8.3. Особенности построения передатчиков различного

назначения с угловой модуляцией

Наиболее широко УМ используется в передатчиках низовой радиосвязи, которые входят в состав радиостанций различных систем связи, повсеместно применяемых в народном хозяйстве. Эти радиостанции могут быть стационарными (например, диспетчерские станции), возимыми (устанавливаемые на подвижных объектах), носимыми и др. Основные параметры передатчиков определяются действующими стандартами. Так, выходные мощности передатчиков могут составлять от 0,1 до 50 Вт в зависимости от назначения, рабочие частоты лежат в диапазоне от 30 до 470 МГц, относительная нестабильность частоты не должна превышать (5…30)10^-6, максимальная девиация частоты равна 5 или 10 кГц.

На рис. 8.11 представлены структурные схемы возбудителей передатчиков низовой связи с УМ. Первая схема (рис. 8.11, а) использует прямую частотную модуляцию варикапом в кварцевом автогенераторе. Как отмечалось, прямому методу ЧМ свойственна низкая стабильность центральной частоты и для повышения стабильности обычно применяют системы АПЧ, что усложняет схему передатчика. Более простое решение проблемы повышения стабильности частоты использовано в рассматриваемой схеме: ЧМ в кварцевом автогенераторе. Нестабильность частоты КАГ, составляющая обычно 10^-7 …10^-6, из-за подключения варикапа ухудшается приблизительно на порядок, что, тем не менее, позволяет удовлетворить требованиям ГОСТ. Девиация частоты в КАГ обычно мала (не более 1 кГц), поэтому производится умножение частоты автогенератора для увеличения глубины модуляции и повышения частоты до рабочего диапазона системы радиосвязи.

ГОСТ предусматривает обязательную предкоррекцию амплитудно-частотной модуляционной характеристики: подъем 6 дБ на октаву. Это, как отмечалось, приводит к тому, что передатчик излучает, по существу, фазомодулированное колебание. Выше было показано, что подъем верхних модулирующих частот позволяет повысить помехоустойчивость передачи речи. Кроме того, для повышения помехоустойчивости линии радиотелефонной связи модулирующий сигнал подвергают амплитудному ограничению (сжимают динамический диапазон речевого сигнала). Для сужения полосы передаваемых частот и уменьшения внеполосных излучений передатчика спектр модулирующего сигнала ограничивают, для чего перед НЧ входом модулятора устанавливается ФНЧ с частотой среза приблизительно 3,5 кГц.

а

б

Рис. 8.11. Структурные схемы возбудителей передатчиков низовой связи:

а – с непосредственной ЧМ в кварцевом автогенераторе;

б – с использованием фазового модулятора (косвенный метод ЧМ)

Схема возбудителя, показанная на рис. 8.11,а, обеспечивает работу передатчика на фиксированной частоте. Набор из нескольких близко расположенных фиксированных частот можно получить за счет смены кварцев в автогенераторе. Для построения диапазонного возбудителя выходную частоту схемы (рис. 8.11, а) можно смешать с частотой синтезатора частот.

Структурная схема возбудителя, использующего косвенный метод получения ЧМ, изображена на рис. 8.11,б, где в фазовом модуляторе осуществляется модуляция фазы несущего колебания, поступающего от задающего кварцевого автогенератора (КАГ) через буферный усилитель, который уменьшает влияние последующих цепей на стабильность частоты КАГ. Если вместо КАГ использовать синтезатор частот, то получится диапазонный ЧМ-возбудитель.

Спектр модулирующего сигнала перед входом модулятора подвергается коррекции в интеграторе. Назначение остальных элементов аналогично предыдущей схеме. Особенностью и недостатком схемы (рис. 8.11,б) является необходимость включения на ее выходе умножителя частоты высокой кратности. Дело в том, что благодаря интегратору, который имеет коэффициент передачи, пропорциональный 1/F , устраняется зависимость девиации частоты от модулирующей частоты, она становится постоянной в диапазоне F_Н …F_В и равной , т.е. значению на нижней частоте модуляции. Например, при 1 рад, F_Н… F_В = 300…3400 Гц, величина девиации не превысит 0,3 кГц. Увеличение девиации до значений 5 или 10 кГц, установленных ГОСТ, потребует умножения частоты на выходе фазового модулятора соответственно в 18 или 36 раз.

Достоинством рассмотренной схемы является высокая стабильность центральной частоты ЧМ сигнала, что достигается благодаря использованию высокостабильного задающего генератора. Это достоинство косвенного метода ЧМ обусловило применение его в передатчиках УКВ ЧМ вещания и звукового сопровождения телевидения несмотря на необходимость многократного умножения частоты (для этих передатчиков ГОСТ устанавливает = 50 кГц; F_Н… F_В = 0,03…15 кГц).

В настоящее время постоянно возрастает использование радиоканала для передачи данных, т.е. дискретных сигналов, которыми манипулируют амплитуду, частоту или фазу несущего колебания. Соответствующий режим работы передающих устройств называется телеграфным (ТЛГ). Передача сообщений радиотелеграфом по сравнению с радиотелефонией обеспечивает значительно лучшую помехоустойчивость, особенно в условиях сильных помех, может занимать гораздо меньшие полосы частот (около 100…300 Гц на один ТЛГ канал) при скоростях телеграфирования 50…100 бод (1 бод = 1 бит/с)), лучше используется приемная и передающая аппаратура.

