Для обеспечения заданной пробивной прочности диаметр коаксиальной линии или расстояние между центрами проводников двухпроводной линии должны удовлетворять условию:

Где -пробивная напряженность поля, которая для воздушного плоского зазора при различных условиях эксплуатации может иметь значения 5-20 кВ/см.

- максимальное напряжение на конце линии. К=0.217 для двухпроводной линии и К=0.435 для коаксиальной.

По заданным значениям емкости и диапазона длин волн при условии, что перестройка РС выполняется перемещением короткозамыкателя, определяют минимальную и максимальную длину линии. Как правило, предусматривают работу системы на основном виде колебаний.

По формулам рассчитывают погонные параметры R1, C1, L1, которые определяют значения элементов схемы замещения линии, приведенной на рисунке.

Определяют эквивалентное резонансное сопротивление ненагруженной РС (на холостом ходу). Эквивалентное сопротивление генератора определяется потерями внутри генераторного прибора (лампы или транзистора): в диэлектриках, электродах (за счет их поверхностного сопротивления) и т.д. Полный учет этих потерь сложен. Потери в генераторном приборе с ростом частоты возрастают, наименьшее значение соответствует коротковолновой части дециметрового диапазона волн, наибольшее-длинноволновой.

В некоторых случаях, особенно в длинноволновой части СВЧ-диапазона, используют микроконденсаторы, имеющие форму прямоугольного параллелепипеда, две параллельные стороны которого металлизированы и облужены. С возрастанием рабочей частоты увеличиваются технологические трудности изготовления элементов с сосредоточенными параметрами и растут потери в них. Поэтому область применения таких элементов в настоящее время ограничена частотами 2-3 ГГц.

Необходимо отметить, что в реальных схемах с распределенными элементами эквивалентные емкости и индуктивности зависят от частоты. Все это вызывает отклонения частотных характеристик цепей от расчетных, причем эти отклонения определяются числом элементов исходной цепи, видом частотной характеристики и электрическими длинами используемых отрезков.

При переходе от исходных цепей с сосредоточенными элементами к цепям с распределенной структурой количество расчетных соотношений становится меньше, чем число подлежащих определению характеристик. Это объясняет определенную свободу выбора параметров и дает возможность удовлетворить дополнительным технологическим или конструктивным требованиям.

На этапе технического проектирования для оптимизации частотных характеристик усилителя целесообразно использовать ПК. При этом обычно ставится задача так называемого параметрического синтеза, т.е. оптимального выбора числовых значений параметров согласующих или корректирующих цепей. В качестве целевой функции, подлежащей минимизации, используют максимум коэффициентов отражения на входе и выходе усилителя в рассматриваемой полосе частот. При синтезе цепей обычно накладывают ограничения на предельные конструктивно выполнимые значения волновых сопротивлений.

В результате расчет выходной цепи на полосковой линии принимает следующий вид:

1. Выбираем волновое сопротивление линии и ее геометрические размеры. Соотношение D/d принимаем равным 4,

Тогда волновое сопротивление линиибудет равно:

2. Рассчитываем погонные параметры R1, C1, L1, которые определяют схему замещения линии по формулам:

После вычислений получаем следующие значения:

R1=5.164 кОм/см;

C1=0.67 пФ/Cм;

L1=8 нГн/см;

3. Определяем эквивалентное резонансное сопротивление ненагруженной РС (на холостом ходу).

Эквивалентное сопротивление генератора в первом приближении можно считать равным

Эквивалентное сопротивление линии в свою очередь находится по формуле:

Где:

- определяет потери в проводниках линии.

- соответствует потерям в переходном сопротивлении между проводниками и короткозамыкающим элементом.

В результате вычислений получаем эквивалентное сопротивление линии на холостом ходу

Принимая во внимание, что в первом приближении можно считать

получим

Индуктивность отрезка микрополосковой линии с большим волновым сопротивлением рассчитывается по формуле:

3. Расчет автогенератора и синтезатора частот

К автогенераторам предъявляются высокие требования к стабильности частоты в приемопередающих базовых и абонентских станций систем подвижной связи. Допустимая относительная нестабильность частоты находится на уровне 10 ^{– 6} .. 10 ^{– 7}. Поэтому при анализе процессов, вызывающих нестабильности частоты. Приходится считаться со множеством малозаметных факторов.

