2. Структурная схема радиопередатчика

Обобщенная структурная схема современного радиопередатчика изображена на рис. 1.2.

Рассмотрим кратко назначение ее отдельных элементов. Задающий генератор (или возбудитель) 1 генерирует высокостабильные радиочас­тотные колебания в заданном диапазоне частот. Далее эти колебания усиливаются в предварительных каскадах 2 и поступают на оконечный усилитель мощности 3. Часто предварительные каскады передатчика работают в режиме умножения частоты РЧ колебаний. Это облегчает требования к возбудителю и повышает устойчивость работы передат­чика, поскольку усиление ведется на различных частотах. Усилитель мощности 3 обеспечивает на выходе антенны (или фидера) заданную мощность РЧ колебаний. Антенная система 4 излучает РЧ колебания в пространство. Для управления ВЧ колебаниями служит модуляционное (или манипуляционное) устройство 5. Если передатчик работает с амп­литудной модуляцией (АМ), то модуляционное устройство воздейству­ет на оконечный или предварительные каскады. Если передатчик работает с частотной модуляцией (ЧМ) (манипуляцией), то модуляция (манипуляция) осуществляется в задающем генераторе 1. Устройство охлаждения ламп и контуров 8 поддерживает заданный тепловой режим передатчика, а устройство блокировки и сигнализации (УБС) 7 дает информацию о режиме работы передатчика и обеспечивает его включе­ние и выключение, безопасность обращения с ним обслуживающего персонала. Источники питания б необходимы для подачи заданных питающих напряжений на лампы или транзисторы передатчика.

Рис. 1.2. Обобщенная структурная схема современного радиопередатчика

5 Генератором с внешним возбуждением (ГВВ) называется каскад, в котором энергия источника питания преобразуется в энергию ВЧ–колебаний активным элементом  при воздействии внешнего управляющего сигнала. Если частота выходного колебания совпадает с частотой управляющего  сигнала, такой ГВВ называется усилителем мощности. Если частота выходного колебания отличается от частоты управляющего сигнала в целое число раз, такой ГВВ называют умножителем частоты.

В качестве Активного Элемента в ГВВ применяют электронные лампы, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры, электронно–лучевые приборы (ЛБВ,ЛОВ, клистроны, приборы, в которых потоки электронов движутся  в скрещенных электрических и магнитных полях (магнетроны, платинотроны) диоды Ганна, лавинно–пролетные и туннельные диоды и другие элементы, перечень которых все время расширяется.

Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) относится к классу усилителей высокой частоты (ВЧ). В отличие от малосигнальных усилителей ВЧ, ГВВ имеет дело с большими уровнями сигналов, действующих на его входе и выходе, и работает как в линейном, так и в нелинейном режимах. В этой связи ГВВ принято характеризовать рядом энергетических показателей. К ним относятся выходная колебательная мощность Р~, мощность, потребляемая от источника питания Р0, мощность рассеяния по выходному электроду Ррас, коэффициент полезного действия (КПД) по выходному электроду h0, коэффициент усиления по мощности Кр и ряд других. Качество генератора во многом зависит от уровня достигнутого КПД и Кр при заданном уровне выходной мощности. Поэтому ГВВ можно рассматривать как устройство, осуществляющее преобразование энергии источника питания в ВЧ энергию с достаточно высоким КПД и управляемое внешним высокочастотным сигналом. Этим

6 АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ - изменение амплитуды колебаний или волн во времени (в пространстве). Закон изменения в принципе произволен, однако обычно термин "А. м." применяется к процессам с медленным (по сравнению с исходными несущими колебаниями) изменением амплитуд, когда их поведение приближённо можно описать с помощью непрерывных ф-ций (огибающих). Как несущие колебания, так и их огибающие могут быть гармоническими, импульсными, случайными и т. п., однако наиб. важны и представительны случаи, когда несущие колебания синусоидальны. Тогда колебания с А. м. можно представить в виде:   , где A (t)- медленная ф-ция, описывающая поведение огибающей,  - частота и нач. фаза исходных колебаний. Условие медленности изменения амплитуд на характерном временном интервале, равном периоду Т, определяется неравенством  . В простейшем случае (рис.) изменения огибающей по синусоидальному закону   с частотой  (А₀- =const) для характеристики относит. изменения амплитуды модулиров. колебаний используют параметр m=(A_макс - А_мин)/(A_макс + А_мин) - коэф. модуляции.

В технике А. м. применяют для передачи информации на расстояние обычно с помощью эл--магн. волн радио-и оптич. диапазонов (хотя существуют системы передачи с помощью звуковых и др. колебаний); суть А. м.- перенос НЧ-спектра модулирующего (информационного) сигнала в ВЧ-область, характерную для спектра исходных (несущих энергию) колебаний. Спектральный состав сигналов с А. м. может быть довольно сложным. Так, в случае несинусоидальной огибающей по обе стороны от спектральной линии несущей частоты  возникают полосы спектральных компонент т. н. боковых частот   (к=l, 2, ...), где  - частота первой гармоники спектра информац. сигнала. Если спектр боковых частот симметричен относительно  , то А. м. наз. линейной, если несимметричен, то наз. нелинейной.

