Основные характеристики усилителей мощности радиопередатчиков

Технические показатели радиопередатчиков.

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

Мощность передатчика.

Мощность передатчика обычно определяется:

· значением максимальной мощности высокочастотных колебаний, поступающая в антенну при отсутствии модуляции, при непрерывном излучении.

значениями пиковой мощности при непрерывной работе, 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.

Промышленный коэффициент полезного действия КПД представляет собой отношение номинальной мощности P к общей , потребляемой от сети переменного тока радиопередающим устройством.

Диапазон волн.

Диапазоном волн называют полосу частот, в которой радиопередающее устройство обеспечивает работу в соответствии с требованиями стандарта. В соответствии с классификацией волн различают передатчики километровых, гектометровых, декаметровых и других волн. Передатчик может работать на одной или нескольких выделенных для него фиксированных волнах, либо он может настраиваться на любую длину волны в непрерывном диапазоне волн.

Стабильность излучаемой передатчиком частоты

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 для 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.

Побочные излучения радиопередатчика

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.

Вредные продукты взаимной модуляции 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 10000 раз (на 40 дБ) ниже мощности основного излучения и не более 50 мВт.

Электроакустические показатели радиопередатчика (показатели, определяющие качество передачи сигнала).

К ним относятся: коэффициент модуляции (для передатчиков с AM), индекс модуляции (для передатчиков с ЧМ и ФМ), нелинейные искажения, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), уровень фона и шума и т.д.

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 употребляется термин уровень шумов, который оценивается в децибелах относительно уровня модулирующего сигнала с частотой 1000 Гц, соответствующего коэффициенту модуляции 100%. Численно он равен величине запрещенности от интегральной помехи, взятой со знаком "минус".

Возбудители современных радиопередатчиков являются мало­мощными устройствами. Это объясняется тем, что при малых уровнях сигналов легче обеспечить требуемую стабильность частоты и высокую степень подавления побочных колебаний. Мощность возбудителей обычно не превышает 10 - 40 мВт, столь малая мощность не позволяет обеспечивать радиосвязь на тре­буемое расстояние при заданной надежности.

Поэтому сигналы, формируемые в возбудителе, усиливаются в усилительном тракте радиопередатчика, основное назначение которого состоит в обеспечении необходимой мощности в передающей антенне. Вели­чина этой мощности зависит от многих факторов:

- от требуемой дальности связи,

- требуемой надежности связи,

- вида используемого сигнала,

- типа передающих антенн и т.д.

Усилительный тракт радиопередатчика может включать в себя ряд последовательных каскадов или ступеней усиления. Послед­ний каскад усилительного тракта, развивающий заданную мощ­ность в нагрузке (антенне) называется выходным или оконечным каскадом, а все предшествующие - промежуточным каскадом. Каждый каскад усилительного тракта является усилителем мощ­ности, поэтому термин "усилитель мощности" может относиться как ко всему усилительному тракту, так и к отдельному его каскаду. Каскад усиления мощности иногда называют генерато­ром с внешним возбуждением.

Несмотря на то, что и промежуточные каскады, и выходной каскад являются усилителями мощности, требования которые к ним предъявляются различны.

Поэтому рассмотрим отдельно принципы построения выходных и промежуточных каскадов. Причем это рассмотрение целесооб­разно начать с выходных каскадов, так как именно они опреде­ляют необходимость применения в данном конкретном передатчи­ке промежуточных усилителей мощности.

ВЫХОДНЫМ или ОКОНЕЧНЫМ называется последний, самый мощный каскад усилительного тракта передатчика, основное назначение которого - в обеспечении в нагрузке (антенне) заданной мощ­ности. Этот каскад является основным потребителем энергии ис­точников питания, поэтому он должен работать q высоким КПД. КПД выходного каскада в значительной мере определяет КПД всего радиопередатчика, габариты и массу источника питания.

Таким образом, выходной каскад должен удовлетворять следу­ющим основным требованиям:

- мощность в антенне на любой частоте диапазона и при ра­боте на различные типы антенн должна быть не менее тре­буемой

- мощность в антенне должна обеспечиваться при возможно
большем КПД = Ра/Рпер.

- выходной каскад должен обеспечивать высокую фильтрацию
побочных колебаний и, прежде всего, колебаний на гармо­никах основной частоты.

Помимо указанных основных требований к выходному каскаду предъявляются и другие:

- высокая надежность и устойчивость работы в заданных ус­ловиях эксплуатации

- простота схемы

- минимальное время настройки каскада и др.

До последнего время выходные каскады передатчиков выпол­нялись в виде ламповых усилителей, однако разработка мощных ВЧ транзисторов создала реальные возможности создания радио­передатчиков на транзисторах (в радиопередатчиках большой мощности возможно частичное использование транзисторов, нап­ример в промежуточных каскадах.)

Применение транзисторов позволяет улучшить эксплуатацион­ные показатели радиопередатчиков, повысить их надежность, уменьшить габариты и массу, обеспечить практически мгновен­ную готовность передатчика к работе, повысить безопасность обслуживающего персонала.

