Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

.pdf
Скачиваний:
31
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
19.21 Mб
Скачать

О С Н О В Ы Р А Д И О Т Е Х Н И К И И Р А Д И О Л О К А Ц И И

В.Г. ЛЕВИЧЕВ

РА Д И О П Е Р Е Д А Ю Щ И Е

ИР А Д И О П Р И Е М Н Ы Е

УС Т Р О Й С Т В А

Издание третье, переработанное и дополненное

Ордена Трудового Красного Знамени ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СССР

М О С К В А — 1974

6Ф2

 

 

Гос.

п, '5п '^ч'гчя

 

 

 

 

 

 

Л 36

Cvi'O •

-

п

 

 

 

 

 

 

УДК 621.396

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЧИ> -ч,1ЬНО.- С ЗАЛА

 

 

 

 

 

 

М34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курс учебного пособия «Основы радиотехники

и

радиолокации» состоит

нз

четы­

рех самостоятельных

 

книг:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Колебательные

системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электровакуумные

и

полупроводниковые

приборы.

 

 

 

Р а д и о п е р е д а ю щ и е

 

и радиоприемные

устройства.

 

 

 

 

Р а д и о л о к а ц и я .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В данной книге

в

главе

I § 1—5

п

9 написаны

Левичевым Б. Г., §

G,

10,

II п

12 — Фогельсоном

Б.

I I . , § 7 и 8 — Степуком

Я. В.,

глава 2 — Л е в и ч е в ы м

В. Г.

 

Левичев В. Г.

Л36 Радиопередающие и радиоприемные устройства. Изд. 3-е, переработ, и дополи. М., Воениздат, 1974.

510 с. (Основы радиотехники и радиолокации)

 

В книге рассматриваются устройство,

принцип

работы и

основы

расчета

каска­

д о в

современных

радиопередатчиков, а

т а к ж е физический

смысл

п р о исхо дящих

в них явлений. Мгтематический

аппарат

в

основном

использован

в

о б ъ е м е

средней

школы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Книга предназначена дл я курсантов радиотехнических училищ и представляет

интерес для офицеров, связанных с эксплуатацией радиотехнических

средств,

а так­

ж е

д л я учащихся

г р а ж д а н с к и х

учебных

заведений,

з а н и м а ю щ и х с я

изучением

радио ­

техники и радиолокации .

 

 

 

 

 

 

 

 

0343-093

96-74

6Ф2

Л

068(02)-74

 

 

 

©Воениадат, 1974

ГЛАВА 1

РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

§1. О Б Щ И Е СВЕДЕНИЯ О РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ

УСТРОЙСТВАХ 1. Структурные схемы передатчиков

Радиопередающее устройство предназначено для передачи ин­ формации при помощи радиоволн. Радиоволна представляет собой электромагнитное поле высокой частоты и является особой формой движущейся материи. Радиопередающее устройство состоит из пе­

редатчика

и

передающей

 

антенны.

 

 

 

 

 

 

В передатчике происходят три основных процесса:

 

 

— генерация колебаний высокой частоты

(КВЧ),

т. е. их

соз­

дание;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— усиление КВЧ

до

необходимой мощности;

 

 

 

управление

одним

из

параметров

КВЧ

(амплитудой,

часто­

той или фазой) в

соответствии

с передаваемой информацией.

 

Генерация КВЧ осуществляется в автоколебательном генера­

торе.

Его

называют

возбудителем или

задающим

генератором

(ЗГ),

так

как

он

задает

(устанавливает)

несущую

частоту

пере­

датчика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Управление одним из параметров КВЧ по закону

передаваемых

информационных

сигналов

называется

модуляцией.

Она

осуще­

ствляется

модулятором (М). В передатчике может быть амплитуд­

ная модуляция (AM), частотная

модуляция

(ЧМ) или фазовая

мо­

дуляции

(ФМ). Частным случаем амплитудной модуляции

яв­

ляется

простейшая

импульсная

модуляция.

 

 

 

 

В результате модуляции получаются модулированные высоко­ частотные колебания тока, напряжения и электромагнитного поля. При отсутствии модуляции в антенне передатчика создаются, а следовательно, и излучаются в пространство смодулированные ко­

лебания.