4. Автогенератор — электронный генератор с самовозбуждением.^[1]

Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери (когда петлевой коэффициент усиления больше 1). При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать.

Такие системы называют автоколебательными системами или автогенераторами, а генерируемые ими колебания — автоколебаниями. В них генерируются стационарные колебания, частота и форма которых определяются свойствами самой системы.Автогенераторы применяются, например, в радиопередающих устройствах.Существует 2 режима работы автогенератора: мягкий и жесткий режимы.Мягкий режим характеризуется безусловным быстрым установлением стационарного режима при включении автогенератора.

Жесткий режим требует дополнительных условий для установления колебаний: либо большой величины коэффициента обратной связи, либо дополнительного внешнего воздействия (накачки).

а

б)

в)

3. Возбудители передатчиков Возбудителем называют устройство в составе радиопередатчика, пред­назначенное для формирования колебаний с заданн^іми частотами и требу- ем^ім видом модуляции. В зависимости от назначения передатчика, диапа­зона рабочих частот, мощности, вида модуляции возбудители строят по различн^ім структурн^ім схемам. Самые простые одночастотн^іе возбуди­тели применяют в передатчиках, работающих на фиксированной частоте, с амплитудной модуляцией (АМ) в одном из мощн^іх каскадов. Такие воз­будители содержат задающий автогенератор, буферн^ій каскад и при необ­ходимости каскады умножения частоты. В современн^іх передатчиках при­меняют более совершенн^іе возбудители с использованием синтезаторов частот, в которых из частоты единственного высокостабильного кварцево­го генератора формируется сетка частот с малым шагом дискретности и чистым спектром. От синтезатора получают также опорную частоту_/0, сме­шивая с которой, колебания дискретного множества частот можно перене­сти в заданный рабочий диапазон. Основными компонентами такого воз­будителя являются: синтезатор частот, модулятор или формирователь вида работ и тракт преобразования. На рис. 1 изображен^і варианты структур- н^іх схем возбудителей с частотной (рис. 1, а) и фазовой модуляцией коле­баний (рис. 1, б) и модуляцией колебаний с одной боковой полосой (рис. 1, в). На рисунке приняты следующие обозначения: ДАГ - стабильн^ій диа- пазонн^ій автогенератор; ЧМГ - частотно-модулированн^ій автогенератор; УЧ - управитель частоты; СМ - смеситель; ПФ - полосовой фильтр; - модулирующий сигнал; КАГ - опорный кварцевый автогенератор; СЧ - синтезатор сетки частот; УФ - управляемый фазовращатель;. БМ^, БМ2, БМ3 - балансн^іе модуляторы поднесущиху^,/2,/3 с фильтрами; /0 - опор­ная частота.

На практике нередки случаи, когда в возбудителе формируется много видов работ. Например, в возбудителях радиопередатчиков магистральной радиосвязи короткометрового диапазона частот в течение суток приходит­ся многократно изменять не только рабочую частоту, но и вид работы. В последнее время большинство вновь разрабатываемых возбудителей со­держит встроенный микропроцессор для автоматизированного управле­ния и контроля возбудителя и передатчика в целом. Разнообразие вариан­тов построения отдельных блоков возбудителя и их параметры определя­ются в значительной степени назначением и параметрами передатчика, для которого предназначен возбудитель. Основными параметрами возбудителя являются: диапазон рабочих частот; допустимая нестабильность частоты;

Рис. 1

инерционность перестройки; уровень подавления побочн^1х составляющих; уровень паразитного отклонения амплитуды, частоты и фазы.

Допустимая нестабильность частоты возбудителя определяется до­пустимой нестабильностью частоты передатчика, которая жестко рег­ламентируется общероссийскими нормами на допустимые отклонения частоты.

Нестабильность частоты характеризуется ее относительным измене­нием ПП/П^. Различают кратковременную и долговременную нестабиль­ность частоты. Под долговременной понимают нестабильность часто­ты, связанную с медленными изменениями частоты автогенератора из- за изменения температуры, давления, влажности, напряжения источни­ков питания и т.д. Кратковременная нестабильность определяется быс­трыми флуктуациями частоты автогенератора, вызываемыми тепловы­ми и дробовыми шумами.

7.Виды модуляции.Частотная модуляция.

