МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Алматинский институт энергетики и связи

В.В. Артюхин, Н.Н. Гладышева, С.В. Коньшин.

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Учебное пособие

Алматы 2005

УДК738(075.8):

ББК32.848я73

А86

Артюхин В.В., Гладышева Н.Н., Коньшин С.В. Курсовое проектирование радиопередающих устройств: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2005. – 82с.

Учебное пособие посвящено обзору основных путей решения проектирования радиопередающих устройств и необходимо для более глубокого понимания процессов, происходящих в радиопередающих устройствах и способов реализации тех или иных технических параметров радиопередатчика. В учебном пособии, помимо описания основных структурных схем передатчиков, представлены существующие в настоящее время методики расчета основных, наиболее часто используемых, каскадов радиопередатчика. Приведены основные справочные данные, необходимые для выполнения расчетов.

Учебное пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей, обучающихся в бакалавриате, по специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Табл. 17, ил. 23, библиогр. – 28 назв.

РЕЦЕНЗЕНТ: доц., канд.техн.наук. Цыба Ю.А., КАУ

Печатается по дополнительному плану издания Министерства образования и науки Республики Казахстан на 2005г.

ISBN 9965-708-41-Х

©Алматинский институт энергетики и связи, 2005.

Введение

Настоящее учебное пособие предназначено для выполнения курсовой работы по проектированию радиопередающих устройств и содержит основные сведения и указания, необходимые при проектировании радиопередающих устройств. Курсовая работа представляет собой достаточно сложный комплекс вопросов схемотехнического, расчетного и конструктивного характера, так как приходится сравнивать возможные варианты решения с уже выпущенными проектами, выбирать элементную базу, способ модуляции, производить необходимые электрические расчеты. Квалифицированно решить эти вопросы, пользуясь только учебниками, затруднительно, поэтому данное пособие должно облегчить процесс работы.

В настоящее время имеется достаточно большое количество учебной, справочной и другой литературы по радиопередающим устройствам, в том числе и по проектированию. Но, к сожалению, тираж современных изданий редко превышает 1000 экземпляров, поэтому, не успев выйти из печати, хорошая литература сразу становится библиографической редкостью. Кроме этого, в современной литературе дается значительное количество ссылок к дополнительной и справочной литературе. Авторы данного учебного пособия сделали попытку подобрать материал таким образом, чтобы студентам не было необходимости прибегать к использованию большого количества дополнительной литературы. В то же время учебное пособие не претендует на то, чтобы охватить все вопросы, возникающие при работе, давая студентам возможность приобретения дополнительных знаний при решении той или иной неоднозначной проблемы.

В учебном пособии даются основное направление и порядок проектирования, приведены основные требования к параметрам современных передатчиков различного типа и назначения, приведены методы выбора схем и необходимые формулы для расчета основных узлов с указанием границ их применения, необходимые справочные данные.

В конце учебного пособия приводится список литературы, к которой можно обращаться при выборе и составлении структурной схемы, при электрических расчетах каскадов и т. п.

Список условных обозначений, сокращений и терминов

АГ - автогенератор

АМ - амплитудная модуляция

ВКС - выходная колебательная система

ВАХ - вольтамперная характеристика

ГВВ - генератор с внешним возбуждением

КБВ - коэффициент бегущей волны

ПАМ - паразитная АМ

ЧМ - частотная модуляция

ЧМГ - частотно-модулируемый генератор

ШПУ - широкополосный усилитель

УРУ - усилитель с распределенным усилением

УМК - усилитель модулированных колебаний

ФГ - фильтр гармоник

ЭП - электронный прибор

τ - длительность импульсов, постоянная времени

Т - период повторения

f - частота

F - частота модуляции

ω - круговая частота

λ - длина волны

П - полоса пропускания

φ - фаза

Д - проницаемость электронной лампы

θ - угол отсечки

ξ - коэффициент использования анодного напряжения

β - статический коэффициент усиления по току транзистора

8 - коэффициент для расчета бигармонического режима

ε - диэлектрическая проницаемость

ή - коэффициент полезного действия (КПД)

- характеристическое сопротивление контура

w - волновое сопротивление линии

Q -добротность контура

1. Основные сведения о курсовой работе по проектированию

радиопередающих устройств

1. Цель и задачи курсовой работы

Курсовая работа завершает изучение теоретической части курса «Радиопередающие устройства» и готовит студентов к более серьезной самостоятельной работе – дипломному проекту, а затем и производственной деятельности. Выполняя курсовую работу по проектированию, студент приобретает навыки самостоятельного обоснования и постановки вопросов и их решения, закрепляет необходимые сведения о последовательности расчетов, учится оценивать влияние различных схемотехнических решений на общие показатели проектируемого устройства. В итоге, после выполнения курсовой работы, студент должен получить четкое представление об устройстве радиопередатчика, о физических процессах, происходящих как в отдельных каскадах, так и в устройстве в целом. При этом студент должен знать особенности работы телевизионных, радиовещательных и радиосвязных передатчиков, изучить особенности построения структурных схем, достоинства и недостатки передатчиков, работающих с различными видами модуляции, должен научиться читать и самостоятельно составлять схемы электрические принципиальные.

Объем курсовой работы должен быть в пределах 20 – 25 листов пояснительной записки и одного – двух чертежей. Как правило, схема электрическая принципиальная выполняется на чертеже формата А1 или А2. Качество оформления курсовой работы свидетельствует прежде всего об общей культуре автора. При оформлении расчетно-пояснительной записки следует руководствоваться требованиями фирменного стандарта АИЭС и ЕСКД, предъявляемыми к любой технической документации. Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе также должна удовлетворять и эстетические требования, то есть оформлена аккуратно и красиво. Зачеркивания, исправления, сокращения, всякого рода небрежности в текстовой части и графике совершенно недопустимы. При использовании формул или справочных данных необходимо ссылаться на используемую литературу. Графические чертежи могут выполняться карандашом или с помощью компьютера и должны соответствовать требованиям ЕСКД.

Приступая к проектированию, прежде всего необходимо оформить развернутое техническое задание [1], детально проанализировать его, подобрать передатчик-прототип и изучить его особенности. Обоснование, выбор и расчет структурной схемы проектируемого передатчика позволят представить необходимый объем электрических расчетов. При этом необходимо знать, каким образом и где обеспечиваются те или иные параметры развернутого технического задания. Один или два каскада должны быть рассчитаны с помощью прикладных программ. Все результаты расчетов сводятся в перечень элементов. Уточненный расчет структурной схемы позволит проверить и определиться с правильностью выбора числа каскадов и элементной базы. Описание работы принципиальной схемы, схемы электропитания, устройств блокировки, защиты и сигнализации практически завершают работу.

После того как путем сравнения всех известных способов и схем получения заданных техническими условиями видов модуляции выбраны наиболее целесообразные, составляется ориентировочная структурная схема всего высокочастотного тракта радиопередатчика. В ряде случаев может быть обоснованно выбран типовой возбудитель или намечена схема и возможная мощность возбудителя, который придется изготовлять специально для проектируемого передатчика. Схема ориентировочна потому, что составляется на основе обобщения опыта проектирования передатчиков, накопленного в прошлом, путем использования усредненного коэффициента усиления Кр , представляющего собой отношение паспортных мощностей электронных приборов двух соседних каскадов. Такой обобщенный подход позволяет достаточно просто получить представление о том, каким в первом приближении будет передатчик. В процессе реального проектирования, когда рассчитываются все каскады передатчика, в структурную схему могут быть внесены изменения, возникающие в результате более точного учета свойств каждого каскада.

Задача составления структурной схемы состоит в том, чтобы определить рациональное число каскадов тракта высокой частоты, обеспечивающее выполнение заданных технических требований к передатчику при минимальных затратах.

Поскольку проектирование ламповых и транзисторных передатчиков заметно различается, то приходится учитывать особенности выбора элементной базы при составлении структурной схемы. И в том и в другом случае составление структурной схемы начинается с выходного, самого мощного каскада, при этом необходимо учесть потери в выходных фильтрующих цепях и цепях связи с антенной. Прежде чем по необходимой мощности выбрать конкретный тип усилительного прибора, надо определиться со схемотехническим решением выходного каскада. Общая тенденция сейчас такова: наиболее часто используется однотактная схема как наиболее простая и компактная, но в передатчиках большой мощности при работе на симметричную нагрузку обычно применяют двухтактный выходной каскад. Двухтактные каскады применяются также при построении колебательных систем на основе отрезков двухпроводных симметричных линий, при использовании двойных лучевых тетродов и при необходимости применения мостовой нейтрализации вредного влияния проходной емкости ламп. После выбора усилительного прибора принимается решение о выборе схемы включения. Наиболее часто используется схема с общим катодом для тетродов, дающая наибольшее усиление по мощности. Схема с общим катодом применяется также в случае использования триодов в диапазонах длинных и средних волн. При необходимости использования триодов в диапазонах коротких и ультракоротких волн применяется схема с общей сеткой, обладающая малой проходной емкостью. В однополосных передатчиках для повышения линейности, а также для повышения устойчивости тетроды могут включаться по схеме с общей сеткой.

Создание мощных высокочастотных и сверхвысокочастотных транзисторов, способных работать на частотах до 30ГГц с выходной мощностью в пределах одного Ватта и на частотах до 1.5ГГц с выходной мощностью до 80 Вт, открыло возможности для замены ламп транзисторами. При этом происходит улучшение ряда важнейших показателей передатчика и прежде всего увеличение его надежности. Хотя преимущества транзисторов перед лампами в радиопередатчиках не столь бесспорны, как в радиоприемных устройствах, практика конструирования и производства передатчиков в настоящее время подтверждает целесообразность внедрения транзисторов. В пределах 10 кВт вновь разрабатываемые системы должны ориентироваться в основном на транзисторы [10]. При этом должны учитываться два фундаментальных обстоятельства, требующие иного подхода к проектированию транзисторных передатчиков и методам их расчета. Во-первых, входное сопротивление транзисторов очень мало и оказывается меньшим, чем выходное сопротивление источника возбуждения. Также нелинейный характер входного сопротивления вызывает существенные искажения в форме возбуждающего напряжения. Поэтому правильнее идеализировать возбуждение на входе транзистора в виде гармонического тока, а не напряжения. Во-вторых, низкое питающее напряжение при большой мощности определяет малое сопротивление нагрузки в коллекторной цепи. По этой причине действие паразитных емкостей, шунтирующих нагрузку, существенно меньше, чем в ламповых схемах, что позволяет использовать нерезонансные схемы в широком диапазоне частот, то есть работать генераторам в режимах с негармоническими формами напряжений. Наиболее интересен ключевой режим, где работа транзистора подобна работе ключа. Такой режим отличается высоким КПД и надежностью.

