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

тромагнитных колебаний контура. На принципиальных схемах лампового (рис. 2.26) и транзисторного (рис. 2.2в) генераторов с внешним управляющим напряжением (ие) элементы схемы, за­ слюненные 'в 'Пунктирные линии выполняют роль управляющего реле Р. Выбор соответствующего напряжения смещения Eg(Ee), создающего на сетке запирающий отрицательный потенциал, поз­ воляет получить режим лампы (транзистора) В или С, необходи­ мый для эффективного процесса генерации и усиления высокочас­ тотных колебаний. Переменное высокочастотное управляющее на­

ной нагрузки усилительного каскада. Основная переменная состав­ ляющая тока создает на контуре переменное падение напряжения и поддерживает в нем незатухающие электромагнитные колеба­ ния. Очевидно, что сопротивление колебательного контура посто­ янному току очень мало, поэтому и падение напряжения на нем, образующееся за счет постоянной составляющей, протекающей че­ рез катушку индуктивности контура, также незначительно. С эти­ ми потерями энергии обычно не считаются. По существу, в схеме генератора с лампой (транзистором) происходят те же процессы, что и в обычном усилителе электрических сигналов, где слабый входной сигнал управляет током в выходной цепи, создаваемым источником Ея(Ек). Принципиальным отличием высокочастотного генератора является резонансный характер нагрузки в ее выход­ ной цепи.

Конструктивное выполнение высокочастотной части радиопе­ редатчиков (см. рис. 2.1) зависит от видов передаваемых электри­ ческих сигналов, определяющих так называемый род работы пере­ датчика— телеграфный (или кодовый), телефонный, вещательный,

работы) осуществляет в радиопередатчиках управление высокоча­ стотными (так называемыми несущими) колебаниями.

Процесс модуляции при телефонной и радиовещательной рабо­ те может выполняться в разных каскадах высокочастотной части передатчика — от задающего генератора до выходного. Это зави­ сит от способа модуляции, рода работы и т. п. В технике радиосвя­

ком радиочастотном диапазоне работает передатчик и какой род работы в нем осуществляется.

Схемы соединения устройств управления — модулятора и мани­ пулятора— с каскадами высокочастотной части передатчика под-

20

чинены определенным законам и изучаются во второй части учеб­ ника, составляющей основу теории модуляции.

Для подавления излучения гармоник основного (несущего) колебания передатчика, мешающих работе других радиостанций, часто между антенной и выходным каскадом включается специ­ альный фильтр гармоник (см. рис. 2.1).

Антенна передатчика является обязательным элементом любо­ го радиопередающего устройства. Представляя собой так называ­ емую «открытую» резонансную цепь (систему), она обеспечивает преобразование высокочастотных модулированных колебаний в радиоволны, распространяющиеся в окружающей среде.

Области применения радиопередатчиков чрезвычайно обшир­ ны: помимо радиосвязи и радиовещания, они используются в ра­ дионавигации, радиолокации, радиотелеметрии, радиоастрономии и во многих других областях, где оказывается необходимым метод передачи сигналов без проводов,-

2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ

Современные радиопередатчики отличаются бол.ыыим разнообразием. В зависимости от назначения, мощности, диапазо­ на рабочих частот (волн) и условий работы видоизменяются кон­ струкция радиопередатчика, применяемые в нем типы электрова­ куумных приборов, детали и внешнее оформление.

Воснове классификации передатчиков лежат три признака:

—диапазон рабочих волн (частот);

—назначение, определяемое родом работ;

—выходная колебательная мощность.

