Разработка высокочастотного усилителя мощности и системы индикации реле для блока фильтрации гармоник

1.

Санкт-Петербургский государственный университет
телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Разработка высокочастотного усилителя мощности
и системы индикации реле для блока фильтрации
гармоник
Выполнила:
студентка группы РТ-01 Зайцева Я.С.
Научный руководитель:
ст. преп. каф. РОС Гуреев А.Е.

2.

Цель:
• Разработка конструкторской документации для ВЧ
усилителя мощности и системы индикации реле, входящих
в блок фильтрации гармоник
Задачи:
1. Исследование теоретических основ усиления ВЧ-сигнала.
2. Анализ
современных
технологий
и
подходов
к
проектированию.
3. Разработка усилителя мощности.
4. Проектирование печатной платы индикации.
5. Изготовление комплекта конструкторской документации.

3.

Актуальность
ВЧ-усилитель мощности предназначен для работы в составе
стационарных и мобильных радиопередающих аппаратных на
несимметричные антенны с волновым сопротивлением
фидера 75 Ом. Применяется в приемниках, передатчиках, в
т.ч. в передатчиках помех для РЭБ.
В целях обеспечения контроля фильтрации гармоник с
помощью поляризованных реле и визуализации прихода
импульсов необходимо осуществить индикацию импульсов,
приходящих с реле.Это важно для технического обслуживания
и диагностики системы и сокращает время на поиск и
устранение проблем, повышает эффективность обслуживания
и снижает эксплуатационные затраты.

4.

Усилитель мощности
Структурная схема

5.

Составные части усилителя мощности
- блок усилителя мощности (БУМ-1,5) ;
- блок фильтров (БФ-1,5) ;
- блок сложения мощностей 5 кВт (БСМ-5) ;
- блок питания и управления (БПУ-5) ;
- каркас.

6.

Блок усилителя мощности (БУМ-1,5)
Высокочастотный тракт:
- плата предварительного усилителя;
- плата предоконечного усилителя;
- плата деления;
- три платы оконечного усилителя;
- плата сложения мощностей;
- плата датчика мощности 1,5 кВт.
Аппаратура питания:
- модуль питания;
- модуль защиты и фильтрации;
- шесть фильтров помехоподавляющих;
- плата датчиков тока.
Блок БУМ-1,5 является широкополосным
усилителем мощности сигналов в
диапазоне частот от 1,5 до 30,0 МГц, при
этом уровень выходной мощности
составляет 1,5 кВт.

7.

это я удалю потом
Как видно из структурной схемы блока БУМ-1,5 (рисунок 2) входной ВЧ сигнал с уровнем от 2,7 до 3,3 В поступает на плату предварительного усилителя, где
происходит усиление его по мощности. Уровень выходного сигнала платы предварительного усилителя может меняться по команде «Упр», поступающей из платы АРУ1500 в зависимости от режима работы усилителя (рабочая частота и вид работы).
1.2.2.4 В плате предоконечного усилителя входной сигнал усиливается по напряжению до значения от 20 до 25 В и далее разделяется на три канала в плате деления, с
таким же уровнем (от 20 до 25 В) поступает на вход ВЧ трех плат оконечных усилителей мощности.
1.2.2.5 Каждая из трех плат оконечного усилителя обеспечивает усиление мощности входного сигнала до уровня от 400 до 600 Вт в зависимости от выбранного режима
работы в диапазоне частот от 1,5 до 30,0 МГц.
Уровень выходной мощности обеспечивается при работе на нагрузку с волновым сопротивлением 12,5 Ом.
1.2.2.6 Для согласования сопротивления 12,5 Ом с входным сопротивлением системы сложения 25 Ом служат три пары ВЧ трансформаторов 12,5/25 Ом.
1.2.2.7 Элементы системы сложения, представляющие собой сумматор мостового типа с использованием индуктивных элементов на ферритовых сердечниках,
корректирующих
RC-цепочек и балластных резисторов, размещены на плате сложения мощностей.
Плата имеет три входа с волновым сопротивлением 25 Ом и один выход с сопротивлением 75 Ом. Диапазон рабочих частот - от 1,5 до 30,0 МГц.
Номинальная выходная мощность при КБВ=1 составляет 1500 Вт.
1.2.2.8 С выхода платы сложения мощностей сигнал поступает на плату датчика мощности 1,5 кВт. В датчик мощности входят два ВЧ трансформатора тока для
контроля мощности проходящего сигнала и сигнала, отраженного от нагрузки.
На резисторах, включенных во вторичные обмотки трансформаторов, формируются ВЧ напряжения, пропорциональные мощности проходящего сигнала Uпад и
отраженного сигнала Uотр.
Эти сигналы детектируются микросхемами AD8307 и в виде напряжения постоянного тока Uпад, Uотр поступают на плату АРУ-1500.
1.2.2.9 Плата АРУ-1500 имеет в своем составе программируемую микросхему и комплект исполнительных элементов для реализации функций управления и контроля
работоспособности усилителя мощности БУМ-1,5.
Программа платы АРУ-1500 поддерживает информационно-техническое сопряжение и выполняет команды платы управления УМ-5, поступающие по интерфейсу RS422 из БПУ-5.