Нерезонансная нагрузка позволяет также реализовать работу генератора в широком диапазоне частот без применения перестраиваемых контуров, что значительно улучшает экономические и конструктивные характеристики и показатели надежности.

На высоких частотах свойства транзистора определяются также емкостями переходов, индуктивностями выводов и предельными частотами: fт – предельная частота усиления тока в схеме с ОЭ; fα – граничная частота усиления тока в схеме с ОБ. Однотактные генераторы используются главным образом в маломощных промежуточных каскадах, где транзисторы работают в классе А. Двухтактные генераторы применяются в мощных оконечных и предоконечных каскадах, где транзисторы работают в классе В. Если в выходном каскаде используют m однотипных генераторов, соответственно предоконечный каскад проектируется на мощность, в m раз большую, чем требуется для возбуждения одного генератора. Кроме того, необходимо учитывать КПД делителя мощности, включаемого между предоконечным и выходным каскадами. В таких схемах целесообразно и в предоконечном каскаде использовать такой же типовой генератор. Схемы деления и сложения мощностей могут выполняться по мостовым схемам. Этим самым существенно повышается надежность работы оконечного каскада, поскольку выход из строя одного или нескольких генераторов мало сказывается на работе остальных и при этом незначительно снижается выходная мощность.

При проектировании предоконечного и предварительных каскадов значительно повышаются требования к надежности, поскольку здесь выход из строя одного из каскадов ведет к выходу из строя всего передатчика. Поэтому при построении этих каскадов необходимо обеспечить значительный запас надежности, в частности, максимальные значения токов и напряжений должны быть в полтора- два раза меньше предельно допустимых. Здесь целесообразно применять более мощные транзисторы, несмотря на увеличение стоимости и габаритов.

В каскадах с широкодиапазонной нагрузкой в качестве согласующих устройств могут использоваться трансформаторы на отрезках длинных линий. Коэффициент трансформации у них обычно дискретный (υ = 1,2,3,4…) и во многих случаях бывает сразу оговорен по тем или иным конструктивным соображениям. В частности, в каскадах с широкодиапазонной апериодической нагрузкой первоначально проектируется межкаскадная цепь связи на заданный диапазон, а затем определяется оптимальная величина коэффициента трансформации. В этих случаях проектирование предоконечного и предварительных каскадов ведется не только на заданную мощность, но и на заданное сопротивление коллекторной нагрузки [17].

При проектировании передатчиков релейных, тропосферных и космических линий связи, работающих на частотах от 0,8ГГц до 12ГГц и с выходной мощностью от 0,5 Вт до 10 кВт, использование полупроводниковых приборов весьма ограничено. В данном случае обычно используются СВЧ усилители, например клистроны. Принципы построения передатчиков тропосферной и наземных станций космической связи приведены в [17], [19], но и здесь начинать проектирование передатчика следует с составления структурной схемы. Выходная мощность оконечного клистронного усилителя, как правило, определена заданием. После выбора типа клистрона по его техническим характеристикам, имеющимся в справочниках, ориентировочно определяется мощность, которая должна быть подведена ко входу клистрона. Эта мощность может быть от единицы до нескольких десятков Вт. Развязывающие устройства представляют собой ферритовые вентили и циркуляторы и обеспечивают работу тракта предварительного усиления на согласованную нагрузку. Сам клистрон тоже должен работать на согласованную нагрузку. Для питания клистрона необходимо обеспечить все питающие напряжения. Тип возбудителя определяется назначением передатчика и может быть рассчитан по формулам, приведенным в [16].

После завершения курсовой работы она должна быть защищена, то есть у студента должны быть абсолютно четкие представления о том, почему выбран тот или иной каскад, где, как или чем обеспечиваются основные параметры передатчика, приведенные в развернутом техническом задании.

1.2 Варианты заданий для курсовой работы

Выбор варианта задания для курсовой работы производится студентом самостоятельно по первой букве его фамилии и последним двум цифрам зачетной книжки. Вместо стандартного варианта задания студент может выполнить индивидуальную работу, согласовав предваритель­но тему работы с преподавателем, ведущим данный курс.

