В. Днищенко - 500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями

Это сопротивление фактически представляет собой коэффициент, связывающий между собой амплитуду напряжения на зажимах идеальной антенны и амплитуду тока на этих же зажимах. Коэффициент имеет размерность сопротивления и учитывает ту часть мощности, подводимой к антенне, которая превращается в излучение.

Элементы С аи L aобразуют последовательный колебательный контур. Для любой простейшей антенны в виде отрезка провода значения этих параметров всегда таковы, что в случае высокочастотных колебаний, для которых геометрическая длина провода l составляет четверть длины волны, последовательный контур оказывается настроенным в резонанс. А это значит, что его сопротивление равно нулю, и результирующее сопротивление такой антенны становится чисто активным и равным R а. Равенство нулю реактивной составляющей антенны означает, что отражения мощности от реактивностей нет, и вся подводимая к антенне энергия рассеивается в виде тепла в R пи в виде излучения в R Σ.

Символом R iна рис. 3.43 обозначено внутреннее сопротивление передатчика, а Е r— развиваемая им ЭДС. Как известно, максимальная мощность из источника передается в нагрузку при условии равенства внутреннего сопротивления этого источника сопротивлению нагрузки. Для рассматриваемого случая это означает R i= R п+ R Σ.

Для диапазона 27 МГц четверть длины волны составляет примерно 2,75 м. Практически такую антенну для переносного передатчика и, особенно, подвижной модели использовать весьма затруднительно. Реальные антенны значительно короче. Для передатчиков это 0,5–1,5 м, а для приемников и того меньше. Уменьшение геометрических размеров антенны по сравнению с λ /4 приводит к двум последствиям. Во-первых, уменьшается сопротивление излучения. Во-вторых, появляется реактивная составляющая емкостного характера.

Сопротивление излучения для несимметричных штыревых антенн, геометрическая длина которых l << λ /4, можно рассчитать по формуле

R Σ= 1600∙( h д/ λ ) 2, (3.5)

где h д= l /2.

Реактивная составляющая сопротивления, имеющая емкостный характер, рассчитывается по формуле

X a= W э∙ctg( k ∙ l ), (3.6)

где k = 2π/ λ — волновое число;

W э= 60∙[ln(2 l / d 0)-1] — эквивалентное волновое сопротивление провода антенны;

d 0— диаметр провода.

Для нормальной работы антенна должна иметь чисто активное сопротивление. С целью компенсации емкостной составляющей сопротивления штыревые антенны снабжаются удлинительными катушками. Индуктивное сопротивление удлинительной катушки по модулю должно равняться емкостному сопротивлению антенны. В этом случае происходит их взаимная компенсация, и сопротивление антенны становится активным и равным R п+ R Σ. Требуемую индуктивность удлинительной катушки ( L y) можно вычислить из условия равенства реактивных сопротивлений по формуле:

L у= 1/ X a∙2π∙ f 0), (3.7)

где f 0— рабочая частота передатчика.

Конструктивно удлинительную катушку удобнее всего разместить у основания антенны, однако максимальный КПД антенны получается, когда она располагается на расстоянии l /3 от основания.

Число витков катушки ( N ) для вычисленной индуктивности определяют по формуле

где L yвыражена в мкГн; D — средний диаметр катушки в мм; l — длина намотки в мм. Для повышения КПД катушку желательно наматывать с шагом, оставляя между витками расстояние равное диаметру провода. Для точной подстройки индуктивности используются сердечники из карбонильного железа или высокочастотных ферритов марки (15—100)ВЧ. В этом случае количество витков уменьшается на 30 % от расчетного.

В заключение следует отметить, что параметры несимметричных антенн получены в предположении, что антенна находится над идеально проводящей поверхностью, как бы играющей роль второй половины антенны. На практике это означает, что общий провод передатчика должен соединяться с его корпусом. Причем чем больше проводящая масса корпуса, тем лучше. Иногда полезно к корпусу присоединять отрезок провода, играющего роль противовеса (второй, симметричной ее части). Общий провод платы должен соединяться с корпусом (противовесом) в одной точке, как можно ближе к выводу антенны. Роль противовеса может играть и тело оператора при надежном контакте рук с металлическим корпусом передатчика.

3.7.3. Расчет усилителей мощности

Результаты, хорошо согласующиеся с практикой, дает методика расчета выходного каскада, приведенная в [5]. Исходными данными для расчета являются:

♦ требуемая выходная мощность передатчика ( Р 1);

♦ напряжение источника питания ( U п);

♦ рабочая частота ( f 0);

♦ сопротивление насыщения транзистора ( r н).

Процедуру расчета приведем для конкретного примера. Допустим, необходимо рассчитать выходной каскад с Р 1= 1 Вт при напряжении питания U п= 9 В. Рабочую частоту выберем равной 28 МГц. Режим работы — класса В.

Вначале необходимо выбрать транзистор, удовлетворяющий следующим критериям: во-первых, его граничная частота, указываемая в справочниках, должна примерно в десять раз превышать рабочую, т. е. f т >= (7—10)∙ f 0; во-вторых, максимально допустимое напряжение на коллекторе ( U к. доп) должно минимум в два раза превышать напряжения питания; в-третьих, максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе ( P к. доп), должна быть не меньше выходной ( Р 1); в-четвертых, сопротивление насыщения должно быть как можно меньшим.

Выберем транзистор КТ646А со следующими характеристиками: P к. доп= 1 Вт, U к. доп= 60 В, f т>= 200 МГц, I к. mах= 1 А, h 21= 40—200, С к= 10 пФ, С э= 30 пФ, r н =< 1,7 Ом, r б= 6 Ом, r э= 0, L 3= 4 нГн.

Расчет ведется в следующей последовательности.

1. Максимально возможная амплитуда напряжения на контуре ( U 1)

2. Максимальное напряжение на коллекторе

U к. max= U п+ (1,2…1,3)∙ U 1= 9 + 10,66 = 19,66 < U к, доп,

3. Требуемая амплитуда первой гармоники коллекторного тока

I 1= 2 P 1/ U 1= 2/8,2 = 0,25 А.

4. Постоянная составляющая коллекторного тока

I 0= α 0— I 1/ α 1= 0,319 0,25/0,5 = 0,16 А.

5. Амплитуда синусоидального импульса коллекторного тока:

I m= I 1/ α 1 = 0,25/0,5 = 0,5А.

6. Максимальная мощность, потребляемая от источника питания

P 0= U п∙ I 0= 9∙0,16 = 1,44 Вт.

7. КПД коллекторной цепи:

η = P 1/ P 0= 1/1,44 = 0,7.

8. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе: