Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ВТП Т.2.doc
Скачиваний:
6
Добавлен:
24.11.2019
Размер:
367.62 Кб
Скачать

Тема 2. Основи радіопередачі та радіоприйому

. Заняття № 3 : Призначення , загальний пристрій та основні характеристики радіопередавачів та радіоприймачів.

Навчальні питання :

1. Призначення й основні характеристики радіопередавача. Узагальнена структурна схема радіопередавача.

2. Призначення й основні характеристики приймачів. Узагальнена структурна схема приймача.

3. Регулювання в радіоприймачах.

Радио.

Радиосвязь – передача информации с помощью электромагнитных волн радиодиапазона.

Радиовещание – передача речи и музыки с помощью электромагнитных волн радиодиапазона.

Телевидение – передача изображения, речи и музыки с помощью электромагнитных волн радиодиапазона.

А. С. Попов повторил опыты Герца и в апреле 1895 г. создал первый приемник (грозоотметчик). "Генрих Герц" - первая в мире радиограмма. (Передавалась азбукой Морзе).

7 мая 1895 г. демонстрация прибора на заседании Русского физико-химического общества. Дальность — 250 м; 1899 г. -— 20 км; 1901 г.—150 км. Попов впервые использовал когерер и приемную антенну.

Одновременно с Поповым над той же проблемой работал итальянский изобретатель Гульермо Маркони. Он усовершенствовал приемник, создал первую фирму, занявшуюся производством и продажей радиооборудования (Нобелевская премия по физике).

Рисунок 1.1 -

1 - антенна, 2 - когерер, 3 - электромагнитное реле,

4 - электрический звонок, 5 - источник тока.

Когерер - трубка с металлическими опилками (R очень большое). Когда волна улавливается антенной, напряжение увеличивается, между опилками проскакивают искорки, и они спаиваются. Сопротивление уменьшается, сила тока увеличивается. Включается реле, срабатывает звонок, молоточек звонка ударяет по когереру и происходит встряхивание опилок. Сопротивление когерера увеличивается, цепь звонка размыкается. Приемник вновь готов к работе.

Узагальнена структурна схема радіопередавача.

Для установления связи по радиоканалу необходимо чтобы у каждого корреспондента имелся передатчик и приёмник. Устройство, объединяющее оба этих элементов в одну конструкцию, называется радиостанцией.

Радиопередатчиком называется устройство, предназначенное для генерации радиочастотных колебаний и управления ими с целью передачи информации без использования проводных каналов.

В целом же, под радиопередающим устройством понимают техническое устройство, состоящее из радиопередатчика и антенно-фидерной системы и предназначенное для передачи сигнала. Типовая схема РПдУ представлена на рис. 1

Рисунок 1 - Типовая схема радиопередающего устройства

Возбудитель предназначен для формирования гармонических колебаний с заданными частотами и последующей модуляцией их.

Усилитель мощности представляет собой как правило генератор с внешним возбуждением, в котором выходная мощность колебаний превышает входную мощность колебаний, а частоты обоих равны.

Согласующее устройство преобразует комплексное зависимое сопротивление антенны к необходимой величине сопротивления нагрузки каскада усилителя мощности.

Выходные каскады усилителей мощности как правило собраны по несимметричной схеме. Если в комплект передающих антенн наряду с несимметричными входят и симметричные, то функции симметрирования выхода передатчика могут быть также возложены на согласующее устройство. В этом случае его называют согласующе-симметрирующим.

Антенно-фидерная система предназначена для передачи энергии радиочастотного сигнала в антенну и излучения радиоволн.

Фидер антенно-фидерного устройства обеспечивает передачу энергии сигнала в антенну, а последняя излучает ее в заданном направлении.

Радиопередатчики (радиопередающие устройства) нашли широкое применение в радиосвязи, радиовещании, телевидении, радиолокации и радионавигации. Структура радиопередатчика определяется его основными общими функциями, к которым относятся:

  • получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и мощности (преобразует первичный электрический сигнал в высокочастотный сигнал заданного вида);

  • модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом (формирует частотный диапазон с заданным числом рабочих частот);

  • излучение колебаний через антенну (сообщает радиосигналу заданную мощность за счет местного источника энергии).

Радиопередающее устройство состоит из трех основных частей рис.1.а:

  1. генератора или радиочастотного тракта (Г), преобразующего энергию источников питания в энергию радиочастотных колебаний с определенными параметрами;

  2. модулятора или манипулятора (М), изменяющего один из параметров радиочастотного колебания (амплитуду, частоту или фазу) в соответствии с законом изменения передаваемого сигнала: звукового, телевизионного, телеграфного и т. п.;

  3. источников электропитания (ИП): гальванических батарей или выпрямителей и накальных трансформаторов.

Кроме того, радиопередающее устройство может иметь ряд вспомогательных элементов: систему управления, блокировки и сигнализации, оборудование принудительного охлаждения и др.

а) б)

Рис.1. Структурные схемы: а) радиопередающего устройства; б) радиочастотного тракта с подключением модулятора.

Генератор, как, правило, состоит из нескольких каскадов (рис.1. б): автогенератора (АГ), или задающего генератора (ЗГ), который является источником радиочастотных колебаний; буферного (разделительного) каскада (БК), ослабляющего влияние последующих каскадов радиочастотного тракта на автогенератор; промежуточных усилителей (ПУ), предназначенных для увеличения мощности радиочастотных колебаний, и в ряде случаев умножения частоты колебаний, поступающих от автогенератора; оконечного (выходного) каскада (ОК), обеспечивающего заданную выходную мощность в антенне, согласование с нагрузочным элементом (антенно-фидерным устройством) и подавление побочных излучений. Обычно в мощных передатчиках автогенератор, буферный каскад и ряд вспомогательных элементов конструктивно оформляются в отдельной стойке (шкафу). Такой комплекс носит название возбудителя.

Построение радиочастотного тракта передатчика по многокаскадной схеме позволяет снизить выходную мощность автогенератора, что благоприятно отражается на его тепловом режиме и, в конечном итоге, на постоянстве (стабильности) частоты генерируемых им колебаний. Этому же способствует применение промежуточных усилителей и умножителей частоты, ослабляющих обратную реакцию последующих каскадов на задающий генератор. Стабилизацию частоты колебаний легче обеспечить в автогенераторе при работе его на пониженной частоте, с последующим ее кратным умножением до рабочего значения в нескольких промежуточных усилителях.

Управление радиочастотными колебаниями (модуляция) может осуществляться либо в автогенераторе, либо в одном из каскадов радиочастотного тракта. Модуляционное устройство (М) представляет собою усилитель звуковых или импульсных сигналов (информации). В передатчиках, предназначенных для радиосвязи, наряду с модулятором имеется манипулятор, управляющий радиочастотными колебаниями при телеграфной работе.

В качестве источников питания переносных передатчиков используются наборы сухих гальванических элементов или аккумуляторов. В стационарной аппаратуре питание осуществляется от сети переменного тока или электрогенераторов, приводимых во вращение двигателями внутреннего сгорания. Применение выпрямителей позволяет получать постоянные напряжения для питания анодных и сеточных цепей ламп.

В каскадах радиочастотного и модуляционного трактов часто возникает необходимость принудительного охлаждения отдельных элементов, а также блоков и шкафов в целом. Аноды электронных ламп, имеющих выходную мощность 1 кВт и более, охлаждаются воздушной струёй, проточной дистиллированной водой или за счет испарения жидкости. Катушки индуктивности контуров мощных каскадов изготовляются из медных трубок, через которые пропускается охлаждающая жидкость или воздух. Внутри шкафов устанавливаются вентиляторы для принудительного охлаждения выводов электродов и баллонов ламп.

Стационарная радиопередающая аппаратура обычно снабжается системой автоматики, позволяющей производить включение и выключение питающих напряжений в определенной последовательности, контролировать заданные параметры режимов каскадов радиочастотного и модуляционного трактов, следить за работой электропитающих устройств, быстро выключать оборудование в случае чрезмерных перегрузок или аварийной ситуации. Световая сигнализация дает возможность дежурному технику своевременно определять место и характер неисправности. Для защиты обслуживающего персонала от поражения током, что особенно опасно при наличии высоких напряжений, вся установка оборудуется двойной (электрической и механической) блокировкой.

Благодаря ей доступ ко внутренним элементам аппаратуры становится возможным только после выключения питающих напряжений и заземления конденсаторов фильтра выпрямителя. Указанные выше вспомогательные устройства объединены в единую систему управления, блокировки и сигнализации (УБС).

Некоторые передатчики магистральной радиосвязи и радиовещания полностью автоматизированы. Включение, выключение, переход с волны на волну и т. п. осуществляются по командам с центрального пульта управления, соединенного с передающей станцией проводными каналами связи. На обоих концах линии включена аппаратура телеуправления и сигнализации.

В зависимости от вида модуляции передатчики имеют следующую структурную схему:

Рисунок 2 - Структурная схема радиопередатчика.

1 - задающий генератор, 2 – микрофон, 3 – усилитель,

4 - усилитель мощности (выходной усилитель), 5 – антенна.

Задающий генератор - устройство (совокупность устройств), предназначенное для вырабатывания сигнала несущей частоты с параметрами высокой стабильности и, как правило, с возможностью плавной или дискретной выборкой необходимой частоты. Исполняется на ламповой или полупроводниковой базе. В радиопередатчиках ранних выпусков представляет собой автогенератор на радиолампах с перестройкой частоты с помощью конденсатора переменной ёмкости. В более поздних выпусках применяются цифровые синтезаторы частот.

Задающий генератор (генератор высокой частоты) вырабатывает гармонические колебания высокой частоты ВЧ (несущая частота более 100 тыс. Гц).

Микрофон преобразует механические звуковые колебания в электрические той же частоты.

Усилитель- преобразователь высокочастотного сигнала. Устройство (совокупность устройств), предназначенное для усиления, преобразования (умножения, деления, сложения) сигнала ВЧ и согласования со входом усилителя мощности. Содержит, как правило, несколько каскадов усилителей, имеющих резонансную нагрузку (колебательный контур).

Усилитель мощности (выходной усилитель) - устройство, предназначенное для доведения уровня мощности сигнала до значения, обозначенного в технических характеристиках передатчика. В радиопередатчиках мощности более 10 Вт исполняется, как правило, на радиолампах, менее 10Вт – на полупроводниках, за исключением радиопередатчиков ранних выпусков.

Усилитель мощности представляет собой как правило генератор с внешним возбуждением, в котором выходная мощность колебаний превышает входную мощность колебаний, а частоты обоих равны.

Модулятор - устройство, предназначенное для изменения параметров сигнала высокой частоты по закону изменения информационного сигнала. Представляет собой усилитель низкой (речевой) частоты, выходной сигнал которого, воздействуя на усилитель мощности, изменяет его режим и соответственно уровень выходного сигнала.

Модулятор изменяет (модулирует) по частоте или амплитуде высокочастотные колебания с помощью электрических колебаний низкой частоты НЧ.

Блок согласования - устройство, предназначенное для согласования выходных параметров усилителя мощности со входными параметрами антенного устройства. Бывает ручное и автоматическое. Необходимо, т.к. при перестройке радиопередатчика по частоте, смене антенн и изменении внешних параметров среды изменяются и вышеуказанные параметры усилителя мощности и антенных устройств. Представляет собой набор емкостей и индуктивностей с возможностью изменения их значений.

Усилитель низкой частоты - предназначен для усиления сигнала от микрофона, радиопередатчика, телефонной линии и т.д. до уровня необходимого для нормальной работы модулятора.

Усилители высокой и низкой частоты УВЧ и УНЧ усиливают по мощности высокочастотные и звуковые (низкочастотные) электрические колебания.

Источник питания (ИП) - устройство для обеспечения энергоснабжением блоков радиопередатчика.

Передающая антенна излучает модулированные электромагнитные волны.

Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется радиоволна (сигнал) с требуемой частотой и мощностью. Далее передаваемый сигнал модулирует более высокочастотное колебание (несущую). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство.

Обобщенная структурная схема передатчика с преобразованием промежуточной частоты показана на рис. 3. Схема достаточно проста и помимо преобразователя частоты, состоящего из смесителя (СМ) и задающего генератора (ЗГ), и усилителя СВЧ (УСВЧ), содержит полосовой фильтр, служащий для выделения одной из двух боковых полос, полученных в процессе преобразования частоты.

Рисунок 3 - Обобщенная структурная схема передатчика

Радиопередатчик очень часто используется вместе с радиоприёмником и питающим устройством, вместе весь этот комплекс называется радиостанцией. Самостоятельно радиопередатчики используются в тех областях, где не нужен приём информации в месте её передачи — сигналы точного времени, разнообразные навигационные радиомаяки для определения местоположения объектов, многопозиционная радиолокация, радиовещание и т.д.