книги из ГПНТБ / Пахлавян, А. Н. Радиопередающие устройства учебник

разнице в величинах сопротивлений фидера рф и антенны гА необ­ ходимо их согласование. Кроме того, входное сопротивление фи­

дера должно быть согласовано с выходным сопротивлением кас­ када.

В качестве согласующего элемента наиболее часто использует­ ся параллельный колебательный контур, обладающий свойством трансформации величины активного сопротивления.

На рис. 6.5 приведена полная схема согласования выходного контура с фидером и далее — с антенной. Фидер с волновым сопро­

Для согласования антенны с фидером ее контур дополняется эле­ ментами Хп и ХСв, при помощи которых возможно изменять наст­ ройку контура антенны и связь с фидером. Фидер подключен к ан­ тенне между точками 3, 4, где активное сопротивление должно быть также равным: Я^А=рф = 75 Ом. В этом случае выходной

контур будет согласованным с фидером, а последний — с антенной. При этом в фидере будет обеспечен резким бегущей волны.

Варианты различных схем согласования сопротивлений антен­ ны и фидера подробно рассматриваются при изучении антенно­ фидерных устройств. Принцип их построения сохраняется.

Одна из типовых и распространенных схем связи мощного двух­ тактного каскада средневолнового передатчика с фидером приве­ дена на рис. 6 .6 . Применение параллельно включенных вариомет-

Р ис. 6.6. 'Сложная Ш!иухкомт\'1р«ая система выход­

ного каскада для связи с фидером антенны сред­ неволновых передатчиков

ров позволяет менять индуктивность контуров только в узких пре­ делах. Связь с фидером осуществляется емкостью СС В 2 во втором, промежуточном, контуре. Настраивают входную цепь антенного фидера индуктивностью Ьф .

171

Рис. 6.7. Варианты систем контуров однотактных выходных каскадов при слож­

ной схеме связи с антенной:

а ) двухконтурная; б ) трехконтурная

(/ — анодный контур, I I — промежуточный, I I I — антенный)

На рис. 6.7 приведены однотактные сложные схемы выхода, ко­ торые в последние годы получают большое распространение и в мощных передатчиках. Преимущество таких схем — простота их осуществления, особенно для работы в широком диапазоне воли.

СХЕМЫ ДЛЯ ДИАПАЗОНА КОРОТКИХ ВОЛН

Выходные каскады коротковолновых передатчиков ра­ диосвязи и радиовещания, как правило, работают на симметрич­ ный фидер, соединяющий выход передатчика с симметричной ан­ тенной. К ним предъявляются требования максимальной оператив­ ности при перестройках и регулировке режима, так как они рабо­ тают в широком диапазоне (от 1 0 до 1 0 0 м) с частой сменой волн.

В этих условиях необходима плавная регулировка степени свя­ зи с фидером в достаточно широких пределах. Наибольшее распро­ странение получили схемы с емкостным делителем напряжения (рис. 6 .8 ). В них для плавной регулировки величины связи с сим-

Р ис. 6.8. Принципиальные схемы связи выходного каскада с фиде­

ром антенны при помощи емкостного делителя напряжения в слу­

чаях:

а ) двухтактного .(симметричного) и б ) однотактного |(несимметрич-

ного) каскадов

метричным фидером (рис. 6 .8 а) используется сдвоенный диффе­ ренциальный конденсатор, служащий емкостным делителем напря­ жения контура UK. Он состоит из двух параллельно неподвижных пластин, соединенных с анодами ламп а' и а", « средней зазем­ ленной пластины з. В электрическом поле каждой половины кон­ денсатора перемещаются подвижные Пластины П, П, соединен­ ные с фидером. Их передвижение в поле конденсатора вызывает

172

изменение соотношения частичных, последовательно соединенных емкостей делителя Си С2, т. е. когда С\ увеличивается, Со умень­ шается и наоборот. При этом остается неизменной общая емкость Со. Это позволяет плавно и удобно подбирать величину сопротив­ ления связи -XcB~l/coC2, которое обеспечит нужное согласование фидера с контуром. При передвижении пластин П, П в сторону анодов ламп связь выходного каскада с фидером увеличивается. При обратном движении она уменьшается. Заземленная пласти­ на з в ряде конструкций делителя выполняется подвижной. Это дает возможность исправлять электрическую асимметрию плеч двухтактного генератора путем передвижения пластины в поле конденсатора С0. Большим достоинством такой схемы связи явля­ ется практическое постоянство емкости делителя С0, входящей в общую емкость контура. Подобная схема широко распространена и может быть осуществлена при несимметричном, однотактном вы­ ходе передатчика (см. рис. 6 .8 6 ).

