Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Повышение эффективности мощных вещательных и связных передатчиков с однополосной и амплитудной модуляцией на основе использования ключевых анодных модуляторов и регуляторов Ткаченко, Дмитрий Александрович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ткаченко, Дмитрий Александрович. Повышение эффективности мощных вещательных и связных передатчиков с однополосной и амплитудной модуляцией на основе использования ключевых анодных модуляторов и регуляторов : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.12.17.- Санкт-Петербург, 1993.- 19 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы. Использование ключевых анод-сых модуляторов позволяет не только существенно повысить энергети-іескуга эффективность мощных радиопередатчиков ДВ, СВ и KB диапазо-юв, но также уменьшить массогабаритные показатели передатчиков, по-іьісить их надежность (при реализации ключевых модуляторов на полупро-юдниковых приборах) и обеспечить возможность перевода вещательных іередатчиков в бднопЬлосный (ОБП) режим с остатком несущей R5E в юответствии с решениями Всемирной административной конференции по іадиосвязи и радиовещанию. Переход на однополосное вещание предпола-'авт использование тех или иных методов высокоэффективного усиления ісщности ОБП колебаний, причем наиболее перспективным представляется ірименение метода раздельного усиления составляющих однополосного :игнала (метода Кана), при реализации которого оконечный каскад ВЧ ракта работает в энергетически выгодном перенапряженном режиме. Кро-ге того, радиопередатчик с раздельным усилением может использоваться і в режиме традиционного АМ-вещания АЗЕ . Однако известные в лае'-оящее время методики не позволяют произвести оценку нелинейных искажений вещательных ОБП передатчиков с раздельным усилением при модулями гармоническим НЧ сигналом с произвольной глубиной модуляции, ког-іа на выходе передатчика присутствует двухтоновый сигнал (ДГС) с неодинаковыми по величине амплитудами тонов (роль одного из тонов игра->т сигнал несущей), что не дает возможности сформулировать достаточ-ю объективные требования к узлам передатчиков.

Известные методики расчета ключевых модуляторов на электронных іампах, опирающиеся на использование упрощенных математических моде-сей ламп, не позволяют в полной мере оценить искажения, обусловленные іаличием паразитных емкостей и нелинейностью статических характеристик ламп, а также не дают возможности произвести расчет режимов работы сеточных цепей, без которого невозможно эффективное использование cam по мощности.

Ограниченное быстродействие существующих мощных полупроводнико-)ых приборов диктует необходимость поиска, возможностей снижения до приемлемого уровня нелинейных искажений выходного сигнала радиопере-іатчиков с ключевыми модуляторами для анодной модуляции на полупро-)одниковых приборах. Использование грубого ступенчатого регулирова-гая напряжения анодного питания оконечных каскадов, работающих в ре-

- г -

жиме линейного усиления, также не является очевидным решением указанной проблемы, поскольку в этом случае происходит рост нелинейных искажений выходного сигнала из-за ненулевой проницаемости ламп.

Общим недостатком существующих радиопередатчиков с ключевыми анодными модуляторами является повышенный (по сравнению с традиционными передатчиками) уровень нелинейных искажений. Таким образом, задача одновременного повышения энергетической эффективности мощных радиопередатчиков в сочетании с обеспечением высоких качественных показателей в настоящее время не рзиена.

Доль и задачи работы. Целью диссертационной работы является улучшение качественных и энергетических характеристик мощных радковещательных и связных передатчиков с ключевыми анодными модуляторами и регуляторами на основе совершенствования методик расчета и выбора режимов, учитывающих нелинейность статических характеристик мощных электровакуумных приборов', наличие паразитных междуэлектродных и монтажных емкостей, емкостей защитных цепей запираемых тиристоров, а также наличие выходных ФНЧ модуляторов.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

  1. Выбор качественных показателей вещательных передатчиков в ОБП режиме и разработка методик расчета комбинационных искажений и уровней внеполоекых излучений на выходе передатчиков с раздельным усилением составляющих однополосного сигнала при произвольной глубине модуляции.

