|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы <РКГ -, IPH2- а - Вход al-  а -\ Выход Вход И1Н1 <0 в- 0.1- Выход а(а2) Вход "" а) /" ~\Вб1ход Рис. 1.9 Рис. 1.10 КПД к нестабильности напряжений питания. Недостатком прибора является ограниченная полоса частот, делающая необходимой механическую перестройку резонаторов при смене рабочих волн. Этот недостаток частично устраняют совершенствованием перенастраивающих механизмов и переходом к литерному исполнению ламп. Литерные приборы работают на фиксированных частотах, их настраивают на требуемые параметры в заводских условиях при изготовлении и регулировке. Формирование требуемой амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) клистрона большим числом высокодобротных резонаторов служит причиной заметной ее чувствительности к изменениям параметров резонаторов. Добротности и резонансные частоты контуров зависят от питающих напряжения и тока прибора, а также от температуры его корпуса. Стабилизация частотных характеристик клистрона требует принятия специальных мер как при его изготовлении, так и при эксплуатации. Это затрудняет эксплуатацию клистронов, особенно в необслуживаемом оборудовании, например в бортовых передатчиках искусственных спутников Земли (ИСЗ). Лампы бегущей волны уступают клистронам по мощности, существенно ниже и их КПД. Они часто требуют большего числа источников питания; высока и чувствительность прибора к нестабильности напряжений питания. Жесткие требования предъявляют ЛБВ к согласованию их входных и выходных цепей. Рассогласование в любом из этих трактов может привести к самовозбуждению усилителя. Лампы бегущей волны превосходят клистроны только по одному параметру - полосе частот. Преимущества клистронов особенно заметны при высоких уровнях мощности; на малых и средних в аппаратуре РРС и бортовых передатчиках ИСЗ предпочтение отдается ЛБВ. Одна модификация прибора обеспечивает здесь работу в любом стволе в пределах выделенного диапазона. Для изображения клистрона на принципиальной электрической схеме стандарт предлагает два варианта. Один (рис. 1.9,6) служит для представления тракта радиочастоты. На нем цифрой дают число промежуточных резонаторов, а выводы анода (корпуса), катода (К) и коллектора (Кол) не показывают. Другой вариант (рис. 1.9,а) позволяет рассматривать совместно цепи питания и радиочастотные. Допустимо и раздельное их представление. Рядом с изображением лампы размещают СИМВОЛ, указывающий тип фокусирующей системы - электрическим (рис. 1.9) или постоянным (рис. 1.10) магнитом. Для опреде- ленности показан клистрон с трехэлектродной пушкой. Управляющий электрод позволяет регулировать величину тока катода при фиксированном напряжении анода. Сказанное выше о схемах справедливо и для ЛБВ, два принятых ее изображения (рис. 1.10) даны с указанием назначения выводов прибора. Основные параметры клистронов и ЛБВ Диапазон рабочих частот, ГГц..............................---- /min ./max Мощность в нагрузке номинальная, кВт........................ Яном Число резонаторов клистрона.................................. N КПД при номинальной мощности.............................. tjhom Напряжение анода номинальное, кВ............................ Еа.ном Ширина полосы частот, МГц .................................. Д/у Коэффициент усиления мощности, дБ......................... Кр Отклонение амплитудно-частотной характеристики от наибольшего значения в полосе частот, дБ................ М Ток катода номинальный, А ................................... /к.ном Ток накала, А ................................................. 1я Напряжение накала, В ........................................ Среди параметров указано анодное (ускоряющее) напряжение Еа,- У клистрона оно приложено на участке катод-корпус (резонаторный блок, анод), в ЛБВ - между катодом и замедляющей системой (рис. 1.10). В паспортных данных на прибор помимо перечисленных и данных в табл. 1.9-1.11 параметров приводятся сведения о волновых сопротивлениях входного и выходного фидеров, конструкции радиочастотных разъемов, соединяющих прибор с внешними цепями. Характерные значения сопротивлений 50 и 75 Ом. Важным параметром, определяющим эксплуатационные свойства клистронов и ЛБВ, является ток анода (спирали) /а. Обычно /атах 0,05 ... 0,10/к.ном Допустимые значения коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) на выходном фидере равны 1,2... 1,4 и еще меньше для ЛБВ. В число параметров включают также коэффициент преобразования AM в ФМ, выражаемый в рад/дБ. Его значение составляет около 0,05 у клистронов и 0,02.. .0,03 у ЛБВ. Частотная характеристика ЛБВ в пределах полосы неравномерна. Эту неравномерность характеризуют производной АЧХ по частоте, выраженной в дБ/МГц. С помощью этой величины оценивают неравномерность АЧХ в полосе сигнала. Катоды вакуумных приборов работают в режиме пространственного заряда. Номинальный ток катода /к.ном и напряжение i?a.HOM связаны отношением = ае1/. (1.1) Коэффициент пропорциональности а между током и напряжением называют первеансом. Его значение во многом определяет два важных параметра клистронов и ЛБВ - полосу и усиление. Влияет первеанс и на КПД прибора. В связи с малостью значения а его выражают в мкА/В/ и пользуются понятием микропервеанс а.