В схеме рис. 6.9 плавная регулировка величины связи с наг­ рузкой— фидером — осуществляется через конденсаторы перемен­ ной емкости Ссп, включенные последовательно в провода фидера. Увеличение их емкости увеличивает связь с фидером и наоборот. Достоин­ ством схемы являются ее простота и возможность получить предельно ма­ лую вносимую в контур емкость, что важно на самых коротких и ультрако­ ротких волнах. Недостатком схемы яв­ ляется изменение вносимой в контур емкости при изменении связи.

Схема рис. 6.10 с индуктивной (ав­ тотрансформаторной) связью анодно­

го контура с нагрузкой — фидером— Рис. 6.9. Связь каскада с внеш­ также обеспечивает плавную регули­ ней нагрузкой ври помощи кон­

ровку степени связи. В ней катушка денсатора переменной емкости

Сев, включенного последова­

LCB, состоящая из двух половин со тельно в фидер встречным направлением намотки, яв­

ляется индуктивным делителем напряжения контура. Подвижные контакты Д, Д, перемещаясь по этой катушке, позволяют подоб­ рать необходимое соотношение индуктивностей, а следовательно, к сопротивления связи. Схема применяется очень редко из-за кон­ структивной сложности и худшего подавления высших гармоник по сравнению со схемой емкостного делителя.

Рассмотренные схемы выходных каскадов — сложные однокон­ турные. Они применяются во всех высокочастотных каскадах ко­ ротковолновых передатчиков, так как упрощают по сравнению с многоконтурными настройку контура и плавную регулировку свя­ зи с ним в широком диапазоне волн. Однако один анодный контур на выходе передатчика не подавляет токов высших гармоник в до­ статочной мере, и работа таких передатчиков создает большие помехи в диапазоне ультракоротких волн, используемых для те-

173

левидения и МВ ЧМ вещания. Так, например, третья гармоника пе­ редатчика, работающего на волне 16 м, создает помехи приему первого канала телевидения. Это заставило применять в коротко­ волновых передатчиках сложные двухконтурные схемы выходных цепей. На рис. 6.11 приведена двухконтурная схема выходной цепи

современного коротковолнового радиопередатчика, являющаяся двухтактным вариантом схемы рис. 6.7. Некоторым недостатком этой схемы может считаться большое число органов настройки. Опыт показал, что емкости Си С2, С3 могут оставаться неизмен­ ными в широком диапазоне перестраиваемых частот.

Выходные и промежуточные каскады коротковолновых пере­ датчиков всегда работают в диапазоне волн, т. е. являются диапа­ зонными генераторами. Особенности режима и расчета диапазон­ ных генераторов будут рассмотрены ниже.

СХЕМЫ ДЛЯ ДИАПАЗОНА УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

Выходные каскады передатчиков ультракоротких волн для служебной радиосвязи, передачи телевидения и высококачест­ венного радиовещания (с частотной модуляцией) выполняются двухтактными и однотактными на триодах по схеме с общей сет­ кой или на тетродах по схеме с общим катодом.

Передатчики телевидения и МВ ЧМ радиовещания обычно являются узкодиапазонными. Для них рассмотрение зависимости изменения величины резонансного сопротивления от длины волны

не является актуальным.

В выходных каскадах укв передатчиков может быть ^применен любой способ передачи энергии в фидер от колебательной системы генератора, т. е. при помощи трансформаторной, индуктивной или емкостной связи. Вопросы согласования входного сопротивления фидера с колебательной системой генератора для получения необ­ ходимого режима решаются, как и у рассмотренных выше генера­

174

торов более низких частот. Отличие заключается в конструктивном выполнении колебательной системы контура генератора.

В генераторах укв применяются только сложные схемы связи.

Энергия от колебательной системы передается в полезную нагруз­ ку (антенну) при помощи элемента связи и коаксиального фидера (или кабеля). В любой сложной схеме выхода электрическая ве­

го расчета' элемента связи, который, как обычно, обеспечивает не­

обходимое напряжение на'фидере £ / ф = ] / 2 Р _ ^ , р ф .

