АЭ 65
1.10.3. Мостовое включение АЭ 68
1.10.4. Сложение мощностей в пространстве 75

2 Умножители частоты 79

2.1. Назначение, классификация и основные характеристики умножителя частоты 79
2.2. Транзисторные умножители частоты 80
2.3. Варакторные умножители частоты 82
2.4. Расчет режима работы варактора в умножителе частоты 85

3 Автогенераторы 91

3.1. Общие сведения об автогенераторах 91
3.2. Стационарный режим автоколебаний 93
3.3. Возбуждение колебаний в автогенераторе 95
3.4. Автогенераторы на АЭ с характеристиками S-типа 96
3.5. Стабильность частоты колебаний автогенератора 97
3.5.1. Кратковременная стабильность частоты 97
3.5.2. Долговременная стабильность частоты 100
3.6. Транзисторные автогенераторы 101
3.6.1. Типы схем транзисторных автогенераторов 101
3.6.2. Условия существования стационарного режима и возбуждения колебаний 103
3.6.3. Режим транзистора по постоянному току 105
3.6.4. Практические схемы АГ 106
3.7. Диодные автогенераторы 108
3.7.1. Автогенераторы на туннельных диодах 108
3.7.2. Диодные автогенераторы СВЧ 110
3.7.3. Автогенераторы на диодах Ганна 113
3.4.4. Автогенераторы на лавинно-пролетных диодах 117
3.8. Кварцевая стабилизация частоты в автогенераторах 121
3.8.1. Основные характеристики кварцевого резонатора 121
3.8.2. Транзисторные автогенераторы с кварцевой стабилизацией частоты 123
3.8.3. Кварцевые АГ на туннельных диодах 126

4 Синтезаторы частоты 128

4.1. Основные характеристики синтезаторов частоты 128
4.2. Метод прямого синтеза частот 129
4.3. Методы непрямого синтеза частот 132
4.3.1. Аналоговые СЧ непрямого синтеза 132
4.3.2. Цифровые синтезаторы частоты 135
4.4. Источники эталонных колебаний синтезаторов 136
4.5. Синтезаторы частоты с ПАВ-элементной базой 137

5 Модуляторы 139

5.1. Методы модуляции 139
5.2. Амплитудная модуляция 141
5.2.1. Показатели и характеристики амплитудной модуляции 141
5.2.2. АМ изменением напряжения питания (коллекторная модуляция) 144
5.2.3. АМ изменением напряжения смещением 147
5.2.4. Комбинированная АМ 148
5.3. Однополосная амплитудная модуляция 149
5.4. Импульсная модуляция 154
5.5. Угловая модуляция 159
5.5.1. Виды угловой модуляции и ее основные характеристики 159
5.5.2. Частотная модуляция 162
5.5.3. Фазовые модуляторы 167

6 Устройства генерации и формирования сигналов СВЧ и оптического диапазонов волн 172

6.1. Клистронные автогенераторы 172
6.1.1. Принцип действия пролетных и отражательных клистронов 172
6.1.2. Усилители мощности и умножители частоты на пролетных клистронах 174
6.1.3. Автогенератор на отражательном клистроне 176
6.2. Автогенераторы и усилители на лампах бегущей волны 179
6.2.1. Принцип действия ЛБВ 179
6.2.2. Усилители на ЛБВ типа О 181
6.2.3. Автогенераторы на ЛБВ-О 183
6.2.4. Автогенераторы и усилители на лампах обратной волны 183
6.3. Автогенераторы СВЧ на элементах магнетронного типа 185
6.4. Элементы радиопередатчиков оптического диапазона волн 190
6.4.1. Оптические линии связи 190
6.4.2. Лазеры 191
6.4.3. Высокостабильные квантовые генераторы диапазона СВЧ 196
6.4.4. Модулятор лазера (для инжекционных полупроводниковых лазеров) 198

7 Методы обеспечения качества работы радиопередатчиков 200

7.1. Обеспечение электромагнитной совместимости РЭС 200
7.1.1. Побочные излучения радиопередатчиков 201
7.1.2. Основные направления обеспечения ЭМС РЭС 206
7.2. Обеспечение устойчивости работы радиопередатчиков 209