 

 

 

Усиление колебаний высокой частоты (немодулированных

и мо­

дулированных) в

передатчике осуществляется

усилителями

мощ­

ности (УМ). Их

называют также генераторами

с внешним

возбу-

i *

 

 

3

ждением. По режимам работы усилители передатчика можно раз­ делить на три основных типа: буферные усилители, усилителиумножители и выходные усилители. В простейшем передатчике, первые два типа усилителей могут отсутствовать, а выходной уси­

литель может

одновременно быть и умножителем частоты.

У многих

радиолокационных передатчиков усилители вообще

отсутствуют. Такие передатчики обычно работают в импульсном режиме. В этих случаях автогенератор имеет достаточно большую импульсную мощность. К типичным мощным импульсным автогене­ раторам радиолокационных передатчиков относятся магнетроны. Используются также мощные автогенераторы иа металлокерамичэских лампах, на специальных приборах СВЧ и на обырных лампах.

Структурная схема простейшего передатчика A M колебаний приведена на рис. 1.1. Там же показаны графики напряжений на

выходе каждого каскада.

В задающем генераторе создаются ко­

 

Передающая

лебания

высокой

частоты

 

с

неизменными

парамет­

 

антенна

Передатчик

 

рами. В

усилителе

мощ­

 

 

ности они усиливаются,

а

ЗГ

УМ

их амплитуда под

воздей­

 

 

ствием

модулятора

изме­

 

 

няется

по закону

 

инфор­

о ШШД/Ш/ШлМ/\1ШЛ>7 |

 

мационных

сигналов.

В

 

результате

получаются

 

 

амплитудно-модулирован-

 

 

ные колеба'ния

требуемой

 

 

мощности.

Они

 

направ­

 

 

ляются

 

в

передающую

 

 

антенну и создают ампли-

 

 

тудно

-

модулированные

 

 

радиоволны,

излучаемые

 

 

в

пространство.

 

 

 

 

Рис. 1.1. Структурная схема связного передат­

на

На

рис.

1.2

изображе­

чика AM колебаний

структурная

 

схзма

 

 

простейшего

передатчика

ЧМ колебаний. В таком передатчике модулятор воздействует на колебательный контур задающего генератора, изменяя частоту •эго настройки в соответствии с информационными сигналами. По этой причине изменяется частота генерируемых колебаний. Она изменяется в относительно небольших пределах по сравнению со своим средним значением.

В усилителе мощности происходит усиление частотно-модули­ рованных колебаний. Передающая антенна излучает в простран­

ство частотно-модулированные

радиоволны. Частотная модуляция

применяется

только в диапазоне УКВ. В других диапазонах волн

ее применять

невозможно.

 

 

Структурная

схема простейшего радиолокационного

передат­

чика приведена

на рис. 1.3. В этой схеме модулятор вырабатывает

периодически

повторяющиеся

видеоимпульсы напряжения

прямо-

угольной формы. Для мощного автогенератора они служат напря­ жением питания. Поэтому их амплитуда измеряется единицами или десятками киловольт. Автогенератор периодически генерирует вы­ сокочастотные радиоимпульсы и направляет их Б передающую ан­ тенну. Длительность излучаемых радиоимпульсов обычно бывает около одной микросекунды, а период их повторения измеряется сотнями или тысячами микросекунд. Их часто называют зондирую­

щими

радиоимпульсами.

Передающая

 

В

передатчиках

 

им­

 

 

 

антенна

 

пульсной

радиосвязи

передатчик

 

 

также

в

радиолокацион­

 

 

1

ных

передатчиках)

 

мо­

зг

 

 

VM

1 ,

жет

изменяться

длитель­

 

 

1

 

 

1

ность

излучаемых

радио­

 

 

 

импульсов, их

 

амплитуда

 

 

 

или

частота

повторения.

 

 

 

Может

изменяться

также

 

 

 

время

генерации

радио­

 

 

 

импульсов

относительно

j j

 

 

определенных

 

тактовых

 

 

 

моментов.

Поэтому

им­

 

 

 

пульсная

модуляция

в

 

 

 

общем

случае может быть

Рис. 1.2. Структурная схема связного передат­

очень

разнообразной.

 

 

По

своему

основному

чика ЧМ

колебаний

 

 

 

 

назначению

передатчики

 

 

 

принято разделять на связные, радиовещательные, телевизионные, радиолокационные, радионавигационные и т. д. По месту уста­ новки их делят на стационарные и подвижные. По диапазону ра­ бочих волн передатчики бывают длинноволновые, средневолновые,

Передающая

 

Мощный

м

автогенера­

тор

 

I

I

I

I

Рис.