Виды модуляции:Аналоговая1.Амплитудная модуляция (АМ)1.1Амплитудная модуляция с одной боковой полосой ;1.2Балансная амплитудная модуляция (БАМ) — АМ с подавлением несущей;1.3Квадратурная модуляция ;2Угловая модуляция;2.1Частотная модуляция (ЧМ);2.2Линейная частотная модуляция (ЛЧМ);2.3Фазовая модуляция (ФМ);3Сигнально-кодовая модуляция (СКМ);4Сигма-дельта модуляция (∑Δ)Импульсная:1Импульсно-кодовая модуляция ;1.1Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция ;1.2Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция ;2Широтно-импульсная модуляция (ШИМ);3Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ);4Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ);5Скважностно-импульсная модуляция;6Фазово-импульсная модуляция (ФИМ);7Дельта-модуляция (ДМ или Δ-модуляция);8Сигма-дельта-модуляция (ΣΔ)Частотная модуляция

При частотной модуляции амплитуда несущего колебания U0 сохраняется постоянной, а частота несущего колебания ω(t) определяется модулирующим сигналом e(t) в соответствии с выражением:ω(t) = ω0 + kЧМ e(t), где kЧМ - коэффициент пропорциональности, связывающий отклонение ΔωЧМ частоты ω(t) от своего номинального значения ω0, равное ΔωЧМ = ω(t) - ω0, и величину модулирующего напряжения e(t), вызывающего это отклонение.Максимальное отклонение частоты, вызываемое максимальным модулирующим напряжением, называют девиацией частоты.При модулирующем сигнале в виде гармонического напряжения e(t) = E cos(´Ωt+Θ). Мгновенное значение частоты частотно-модулированного колебания изменяется по закону ω(t) = ω0 + kЧМ E cos(´Ωt+Θ)Временные диаграммы несущего и модулирующего колебаний, а также частотно-модулированного сигнала приведены на рисунке 5.4. Рис. 5.4 Частотная модуляция:  а) колебание с постоянной частотой; б) модулирующий сигнал; в) частотно-модулированное колебание

Пусть тональная модуляция гармоническим сигналом с частотой ´Ω вызывает отклонение частоты с девиацией, равной ΔωЧМ. Тогда в случае «быстрой» модуляции (при ΔωЧМ << ´Ω) полоса частот, занимаемая частотно-модулированным колебанием, определяется наибольшей частотой спектра модулирующего сигнала ПЧМ ~ 2 ´Ω. В случае «медленной» модуляции (при Δω ЧМ >> ´Ω) частотный диапазон частотно-модулированного колебания определяется величиной девиации частоты ΔωЧМ: ПЧМ ~ 2 ΔωЧМ.

8.Фазовая модуляция

При фазовой модуляции амплитуда несущего колебания U0 сохраняется постоянной, а фаза несущего колебания φ(t) связана с модулирующим напряжением e(t) зависимостьюψ(t) = ω0 t+ kФМ e(t) + φ0, где kФМ - коэффициент пропорциональности, определяющий связь между модулирующим напряжением e(t) и дополнительным приращением полной фазы результирующего фазомодулированного колебания. При модуляции фазы по гармоническому закону e(t) = E cos(´Ωt+Θ).Полная фаза фазомодулированного колебания принимает значение ψ(t) = ω0 t+ kФМ E cos(´Ωt+Θ) + φ0    (5.13).Максимальное дополнительное отклонение фазы несущего колебания относительно регулярного значения ω0 t характеризуется индексом фазовой модуляции МФМ:МФМ = kФМ E. Таким образом, полное описание фазомодулированного колебания, модулированного тональным сигналом, имеет вид:uФМ(t) =U0 cos[ω0 t+ kФМ E cos(´Ωt+Θ) + φ0].    (5.15).Временные диаграммы модулирующего и несущего сигналов, а также фазомодулированного колебания приведены на рисунке 5.5. Рис. 5.5 Фазовая модуляция:  а) модулирующий сигнал; б) несущее колебание (штриховая линия) и фазомодулированное колебание (сплошная линия) Определение спектра фазомодулированного сигнала даже в случае простых модулирующих сигналов представляет собой достаточно сложную задачу. Исключение составляет случай с малым индексом фазовой модуляции (МФМ << 1). В этом случае при нулевых начальных сдвигах фаз (Θ = 0 и φ0 = 0) напряжение (4.15) можно представить в виде: uФМ(t) =U0 cos[ω0 t+ MФМ cos´Ωt].  uФМ(t) =U0 cos(ω0 t) х cos(MФМ cos´Ωt) - U0 sin(ω0 t) sin(MФМ cos´Ωt).   (5.16)

В силу малости аргумента (MФМ cos´Ωt << 1) тригонометрических функций cos(MФМ cos´Ωt) и sin(MФМ cos´Ωt) справедливы приближенные соотношения cos(MФМ cos´Ωt) ~ 1 и sin(MФМ cos´Ωt) ~ MФМ cos´Ωt. С учетом этих приближений выражение (5.16) приводится к виду: uФМ(t) =U0 cos(ω0 t) - (U0 MФМ/2) cos(ω0 - ´Ω)t + (U0 MФМ/2) cos(ω0 - ´Ω)t.     (5.17) Полоса частот, занимаемая фазомодулированным сигналом, в этом случае также равна ПФМ ~ 2 ´Ω.    (5.18).При больших индексах фазовой модуляции (MФМ << 1) зависимость между полосами частот, занимаемыми модулирующим и фазомодулированным сигналами, подчиняется более сложным выражениям, чем, например, соотношение (5.18).