На рис. 6.12 показана сложная схема выхода с трансформа­ торной связью. Она легко конструктивно осуществляется отрезка-

К антенне.

-„стакана"

Рис. 6.12. Сложная взанмоиндуктивная (трансформаторная)

схема связи с коаксиальным фидером антенны для передатчиков метровых волн

ми двухпроводных линий и широко применяется в мощных двух­ тактных укв генераторах метровых волн. Виток связи распола­ гается у "короткозамкнутого конца отрезка линии, т. е. пучности

тока.

В качестве специального симметрирующего устройства для пе­ рехода на несимметричный коаксиальный фидер (или кабель) использован цилиндрический металлический «стакан» длиной А/4 *).

|) Описан в учебнике Н. М. И з ю м о в а «Основы радиотехники». (М., «Связь», 1971).

il75

Емкостная связь (рис. 6.13) наиболее удобна для регулировок в широких пределах. Она преимущественно применяется в диапа­ зонных укв генераторах, так как конструктивно выполняется срав­ нительно просто в виде плоских воздушных конденсаторов. Ем-

Рис. 6.13. Принципиальная схема ре­

гулируемой емкостной связи для кас­ кадов УКВ (передатчиков

кость связи включается в точке максимального напряжения, т. е. в его пучности, у открытого конца отрезка линии.

Большинство 'Современных ультракоротковолновых передатчи­ ков имеет однотактные .выходные каскады. Построение однотакт-

Р ис. 6.14. Коаксиальный контур выходного кас­

када мощного УКВ передатчика

176

ных схем целесообразно, так как исключает применение симмет­ рирующих устройств, соединяющих передатчик с фидером антен­ ны. Одиопроводный фидер хорошо согласуется с коаксиальными ■контурами, которые в авою очередь удобно сочетаются с концентри­ ческими конструкциями современных укв генераторных ламп воз­ душного охлаждения.

На рис. 6.14 показана распространенная конструкция коакси­ ального анодного контура выходного каскада на металлокерамиче­ ском тетроде при емкостной связи с фидером антенны. В таких системах основные потери определяются диэлектрическими в изо­ ляционных материалах и сопротивлением потерь в переходных контактах соединения контура с лампой и контактах короткозамыкателей.

6.3. ФИЛЬТРАЦИЯ ГАРМОНИК ВЫХОДНОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ

Фильтрацией называется способность выходных цепей радиопередатчика ослаблять (фильтровать) высшие гармоники ос­ новного высокочастотного колебания.

Несмотря на то, что контуры в анодной цепи .выходного гене­ ратора настроены в резонанс и выделяют колебания основной ча­ стоты, в антенну все же попадают токи высших гармоник несущего колебания, создающие помехи работающим станциям. С ростом мощностей радиопередатчиков возрастают и мощности побочных, мешающих, излучений на гармониках. Поэтому задача подавления гармоник у мощных радиопередатчиков становится более сложной.

Подавление высших гармоник в выходных цепях происходит в основном за счет резонансных свойств контура. Известно, что чем выше добротность нагруженного контура Q', тем острее его кри­ вая резонанса и больше фильтрация колебаний с частотами, отли­ чающимися от резонансной. Однако повышение добротности кон­ тура ограничено требованиями ширины полосы пропускания спект­ ра сигнала. Поэтому принимаются дополнительные меры к подав­

фильтрующие свойства одного контура дополняются и усилива­ ются другими контурами. Однако увеличение числа промежуточ­ ных контуров в выходной цепи понижает общий кпд каскада и усложняет настройку. Поэтому практически используются системы из двух или трех связанных контуров, при этом последующий про­ межуточный или антенный контур целесообразно связывать с той ветвью анодного контура, где токи высших гармоник минимальны, т. е. с индуктивной ветвью, а в качестве сопротивления связи вы­ бирать емкость, на которой напряжения высших гармоник будут также минимальными;

177

—применение трансформаторной связи с индуктивной ветвью двухтактного генератора на средних волнах (см. рис. 6 .6 ) для эф­ фективного подавления четных гармоник при хорошей симметрии плеч схемы;

—включение дополнительных заградительных фильтров, наст­ роенных на /1-ю гармонику (в виде фильтров «пробок», включае­ мых в антенну, либо в виде цепей с последовательным резонансом на п-й гармонике, включаемых на входе фидера);

—применение в коротковолновых передатчиках фильтров «нижних частот», пропускающих основные колебания рабочего диапазона и сильно ослабляющих все высшие гармоники ультра­ коротковолнового диапазона;

—выбор угла отсечки 0= 90°, так как при нем в импульсе от­ сутствуют все нечетные гармоники высшего порядка / аз, / а 5 и т. д.