1.2.1 Тип радиопередатчика определяется по первой букве фамилии студента:

А, Б – pадиопеpедающее устpойство для pадиовещания с частотной

модуляцией;

В, Г – pадиопеpедающее устpойство для стеpеовещания ;

Д, Е – pадиопеpедающее устpойство для pадиовещания с одной боковой полосой и несущей;

Ж,З – pадиопеpедающее устpойство для звукового сопpoвождения

телевизионных пpoгpамм 1-2 диапазонов ;

И, К – pадиопеpедающее устpoйство для звукового сопpoвождения

телевизионных пpoгpамм 3 диапазона ;

Л, М – pадиопеpедающее устpoйство для звукового сопpовождения

телевизионных пpoгpамм 4-5 диапазонов ;

Н, О – pадиопеpедающее устpойство для пеpедачи изобpажения

телевизионных пpогpамм 1-2 диапазонов ;

П, Р – pадиопеpедающее устpойство для пеpедачи изобpажения

телевизионных пpoгpамм 3 диапазона ;

С, Т – pадиопеpедающее устpoйство для пеpедачи изобpажения

телевизионных пpoгpамм 4-5 диапазонов ;

У, Ф – pадиопеpедающее устpойство для пеpедачи четыpех

телефонных сообщений;

Х, Ц – pадиопеpедающее устpoйство низовой связи ;

Ч, Ш – pадиопеpедающее устpойство оконечной станции pадио-

релейной линии;

Щ, Э – pадиопеpедающее устpoйство наземной станции спутниковой

системы связи ;

Ю – pадиопеpедающее устpoйство оконечной станции тpoпосфеpной

линии связи ;

Я – боpтовое pадиопеpедающее устpoйство спутниковой системы

связи .

1.2.2 Возможные диапазоны рабочих частот радиопередатчика определяются по предпоследней цифре зачетной книжки. По согласованию с преподавателем можно выбрать конкретный диапазон или частоту, ориентируясь на таблицу 3.3

Номеру варианта ориентировочно соответствуют следующие диапазоны частот:

1 - (0.15-0.285) MГц ; (66-73) MГц ; (4.9-8.8) ГГц ;

2 - (0.525-1.1) MГц ; (76-100) MГц; (8.9-11.2) ГГц ;

3 - (1.1-1.605) MГц ; (105-120) MГц ; (11.3-12.8) ГГц ;

4 - (1.5-3.2) MГц ; (140-160) MГц ; (12.9-14.4) ГГц;

5 - (3.95-8.1) MГц ; (174-230) MГц ; (0.15-0.285) MГц ;

6 - (8.1-16.3) MГц ; (470-582) MГц ; (0.525-1.1) MГц ;

7 - (16.3-26.1) MГц ; (582-790)MГц ; (1.5-3.2) MГц ;

8 - (26.2-30) MГц ; (800-1000) MГц ; (88-108) MГц ;

9 - (35-45) MГц ; (1.1-2.4) ГГц ; (174-230) MГц ;

0 - (48.5-66) MГц ; (2.5-4.8) ГГц ; - (3.95-8.1) MГц .

1.2.3 Мощность радиопередатчика определяется по последней цифре зачетной книжки. По согласованию с преподавателем, ведущим данный курс, можно выбрать другую мощность.

Номеру варианта соответствуют следующие значения мощности:

0 - Р1=0.1 Вт; 100 Вт; 1кВт;

1 - Р1=1 Вт; 10 Вт; 10 кВт;

2 - Р1=2 Вт; 20 Вт; 20 кВт;

3 - Р1=5 Вт; 500 Вт; 50 кВт;

4 - Р1=8 Вт; 800 Вт; 8 кВт;

5 - Р1=10 Вт; 50 Вт; 5 кВт;

6 - Р1=75 Вт; 250 Вт; 4кВт;

7 - Р1=200 Вт; 3 кВт; 3 Вт;

8 - Р1=750 Вт; 7 Вт; 7,5 кВт;

9 - Р1=300 Вт; 4 Вт; 7 кВт.

2 Основные сведения о параметрах радиопередающих устройств

2.1 Основные функции передатчиков

Ниже приведены функции передатчиков в радиосистемах и основные требования к ним. Передатчики должны обеспечивать:

- генерирование несущей радиочастоты и ее усиление до соответствующего уровня на выходе – излучаемая мощность передатчика;

- модуляцию несущей радиочастоты сигналом, содержащим передавае­мые данные, заранее определенного уровня – глубина модуляции для АМ, девиация для ЧМ и ФМ. Процессы должны сопровож­даться минимумом шумов и искажений. Необходимо предотвра­щать модуляцию, превышающую допустимый уровень;

- излучение минимума сигналов на частотах вне допускае­мой полосы. Внеполосное «ложное» излучение строго отслежи­вается по нормативам Агентства радиосвязи МРТ.

2.2 Передатчики с амплитудной модуляцией

На рисунке 2.1 приведена блок-схема АМ-передатчика с ис­пользованием кварцевого кристаллического резонатора, задаю­щего несущую частоту, хотя для этой цели может быть исполь­зован и синтезатор частот.

Рисунок 2.1 – АМ-передатчик с кварцевым генератором

Задающий генератор АМ-передатчика обычно генерирует либо рабочую частоту (частоту передачи), либо одну из ее субгармоник, наиболее типичным выбором частоты являются вторая, третья или шестая субгармоники.