  2. Исследование с помощью разработанных методик влияния основных факторов, порождающих нелинейные искажвшя в пепедатчиках с раздельным усилением.

  3. Разработка методик расчета ламповых ключевых модуляторов, учитывающих влияние паразитных емкостей и нелинейность статических характеристик ламп на основе тангенс-гиперболической аппроксимации. Анализ энергетических и качественных показателей радиовещательных передатчиков с ламповыми ключевыми модуляторами в режимах амплитудной

и однополосной модуляции. Разработка и совершенствование технических реыений, позволяющих уменьшить потери на сетках ламп и снизить уровень нелинейных искажений выходного сигнала. Разработка методики проектирования цепей экранирующих сеток тетродов, работающих в ключевом режиме.

  1. Исследование процессов в радиопередатчике с импульсно-сту-пенчатым модулятором (ИСМ) при использовании для управления ключами алгоритма многоканальной НИМ. Оценка энергетической эффективности ступенчатого регулирования напряжения анодного питания усилителя мощности однополосного сигнала с учетом нелинейности характеристик ламп. Разработка и совершенствование схемных решений, позволяющих снизить нелинейные искажения выходного сигнала,

  2. Экспериментальное исследование различных вариантов ключввых анодных модуляторов и регуляторов.

Методы исследования. Для решения перечисленных выше задач были использованы методы теории линейных и нелинейных электрических цепей, методы спектрального анализа (ряды Фурье), метода математического моделирования, метод регрессионного анализа, метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). Основные результаты работы подтверждены экспериментальными исследованиями на лабораторных и конструктивных макетах.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Получены аналитические выражения, позволяющие рассчитать амплитуды комбинационных нелинейных искажений на выходе радиовещательного передатчика с раздельным усилением составляющих однополосного сигнала при произвольной глубине модуляции.

  2. Для различных значений глубины модуляции произведен анализ влияния на искажения выходного сигнала вещательного передатчика с раздельным усилением широкого круга факторов (АЧХ и ФЧХ реальных фильтров в канале огибающей в сочетании с искусственной задержкой сигнала в БЧ тракте и без нее, а также нелинейности статической модуляционной характеристики), что позволило сформулировать достаточно эбъективные требования к узлам передатчика.

  3. Разработаны математические модели и методики расчета ламповых модуляторов классов -D и В 2) , учитывающие нелинейность вольт-ам-іерньк характеристик электронных ламп и диодов, паразитные междуэлектродные и монтажные емкости, а также параметры ФНЧ. Исследованы энергетические режимы сеточных цепей ламп ключевых модуляторов, а гакже проведен анализ влияния различных факторов на искажения, обус-ювленйые нелинейностью начального участка статической характеристики шючевых модуляторов.

  4. Определены нелинейные искажения и внеполосные излучения ра-іиопередатчика с ИСЫ при использовании для управления ключами алго-

- 4 -ритма многоканальной ШШ.

5. Произведена оценка энергетической эффективности ступенчатого регулирования напряжения анодного питания усилителя мощности однополосных колебаний с учетом нелинейности характеристик электронных ламп.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

  1. Предложены методики анализа нелинейных искажений и внеполос-ньк излучений вещательных передатчиков с раздельным усилением составляющих однополосного сигнала, пригодные для инженерного использования.

  2. Сформулированы требования к необходимой полосе пропускания выходных фильтров ключевых модуляторов вещательных передатчиков с раздельным усилением, а также требования к допустимой величине разности задержек сигналов в НЧ и ВЧ трактах таких передатчиков.

  3. Даны рекомендации по выбору допустимых с энергетической точки зрения режимов работы ламп в ключевых модуляторах: приведены соображения по выбору параметров закона регулирования напряжения на экранирующих сетках тетродов, предложена методика расчета величин гасящих сопротивлений.

  4. Определена элементная база ламповых модуляторов класса BD для различных представляюіцих практический интерес уровней мощности. Показано, что основные закономерности, а также предложенные методики расчета и выбора режимов работы ламп справедливы для всех рассмотренных уровней мощности, находящихся в пределах от 2 кВт до 2 МВт.

