3.1.2. Устройство и принцип работы радиостанций. Основные функциональные блоки радиостанций
Радиостанции состоят из передающей части (передатчика) и приёмника. Перенос низкочастотной составляющей информационного сигнала осуществляется с помощью радиочастотных колебаний, вырабатываемых специальным генератором в передатчике. Структурная схема радиопередающего устройства показана на рис. 3.4 [3].
Рис. 3.4. Структурная схема радиопередающего устройства
Звуковые колебания, создаваемые микрофоном, незначительны по величине, поэтому их предварительно усиливают усилителем звуковой частоты (УЗЧ). Затем с помощью модулятора этими колебаниями воздействуют на генератор радиочастоты, в результате чего последний изменяет свою амплитуду (при амплитудной модуляции) или частоту (при частотной модуляции), или фазу (при фазовой модуляции).
Частота генератора определяется по формуле [3]
ω0
=
,
(3.8)
где С – емкость колебательного контура; L – индуктивность колебательного контура; Q –добротность колебательного контура.
Чем меньше затухание колебаний в контуре, тем выше его качество. Хорошими контурами считаются контуры с Q > 150. Важным параметром для задающих генераторов является стабильность частоты вырабатываемого напряжения. Различают параметрическую и кварцевую стабилизацию частоты высокочастотных генераторов. Параметрическая стабилизация осуществляется соответствующим подбором параметров и элементов схемы.
В радиостанциях коротковолнового (КВ) и ультракоротковолнового (УКВ) диапазона применяется, как правило, кварцевая стабилизация, обеспечивающая простой технической реализацией высокую стабильность частоты колебаний.
а
|
Схема кварцевого генератора представлена на рис. 3.5 [3]. На эквивалентной схеме кварцевого генератора (рис. 3.15, а) Lкв, Скв, rкв – индуктивность, емкость и сопротивление кварцевой пластины, а С0 – ёмкость кварцедержателя. Добротность кварцевого резонатора достигает 106–107.
б
|
в
|
Рис. 3.5. Схемы включения кварцевых резонаторов: а – эквивалентная; б – с двумя резонансными частотами; в – ёмкостная трехточка
Для эквивалентной схемы (рис. 3.15, б) характерны две резонансные частоты: частота, соответствующая резонансу левой последовательной цепи, состоящей из Lкв, Скв, rкв [3],
fкв
= (2π ∙
)–1
(3.9)
и частота, соответствующая резонансу в параллельном контуре, состоящем из Lкв, Скв, С0 [3],
f0
= {2π ∙
}–1.
(3.10)
Использование кварцевого резонатора для стабилизации частоты возможно в интервале fкв–f0. При высокой добротности и малых значениях коэффициентов линейного и объёмного расширения его эквивалентные параметры остаются практически неизменными при значительных изменениях температуры окружающей среды, что позволяет обеспечить высокую стабильность частоты задающего генератора. Из эквивалентной схемы автогенератора (рис. 3.15, в) видно, что контур подключается к усилительному элементу тремя точками, поэтому эта схема называется ёмкостной трёхточкой.
Резонансная частота механических колебаний кварцевой пластины зависит от её толщины. При работе на частотах свыше 15 МГц толщина этой пластины должна быть менее 0,3 мм, механическая прочность – ниже допустимой. Поэтому для обеспечения работы радиостанций, используемых в пожарной охране в диапазоне 140–174 МГц, задающие генераторы передатчиков проектируются на более низкие частоты, а повышение рабочей частоты осуществляется с помощью умножителей частоты.
На выходе передатчика стоит усилитель мощности, с которого через согласующее устройство электрические сигналы поступают в антенну, где происходит преобразование высокочастотных (промодулированых сигналами, несущими информацию) электрических колебаний в радиоволны.
Излучаемые передающей антенной радиоволны, достигнув приёмной антенны, наводят в ней эдс. Её частота равна частоте тока передающей антенны. Мощность колебаний в приёмной антенне, как правило, невелика. Принимаемые колебания усиливаются с помощью усилителя.
Различают радиоприёмники, приёмники прямого усиления и супергетеродинные. Наиболее простым является радиоприёмник прямого усиления. Структурная схема радиоприёмника прямого усиления показана на рис. 3.6 [3].
Рис. 3.6. Структурная схема радиоприёмника прямого усиления: 1 – входное устройство; 2 – усилитель радиочастоты; 3 – детектор; 4 – усилитель звуковой частоты; 5 – громкоговоритель
Входное устройство приёмника связывает вход первого каскада приёмника (усилителя высокой частоты) с антенной. Для выделения полезного сигнала из совокупности сигналов, принимаемых антенной приёмника, используется колебательный контур, настраиваемый на частоту полезного сигнала.
Супергетеродинный приём заключается в преобразовании принятых колебаний радиочастоты в колебания промежуточной частоты. Промежуточная частота, как правило, ниже частоты приходящих сигналов, что облегчает построение схем усиления.
Для преобразования частоты сигнала fс в промежуточную fпр в приёмнике маломощный генератор опорных колебаний, частота которого ниже частоты приходящего сигнала (гетеродин), генерирует вспомогательные колебания с частотой fг, которые в смесителе суммируются.
Наиболее важными характеристиками приёмника являются чувствительность, избирательность и диапазон принимаемых частот.
Чувствительность приёмника – это его способность принимать слабые сигналы, развивая при этом необходимую выходную мощность. Например, при телефонном приёме амплитудно-модулированного сигнала чувствительность выражается величиной эдс несущей частоты на входе приёмника, которая обеспечивает на выходе развитие реализуемой мощности (громкости звучания).
Избирательность приёмника характеризуется его способностью выделять полезный сигнал из совокупности сигналов других радиостанций, работающих на частотах, близких к частоте полезного сигнала.
Диапазон принимаемых частот представляет собой область частот, на которые может настраиваться приёмник. При работе на любой частоте в этом диапазоне чувствительность, избирательность и другие показатели приёмника не выходят за пределы норм, установленных для приёмников данного класса.