Выходной сигнал генератора усиливается до уровня типовой выходной мощности, и если генератор работает на субгармони­ке, то необходимо включить в состав передатчика каскады умножения частоты перед оконечным каскадом усиления мощности (УМ). Резонансный фильтр в антенной цепи устраня­ет нежелательные частоты на выходе, которые могут вызвать ин­терференцию с сигналами других пользователей. Чтобы антенна излучала максимальную мощность, требуется согласование им­педанса схемы фильтра с помощью согласующей, корректирую­щей цепи.

В цепях звуковой частоты речевой вход от микрофона управляет диапазоном частот и ограничением амплитуды. Это ликвидирует риск перемодуляции и получения частот вне полосы. (Перемодуляция производит частоты вне полосы в лю­бом передатчике, но при 100% АМ это превышение выходит далеко за пределы ширины диапазона спектра, что серьезно ухудшает условия работы других пользователей.) В АМ-передатчике после обработки звук усиливается до высокого уровня и поступает на высокочастотный (ВЧ) усилитель мощности (модулятор), как показано на рисунке 2.1.

АМ-передатчики энергетически неэффективны. Высокочас­тотный усилитель мощности, как правило, не работает в классе С. Он должен быть линейным ровно настолько, чтобы не вызы­вать искажений речи и звука, которые должны быть усилены до высокого уровня. Если же модуляцию производить на более низ­ком уровне мощности (в более ранних каскадах цепи усиления), то все последующее усиление должно производиться в линей­ном (но не эффективном) режиме.

Выходная мощность АМ-передатчика обычно определяется в терминах среднеквадратических величин мощности несущей, при этом средняя и пиковая мощности будут определяться глубиной модуляции. При 100% модуляции производимая пиковая мощность равна учетверенной пиковой мощности несущей.

2.3 Передатчики с угловой модуляцией

На рисунке 2.2 приведена блок-схема ЧМ-передатчика, исполь­зующего частотный синтезатор для генерирования несущей. Колебания полученной частоты с помощью высокочастотного усилителя (ВУ) усиливаются до определенного уровня и посту­пают на выход передатчика.

Генератор опорной частоты с кварцевой стабилизацией

Компаратор

Генератор, управляемый напряжением

ВЧ - усилитель

Программируемый делитель

Звуковой процессор

Предоконечный усилитель

ВЧ – усилитель мощности

Резонансный фильтр

DC

Антенна

Рисунок 2.2 – ЧМ-передатчик с синтезатором

Когда для генерирования несущей применяют кварцевый задающий генератор, приходится работать с очень низкими ча­стотами, так как частота кварцевого генератора может быть промодулирована по частоте только на несколько радиан. По­этому несколько каскадов усилителей работает как умножите­ли. В выходных устройствах ЧМ-передатчика (так же, как и в АМ-передатчиках) необходимы фильтр и цепи согласования с антенной.

Низкочастотная цепь ЧМ-передатчика аналогична такой же цепи АМ-передатчиков, но модуляция (девиация) производится на стадии очень низкого уровня мощности радиочастоты (непо­средственно в генераторе, управляемом напряжением (ГУН), в составе синтезатора передатчика или в каскаде, следующем за кварцевым генератором, в схеме без ГУН). При этом отсутствует необходимость в низкочастотном усилении мощности. Кроме то­го, в ЧМ-передатчик можно включить простую цепь, обеспечи­вающую подъем высоких звуковых частот со скоростью 6 дБ на октаву. Это и есть введение предыскажений, что улучшает уро­вень звука по отношению к шуму в приемнике (увеличивает от­ношение сигнал/шум). Однако уровень звука должен быть огра­ничен, потому что, хотя эффект избыточной девиации и не так губителен, как перемодуляция в АМ-передатчике, увеличение девиации приводит к постоянному расширению диапазона час­тот, известному как побочное излучение вне допустимой полосы.

Передатчики с угловой модуляцией энергетически более эф­фективны, чем амплитудно-модулированные, потому что моду­ляция осуществляется на низком уровне мощности и, кроме то­го, нет явного присутствия звуковых частот в ВЧ-усилителях и в каскадах усилителей мощности, что позволяет эффективно ра­ботать в режиме С.

Передатчики с фазовой модуляцией из-за того, что фазовый сдвиг при модуляции очень мал, генерируют несущую на очень низкой частоте и используют управление непосредственно кристаллом. Затем частота обычно много раз умножается. После умножения модулирующая фаза, которая была первоначально в несколько радиан, становится эффективной, вызывая модуляцию частоты. При фазовой модуляции имеет место процесс по­явления предыскажений. Что касается последующей передачи сигнала, то практически нет разницы между частотной и фазо­вой модуляцией с добавлением предыскажений.