По диапазону волн передатчики разделяются на:

— длинноволновые с рабочими волнами свыше 3000 м (часто­ ты ниже 100 кГц), используемые, главным образом, для радиона­ вигации;

— средневолновые с волнами от 3000 до 200 м (si00 кГц — 1,5 МГц), используемые для радиовещания и специальных служб;

— коротковолновые с волнами от 200 до 10 м (1,5—30 МГц), используемые для дальнего радиовещания, радиосвязи всех видов,

относятся также дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны, т. е. волны с длиной меньше 1 м (частоты свыше 300 МГц), используемые для телевидения, радиорелейной связи, радиолока­ ции, телеметрии, радиоуправления и др.

Диапазон волн, в котором работает передатчик, оказывает влияние на его структуру, конструкцию и применяемые типы элек-' тронных приборов. На длинных, средних и коротких волнах ис­

2?

пользуются триоды, тетроды и пентоды, а в качестве колебатель­ ных систем применяются параллельные контуры, состоящие из со­ средоточенных индуктивностей и емкостей. Применение транзи­ сторов ограничивается из-за их малой мощности. На ультракорот­ ких волнах применяются триоды, тетроды специальных ■конструк­ ций (металлокерамические триоды, сдвоенные тетроды, резнатро­ ны). На сантиметровых волнах применяются лампы 'бегущей и об­ ратной волн, клистроны, магнетроны и другие электровакуумные приборы. На укв в качестве колебательных электромагнитных си­ стем используются отрезки двухпроводных и коаксиальных линий,

бражений), вещательные с частотной модуляцией на ультракорот­ ких волнах (М<В ЧМ), в том числе и дли звукового сопровожде­ ния телевидения, локационные, систем телеметрии и др.

Кроме того, по условиям эксплуатации они разделяются на

•стационарные и подвижные (корабельные, автомобильные, само­ летные и др.).

К подвижным передатчикам предъявляются жесткие требова­ ния по весу и габаритам, вибропрочности, работе в условиях по­ ниженного атмосферного давления, влажности и т. п. Требования малых габаритов предусматривают компактное расположение де­ талей и усиленные средства отвода тепла.

Маломощные передатчики обычно выполняются в виде замкну­ того блока (отсека). Они часто объединяются с приемником в ви­ де приемно-передающей радиостанции. Передатчики средней мощ­ ности монтируются в одном или нескольких небольших шкафах. Мощные и сверхмощные передатчики для своего размещения тре­ буют отдельного здания.

Чрезвычайное разнообразие радиопередатчиков не позволяет ограничиться указанными выше отличительными признаками, и по­

Радиопередатчик, как и любое другое техническое устройство, характеризуется определенными показателями, соответствующими

22

Диапазон рабочих волн (частот).

Стабильность частоты несущих колебаний, создаваемых радио­ передатчиком; и точность ее установки, что в значительной степе­ ни определяет надежность радиосвязи. Нестабильность частоты колебаний передатчика вызывает осложнения, связанные с взаим­ ными помехами радиостанций, необходимостью частой подстрой­ ки приемника и т. п. Все это ухудшает помехоустойчивость канала связи и мешает быстро входить в связь.

Общий или промышленный коэффициент полезного действия передатчика — это отношение полезной мощности колебаний в ан­ тенне передатчика Р —А к общей мощности, потребляемой радио­

передатчиком со всеми вспомогательными устройствами от элект­ росети. Кпд современных радиопередатчиков оценивается величи­ нами порядка 0,2—0,6 и представляет собой интерес при проекти­ ровании устройства.

Степень фильтрации высших гармонических колебаний, возни­ кающих в связи с работой генераторов — каскадов передатчика — токами импульсного характера (режимы В и С). Они кратны ос­ новному, несущему, колебанию и вызывают помехи приему других радиостанций, у которых рабочие частоты совпадают с частотам» гармоник данной станции. Чтобы ослабить их излучение, в пере­ датчиках принимаются меры по фильтрации (подавлению) выс­ ших гармонических колебаний.

Качество модуляции и степень допустимых искажений переда­ ваемых электрических сигналов информации — речи, музыки, те­ левизионных изображений и пр., (проходящих модуляционный тракт передатчика) — оценивается частотными, нелинейными и фазовыми характеристиками, известными из курса «Усилители электрических сигналов». Процесс модуляции и неизбежно возни­ кающие в высокочастотном тракте передатчика искажения оцени­ ваются коэффициентом нелинейных искажения (кни), частотной характеристикой (ЧХ) и величиной уровня шума.

Коэффициент нелинейных искажений (дни), обычно оценивае­ мый в процентах, характеризует степень искажения формы элект­ рического сигнала в антенне или на выходе передатчика по срав­ нению с входным в начале модуляционного тракта. Его значения у .различного типа передатчиков связи и вещания не должны пре­ вышать 2—'10%.

Частотные характеристики передатчиков показывают зависи­ мость коэффициента глубины модуляции (при амплитудной моду­ ляции) или девиации частоты (при частотной модуляции) от ча­ стоты модулирующего сигнала при постоянном их уровне на вхо­ де модулятора. Таким образом характеризуется равномерность прохождения через высокочастотный тракт передатчика и моду­

23

номодулирующих несущее колебание. Как известно, частоты пуль­ сации выпрямленных напряжений лежат в пределах 50—300 Гц. Уровень шумов оценивается по отношению к уровню полезного сигнала при 100%-ной модуляции и у лучших радиовещательных передатчиков бывает ослаблен не менее чем на 60—65 дБ. Требо­

Конструктивное выполнение и эксплуатационные данные харак­ теризуют габариты передатчика, а также оперативные его свойст­ ва (время перестройки с волны на волну, время пуска и останов­ ки и др.). Габариты и вес особенно важны у подвижных радиопе­ редатчиков. Система УБС (управления, блокировки и сигнализа­ ции) предусматривает строгую последовательность операций по включению передатчика, предотвращающую ошибочные действия обслуживающего персонала и гарантирующую безопасность при открывании дверей в отсеки и помещения, в которых имеются вы­ сокие напряжения.

Часть современных радиопередатчиков для дальней магис­ тральной радиоавяви, МБ ЧМ вещания, телевидения и радиоре­ лейных линий выполняется автоматизированной. Их оперативное обслуживание— включение, выключение, смена волн и вида рабо­ ты — производится дистанционно. Для этого они дополнительно оборудованы системой телеуправления, блокировки и сигнализа­ ции ТУ-УБС.

Контрольные вопросы к первым двум главам

1. Кем и когда был построен первый в мире .радиопередатчик?

2. Основное назначение радиопередающего устройства в линиях радиосвязи.

3.Перечислите виды естественной информации, передаваемые по линиям элек­ трической связи.

4.Чем отличаются электрические сигналы различных видов информации?

7.Какие физические процессы составляют основу работы любого радиопере­ дающего устройства?

8.В чем заключается .принцип генерации высокочастотных токов ('напряжений)

в схеме генератора?

9 Какие электронные приборы попользуются в схемах генераторов различных диапазонов частот?

10.В чем состоит принципиальное отличие схемы усилителя электрических сиг­ налов от схемы высокочастотного .генератора-усилителя?

Ш. Поясните построение современного многокаскадного радиопередатчика и ос­ новное назначение элементов структурной схемы (рис. 2.1).

.12. Перечислите и .поясните показатели, характеризующие .работу радиопере­ датчиков.

24

Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я

ГЕНЕРАТОРНЫЕ ЛАМПЫ

3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ, ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Электронные лампы применяются в генераторах, рабо­ тающих в широком диапазоне волн.

Генераторные лампы отличаются большим разнообразием; их конструктивное выполнение зависит от диапазона частот, мощно­ сти, условий работы и способа охлаждения электродов.

Большинство современных передатчиков для радиосвязи и ра­ диовещания имеет мощности, доходящие до сотен и даже тысяч киловатт. Получение больших мощностей высокой частоты при помощи генераторных ламп связано с необходимостью использова­ ния значительных по величине анодных токов и напряжений. На­ пряжения источников, питающих аноды и экранирующие сетки ламп, оказываются порядка тысяч вольт.

