Основные функциональные узлы радиопередатчика

Радиопередающие устройства (РПУ) СРТВ

Радиоприемные устройства (РПрУ) СРТВ

Радиопередающие устройства (РПУ) СРТВ

ТЕМА: РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ И РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА СРТВ

ЛЕКЦИЯ 3

Схема и конструкция радиопередатчика зависят от различных факторов: на­значения, диапазона рабочих волн, мощности и т.д. Тем не менее можно выделить некоторые типичные блоки, которые с теми или иными вариациями имеются в большинстве передатчиков.

Структура передатчика (рис. 2.1) определяется его основными об­щими функциями, к которым относятся:

- получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и
мощности;

- модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом;

- фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых вы-­
ходят за пределы необходимой полосы излучения и могут создать
помехи другим радиостанциям;

- излучение колебаний через антенну.

Остановимся более подробно на требованиях к отдельным функ­циональным узлам радиопередатчика.

Структурная схема передатчика

Обобщенная структурная схема РПУ

Генератор высокой частоты, часто называемый задающим или опорным генератором, служит для получения высокочастотных коле­баний, частота которых соответствует высоким требованиям к точно­сти и стабильности частоты радиопередатчиков.

Современные передатчики, как правило, предназначены для работы не на одной частоте, а в широком диапазоне частот. При этом, независимо от частоты, он должен обеспечить требуемую стабильность частоты. Использовать для каждой частоты кварцевый генератор нецелесообразно. Поэтому разработаны и используются специальные устройства − синтезаторы частоты, в которых реализуются способы прямого и косвенного синтеза частоты на основе стабильного опорного генератора.

Синтезатор преобразует частоту колебаний опорного генератора, которая обычно постоянна, в любую другую частоту, которая в данное время необходима для радиосвязи или вещания. Стабильность час­тоты при этом преобразовании не должна существенно ухудшаться. В отдельных случаях синтезатор частоты не нужен, например, если генератор непосредственно создает колебания нужной частоты. Од­нако с синтезатором легче обеспечить требуемую высокую точность и стабильность частоты, так как он, во-первых, работает на более низ­кой частоте, на которой легче обеспечить требуемую стабильность; во-вторых, он работает на фиксированной частоте. Кроме того, со­временные синтезаторы приспособлены для дистанционного или ав­томатического управления синтезируемой частотой, что облегчает общую автоматизацию передатчика.

Промежуточный усилитель высокой частоты, следующий за син­тезатором, необходим по следующим причинам:

- благодаря промежуточному усилителю с достаточно большим
коэффициентом усиления от опорного генератора и синтезатора не
требуется значительной мощности;

- применение промежуточного усилителя между синтезатором и
мощным усилителем ослабляет влияние на генератор и синтезатор
возможных регулировок в мощных каскадах передатчика и в антенне.

Усилитель мощности (его называют генератором с внешним воз­буждением) увеличивает мощность радиосигнала до уровня, опреде­ляемого требованиями системы радиосвязи. Главным требованием к усилителю мощности является обеспечение им высоких экономиче­ских показателей, в частности коэффициента полезного действия.

Выходная цепь служит для передачи усиленных колебаний в ан­тенну, для фильтрации высокочастотных колебаний и для согласова­ния выхода мощного оконечного усилителя с антенной, т.е. для обес­печения условий максимальной передачи мощности.

Модулятор служит для модуляции несущих высокочастотных ко­лебаний передатчика передаваемым сигналом. Для этого модулятор воздействует в зависимости от особенностей передатчика и вида мо­дуляции (амплитудная, частотная, однополосная и др.) на один или несколько блоков из числа обведенных пунктиром на рис. 2.1. Напри­мер, частотная модуляция может получаться в синтезаторе частоты либо (реже) в генераторе высокой частоты; амплитудная модуляция получается воздействием на мощный и промежуточный усилители.