8.

Подпись

9.

Блок сложения мощностей 5 кВт (БСМ-5)
Блок БСМ-5 обеспечивает сложение выходных сигналов четырех усилителей
БУМ-1,5 с номинальной выходной мощностью 1,5 кВт.
В результате сложения элементы блока БСМ-5 формируют сигнал выходной
мощностью 5 кВт с малыми потерями и сохранением установленного качества.
Основными характеристиками системы сложения являются:
- диапазон рабочих частот от 1,5 до 30,0 МГц;
- четыре ВЧ входа с волновым сопротивлением 75 Ом;
- ВЧ выход 5 кВт с волновым сопротивлением 75 Ом;
- КСВ при работе на согласованную нагрузку не более 1,2;
- развязка между входами не более минус 25 дБ;
- потери мощности ВЧ сигнала не более 5 % от исходного.
Функциональные узлы блока:
- плата сложения мощностей 5 кВт (ПСМ-5) ПБИН.468522.014;
- плата резистора ПБИН.434319.002 – 8 шт.;
- плата трансформатора 19/75 ПБИН.671143.242;
- направленный ответвитель 5 кВт (НО-5) ПБИН.468213.006;
- амплитудный детектор (АД) ПБИН.468213.007;
- датчики температуры.

10.

Блок питания и управления (БПУ-5)
Элементы блока в соответствии с их назначением выполняют следующие
функции:
- осуществляют взаимодействие программируемых микросхем
функциональных устройств изделия;
- обеспечивают информационно-техническое сопряжение с управляющими
объектами по цифровым стыкам RS-422 и Ethernet;
- обеспечивают местное управление изделием (клавиатура) и визуальное
отображение информации (дисплей);
- осуществляют питание вспомогательных устройств изделия, а также
питание предварительных усилителей ВЧ тракта;
- производят прием и передачу к блоку БУМ-1,5 сетевого питания 380 В.
Элементы управления и контроля состояния изделия:
- плата управления УМ-5 ПБИН.468333.065;
- плата пульта управления ПБИН.468333.066;
- дисплей EL320.240-FA3.

11.

Блок фильтров (БФ-1,5)
Блок фильтров (БФ-1,5) ПБИН.468822.032 предназначен для
подавления высших гармонических составляющих в выходном
сигнале изделия.
Блок БФ-1,5 содержит в своем составе шесть диапазонных
фильтров:
- фильтр Д1 (1,5 - 2,5 МГц) ПБИН.468822.033;
- фильтр Д2 (2,5 - 4,2 МГц) ПБИН.468822.033-01;
- фильтр Д3 (4,2 - 7,2 МГц) ПБИН.468822.033-02;
- фильтр Д4 (7,2 - 12,0 МГц) ПБИН.468822.033-03;
- фильтр Д5 (12,0 - 20,0 МГц) ПБИН.468822.033-04;
- фильтр Д6 (20,0 - 30,0 МГц) ПБИН.468822.033-05.
Фильтры представляют собой фильтры Кауэра 9-го порядка.

12.

Высокочастотный сигнал поступает на контакты ВЧ реле БФ-1,5 и, в зависимости от
рабочей частоты, поступает на один из фильтров.
Коммутация фильтров осуществляется быстродействующими поляризованными
реле П2Д-4В-12 со скоростью срабатывания 2 мс.
1.2.3.4 Технические характеристики блока БФ-1,5:
- диапазон рабочих частот
от 1,5 до 30,0 МГц;
- номинальная пропускаемая мощность
1500 Вт;
- номинальное входное сопротивление
75 Ом;
- номинальное выходное сопротивление
75 Ом;
- ослабление в полосе задерживания
не более минус 40 дБ,
- напряжение питания
27 В.
1.2.3.5 БФ-1,5 представляет собой конструкцию высотой 2U, выполненную в
габаритах стандартной 19´´ стойки. Соединение с монтажом стойки осуществляется
с помощью врубных соединителей (СКП410).
На лицевой панели блока размещены светодиодные
индикаторы «Д1» - «Д6».

13.

Поляризованные реле
Поляризованные реле отличаются
от нейтральных тем, что реагируют
на направление (полярность) тока,
протекающего по обмотке, то есть
срабатывают только при
определенном направлении тока.
Контакты у поляризованного реле трех типов
– общий (перекидной) О, нормальный Н и
переведенный П. Буква У в обозначении
контактов означает, что контакт усиленный

14.

15.

Моделирование

16.

Итоговый чертеж

17.

Печатная плата

18.

ВЫВОДЫ
Была проведена инженерно-исследовательская работа по
изучению поляризованных реле с последующей разработкой
платы индикации, а так же разработан полный комплект
документации.

19.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!