Выходные каскады ламповых усилителей, в которых анод лампы связан с антенной многоконтурной избирательной системой, принято называть выходным каскадом сложной схемы.

Обычно количество контуров в выходных каскадах сложной схемы не превышает двух.

Усилительный тракт радиопередатчика может иметь в себе ряд после­довательных каскадов или ступеней усиления. Последний каскад усилительного тракта, развивающий заданную мощность в нагрузке (антенне) называется выходным или оконечным, а все предшест­вующие - промежуточными каскадами.

К основным характеристикам усилителей мощности относятся:

• Коэффициенты усиления выражают усилительные свойства усилителя:

К ним относятся коэффициенты усиления:

1. Напряжения k_U =U₂ / U₁

2. Тока k_I =I ₂ / I ₁

3. Мощности k_P =P ₂ / P ₁

Где U₁, I ₁, P₁ - напряжение, ток и мощность сигнала на входе усилителя, a U₁, I₂, Р₂ - те же величины на выходе.

k_общ = U₂ / U₁ = U₂ / U_2,3 * U_2,3 / U_1,2 * U_1,2 / U₁=> k_общ = k₁ k₂ k₃ …

• Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) - это не­который интервал значений частоты от F_n (нижняя частота) до F (верхняя частота) внутри которого коэффициент усиления изменя­ется в допустимых пределах.
• Выходная мощность. В зависимости от назначения усилителя его выходная мощность может быть от сотых долей до сотен Ватт. Максимальная мощность, которую можно получить на выходе уси­лителя при условии, что величина

• искажений выходного сигнала не превышает заданных значений, называется номинальной мощно­стью.Эта мощность указывается в техническом паспорте усилите­ля.
• Коэффициент полезного действия (КПД) -отношение полез­ной мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку к суммарной мощности, потребляемой от источников питания.

Для транзисторных усилителей КПД, в зависимости от режима работы оконечного каскада, может быть 40-50%. Для ламповых 12-14%.

· Искажения, вносимые усилителем. Качество усилителя опре­деляется степенью искажений, вносимых усилителем при усилении входного сигнала. Под искажениемследует понимать изменение формы выходного сигнала по сравнению с формой входного.

Любой усилитель в той или иной степени искажает сигнал, по­данный на его вход. При расчете усилителя определяют параметры и режимы работы усилительных элементов, при которых искажения не будут превышать значений, допустимых техническими условия­ми. В зависимости от причин, вызывающих изменение формы вы­ходного сигнала искажения могут быть линейными и нелинейными. Линейные обусловлены влиянием реактивных элементов усилителей: емкостей, индуктивностей. Нелинейные искажения возникают в результате нелинейности характеристик усилительных приборов и характеристик намагничивания сердечников трансформаторов

· Линейные искажения существуют трех видов:

1. Частотные

2. Фазовые

3. Переходные

· Частотные искажения - искажения, обусловленные изменением коэффициента усиления усилителя на разных частотах входного сигнала. В усилителях они возникают за счет наличия реактивных элементов - сосредоточенных и рассредоточенных индуктивностей и емкостей. В усилителях звуковых частот частотные искажения из­меняют тембр звучания.

· Фазочастотные искажения. В реальных условиях на вход уси­лителя поступает сложный сигнал, состоящий из основной частоты и ряда гармонических составляющих. При прохождении такого сиг­нала через каскады усилителя за счет его реактивных элементов (емкостей и индуктивностей) возникает фазовый сдвиг.

Если углы сдвига фаз составляющих сложного сигнала пропор­циональны их частотам, или, время запаздывания для всех частот будет одинаковым, искажений сигнала не будет.

Если эта пропорциональность нарушается, то есть время запаз­дывания различных частотных составляющих сигнала при прохож­дении через усилитель будет различным, то форма сигнала будет искажена. Такие искажения называют фазовыми.

В усилителе звуковых частот фазовые искажения обычно не учи­тываются. В усилителях телевизионных, предназна­ченных для усиления визуально наблюдаемых сигналов, фазовые искажения сильно искажают воспроизводимое изображение.

· Переходные искажения возникают в усилителях импульсных сигналов. Они характеризуются переходными процессами установ­ления токов и напряжений в усилителях, содержащих реактивные элементы.

· Heлинейные искажения - искажения формы выходного сигна­ла, вызванные нелинейностью выходных и входных характеристик усилительных приборов, а также характеристик намагничивания сердечников трансформаторов.

· Динамический диапазон сигнала представляет собой превыше­ние максимального уровня сигнала над его минимальным уровнем.

При преобразовании звука в электрический сигнал динамический диапазон может сохраняться или несколько сжиматься за счет огра­ничения его максимального значения.

Для обеспечения высокого качества воспроизведения динамиче­ский диапазон усилителя должен быть не меньше динамического диапазона сигнала.

Дата добавления: 2014-11-25