Исследование, анализ и расчет оконечного каскада твердотельных, высокоэффективных радиопередающих устройств СНЧ диапазона.

ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ СНЧ ДИАПАЗОНА 8
1.1. Постановка задачи 8
1.2. Расчет требований к силовой части РПДУ. 11
1.3. Анализ существующих методов построения РПДУ с использованием современных твердотельных элементов 14
1.3.1. Построение РПДУ СНЧ диапазона с использованием мощных быстродействующих тиристоров 16
1.3.2. Построение многоячеечного СНЧ РПДУ на мощных отечественных транзисторах 18
1.4. Выводы по главе 1. 21
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ СНЧ ДИАПАЗОНА 23
2.1. Проведение анализа однотактного ключевого усилителя 23
2.1.1. Применение широтно-импульсной модуляции 23
2.1.2. Схема и принцип действия однотактного усилителя 25
2.1.2.1. Основные уравнения, применяемые при расчете мощностных потерь. 30
2.2. Исследование и анализ принципов построения многоячеечного генератора СНЧ диапазона 35
2.3. Описание и исследование работы инверторного моста 44
2.4. Разработка и исследование оконечного каскада СНЧ передатчика 50
2.5. Выводы по главе 2. 56
3. МЕТОДИКА РАСЧЁТА РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА СНЧ 57
3.1. Расчёт параметров отдельных схемотехнических узлов силового оконечного каскада СНЧ передатчика 57
3.1.1. Расчёт электрических и энергетических параметров ключевого усилителя мощности класса D 58
3.1.2. Расчет потерь мощности в элементах схемы ключевого усилителя класса D и определение его энергетической эффективности. 63
3.1.3. Расчёт электрических и энергетических параметров инверторного моста 67
3.1.4. Расчёт энергетической эффективности силового оконечного каскада СНЧ передатчика 68
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 72

Весь текст будет доступен после покупки

Для увеличения глубины подводного радиоприёма как в СССР (начиная с 1973 года), так и США начали проводить серьёзные научно-технические исследования, а также было начинато строительство объектов связи сверхнизкочастотного (СНЧ) диапазона. Известно [1], что связь с погружаемыми аппаратами в подводном положении на глубинах более 200 метров может осуществляться только на низких частотах (менее 30 кГц).
В 1977 году началось строительство объектов Центра дальней СНЧ (от 30 до 300 Гц) связи ВМФ СССР на Кольском полуострове – объект «ЗЕВС» [1] и разработка первого отечественного радиопередающего устройства (РПДУ) СНЧ диапазона.
Однако за 30 лет своего существования в связи с разработкой и производством новой отечественной элементной базы, позволяющей реализовать новые технические решения, радиостанция СНЧ морально и физически устарела.
В данной работе будут рассмотрены методы и пути усовершенствования РПДУ СНЧ диапазона, которые основаны на ключевых методах усиления и преобразования электрической энергии, что позволяет существенно повысить коэффициент полезного действия и долговечность радиостанции.
Согласно выданному заданию, СНЧ радиостанция имеет следующие характеристики:
1 Диапазон рабочих частот согласно [1] – f min = 60 Гц;
f max = 300 Гц;
2 Излучаемая мощность РПДУ – 250 кВт;
3 РПДУ построен на твердотельных элементах отечественного производства;
4 Антенна представляет собой активно-индуктивную нагрузку (индуктивность – 100мГн, активная составляющая – 20 Ом);
5 Коэффициент полезного действия РПДУ – не ниже 90%;
6 Время безотказной работы – 50000 часов.

Весь текст будет доступен после покупки

Сверхнизкие частоты (СНЧ (SLF), диапазон 30—300 Гц, длина волны от 1000 до 10000 км) с легкостью проникают в земную поверхность и морскую воду, однако строительство антенно-фидерных сооружений для таких частот — это чрезвычайно сложная задача. В качестве альтернативы использования полноразмерных антенн используется область Земли с достаточно низкой удельной проводимостью. В нее заглубляется пара больших по размерам электродов на удаленности порядка 60 км друг от друга.
Вышеописанная схема реализована в передатчике «ЗЕВС», находящемся на Кольском полуострове [2]. Подобная реализация антенны имеет крайне низкий КПД, поэтому для обеспечения её работы требуется мощность отдельной электростанции, а выходной сигнал РПДУ имеет мощность несколько сотен тысяч Ватт. Но благодаря этому сигнал возможно принять практически в любой точке Земли научная станция в Антарктиде обнаруживала включения передатчика «ЗЕВС».
Другой способ реализации передающей антенны для СНЧ диапазона это использование линий электропередач (ЛЭП), длина которых составляет десятки километров, например, ЛЭП длинной 60 км, установленная также на Кольском полуострове [3].
Общим свойством антенн СНЧ диапазона — их входное
активно – индуктивное сопротивление, а именно его активная часть равную приблизительно R =20 Ом, а значение индуктивности L – 100мГн [3].
Все вышесказанное накладывает ряд определенных свойств, учитывать которые необходимо при проектировании РПДУ СНЧ диапазона.
А именно, в связи с изменяющимся в зависимости от излучаемых частот комплексным сопротивлением антенны Z = R + i2?fL, чтобы обеспечить постоянный независящий от частоты уровень мощности РПДУ, необходимо организовать автоматическую регулировку выходного напряжения РПДУ Um подаваемого на антенну (Рисунок 1).

Рисунок 1

Мгновенная мощность, отдаваемая РПДУ и получаемая антенной равна скорости совершения работы в данный момент времени.
Ток и напряжение на входе пассивного двухполюсника, которым является антенна, сдвинуты по фазе. Начальную фазу напряжения, подводимого к антенне, примем равной нулю, далее следует определить начальную фазу тока. Так как входное сопротивление антенны в СНЧ диапазоне представляет собой последовательное соединение активного сопротивления R и индуктивности L ток в антенне будет отставать от напряжения.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Сто лет Службе связи Военно-Морского Флота под общей редакцией Ю.М. Кононова, изд. ЗАО ИРИАС, Москва, 2009 год, 480 стр.
2. 25 лет на службе связи ВМФ под общей редакцией Р.А. Маркосяна, издательский дом «БРАНКО», Санкт- Петербург, 2017 год, 160 стр.
3. Е.Б. Константинов, Н.С. Мардер. «История связи в лицах» изд. ЗАО ИРИАС, Москва, 2008 год, 192 стр.
4. Во имя будущего вспомним под общей редакцией Ю.М. Кононова, изд. ЗАО ИРИАС, Москва, 2012 год, 696 стр.
5. А.А. Катанович, В.Н. Ершов Комплексы и системы связи ВМФ, изд. Судостроение, Санкт-Петербург, 2014 год, 230стр.
6. Николаев В.В. Режимы работы ключевого анодного модулятора – Системы и устройства автоматизации электромеханики. – Изд. Томского университета, Томск, 1999, ст. 63-67.
7. Повышение эффективности мощных радиопередающих устройств; Артым А.Д., Козин Е.В., Николаев В.В. и др., изд. «Радио и связь», Москва, 1987г., 176стр.
8. Николаев В.В., Козин Е.В., Рябушев В.Б. Радиопередающее устройство с модулятором класса D. – Техника средств связи, серия ТРС, вып. 5, 1991г., стр. 38-43.
9. Николаев В.В. Сравнительный анализ энергетических показателей передатчиков с модуляторами классов В и D. - Техника средств связи, серия ТРС, вып. 8, 1979г., стр. 60 – 69.

Весь текст будет доступен после покупки