Рациональный выбор схемы выходного каскада и применение специальных фильтров позволяют при построении мощных пере­ датчиков отказаться от применения более сложной в исполнении двухтактной схемы.

Выполнение норм на допустимые побочные излучения оцени­ вается колебательной мощностью п-й гармоники, а именно:

Эта формула получена из известных выражений для колеба­ тельных мощностей в антенне:

на основной частоте

и на п-и гармонике

с учетом того, что коэффициент фильтрации и отношение токов гармоник соответственно равны:

1'а пП si .

ФU n ilп = а п/а 1-

/Ап Пах

Ввыражениях (6.22), (6.23) гА — .сопротивление антенны на основной частоте, а гАп — соответственно на гармонике. При опре­ делении мощности на гармониках полагают для них гАпяв<гА.

Коэффициент фильтрации Ф находится для каждой схемы в за­ висимости от характера связи между контурами и характера связи анодного контура с лампой. Общий коэффициент фильтрации Фобщ системы связанных контуров равен произведению коэффициентов

фильтрации каждого отдельного контура системы, т. е.

178

Это очевидно из соотношений, например, для двухконтурной

Применим известные из '«Основ радиотехники» значения коэф­ фициента фильтрации для сравнения фильтрующих свойств наи­ более часто применяемых схем.

1. Простая одноконтурная схема с нагрузкойгП(гА), включен ной в индуктивную ветвь при емкостной связи контура с лампой

(рис. 6.15).

Элементом связи анодного контура с лампой является та ветвь контура, в которую не включено сопротивление нагрузки гв(гА). Она одновременно является общей цепью для токов контура и гар­ моник анодного тока.

Коэффициент фильтрации такого анодного контура Фа при его

где Q/a= !Qa(l—'Пи) — добротность нагруженного анодного контура;

п— номер гармоники.

2.Простая одноконтурная схема связи с нагрузкой гв(гА), вклю­ ченной в емкостную ветвь, при индуктивной связи контура с лам­

пой (рис. 6.16).

Коэффициент фильтрации анодного контура равен в этом случае:

(6-26)

т. е. в п2 раз меньше, чем у схемы с емкостной связью.

3. Сложная двухконтурная система (см. рис. 6.4а и б). Очевид­ но, что общий коэффициент фильтрации определится как произ­ ведение коэффициента фильтрации анодного контура Фа и контура

а 79

4. Схемы рис. 6.17 преимуществ перед рассмотренной выше в отношении фильтрации не имеют. Общий коэффициент фильтрации в них также определяется произведением коэффициентов фильт-

Р ис. 6.17. Варианты сложных схем с двумя связями:

пой н емкостной (С е в ) контура антенны с анодным

рации контуров при двух связях — емкостной и индуктивной. Он равен: Ф о б щ = Ф э . Ф А = С ) ' а С 1 ' Ап 2 ( 1 — l / п 2) 2, т. е. не отличается от предыдущей схемы. Д ля повышения общего коэффициента фильт­ рации важно увеличивать число емкостных связей. Так для схемы рис. 6.4в при емкостной связи контура антенны с анодным (Ссв) общий коэффициент фильтрации будет равен:

т. e. в n2 раз больше коэффициента фильтрации предыдущих схем.

5. Схема рис. 6.76 является сложной трехконтурной системой с

анодным (I), промежуточным (II) и антенным (III) контурами и

и оказывается в п2 раз больше предыдущей схемы с двумя емко­ стными связями. Таким образом, увеличение числа емкостных свя­ зей в сложной схеме существенно повышает общий коэффициент фильтрации.

6.4. ДИАПАЗОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Большинство передатчиков для радиосвязи и дальнего коротковолнового радиовещания предназначено для работы в ши­ роком диапазоне волн. Это .вызвано необходимостью оперативной их смены для устойчивой связи и радиовещания в течение суток и времени года по условиям распространения коротких волн.

Возможность перестройки на несколько рабочих волн (частот) предусматривается часто и для средневолновых передатчиков. Ра­

имеют возможность лишь небольшой подстройки в отведенном ча­ стотном канале.

180