2.4 Спецификация передатчиков

Агентство радиосвязи (Radio communications Agency) издает спецификации, в соответствии с которыми должно выпускаться все оборудование. Эти спецификации принципиально касаются предотвращения интерференции и максимального использова­ния частотного спектра. Ниже перечислены характеристики, оп­ределенные в спецификациях Агентства, и приведены факторы, которые оказывают воздействие на работу пользователя:

- напряжение питания;

- рабочая полоса частот;

- метод модуляции;

- разнос каналов;

- мощность выхода на радиочастоте и импеданс. Диапазон мощности на выходе составляет 0,5…5 Вт для ручной портативной аппарату­ры и 5…25 Вт для систем подвижной радиотелефонной связи. Максимально допустимая мощность системы должна быть опре­делена в лицензии. Выходной импеданс обычно составляет 50 – 75 Ом;

- паразитное излучение. Его уровень критичен для предот­вращения интерференции с другими пользователями на разных частотах. Предел для диапазонов ОВЧ и УВЧ — 0,25 мкВт;

- остаточный шум. Производители не всегда декларируют уровень шума немодулированной несущей. По отношению к полной девиации типичный показатель лучше, чем 40 дБ;

- искажения на звуковой частоте. Обычно не более 3% и измеря­ются при модуляции 60% с модулирующей частотой 1 кГц;

- амплитудно-частотная характеристика на звуковой час­тоте. Это изменение уровня модуляции по звуковому частотному спектру. Обычно от 1 до 3 дБ в диапазоне 300…3000 Гц (2,55 кГц для оборудования с разнесением каналов на 12,5 кГц ). Ее можно оценить с учетом кривой предыскажений;

- безнастроечный диапазон. Это диапазон частот, в котором передатчик будет работать без перенастройки и ухудшения характеристик. Сейчас большинство оборудования определяется так, чтобы перекрыть всю полосу частот (например, 146…174 МГц) без перенастройки.

2.5 Транзисторный передатчик дециметрового диапазона

Кв.АГ

ЦС I

ЦС II

х 2

КТ904А

I каскад

II каскад

III каскад

IV каскад

V каскад

VI каскад

75 МГц

Выходной каскад модулятора

Предварительные каскады модулятора

Вход модулятора

Источник питания

+13 В

+ 6 В

Рисунок 3 - Структурная схема транзисторного передатчика дециметрового диапазона

Цифры означают уровни мощности, уточненные в ходе покаскадного расчета

Рисунок 2.3 – Структурная схема транзисторного передатчика дециметрового диапазона

Принципиальная схема транзисторного передатчика дециметрового диапазона

Элементы не только пропускают постоянные составляющие коллекторных токов, но и обеспечивают компенсацию реактивной нагрузки транзисторов. Цепи - антипаразитные. Элементы - дроссели. Конденсаторы - высокочастотные блокировочные, - низкочастотные блокировочные и разделительные в цепях модуля­тора. Стабилитрон Д служит для стабилизации напряжения пита­ния маломощных каскадов, - гасящий резистор. -рези­сторы автосмещения в умножителях частоты. Контур является согласующей цепью между транзисторами и . Элементы , кроме того, образуют фильтр-пробку, подавляющую напряжение с частотой 75 МГц на входе транзистора , а , - фильтр-пробку на выходе второго УЧ, подавляющую напря­жение с частотой 150 МГц. Резисторы образуют делитель отрицательной обратной связи в модуляторе, а определяют рабочую точку предоконечного каскада модулятора.

Рисунок 2.4 – Принципиальная схема транзисторного передатчика дециметрового диапазона

2.6 Структурная схема и основные технические характеристики телевизионного передатчика

Рисунок 2.5 – Структурная схема телевизионного передатчика

Основные технические характеристики

По радиостанции в целом

Частотный диапазон, МГц (каналы передачи 6 – 12-й)………….… 174…230

Нестабильность несущих частот за месяц, Гц……………………........

Отношение мощностей ………………………………………. 10:1

Мощность потребления в режиме передачи уровня гашения, кВт…. 25

Коэффициент мощности не менее……………………………………. 0,92

По каналу изображения

Номинальная мощность передатчика, кВт………………………………. 5

Входное сопротивление, Ом……………………………………………… 75

Затухание несогласованности на входе, дБ……………………………… 24

Н еравномерности АЧХ боковых полос………………… В соответствии с

Переходная характеристика в области малых времен… трафаретом поля

допусков

Перекос плоской части прямоугольных импульсов, % не более для частот:

Полей………………………………………………………………….

Строк………………………………………………………………….

Расхождение во времени сигналов яркости и цветности, нс…………..

Дифференциальное усиление, % не более……………………………… 10

Дифференциальная фаза, град, в пределах………………………………

Отношение сигнал-фон, дБ, не менее…………………………………… 42

По каналу звукового сопровождения

Номинальная мощность, кВт…………………………………………… 0,5

Номинальная девиация частоты, кГц……………………..…………..

Неравномерность АЧХ в диапазоне 30…15000 Гц, дБ……………….

Коэффициент гармоник в полосе 30…15000 Гц, % не более при девиациях:

кГц…………………………………………………………….. 1

кГц…………………………………………………………….. 2

Отношение сигнал-ЧМ шум, дБ, не менее……………………………. 60

Паразитная АМ, % не более…………………………………………… 1

Сопутствующая паразитная АМ, % не более………………………… 1

Указанные параметры соответствуют нормам ПТЭ………..Для оборудования

группы II

2.7 Структурные схемы и технические характеристики передатчиков с ОМ

Рисунок 2.6 – Структурные схемы передатчиков с ОМ

Технические характеристики передатчиков с ОМ

Наиболее широкое применение ОМ получила в передатчиках магистральной радиосвязи (ПМР). Эти устройства в соответствии с действующим стандартом должны иметь следующие пара­метры.