Устройство электропитания обеспечивает подведение ко всем блокам токов и напряжений, необходимых для нормальной работы входящих в их состав транзисторов, ламп и прочих электронных эле­ментов, а также систем автоматического управления, устройств защи­ты от аварийных режимов и прочих вспомогательных цепей и уст­ройств. Система электропитания содержит выпрямители, электрома­шинные генераторы с двигателями внутреннего сгорания, аккумуля­торы, инверторы (преобразователи) низкого постоянного напряжения в более высокое или обратно, трансформаторы, коммутационную ап­паратуру, резервные источники питания и устройства для автомати­ческого перехода с основного источника на резервный в случае неис­правностей и т.п.

На рис. 2.1 не показаны многочисленные объекты вспомогательно­го оборудования, входящие в состав передатчика (особенно мощно­го), например средства автоматического и дистанционного управле­ния; контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного контроля и сигнализации; устройства защиты и блокировки, выклю­чающие цепи высокого напряжения при аварийных режимах или опасности для обслуживающего персонала и др.

Радиопередатчики диапазонов километровых, гектометровых и де-каметровых волн обычно размещаются группами на специальных предприятиях - передающих радиостанциях. При большом числе пе­редатчиков радиостанции называются радиоцентрами. Радиовеща­тельные передатчики метровых и дециметровых волн, как правило, размещаются вместе с передатчиками телевизионного вещания. Предприятия связи, на которых установлены эти передатчики, назы­ваются радиотелевизионными передающими станциями (центрами).

Технические показатели радиопередатчиков

К основным по­казателям радиопередатчика относятся: диапазон волн, мощность, коэффициент полезного действия, вид и качество передаваемых сигналов.

В соответствии с классификацией волн (см. табл. 1.2) различают передатчики километровых, гектометровых, декаметровых и других волн. С этим различием связаны соответствующие особенности кон­струкций, так как в разных диапазонах различны конструкции колеба­тельных контуров и типов усилительных элементов. Передатчик мо­жет работать на одной или нескольких выделенных для него фикси­рованных волнах, либо он может настраиваться на любую длину вол­ны в непрерывном диапазоне волн.

Мощность передатчика обычно определяется как максимальная мощность высокочастотных колебаний, поступающая в антенну при отсутствии модуляции, при непрерывном излучении. Однако этой ха­рактеристики недостаточно для оценки мощности радиопередатчика. Дело в том, что в технике радиосвязи часто приходится иметь дело с сигналами, напряжение которых изменяется в очень широких преде­лах и в сравнительно короткие промежутки времени может принимать значения, в несколько раз превосходящие средний уровень. Харак­терным примером подобного режима может служить радиолокацион­ный передатчик, излучающий импульсы длительностью около 1 мкс, разделенные интервалами около 1 мс, т.е. в 1000 раз большей дли­тельности. Если бы при проектировании передатчика расчет велся на то, что в моменты этих выбросов мощность излучения соответствова­ла бы номинальной мощности, то фактическая средняя мощность из­лучения была бы во много раз меньше. Передатчик был бы использо­ван значительно слабее своих возможностей, а при необходимости обеспечить большую дальность радиосвязи потребовалось бы при­менить передатчик значительно большей мощности.

В системах радиовещания промежутки времени, в которые ампли­туда колебаний достигает максимальных значений, занимают обычно большую часть общего времени работы передатчика (например, 10-20 %), длительность их доходит до десятков миллисекунд, но и в этом случае описанное временное форсирование передатчика воз­можно, хотя и в меньших пределах.

В соответствии с изложенным мощность передатчика, помимо цифры максимальной мощности, при непрерывной работе характери­зуют значениями пиковой мощности, которая может быть обеспечена в течение ограниченных промежутков времени. Например, если сред­няя мощность передатчика при непрерывной работе 100 кВт, то она может доходить до 200 кВт, если длительность импульсов не превы­шает интервалов между ними.

