5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЭА

5.1. СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЭА

В техническое задание на проектирование УЭА входят следующие исходные данные.

1. Назначение УЭА.

2. Характеристики сечения тракта, куда должен быть

включен УЭА:

а) диапазон рабочих частот основного тракта передачи;

б) форма частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) регулируемого тракта с целенаправленно варьируемой структурой или допустимое изменение формы этих характеристик и уменьшение исходного коэффициента передачи за счет подключения УЭА в случае заданной структуры тракта;

в) допуски на нестабильность формы частотных характеристик в процессе регулирования (влияние температуры, изменения питающих напряжений и других дестабилизирующих факторов);

г) положение (место) УЭА в структурной схеме тракта;

д) импедансы Zr и Zb;

е) уровень входного сигнала Umn, Uxmax-

3. Характеристики источника управляющего воздействия:

а) пределы изменения управляющего воздействия

kmin, Ятах;

б) внутренний импеданс источника;

в) характер управления (ручное, автоматическое, дистанционное, дискретное, аналоговое).

4. Группа показателей, связанных с выполнением УЭА его основной функции:

а) пределы изменения коэффициента передачи Ктш, Ктах и диапазон регулирования D;

б) форма РХ в аналитическом или графическом виде

и пределы изменения управляющего воздействия Хтт,

тах-

5. Группа показателей, связанных с отсутствием искажений, вносимых УЭА и определяемых для цепи сигнала:

а) допустимые нелинейные искажения, вносимые УЭА в передаваемый сигнал;

б) шумовые характеристики УЭА, оцениваемые по коэффициенту шума (Л/ дБ).

Дополнительно могут быть заданы:

а) требования к импедансам УЭА - их величина и частотные характеристики, пределы изменения в процессе регулирования (или пределы изменения коэффициента стоячей волны);

б) форма АЧХ и ФЧХ собственно УЭА и его рабочий диапазон, а также допуски на нестабильность формы этих характеристик в процессе регулирования,

6. Группа показателей, связанных с цепью управления:

а) стабильность РХ при действии различных дестабилизирующих факторов;

б) экономичность;

в) быстродействие.

7. Требования общего характера - диапазон рабочих температур, напряжения источников питания.

5.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕПИ СИГНАЛА

5.2.1. Эскизное проектирование

При эскизном проектировании осуществляется выбор типа УЭ, определяется структура УЭА и число регулируемых элементов, выясняется необходимость использования КЦ, определяются принципы управления УЭ.

I. Выбор типа УЭ зависит от назначения УЭА, лиамп-зона рабочих частот, требований к шумовым характеристикам, нелинейным искажениям, температу)11()Г1 стабильности и др. Для уточнения типа УЭ следует привлечь материал гл. 2, где приведены подробные характеристики используемых УЭ. Правильность выбора конкретного типа УЭ окончательно определяется lui ;1111<Л1() чительных стадиях проектирования,

II. Ориентировочный выбор ст>ук1у)1>1 УЭЛ при отсутствии дополнительных TpcfioiiaiinA к входному и (или)

11 Зак. 19 Ifll

выходному иммитансу УЭА, стабильности коэффициента передачи осуществляется последовательно от простых (одноэлементных) структур к сложным (многоэлементным и многоячеечным). Критериями выбора -структуры являются возможность удовлетворения условиям стабильности формы АЧХ (ФЧХ) при предельно простой структуре и приемлемой для реализации схеме КЦ, а также заданная величина D. При наличии дополнительных требований (к иммитаисам УЭА) следует использовать табл. 5.1.

Таблица 5.1

Примечания: I. + позволяет; - не позволяет; 2. В многоэлементных УЭА все элементы регулируются, а аттенюатор согласован с нагрузкой (источником сигнала).

III. Окончательный выбор структуры УЭА и определение требований к КЦ, исходя из требования неизменности формы частотных характеристик тракта, выполняются в два этапа: первый этап - анализ свойств тракта в месте включения УЭА, второй этап - эскизное проектирование УЭА совместно с КЦ.

Рассмотрим случай резистивных УЭА.

1. Анализ СВОЙСТ.В тракта

Возможны случаи, когда место включения УЭА задано, а Zr и 2и известны. При некоторой свободе выбора места включения УЭА предпочтение следует отдать сечению тракта, где схемы замещения Zr и Zh имеют минимальное число реактивных элементов и достаточно стабильны.

В результате выбора сечения становятся известными Zr и Zh, которые должны быть представлены в виде дробно-рациональных функций Zr(p) и Za(p).

Порядок расчета для трактов с заданной структурой следующий:

1) функции Zr(p) и Zh(p) подставляются в общее условие ИР (3.19), которое далее приводится к виду (3.35);

2) на основании уравнения (3.35) составляется система уравнений (3.36);

3) полученная система решается при фиксированном значении одного из приведенных параметров (например, а = ат или b = bm) относительно других параметров. В зависимости от величины ранга системы г возможны два случая:

а) при г = 3 ненулевое решение системы Ят, Ът, Ст, dm представляет коэффициенты уравнения тракта (3.29). При определенных условиях возможно построение УЭА без КЦ;

б) при г>3 (система является несовместной и имеет только нулевое решение) тракт не удовлетворяет возможности синтеза резистивного УЭА и необходима коррекция импедансов.