Для работы таких РПДУ отводится диапазон рабочих частот 1,5…29,9999 МГц. В зависимости от мощности ПМР указанный выше частотный диапазон может быть ограничен: при Рвых = 5 и Рвых = 20 кВт – частотами 2,0…29,999 МГц, при Рвых = 100 кВт – 5,0…29,9999 МГц. Ряд номинальных мощностей устанавливается в 1, 5, 20 и 100 кВт, однако по согласованию с заказчиком возмож­ны и другие значения этого параметра. Допустимое отклонение его от принятого значения в любой точке рабочего диапазона не долж­но превышать ±1 дБ (±26%). Уровни шума и фона должны быть не более –55 и –48 дБ.

Минимальное значение промышленного КПД устанавливается в зависимости от номинальной мощности ПМР: 45% (100 кВт); 40% (20 кВт) и 35% (1 и 5 кВт). Для РПДУ, построенных на полупроводниках или использующих в ОК принципы широкопо­лосного усиления (неперестраиваемых), вне зависимости от вы­ходной мощности этот параметр должен иметь значение не менее 20%. Максимальная неравномерность АЧХ не должна превышать в каналах типа ТФ-2,35 (350…2700 Гц) +3 дБ; ТФ-2,75 (250… …3000 Гц) +ЗдБ; ТФ-3,1 (300…3400 Гц) от –0,5 до +2,5 дБ. Число и тип каналов устанавливаются в технических условиях на передатчики конкретных типов.

Возбудители, используемые в ПМР, должны допускать работу с шагом сетки частот 10, 100 и 1000 Гц, иметь относительную не­стабильность частоты в течение месяца не более ±5^.10^–8 и фор­мировать сигналы, соответствующие излучениям А1, АЗА, АЗВ, АЗН, АЗJ, F1 и F6. По согласованию с заказчиком допускается работа в других режимах.

Номинальное значение напряжения на входах телефонных ка­налов (на частоте 800±50 Гц) устанавливается в 0 дБ (0,78 В) при входном сопротивлении в 600 Ом. При этом ручная регули­ровка уровней должна иметь пределы от –20 до +10 дБ.

Учитывая, что ПМР являются автоматизированными устройст­вами, стандартом оговаривается и максимально допустимое время перехода с волны на волну, которое для РПДУ в 1 и 5 кВт состав­ляет 10 с, 20 кВт – 20 с и 100 кВт – 60 с. Передатчики с широко­диапазонными ОК должны перестраиваться не более чем за 5 с.

Электропитание ПМР должно обеспечиваться от трехфазной сети с напряжением 380 В и частотой (50±1,5) Гц (по согласо­ванию с заказчиком – 60 Гц). При колебаниях напряжения сети в пределах ±5 % должны сохраняться все параметры качества (за исключением выходной мощности). Передатчик должен сохранять работоспособность при снижении напряжения питания на 15%.

Технические характеристики и параметры качества должны со­храняться при колебаниях температуры среды от 5 до 45°С, атмо­сферного давления от 0,96^.10⁵ до 1,04^.10⁵ Па (от 720 до 780 мм рт. ст.) при относительной влажности воздуха 95 % (измеряемой при температуре 35°С).

Структура РЧ тракта ПМР предельно проста: полностью сфор­мированный в возбудителе сигнал усиливается сначала одним-дву­мя апериодическими усилителями с резистивной НС, далее его уровень поднимается с помощью нескольких каскадов с трансфор­маторными и фильтровыми НС, и только мощные ступени РЧ тракта (обычно две последние) имеют резонансные НС, пере­страиваемые автоматически. Ко всему тракту предъявляются вы­сокие требования в отношении линейности амплитудной характе­ристики, что относительно легко обеспечивается в ламповых ва­риантах ПМР. Вместе с тем совершенствование технологии в об­ласти полупроводниковых приборов приводит к постепенной замене ими ГЛ сначала в маломощных каскадах РЧ тракта, а затем и в более мощных при использовании модульного принципа построения этих ступеней.

Передатчики радиосвязи небольшой мощности строятся полностью на транзисторах. В некоторых из них имеются оконечные каскады со сменными фильтрами, что значительно упрощает и ускоряет смену рабочей волны.

2.8 Структурные схемы и технические характеристики передатчиков низовой связи с угловой модуляцией

Рисунок 2.7 – Структурные схемы передатчиков низовой связи с угловой модуляцией: а – с непосредственной ЧМ в кварцевом автогенераторе; б – с использованием фазового модулятора; в – с автоматической подстройкой средней частоты на основе синтезатора частот.

Передатчики низовой радиосвязи входят в состав радиостанций различных систем радиосвязи. Эти радиостанции могут быть стационарными (центральные, диспетчерские станции), возимыми (устанавливаемые на подвижных объектах), носимыми, портативными. Основные параметры передатчиков определяют действующими стандартами:

Выходная мощность, Вт…………………………………………. 0,1…50

Диапазоны частот, МГц…………….………………………..….. 27…27,4;

30…50;

117…174;

230..335;

890..960;

340..430;

440..470.