8 Особенности построения радиопередатчиков различного назначения 212

8.1. Краткая характеристика основных типов радиопередатчиков 212
8.2. Функциональные схемы радиопередатчиков основных типов систем
радиосвязи 212
8.2.1. Радиовещательные передатчики 214
8.2.2. Передатчики профессиональной радиосвязи 217
8.2.3. Телевизионные передатчики 217
8.2.4. Передатчики радиорелейных систем связи 220
8.2.5. Передатчики тропосферных линии связи 223
8.2.6. Передатчики спутниковых систем связи 224
8.3. Перспективы развития радиопередающих устройств 227

Список литературы к части 1 231

Часть 2. Основы расчета радиопередатчиков

9 Выбор схем радиопередатчиков и определение их основных
параметров 234

9.1. Функциональная схема бортового радиопередатчика системы
передачи информации 234
9.2. Функциональная схема портативного радиопередатчика помех 239
9.3. Функциональная схема стационарного радиопередатчика системы передачи информации 242
9.4. Примеры составления схем радиопередатчиков 247

10 Расчет усилителей мощности 253

10.1. Расчет режима работы маломощного биполярного транзистора 253
10.2. Расчет режима работы биполярного транзистора на повышенных частотах 254
10.3. Расчет режима работы мощного биполярного транзистора 257
10.4. Расчет режимов работы полевых транзисторов 260
10.5. Расчет цепей смещения и согласования в усилителе мощности 261
10.6. Суммирование мощностей транзисторных усилителей 265

11 Расчет умножителей частоты 271

11.1. Расчет транзисторного умножителя частоты 271
11.2. Расчет диодного (варакторного) умножителя частоты 280

12. Расчет автогенераторов 286

12.1. Расчет транзисторного LC-автогенератора 286
12.2. Расчет транзисторного автогенератора с кварцевой стабилизацией 291
12.2.1. Основные типы и характеристики кварцевых резонаторов 291
12.2.2. Методики расчета автогенераторов 302
12.3. Расчет автогенератора на туннельном диоде 313
12.4. Расчет автогенератора на диоде Ганна 315
12.4.1. Эквивалентные схемы генератора и их анализ 316
12.4.2. Расчет автогенератора на диоде Ганна волноводной конструкции 321
12.4.3. Расчет автогенератора на диоде Ганна в микрополосковом исполнении 322
12.5. Расчет автогенератора СВЧ на лавинно-пролетном диоде 324
12.6. Анализ режимов работы автогенератора с использованием годографа 326

13 Расчет синтезаторов частоты 328

13.1. Варианты структур и основные характеристики синтезаторов частоты 328
13.2. Синтезатор на кольце ФАП с трактом вычитания 338
13.3. Синтезатор частоты на кольце ФАП с трактом деления 344
13.4. Расчет синтезатора частоты с аппроксимационным синтезом сетки частот 348

14 Расчет модуляторов 350

14.1. Расчет каскадов с амплитудной модуляцией 350
14.2. Расчет каскадов с угловой модуляцией 353
14.2.1. Расчет частотного модулятора на варикапе 353
14.2.2. Расчет каскадов фазовых модуляторов 357

15 Оценка технико-экономической эффективности проектируемых радиопередатчиков 364

15.1. Критерии эффективности радиопередатчиков 364
15.2. Принципы формирования критериев эффективности 365
15.3. Выбор базового варианта технического решения 365
15.4. Технико-экономическая оптимизация радиопередатчиков 366
15.5. Учет затрат и ограниченных ресурсов 367
15.6. Сопоставимость сложных систем 368
15.7. Метод перевода ряда показателей в разряд ограничений 370

Список литературы к части 2 371

Приложение 1. Параметры биполярного транзистора 377
Приложение 2. Параметры полевых транзисторов с барьером Шотки
средней и большой мощности 378
Приложение 3. Параметры умножительных диодов 378
Приложение 4. Параметры лавинно-пролетных диодов 379
Приложение 5. Параметры диодов Ганна 380