1.3.

Структурная

I

I

Ы

-

схема

радиолокационного

 

 

 

передатчика

коротковолновые и передатчики УКВ. В свою очередь передатчики УКВ делят на метровые, дециметровые, сантиметровые и милли­ метровые. В особую группу выделяются передатчики оптического диапазона (лазерные).

Передатчики разделяют также по роду работы, виду модуля­ ции, мощности и другим признакам.

5

2. Основные показатели передатчика

Радиопередатчик характеризуется определенными технически­ ми показателями.

1) Диапазон рабочих волн передатчика. Большинство передат­ чиков имеет органы настройки, при помощи которых можно изме­ нять рабочую длину волны. Перестройка передатчика обычно воз­ можна в пределах широкого диапазона волн. Она может быть плавной или дискретной. При плавной перестройке передатчик мо­ жет работать на любой волне заданного диапазона. При дискрет­

ной перестройке

передатчик работает только на определенных

(фиксированных)

волнах.

Очень часто

весь диапазон рабочих волн передатчика разби­

вается на несколько поддиапазонов. Каждый из них характери­ зуется коэффициентом перекрытия, т. е. отношением максимально возможной рабочей волны к минимально возможной. Обычно коэф­ фициент перекрытия не превышает 3—4. Желательно, чтобы коэф­

фициенты

перекрытия на

каждом поддиапазоне были

одинаковы.

2) Мощность передатчика. Это есть

мощность электрических

колебаний,

направляемых

передатчиком

в

антенну.

Она

может

быть от долей ватта до десятков

мегаватт.

У передатчиков,

рабо­

тающих в

импульсном режиме,

различают

мощность

в импульсе

и среднюю мощность за период повторения импульсов. Обычно мощность в импульсе превышает среднюю мощность передатчика

всотни или тысячи раз.

3)Коэффициент полезного действия передатчика. Это есть от­ ношение мощности, отданной в антенну, к мощности, потребляемой передатчиком от его источников питания. КПД передатчика опре­ деляет его экономичность. У передатчиков малой мощности КПД

бывает 10—20%, у

передатчиков большой мощности 40—60%.

4) Стабильность

частоты передатчика. Она характеризует допу­

стимое отклонение несущей частоты передатчика за определенное время его работы в конкретных условиях. Количественная оценка стабильности частоты передатчика осуществляется при помощи коэффициента относительной нестабильности. Данный коэффи­ циент равен отношению максимально допустимого отклонения не­ сущей частоты передатчика к ее номинальному значению. Чем выше стабильность частоты передатчика, тем меньше коэффициент относительной нестабильности. Он бывает величиной Ю - 4 10~8.

§2. ГЕНЕРАТОРНЫЕ ЛАМПЫ

1.Особенности генераторных ламп и их параметры

Лампа называется генераторной, если она предназначена для работы в усилителях или генераторах высокой частоты. Генера­ торные лампы имеют мощные катоды и работают при высоком анодном напряжении. Поэтому они сильно нагреваются. Если охлаждение генераторной лам'пы естественное, она имеет значитель-

иые размеры. У такой лампы получаются большие индуктивности выводов и значительные междуэлектродные емкости. Пролетное время электронов в больших лампах относительно велико. Для уменьшения размеров генераторных ламп часто применяют при­ нудительное охлаждение — воздушное или водяное.

Генераторные лампы бывают стеклянные или металлокерамические. Металлокерамические лампы имеют цилиндрическую кон­ струкцию. Они предназначены для соединения с коаксиальными или объемными резонаторами. Поэтому использование цилиндри­ ческих ламп ограничено диапазоном дециметровых и сантиметро­

вых

волн.

 

 

 

О

свойствах генераторной лампы судят по ее параметрам

(по­

казателям). Их можно разделить на три условные

группы.

 

1)

Статические параметры: крутизна лампы, внутреннее сопро­

тивление, коэффициент

усиления, проницаемость,

а также

кру­

тизна

критической линии.

 

 

 

2)

Эксплуатационные

параметры: номинальная

колебательная

мощность, допустимая мощность тепловых потерь (на аноде и сетках), номинальные напряжения на аноде и сетках, наибольшая

рабочая частота и

другие.