2. Эскизное проектирование УЭА совместно с КЦ

А. Случай гЗ

Особенности построения УЭА (минимально возможное число регулируемых элементов, необходимость КЦ и др.) зависят от свойств тракта:

а) приг=1 (оба импеданса безреактивны) возможно применение любого резистивного УЭА, в том числе с независимо изменяющимися регулируемыми элементами. Коррекция тракта не нужна;

б) ири г = 2 (один из импедансов безреактивен) можно синтезировать двухэлементные или более сложные УЭА с постоянным Rbx или /?вых. Коррекция тракта не нужна, если начальные параметры Оо, Ьо, Со, do выбрать следующим образом:

ао=1; Ьо=0; Со=0; do=l. (5.1)

Необходимые зависимости регулируемых элементов

Wi(S) рассчитываются с учетом соотношения (5.1), для двухэлементны.х аттенюаторов - на основании формул (3.50) - (3.53), для более сложных - табл. 3.5. Упрощение резистивного УЭА в направлении уменьшения числа регулируемых элементов до одного возможно при условии применения КЦ (см. ниже);

в) при г = 3 (оба импеданса комплексны), если найденные выше коэффициенты am, bm, Cm, dm соответствуют поз. 3, 4 табл. 3.2 при a= 1:

ат=1; bm=-Го; с =0; dm=l (5.2)

am=l; bm = 0; Cm=-go; dm=l, (5.3)*

TO возможно применение простых одноэлементных резистивных УЭА: последовательных в случае (5.2) и параллельных в случае (5.3).

Если коэффициенты а, bm, Cm, dm отличаются от соотношений (5.2), (5.3), то минимально возможное число регулируемых элементов равно трем. Возможность построения УЭА без КЦ проверяется следующим образом:

1) коэффициенты am, bm. Cm, dm И минимально возможные начальные параметры УЭА ао, Ьо, Со, do [см. формулу (5.1)] подставляются в формулы для расчета Wi(S) (см. табл. 3.6, 3.7 для соответствующего уравнения тракта) или в общее решение системы уравнений аттенюатора (3.30):

для Т-образного аттенюатора (см. табл. 3.1)

~[ ; G, = Xc,; i?3 = -i:4±M- ; (5.4) для П-образного аттенюатора (см, табл. 3.1) G, = -1 + ; = %К; G, = -; + , (5.5)

Ь с ;

До = а + d

(5.6)

знак перед радикалом в выражении для к выбирается таким образом, чтобы к = 0 при S= 1;

2) зависимости Wi{S) [см. формулы (5.4), (5.5)]

анализируются с целью выявления диапазона регулирования 5нач5<оо, в котором всс регулируемыс элементы являются вещественными и положительными. Если 5начд, то УЭА может быть построен без КЦ; если 5нач>д, то проектирование продолжается;

3) начальные параметры УЭА uq, bo, Со, do увеличиваются сравнительно с приведенными в формуле (5.1), например: ао=1; Ьо=-хго; Со = 0; do=l, где х -варьируемый коэффициент;

4) коэффициенты а , bm, Ст, dm и выбранные начальные параметры ао, Ьо, Со, do подставляются в формулы для Wi{S) (см. табл. 3.6, 3,7) или в общее решение системы (3.30):

для Т-образного аттенюатора (см. табл. 3.1)

Sc, + kc 2-Со+С , Кз- Sco + kc -f для П-образного аттенюатора (см. табл. 3.1)

- + R, = Sb, + кЬ; G, = (5.8)

где значение к см. в формуле (5.6); Am = amdm-bmCm;

Ао = Oodm + doam-boCm-Cobm;

5) анализируются зависимости Wi{S) и определяется 5нач в функции от взрьируемых начальных параметров;

6) определяется затухание So, численно характеризуемое отличием коэффициента передачи тракта Кном (3.43) при отсутствии УЭА от максимального коэффициента передачи /(max (3.44) при включенном УЭА и 5=1 (а = ао; b = bo\ с = Cq; d = do):

/Сном(О) QoH(O) Ч- bp + CoZr(0)ZH(0)4- l)Zr(O) дч

* /Cmax(O) 2г(0) + 2н(0) У >

где величины Zr(0) и Zh(0) найдены для (о = 0;

7) определяется результирующее начальное затухание, вносимое аттенюатором:

5р = 5о5нач; (5.10)

8) начальные параметры УЭА ао, Ьо, Со, do подбираются из условия Sp = kf. В случае невозможности такого выбора необходимо применять КЦ,

Если 5р = йд, то производится оценка начального изменения формы частотных характеристик за счет под-