23.5. Внутриимпульсная частотная модуляция

В радиолокации для получения высокой разрешающей способности и большой дальности применяют сжатие сигнала в радиоприемнике путем внутриимпульсной частотной и фазовой модуляции излучаемого радиопередатчиком сигнала. Одним из таких способов внутриимпульсной модуляции является изменение частоты сигнала по линейному закону (рис. 23.13,а): , (23.10)

где _дев - девиация частоты; Т - длительность линейного ЧМ (ЛЧМ) сигнала.

Рис. 23.13. ЛЧМ сигнал

Параметр m=f_девТ, называемый базой сигнала, показывает, во сколько раз можно сжать по времени ЛЧМ сигнал на приемной стороне радиолинии по сравнению с передающей. Для ЛЧМ сигнала (рис. 23.13,б) с учетом (23.10) имеем:

(23.11)

т.е. фаза меняется по квадратичному закону.

В РПДУ процесс ИМ и ЧМ следует синхронизировать. Структурная схема РПДУ при этом может иметь вид, показанный на рис. 23.14.

Рис. 23.14. Структурная схема РПДУ ИМ и ЧМ с синхронизацией ИМ и ЧМ

В схеме ЛЧМ сигнал формируется посредством генератора пилообразного напряжения, изменяющего частоту автогенератора по линейному закону. Стабилизация частоты автогенератора осуществляется устройством АПЧ. С помощью синхронизирующего устройства изменение частоты автогенератора начинается в момент подачи импульса на СВЧ усилитель мощности.

Выводы по главе

1. В радиолокации для получения высокой разрешающей способности и большой дальности применяют сжатие сигнала в радиоприемнике путем внутриимпульсной частотной и фазовой модуляции излучаемого радиопередатчиком сигнала. Одним из таких способов внутриимпульсной модуляции является изменение частоты сигнала по линейному закону.

Вопросы для самоконтроля:

1. Как выглядит сигнал при импульсной модуляции? Что такое скважность?

2. Какой спектр имеет радиосигнал при импульсной модуляции? Какова ширина спектра излучаемого сигнала?

3. Нарисуйте обобщенную структурную схему импульсного модулятора.

4. Как работает модулятор с емкостным накопительным элементом?

5. Как работает импульсный модулятор с искусственной линией?

6. Зачем применяется внутриимпульсная частотная модуляция?

7. По какому закону меняется фаза ЛЧМ сигнала?

Методические рекомендации.

Изучив материал главы, ответьте на вопросы. При возникновении трудностей обратитесь к материалам для закрепления знаний в конце пособия. Для углубленного изучения воспользуйтесь литературой: основной: 16 – 17; дополнительной: 4 - 6 и повторите основные определения, приведенные в конце пособия.

Глава 24. Радиопередатчики вч диапазона различного назначения

24.1. Радиовещательные радиопередатчики

Основные параметры. Для радиовещания предусмотрены следующие полосы частот, мощности излучения на несущей частоте и вид модуляции:

150…285 кГц - в километровом диапазоне волн (иное название - длинные волны), мощность - до 500 кВт, модуляция - амплитудная;

525…1605 кГц - в гектометровом диапазоне волн (средние волны), мощность - до 500 кВт, модуляция - амплитудная;

3,95…26,1 МГц (отдельные участки) - в декаметровом диапазоне волн (короткие волны), мощность - до 500 кВт, модуляция - амплитудная;

66…73 и 87,5…108 МГц - в метровом диапазоне (УКВ ЧМ вещание), мощность - до 15 кВт, модуляция - частотная.

Р адиовещание относится к глобальным радиотехническим системам, охватывающим огромные территории на Земном шаре. Распределение частот и время работы радиовещательных передатчиков в разных странах регламентируются международными соглашениями в рамках Международного союза электросвязи, членом которой является и Россия. Благодаря таким соглашениям понижается возможность взаимных радиопомех при приеме радиостанций слушателями. Никто в мире не имеет права заниматься радиовещанием без согласования с международными и государственными органами. Обобщенная структурная схема длинно- и средневолновых радиопередатчиков. Такая схема радиопередатчика с амплитудной модуляцией и мощностью до 500 кВт приведена на рис. 24.1.