3) Реактивные

параметры: междуэлектродные емкости лампы

и индуктивности

выводов.

2. Статические характеристики генераторных ламп

Каждая лампа имеет свои статические характеристики. Их сни­

мают экспериментально. В справочниках

помещают

усредненные

ип=500В

;_.

иа

= 500В

Еда при иа-ьоав

Епо при иа= 500 В

а

6

Рис. 1.4. Типичные семейства

ССХ генераторных ламп:

а — параллельные;

б — веерные

характеристики ламп данного типа. Различают сеточные статиче­ ские характеристики (ССХ) и анодные статические характеристи­ ки (АСХ). Семейства ССХ бывают двух видов: параллельные и веерные (рис. 1.4) *.

* Более строго эти характеристики называют анодпо-сегочными, так как они показывают зависимость анодного тока от сеточного напряжения,

7

Параллельные ССХ типичны для ламп с большой проницае­

мостью (т. е. для ламп с малым коэффициентом усиления). К ним

относятся

большинство триодов. Веерные ССХ типичны для ламп

с малой

проницаемостью (т. е. для ламп с большим коэффициен­

том усиления). К ним относятся пентоды, лучевые тетроды и мно­ гие обычные тетроды. Однако, встречаются исключения из этого общего правила. Так, например, ряд современных тетродов имеют

параллельные

ССХ, а некоторые триоды имеют веерные

ССХ.

В лампах

с параллельными ССХ напряжение запирания

Eg0 за­

метно зависит от анодного напряжения. В лампах с веерными ССХ

напряжение Eg0

мало зависит от анодного напряжения. В целом

для генераторных

ламп характерно правое расположение сеточных

 

Рис. 1.5. Типичные семейства

АСХ генераторных

 

 

 

 

ламп:

 

 

 

 

а — триодов;

б — тетродов

и пентодов

 

статических

характеристик.

Поэтому

 

значительный анодный ток

у таких ламп обычно получается только при положительном

напря­

жении на управляющей

сетке.

 

 

 

Один из

важнейших

параметров

лампы — статическая

крутиз­

на 5. Она равна наибольшей крутизне ССХ. У современных гене­ раторных ламп крутизна бывает 5—50 ма/в, а иногда и больше.

На рис. 1.5 показаны два типичных семейства АСХ генератор­ ных ламп. Большинство характеристик снято при положительном напряжении на управляющей сетке. Причина этого понятна из рис. 1.4. Для семейства АСХ характерно наличие общей для них линии. Она называется линией спада анодного тока.

Условимся считать началом любой характеристики генератор­ ной лампы точку, лежащую на горизонтальной оси, т. е. точку ну­

левого

тока.

 

 

 

 

3. Идеализация характеристик генераторных ламп

Форма реальных

характеристик генераторных

ламп

сложна.

Их уравнения громоздки. Поэтому инженерные расчеты

передат­

чиков

начинаются с

предварительного упрощения

(идеализации)

8

статических характеристик выбранных ламп. Идеализированные характеристики ламп изображаются отрезками прямых линий. Практически бывает необходимо идеализировать только несколь­ ко характеристик.

6

Рис. 1.6. Возможные способы идеализации сеточ­ ной характеристики:

а — одной

прямой;

б —

д в у м я прямыми

(с горизонталь­

ным

участком):

в — двумя

прямыми

п а д а ю щ и м уча­

стком): Ega

— реальное

напряжение

запирания

лампы:

EgB

— предполагаемое

напряжение

запирания

лампы;

РХ — реальная

характеристика;

ИХ

 

идеализированная

характеристика:

ТК.Р

точка

критического р е ж и м а

На рис. 1.6 и 1.7 показаны возможные варианты идеализации сеточных и анодных статических характеристик. Наиболее типич­ ный случай идеализации ССХ приведен на рис. 1.6, а. Реальная характеристика заменяется одной прямой. Она имеет крутизну

Рис. 1.7. Возможные способы идеализации анодных ста­ тических характеристик:

а—при

резком изгибе характеристик: б—при

плавном изгибе

 

характеристик

 

средней части действительной характеристики. Такая идеализация ССХ применяется при аналитических расчетах усилителей и гене­ раторов.

Идеализация ССХ двумя прямыми (с падающим или с гори­ зонтальным участком) используется в основном для графической иллюстрации физических процессов. Точку соединения двух

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