Амплитудная телеграфия (АТ) обладает низкой помехоустойчивостью и в настоящее время остается как резервный простейший вариант радиотелеграфирования. Наиболее распространены частотная и фазовая радиотелеграфия (ЧТ и ФТ).

Сигналы ЧТ и ФТ формируются в возбудителях. Тракт усиления мощности передатчика не вносит ощутимых искажений в ЧТ- и ФТ- сигналы и работает энергетически наиболее эффективно. Основные проблемы возникают при формировании ЧТ- и ФТ- сигналов.

При ЧТ каждому символу соответствует излучение колебания определенной частоты: символу 1 (или нажатию телеграфного ключа) – частоты f₁ , а символу 0 (или паузе) – частоты f₂. В диапазоне 0,5…30 МГц, где осуществляется значительная часть радиотелеграфных связей, сдвиг частоты f = f₂ – f₁ составляет 125…500 Гц.

Сформировать ЧТ- сигнал можно переключением частот двух независимых кварцевых генераторов Г₁ и Г₂ (рис. 8.12). Однако при этом будут иметь место скачки (разрывы) фазы до 180 в моменты коммутации, что приведет к возрастанию внеполосных составляющих. Этот недостаток можно устранить, применив деление ЧТ- сигнала в N раз. При достаточно большом N  100…150 скачки уменьшатся до  1,2…1,8 , но одновременно понижается и частота несущей. Дополнительно внеполосные составляющие ослабляются фильтром (Ф). Для устранения разрывов фазы применяются более сложные схемы частотных манипуляторов.

8.12. Структурная схема частотного манипулятора

Фазовая телеграфия (или фазовая манипуляция) по сравнению с ЧТ обеспечивает лучшую помехоустойчивость, благодаря чему широко используется в системах передачи дискретной информации. При ФТ передатчик излучает колебание одной частоты,

фаза которого может принимать два или более дискретных значений в зависимости от передаваемого сообщения. При простейшей (двухпозиционной) телеграфии символам 0 и 1 соответствуют фазы несущего колебания 0 и 180 – так называемая -манипуляция. При четырехпозиционной фазовой телеграфии фаза может принимать значения 0, 90, 180 и 270 в зависимости от комбинации символов в сообщении (0-0, 0-1, 1-0 или 1-1). Используются также 8-,16- и 32-позиционные виды фазовой телеграфии (манипуляции). Уменьшение скачков фазы преследует такую же цель, как и при ЧТ: уменьшить внеполосные излучения.

Наибольшую экономию спектра и лучшую помехоустойчивость обеспечивает относительная фазовая манипуляция (ОФМ), когда изменение дискретных значений фазы происходит лишь при переходе, например, от символа 1 к 0, а при обратном переходе фаза не изменяется. При этом количество манипуляций фазы вдвое меньше, благодаря чему спектр сигнала ОФМ значительно сокращается.

Простейший фазовый манипулятор может быть выполнен по принципу коммутации фазовращателей, обеспечивающих необходимые сдвиги фазы несущего колебания. На практике часто формирование сигналов ФТ и ОФМ производят в манипуляторах, работающих на частотах стандартного телефонного канала, и сформированный сигнал подают на вход телефонного канала возбудителя связного однополосного передатчика. При этом фильтры в тракте формирования ОМ сигнала способствуют ограничению внеполосных излучений.

В многоканальных и космических системах связи, а также телеметрических системах в целях повышения качества, помехоустойчивости и достоверности все чаще используется передача сигналов в дискретной (цифровой) форме. При этом для передачи одного ТЛФ канала с полосой 300... 3400 Гц применяется дискретизация его с частотой F_Д 8 кГц и осуществляется кодирование 8-разрядным двоичным кодом, так что скорость передачи информации одного ТЛФ канала составляет В₍₁₎ = 810³8=64 кбит/с; 32 ТЛФ канала объединяются в первичную группу и требуют скорости передачи В₍₃₂₎ = 6432=2,048 Мбит/с. Далее группы могут наращиваться до 128, 512, 2048 каналов, что соответственно потребует скоростей передачи приблизительно 8,5; 34,5 и 140 Мбит/с. Передача таких больших потоков информации осуществляется на частотах f 10 ГГц с использованием 4- или 8-позиционной относительной фазовой манипуляции, а также более сложных видов манипуляции, например КАМ-16 (квадратурная амплитудно-фазовая 16-позиционная).

Формирователь 4-позиционного сигнала 4ОФМ может быть выполнен по коммутационной схе-ме (рис. 8.13), где цифровой сигнал (ЦС) поступает на вход преобразователя кода (ПК), а сигнал от опорного генератора (например, промежуточной

Рис. 8.13. Формирователь сигналов ОФМ

частоты f_ПЧ 70 МГц) преобразуется в блоке фазовращателя (ФВр) в четыре сигнала, сдвинутые взаимно на 90°. Эти сигналы поступают на коммутаторы K₁ – К₄, а фильтр на выходе ослабляет внеполосные составляющие.