  5. Определены требования к необходимой точности намотки вторичных обмоток многообмоточного сетевого трансформатора, входящего в состав ИСМ.

  6. Даны рекомендации по выбору числа ступеней регулирования напряжения анодного питания мощных однополосных усилителей.

  7. Предложен целый ряд новых технических решений (новизна которых подтверждена положительными решениями по заявкам на изобретения) позволяющих улучшить качественные показатели радиопередатчиков с ключевыми модуляторами на лампах и полупроводниковых приборах и уменьшить потери в,различных цепях ключевых модуляторов (потери в цепях экранирующих сеток тетродов, потери из-за перехода ламп в активный режим работы при малой длительности отпирающих импульсов, коммутационные потери).

Основные положения, выносимые.л а защиту.

1. Относительный уровень нелинейных искажений на выходе вещате
льного передатчика с раздельным усилением составляющих однополосного
сигнала при некоторых значениях глубины модуляции, находящихся в ок
рестности ее критического значения, ыожет существенно

Сна 15...20 дБ) превышать уровень,' определенный путем использования стандартного равноамплитудного двухтонового испытательного сигнала, который соответствует критической глубине ыодуляции.

  1. Разработанная методика позволяет установить количественную зависимость между уровнем искажений в канале огибающей и уровнем искажений на выходе вещательного передатчика с раздельным усилением составляющих однополосного сигнала при произвольной глубине модуляции.

  2. Разработанные методики расчета ламповых ключевых модуляторов и предложенные оригинальные технические решения дают возможность обеспечить энергетически эффективный режим работы усилительных приборов, позволяя в 2...4 раза повысить выходную мощность по сравнению с модуляторами, рассчитанными по известным упрощенным методикам, при сохранении высокого КПД и допустимой мощности потерь

на сетках, в результате чего использование ламп'по мощности, не уступает лучшим зарубежным образцам.

  1. Качество сигнала на выходе вещательных передатчиков KB диапазона в однополосном режиме с ослабленной несущей ЯЗЕ можно характеризовать теми же показателями, что используются в режиме обычной амплитудной модуляции AiE . Использование разработанных методик расчета, учитывающих нелинейность статических характеристик лаып и--паразитные меядуэлектродныв и монтажные емкости, позволяет снизить коэффициент гармоник выходного сигнала радиопередатчиков с ламповыми модуляторами класса Ъ да приемлемой величины 3 %.

  2. Одним из основных источников нелинейных искажений выходного сигнала радиопередатчика с ИСМ, для управления ключами которого используется алгоритм многоканальной ШИМ, является нелинейность начального участка статической модуляционной характеристики, обуслов--ленная значительной длительностью процессов перезаряда емкостей защитных цепей запираемых тиристоров. Соответствующий выбор значений емкостей защитных цепей запираемых тиристоров позволяет обеспечить суммарный уровень указанных искажений в режиме AM не более 3 % при

- 6 -глубине модуляции до 90 %,

Реализация результатов работы. Основные результаты работы использованы Российским институтом мощного радиостроения и радиоцентром РЦ-ІІ (г.Красный Бор), что подтверждено актами о внедрении.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4& -ой научно-технической конференции НГОРЭС им.А.С.Попова (С.-Петербург, 1993), а также на научно-технических семинарах кафедры радиотехники СПбПУ и кафедры радиопередающих устройств ЭИС им.М.А.Бонч-Бруввича-

Публикации. Материалы .работы отражены в 6 статьях, 2 депонированных рукописях и тезисах I доклада на научно-технической конференции. Имеется также 8 положительных решений по заявкам на изобретения.

Вклад автора в разработку проблемы. Основные научные положения, выводы и рекомендации получены автором самостоятельно.

Структура и объем диссертации. Работа состоит иа введения, пяти разделов, заключения^ списка литературы и приложения. Основной текст диссертации содержит' 144 машинописных страницы и 8 9 страниц иллюстраций (рисунков и таблиц). Список литературы содержит 123 наименования.

Похожие диссертации на Повышение эффективности мощных вещательных и связных передатчиков с однополосной и амплитудной модуляцией на основе использования ключевых анодных модуляторов и регуляторов