Рис. 24.1. Типовая схема радиопередатчика с амплитудной модуляцией

Радиопередатчик состоит из двух полукомплектов, мощности которых суммируются с помощью мостового устройства. В предварительных ВЧ широкополосных каскадах, не требующих перестройки при изменении частоты возбудителя, обычно применяют мощные транзисторы. В выходном ВЧ усилителе мощности используется несколько мощных генераторных ламп, суммируемых по параллельной или двухтактной схеме. В выходном каскаде и согласующем устройстве с антенной при изменении частоты возбудителя осуществляется автоматическая настройка контуров. Блок питания, выполняемый на тиристорах, обеспечивает требуемыми напряжениями все ламповые и транзисторные каскады. При этом для анодов мощных генераторных ламп требуются напряжения более 10 кВ. В этой связи особое внимание уделяют безопасности обслуживающего персонала путем применения нескольких дублирующих друг друга устройств блокировки и электронной защиты, исключающих проникновение в зоны повышенной опасности без предварительного отключения высокого напряжения. В РПДУ с помощью специальных датчиков осуществляется автоматический контроль нормальной работы всех его каскадов и звеньев и немедленной сигнализации в случае нарушения штатного режима. В возбудителе применяется синтезатор, создающий сетку частот с требуемым шагом. Нестабильность частоты, обеспечиваемая возбудителем, не превышает 10 Гц, а в синхронном режиме работы - 0,01 Гц. (Синхронным называется режим, при котором все радиостанции передают одно и то же сообщение на одной и той же несущей частоте, стабилизация которой осуществляется по принимаемому сигналу «единого времени»). АМ осуществляется одновременно в нескольких каскадах: в выходном и предварительных ВЧ усилителях мощности. АМ обеспечивает полосу частот от 50 до 10000 Гц и малый коэффициент нелинейных искажений. РПДУ в конструктивном отношении выполняют в виде нескольких стоек стандартного размера со съемными блоками, на переднюю панель, которых выносят органы управления и контроля (рис. 24.2). В каждой из стоек размещается устройство принудительного воздушного или жидкостного охлаждения.

Рис. 24.2

Структурная схема РПДУ УКВ ЧМ радиовещания. С помощью такого радиопередатчика обеспечивается высококачественное радиовещание в зоне прямой видимости передающей антенны, которую устанавливают на высокой башне или вышке. Радиус зоны прямой видимости для идеализированной модели Земли в форме шара, км:

,

где h₂, h₂ - высота поднятия передающей и приемной антенн, м. Так, при h₁=200 м и h₂=10 м получим R=14,5 км. Поскольку зона радиовидимости при УКВ радиовещании сравнительно невелика, то нет смысла особенно увеличивать мощность РПДУ, которая обычно не превышает 1 кВт. И только в особых случаях мощность излучения увеличивают до 15 кВт. Качественное вещание в УКВ диапазоне обеспечивается за счет расширенного диапазона частот модулирующего сигнала в пределах 30…15000 Гц, высокой линейности характеристик частотного модулятора и применения широкополосной частотной модуляции с общей шириной полосы излучаемого сигнала в 145 кГц. При мощности до 1 кВт радиопередатчик можно выполнить полностью на транзисторах согласно, например, структурной схеме, приведенной на рис. 24.3.

Рис. 24.3

Основой радиопередатчика являются модули мощностью по 250 Вт, суммируемые с помощью трех мостовых устройств коаксиального типа. Каждый модуль, в свою очередь, представляет собой сборку из восьми СВЧ транзисторов мощностью по 50 Вт, также суммируемых с помощью мостовых устройств. Широкополосная линейная ЧМ осуществляется в возбудителе, в который также входит синтезатор частот, позволяющий менять частоту излучаемого сигнала. По схеме на рис. 18.3 можно собрать и РПДУ звукового сопровождения телевизионного вещания.