Глава 1. Назначение, классификация, параметры устройств генерирования и формирования сигналов
Устройство генерирования и формирования сигналов (УГФС) – это устройство, выполняющее функции [1]:
– генерирование высокочастотных колебаний заданной частоты и мощности;
– управление параметрами высокочастотных колебаний в соответствии с передаваемым сообщением (модуляция);
Вместе с антенной УГФС служит для передачи сообщений в точку приема, поэтому в дальнейшем вместо УГФС будем использовать название радиопередатчик или передатчик. В этом определении названы две основные функции передатчика – энергетическая и информационная. Названные функции определяют задачи и содержание курса. В первой части курса будут рассмотрены физические процессы, связанные с генерацией высокочастотных колебаний, методы расчета генераторов, их схемотехника. Во второй части – вопросы, связанные с модуляцией высокочастотных колебаний.
Радиопередатчики применяются: в радиосвязи (магистральная, например, Москва – Владивосток, подвижная связь, любительская и др.), радиовещании, телевидении, радиолокации, радиотелеметрии, в физических исследованиях, в устройствах термообработки, в медицине. Два последних раздела формально не подпадают под определение передатчиков, так как модуляционные процессы в них не являются основными или вообще отсутствуют. Однако процессы преобразования энергии те же самые.
Классификация радиопередатчиков
По мощности радиочастотных колебаний различают передатчики очень малой мощности, менее 3 Вт; малой мощности 3 – 100 Вт, средней 0,1 – 3 кВт, мощные 3 – 100 кВт и сверхмощные, более 100 кВт. Для сравнения: средняя мощность электрической лампочки 100 Вт.
Классификация передатчиков по диапазону частот приведена в табл. 1.1.
Таблица 1.1 Диапазоны частот радиопередатчиков
Номер полосы |
Диапазон частот |
Обозначение полосы |
Метрическое наименование |
4 |
3,0 – 30 кГц |
ОНЧ (очень низкие частоты) |
Мириаметровые |
5 |
30 – 300 кГц |
НЧ |
Километровые |
6 |
0,3 – 3,0 МГц |
СЧ |
Гекаметровые |
7 |
3,0 – 30 МГц |
ВЧ |
Декаметровые |
8 |
30 – 300 МГц |
ОВЧ |
Метровые |
9 |
0,3 – 3,0 ГГц |
УВЧ (ультра высокие частоты) |
Дециметровые |
10 |
3,0 – 30 ГГц |
СВЧ |
Сантиметровые |
Передатчики классифицируются по виду модуляции – с амплитудной, частотной, фазовой и комбинированными видами модуляции.
По виду используемых приборов различают передатчики ламповые, транзисторные, магнетронные, клистронные и т. д.
Требования к передатчикам
1. Нестабильность несущей частоты для беспоискового вхождения в связь и отсутствия помех соседним каналам не должна превышать f / f < 10-6 – 10-7.
2. Для уменьшения помех соседним каналам внеполосные излучения должны быть не более 25×(10-6 – 10-3) Вт.
Рис. 1.1
На рис.1.2 изображена структурная схема передатчика.
Рис. 1.2:
1 – возбудитель (может быть формирователь вида работ); 2, 3 – промежуточные каскады усиления, преобразования; 4 – оконечный каскад (ОК); 5 – цепь связи (ЦС) или согласующее устройство (СУ); 6 – модулятор; 7 – источник питания; 8 – устройства управления
Основная часть мощности, потребляемая от источника питания радиопередатчиком, преобразуется в мощность высокой частоты оконечным каскадом. Энергетические характеристики оконечного каскада определяют энергетические характеристики всего передатчика. Учитывая это, курс начнём с анализа работы мощного усилителя высокой частоты. В радиопередатчиках его называют генератором с внешним возбуждением (ГВВ). Затем рассмотрим цепи связи (ЦС), от которых зависит, какая часть мощности ГВВ попадет в нагрузку (антенну), а также ЦС определяет уровень побочных колебаний, излучаемых передатчиком. После этого рассмотрим вопросы модуляции, автогенераторы, синтезаторы частоты и др.