Схема автогенератора изображена на рисунке 3.1. В качестве активного элемента в схеме автогенератора будет применен биполярный транзистор КТ315, т.к. он обеспечивает требуемую выходную мощность и может работать на рассчитываемой частоте.

Рис.3.1. Схема автогенератора с кварцем

В качестве кварцевого резонатора, воспользуемся резонатором импортного происхождения, марки ТО39У . С емкостью Ск =1*10^-15 Ф, добротностью QK =2*10⁶

Автогенератор представляет собой емкостную трёхточку, которая образована транзистором VT1, кварцевым резонатором ZQ1 , выполняющим роль индуктивности, и конденсаторами С2 и С3. Резисторы R1, R2, R3 обеспечивают внешнее и автоматическое смещение для транзистора. Конденсатор С1 служит для блокировки резистора R3 на рабочей частоте, что исключает отрицательную обратную связь. Дроссель L к включен для того, чтобы не зашунтировать трёхточку через источник питания Eк.

3.1 Расчёт по постоянному току.

Задаём постоянную составляющую коллекторного тока I K0,напряжение между коллектором и эмиттером UКЭ и напряжение на эмиттере Uэ:

IК0 = 8.7 mA, UКЭ = 10 B и UЭ = 4 B.

Рассчитываем сопротивление автосмещения в эмиттерной цепи

R3 =ЕЭ / >IК0 = 4/ 8.7 *10^-3 = 460 Ом

Рассчитываем напряжение источника питания

>UK = UКЭ + UЭ = 4 + 10 = 14 B.

Определяем ток базы

IБ0 = IК0 /?0 =8.7 *10^–3 / 100 = 0,087 мА,

где ?0 – коэффициент передачи тока транзистора.

Задаём ток делителя напряжения цепи фиксированного смещения

IДЕЛ = (10…20) *IБ0 = 10*0.087 •10^-3 = 0.87 мА.

Определим напряжение смещения на базе транзистора

UБ = UЭ +UБЭ = 4+ 0.7 = 4,7 В.

Найдем значения сопротивлений >R1 и R2

R1 = UK -UБ / IДЕЛ = 14-4,7 / 0.87 *10^-3 = 8,6 кОм,

R2 = UБ / IДЕЛ = 4.7/ 0.87*10^{-3 =}5.4 кОм.

3.2 Расчёт по переменному току. Определяем крутизну транзистора:

S = ,

где - высокочастотное сопротивление базы, - сопротивление эмиттерного перехода.

= ?К / СК = 120 *10^-9 / 12 *10^-12 = 10 Ом,

где ?К – постоянная времени цепи обратной связи, СК – ёмкость коллекторного перехода

= 26 mB / IК0 = 26 / 8.7 = 3 Ом.

S=100/(10+100*3)=0.32 мА/В.

Зададим коэффициент регенерации GP = (3…7) = 3 и определим управляющее сопротивление

RУ = GP / >S = 3 / 0.32 *10^-3 = 9.3 Ом.

Зададим коэффициент обратной связи автогенератора К^’ОС = С3 / С2 = 1 и вычислим реактивное сопротивление емкости С3

X3 = = = 9.1 Ом,

где Rкв - сопротивление кварцевого резонатора, которое находится по формуле

Rкв = 1 / ? *CK *QK = 1 / 2 *? *9 *10⁶ *1 *10^-15 *2 *10⁶ = 9 Ом.

CK - емкость кварцевого резонатора, QK – добротность кварцевого резонатора.

Найдем емкость конденсаторов С2 и С3

С2 = С3 = 1 / >?кв *>X3 = 1 / 2 *>? *9 *10⁶ *9.1 = 1.95 нФ.

Вычислим ёмкость блокировочного конденсатора

С1 = (10…20) = 20 / 2 *>? *9 *10⁶ *3 = 0,12 мкФ,

Рассчитаем индуктивность блокировочного дросселя

LK = (20…30) = 20 •9.2 / 2 *? *9 *10⁶ = 3.2 мкГн.