Важнейшими показателями радиопередатчика являются стабиль­ность излучаемой им частоты и уровень побочных излучений. Дело втом, что если строго соблюдается присвоенная данному передатчи­ку частота сигнала, то настроенный на эту частоту приемник начинает принимать передаваемые сигналы тотчас после включения, не требуя подстроек; это способствует удобству эксплуатации и высокой надеж­ности радиосвязи, а также облегчает автоматизацию оборудования. Кроме того, частотные диапазоны, используемые для радиосвязи и вещания, переуплотнены сигналами одновременно работающих радиостанций, поэтому если частота передатчика отличается от раз­решенного значения, то она может приблизиться к частоте другого передатчика, что вызовет помехи приему его сигналов.

По существующим международным нормам отклонение от номи­нала частоты передатчика для радиосвязи на гектометровых волнах не должно превышать 0,005 %; для радиовещательных передатчиков отклонение частоты в этом диапазоне не должно превышать 10 Гц. На декаметровых волнах допустимая нестабильность частоты передатчиков мощностью более 0,5 кВт равна 15 ∙ 10^-6, что соответст­вует в диапазоне от 4 до 30 МГц абсолютному отключению частоты от 60 до 450 Гц. Некоторые системы радиосвязи по своему принципу

требуют, чтобы стабильность частоты была значительно лучше, чем предусматривается указанными нормами.

Побочными излучениями радиопередатчика называются излучения на частотах, расположенных за пределами полосы, которую занимает передаваемый радиосигнал. К побочным излучениям относятся гар­монические излучения передатчика, паразитные излучения и вредные продукты взаимной модуляции.

Гармоническими излучениями (гармониками) передатчика называ­ются излучения на частотах, в целое число раз превышающих частоту передаваемого радиосигнала.

Паразитными излучениями называются возникающие иногда в передатчиках колебания, частоты которых никак не связаны с час­тотой радиосигнала или с частотами вспомогательных колебаний, используемых в процессе синтеза частот, модуляции и других про­цессов обработки сигнала.

Известно, что при действии в нелинейной цепи, например двух ЭДС с частотами f, и f₂, спектр тока содержит, помимо составляю­щих с этими частотами и их гармоник, также составляющие с часто­тами вида mf₁ ± nf₂, где m и n - целые числа. Это явление и лежит в основе взаимной модуляции; оно обусловлено наличием в передат­чике элементов, обладающих нелинейными характеристиками, глав­ным образом, транзисторов или электронных ламп.

Интенсивность побочных излучений характеризуется мощностью соответствующих колебаний в антенне передатчика. Например, по действующим международным нормам радиопередатчики на частотах до 30 МГц должны иметь мощность побочных излучений не менее чем в 10 000 раз (на 40 дБ) ниже мощности основного излучения и не более 50 мВт.

Показатели, определяющие качество передачи вещательного сиг­нала (электроакустические показатели), в принципе не отличаются от аналогичных параметров электрического канала вещания, что ес­тественно, поскольку передатчик является частью канала - трактом вторичного распределения.

Некоторое отличие заключается лишь в том, что эти показатели нормируются и измеряются относительно уровня сигнала, соответст­вующего определенному коэффициенту модуляции, сигналом часто­той 1000 Гц. Для допустимого отклонения амплитудно-частотной ха­рактеристики этот коэффициент равен 50 %.

Коэффициент гармоник определяется при коэффициенте модуля­ции 50, 90, а также 10 %, что обусловлено наличием в модуляторе передатчика специфических искажений вида двустороннего ограни­чения, заметных при большом коэффициенте модуляции, вида «цен­тральной отсечки», заметных при малом коэффициенте модуляции. Защищенность от интегральной помехи и от псофометрического шума измеряется относительно уровня модулирующего сигнала, соот­ветствующего 100 % модуляции. Часто употребляют термин «уровень шумов», который оценивается в деци­белах относительно уровня модулирующего сигнала с частотой 1000 Гц, соответствующего коэффициенту модуляции 100 %. Численно он равен величине защищенности от интегральной помехи, взятой со знаком «минус».

Дата добавления: 2014-10-17