Таблица 1.10
Страна Россия Франция США Франция США Франция Модель УВ-332 ТН3671 ТН3672 ТН3619 VT06290 ТН3025 RW4026 ТН3517В ТН3656 /min • . ••/max, ГГц 14,0... 14,5 4,4...5,0 7,9...8,4 11,7. ..12,5 14,0...14,5 27,5...29,5 43,5...45,5 14,0...14,5 27,5...30,0 Таблица 1.11 1 ном, 300 160 150 230 220 250 250 2500 1000 А-у. дБ 50 50 50 45 54 29 33 а.ноы, 5.5 7,0 8,5 18 24 -к.ноы, 0,22 0,156 0,22 0,14 0.17 13,5 17,5 т, кг 2,6 2,7 7,7 6,8 Связь между током 4, напряжением Е, мощностью электронного потока Ро = EIt: и проводимостью (сопротивлением) дается соотношениями Ро = P/v- Е = pIIAI: h = Po/E = AEll; Ro\/Go = Eo/IPoA-l\ (1.2) Формулы используют при поверочном расчете режимов клистронов и для определения отсутствующих в таблицах параметров. В нашей стране эксплуатируют клистронные телевизионные передатчики отечественного производства и изготовленные в ЧСФР. Параметры приборов для них даны в табл. 1.9. Там же приведены сведения о приборах фирмы Thomson-CSF (Франция). Она принадлежит к числу ведущих в мире- по производству вакуумных приборов для телевизионного вещания и спутниковой связи [1.26]. Передатчики тропосферной связи, земных и бортовых станций спутниковой связи являются уникальным оборудованием, которое изготовляют небольшими партиями. В отечественной практике их проектирование включает, как правило, и создание нового прибора, наилучшим образом отвечающего специфическим требованиям разрабатываемого радиопередающего устройства. Сведения о клистронах даны в табл. 1.10. Совершенствование клистронов идет по четырем основным направлениям - улучшению полосовых свойств, повышению КПД, увеличению срока службы и снижению габаритов и массы. Применять ЛБВ рекомендуется только в типовых режимах. Мощность, отдаваемая ею, резко уменьшается при отклонении питающих напряжений от номинальных. Сведения о некоторых отечественных и зарубежных ЛБВ, разработанных для спутниковой связи, приведены в табл. 1.11. Электронный КПД ЛБВ, оцениваемый отношением выходной мощности к мощности электронного потока Ро, невелик и составляет 5...25 %. Меньшие значения характерны для коротковолновых приборов. Для повышения КПД усилителя применяют секционированные коллекторы с пониженным относительно анодного напряжением. Это позволяет при том же электронном КПД за счет частичной рекуперации энергии поднять КПД преобразования энергии источников питания до 10...35 %. Мощность приборов бортовых станций достигает 100 Вт и более, наземных на порядок больше. По прогнозам в ближайшем будущем ЛБВ названных применений будут иметь КПД 60.. .65 %. Повышение КПД связывают с совершенствованием замедляющих систем, подъемом электронного КПД, а также с повышением эффективности многоступенчатых коллекторов. ЛБВ перспективны и в качестве оконечных усилителей земных станций диапазонов выше И ГГц. Их мощность достигает 3...5 кВт, а использование многолучевых и высокопервеансных потоков позволит снизить ускоряющее напряжение до 5...7 кВ. Ведутся исследования по линеаризации амплитудных характеристик и снижению уровня амплитудно-фазовой конверсии. Если в проектируемом передатчике предполагается применить прибор уже выпускаемый промышленностью, то его параметры должны соответствовать требованиям технического задания. Отступления в меньшую сторону в части использования номинальной мощности допустимы. 1.6. Общие рекомендации по построению структурной схемы тракта радиочастоты передатчика В начале проектирования, как уже было сказано, необходимо составить структурную схему всего тракта радиочастоты передатчика. На этом первом этапе схема является ориентировочной, потому что составляется на основе обобщения опыта проектирования передатчиков, накопленного в прошлом, использования усредненного коэффициента Np,
Примечание. Для каскадов УМК Np указано с учетом мощности в балластных резисторах, устанавливаемых обычно на входе каскада для улучшения линейности усиления. Если передатчик предназначен для нескольких видов модуляции, необходимо принимать для расчета меньшее из значений Np. представляющего собой отношение номинальных (паспортных) мощностей электронных приборов двух соседних каскадов (табл. 1.12). Такой обобщенный подход позволит достаточно просто получить представление о том, каким в первом приближении будет проектируемый передатчик, и при дальнейшем проектировании согласовывать отдельные частные решения с общей структурной схемой передатчика в целом. В процессе реального производственного проектирования или при выполнении дипломного проекта, когда рассчитывают все каскады передатчика, Рис. 1.11 иногда в структурную схему приходится вносить некоторые изменения, возникающие в результате более точного учета свойств каждого каскада. При курсовом проектировании из-за ограниченного объема расчетов обычно не возникает оснований для подобной корректировки. В целях достижения высокой стабильности частоты при выполнении других требований современные передатчики чаще всего строят, как многокаскадные. Задача составления структурной схемы состоит в том, чтобы определить рациональное число каскадов высокой частоты между возбудителем (автогенератором) и выходом передатчика, обеспечивающее выполнение заданных технических требований к передатчику при минимальных затратах средств на изготовление и при достаточно высоком коэффициенте полезного действия. В процессе составления структурной схемы определяют также минимальное необходимое (рациональное) число выпрямителей и их стандартные напряжения. Колебания маломощного возбудителя (Рвоз 0,01 Вт) последовательно усиливаются несколькими каскадами усиления и доводятся до заданной мощности (рис. 1.11). В мощных оконечных транзисторных каскадах приходится объединять для совместной работы много (десят ки, около ста) транзисторов с помощью схем сложения мощностей [1.1] (рис. 1.12). Сложение мощностей используют также для повышения 1> \Предва- возИищиий уса-тель штем ЕШтный модуль
I Выходная Предоконечная \ группа группа мадулвИ модулей Рис. 1.12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||