Генераторные лампы имеют очень широкий диапазон мощно­ стей от нескольких ватт до сотен киловатт. В отличие от приемно­ усилительных ламп, они обладают большими значениями статиче­ ской крутизны S (от десятков до сотен миллиампер на вольт) и коэффициента усиления ц (от 20 до 250).

В радиопередатчиках используются: триоды (рис. ЗЛ), лучевые тетроды (рис. 3.2) и пентоды. Последние ограничены небольшим числом (см. таблицу приложения 1).

Многочисленные генераторные тетроды обладают известными преимуществами по сравнению с триодами; они имеют большой коэффициент усиления, хорошую развязку между входной и вы­ ходной цепями, отличаются малыми токами в цепи управляющей сетки и требуют значительно меньших мощностей возбуждения по сравнению с триодами. Тетроды применяются во всех каскадах различного типа передатчиков, где позволяют их номинальная мощность и рабочая частота. В области сверхвысоких частот кон­ струирование тетродов и пентодов затруднено.

В диапазонах дециметровых и сантиметровых волн использу­ ются преимущественно металлокерамические (рис .3.3а) и титано­ керамические триоды (рис. 3.36), обладающие минимальными междуэлектродными емкостями и индуктивностями выводов электро­ дов. Удовлетворение этим требованиям ограничивает размеры электродов ламп и уменьшает допустимые мощности рассеяния на сетке и аноде, что неизбежно приводит к уменьшению номинальной колебательной мощности. .

25

Каналы для охлаждающего воздуха

Рис. 3.3. Типовые конструкции высокочастотные генераторных ламп:

а) металлокерамического триода; б ) титанокерамического триода

Аобозначает водяной (или жидкостный) циркуляционный спо­ соб охлаждения; при нем в замкнутом объеме циркулирует, обте­ кая анод, либо дистиллированная вода, либо специальная охлаж­ дающая смесь *);

‘) Например, кремний-органическая полисилоксановая или фторсодержащая жидкость с низкой температурой кипения. Эти жидкости создают интенсивное охлаждение анода при относительно малых объемах циркулирующей. жидкости.

Расчет систем охлаждения, расход охлаждающей жидкости и скорость ее циркуляции-(при обтекании анода) проводятся из условия, гари котором темпе­ ратура знода и мест спая стекла с металлом не превышает 150—200°С.

27

Б — воздушный, при тех же условиях охлаждения;

П — испарительный в .системе пароводиного охлаждения.

Эксплуатационные данные ламп большой мощности зависят от способа охлаждения ее анода. Так, например, конструкция гене­ раторной лампы типа ГК-10 при водяном циркуляционном охлаж­ дении (ГК-10А) характеризуется колебательной полезной мощно­

средней и большой мощностей отличается коаксиальной формой, при этом отдельные электроды и их выводы располагаются по цилиндрическим образующим различного диаметра.

К а т о д ы г е н е р а т о р н ы х л а м п в настоящее время изго­ товляются трех основных видов: вольфрамовые, обозначаемые в справочной литературе буквой В; тори.раванные на основе из карбидированного вольфрама — ТКВ; оксидные на вольфрамовом или никелевом основании — О.