Относительная нестабильность частоты…………………… (5…30)^.10^-6

Максимальная девиация частоты, кГц………………………………. 5

Разнос частоты каналов, кГц………………………………………… 25

Ширина полосы излучаемых частот, кГц, на уровне -40 дБ………. 20

Полоса передаваемых частот, Гц……………………………. 300…3400

Допустимые нелинейные искажения, %........................................... 7…15

Допустимый уровень паразитной ЧМ, дБ, не более……………… -30

2.9 Структурные схемы телевизионных РПС

В телевизионную РПС большой мощности входят рабочий и ре­зервный комплекты, состоящие из возбудителей и предварительных усилителей передатчиков изображения и звука. В первом варианте построения (рисунок 2.8,а) за ними следуют по два полукомплекта усилите­лей мощности (УМ_ИЗ и УМ_ЗВ). После мостов сложения (М₁ и М₂) сигна­лы передатчиков изображения и звука объединяются с помощью разделительного фильтра (РФ) и далее поступают на выходную колеба­тельную систему, которую принято называть фильтром гармоник (ФГ).

Во втором варианте (рисунок 2.8,б) после возбудителей и предваритель­ных усилителей следуют два полукомплекта, в состав каждого из кото­рых входят тракты усиления мощности (УМ) каналов изображения и звука. Выходные сигналы объединяются с помощью разделительных фильтров, а затем происходит сложение в мосте (М) мощностей обоих полукомплектов. Каждый полукомплект имеет автономные блоки пи­тания. В обоих вариантах на входах УМ включены управляемые фазо­вращатели для компенсации фазовых сдвигов в обоих полукомплектах.

В номинальном режиме, как показано на рисунке 2.9, в передатчике изображения используются два усилителя (УМ₁ и УМ₂) с мостами деления и сложения, а в передатчике звука – третий (УМ₃). Если выходит из строя один из усилителей (УМ₁ или УМ₂), другой продолжает работать и осуществляется обход мос­тов деления и сложения (на рисунке 2.9 схемы коммутации не показаны). Если выходит из строя УМ₃, то вместо него включается один из первых двух (например, УМ₁), а в передатчике изображения остается работать только другой УМ₂. При этом также осуществляется обход мостов.

Рисунок 2.8 – Структурные схемы телевизионных РПС

Рисунок 2.9 – Структурная схема телевизионной РПС

дециметрового диапазона с УМ на пролетных клистронах

3 Обозначение радиоизлучения и распределение радиочастот

3.1 Обозначение радиоизлучения

Радиоизлучение выражается в форме трехсимвольного кода, который определяет точную природу несущей, сигнал и передаваемую информацию. Первый символ определяет несущую, второй символ – сигнал, а третий – информацию. Значения символов приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1

Первый символ
A	Двухполосная амплитудно-модулированная
B	Амплитудно-модулированная с независимой боковой полосой
C	Амплитудно-модулированная с частично подавленной боковой полосой
D	Одновременно-модулированная по углу и амплитуде или в заданной последовательности
F	Частотно-модулированная
G	Модулированная по фазе
H	Одна боковая полоса при полной несущей
J	Одна боковая полоса при подавленной несущей
K	Амплитудно-модулированная последовательность импульсов
L	Последовательность импульсов, модулируемых по ширине
M	Последовательность импульсов, модулируемых по фазе
N	Немодулированная несущая
P	Немодулированная последовательность импульсов
Q	Последовательность импульсов, где несущая имеет угловую модуляцию в течение периода импульсов
R	Одна боковая полоса с сокращенной несущей или изменяющимся уровнем несущей
V	Последовательность импульсов с комбинацией разных видов модуляции или полученных другими способами
W	Несущая модулируется двумя или более способами (АМ, импульсная или угловая модуляция) одновременно или в заданной последовательности
X	Другие случаи
Второй символ
0	Немодулированный сигнал
1	Цифровой сигнал без модулирования поднесущей
2	Цифровой сигнал с модулированием поднесущей
3	Аналоговый сигнал
7	Два или более канала с цифровыми сигналами
8	Два или более канала с аналоговыми сигналами
9	Объединенная система с одним или более каналами цифровых сигналов и одним или более каналами аналоговых сигналов
Третий символ
A	Слуховой телеграф

Продолжение таблицы 3.1

B	Автоматический телеграф
C	Факсимильная связь
D	Передача данных
E	Телефония (и звуковое вещание)
F	Телевидение
N	Нет передачи информации
W	Любая комбинация из вышеперечисленного
X	Другие случаи

3.2 Обозначение ширины полосы и частоты

Для выражения ширины полосы и частоты принято использовать четырехсимвольный код из трех значащих цифр и буквы. Буква, обозначающая единицу частоты, помещается там, где должна быть точка десятичной дроби. Значения символов приведены в таблице 3.2

Таблица 3.2

Буква	Ширина полосы
H	Ниже 1000 Гц
K	Между 1 и 999 кГц
M	Между 1 и 999 МГц
G	Между 1 и 999 ГГц

Например, частота 120 Гц обозначается как 120Н, в то время как частота

12 Гц – 12H0 и так далее.