Преимущества активированных катодов перед чисто вольфра­ мовыми следующие:

—более низкая температура нагрева (1200—1900 К против 2400—2700 К у вольфрамового), что значительно экономит мощ­ ность, расходуемую на накал (на 30—60%);

—возможность работы лампы в режиме пространственного заряда, при котором электронная эмиссия катода значительно пре­ вышает возможные рабочие токи в лампе;

—меньший нагрев стекла баллона и выводов электродов, что увеличивает надежность работы, уменьшает перепад температур нагретой и охлаждаемой частей, упрощает конструкцию и умень­ шает размеры лампы;

—более близкое расположение управляющей сетки к катоду (что возможно благодаря его пониженной температуре), дающее

увеличение крутизны характеристики и уменьшение мощности, по­ требляемой в цепи сетки на возбуждение;

—высокая долговечность, достигающая 10—\Г5 тыс. ч.;

—большая эксплуатационная надежность, так как в конце срока службы лампы эмиссия катода начинает заметно ослабе­ вать, что позволяет своевременно заменить ее новой, без внезап­ ного перерыва в работе передатчика.

Генераторные лампы малой мощности изготовляются преиму­

щественно с подогревными оксидными катодами (017). Чувстви­ тельность катодов этого типа к изменениям температурных режи­ мов затрудняет их применение в мощных генераторных лампах.

С е т к и г е н е р а т о р н ы х л а м п — управляющая и экрани­ рующая — в значительной мере определяют характеристики и экс­ плуатационные свойства прибора. В эксплуатационных условиях,

28

помимо нагрева из-за протекающих в их цепях конвекционных то­ ков, сетки дополнительно нагреваются за счет тепла, испускаемо­ го нагретыми катодом и анодом. Последнее обстоятельство весьма существенно влияет на выбор режима, например длительность им­ пульса анодного тока, и объясняет причину, по которой номиналь­ ная мощность большинства мощных генераторных ламп обеспечи­ вается только в режимах с отсечкой анодного тока (В, С).

Перегрев сеток может сопровождаться нежелательной термо­ электронной эмиссией, при которой нарушается нормальная рабо­ та лампы. Для исключения этих явлений применяется сложная технология изготовления сеток. Они обычно выполняются из туго­

сеток для улучшения теплового излучения. Сетки укрепляются на утолщенных стержнях-держателях из теплопроводных металлов, способных обеспечить также быстрый отвод тепла. Для предот­ вращения вторичной эмиссии сетки покрываются веществами, пре­ пятствующими их активированию и улучшающими теплопровод­ ные свойства (цирконий, золото, платина). Эти вещества предо­ храняют сетки от окисления и связывают частицы газа, выделяю­ щиеся из нагретых электродов.

А н о д ы г е н е р а т о р н ы х л а м п малой и средней мощностей обычно выполняются в виде определенной конструкции в запаян­ ном стеклянном баллоне. Охлаждение нагретого анода таких ламп происходит в основном за счет теплового излучения и частично за счет теплопроводности выводов и держателей. Таким образом, поч­ ти вся тепловая энергия, рассеянная анодом и другими электрода­ ми генераторных ламп, должна пройти через стекло баллона. Это

•ограничивает максимальную мощность рассеяния величинами по­ рядка до 1000 Вт.

Мощные генераторные лампы с мощностями рассеяния на ано- д свыше 1 кВт изготовляются с принудительным охлаждением

.анодов. Аноды изготовляются из красной меди, обладающей вы­ сокой теплопроводностью. Анод лампы сваривается со стеклян­ ным баллоном, на плоской верхней части которого завариваются выводы сетки и катода. Сетка и катод лампы расположены коаксиально внутри анодного цилиндра.

Анод лампы, охлаждаемый водой, помещается в герметический ■бак, через который во время работы непрерывно циркулирует ди­ стиллированная вода, отводящая тепло. Для этого на радиостан­ циях строятся сложные охладительные системы с насосами, теп­ лообменниками и наружными бассейнами (схема такой системы будет показана далее на рис. 16Л).

Вид мощной 250-киловаттной лампы с бачком охлаждения по­ казан на рис. 3.4. Из рисунка видно, что анод лампы находится в

•баке, состоящем из двух цилиндров. Охлаждающая дистиллиро­ ванная вода подается снизу (под давлением) во внутренний ци-

.линдр, так называемую рубашку бака. Омыв анод, вода перели­

29