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

Простейший случай передачи двоичного телеграфного сигнала при манипуляции фазы высокочастотного колебания иллюстри­ руется рис. 15.15. Положительной и отрицательной посылкам тока соответствуют фазы излучаемого передатчиком высокочастотного

колебания, сдвинутые друг относительно друга на 180° (я). Спектр манипулированного по фазе колебания в общем случае содержит колебание средней частоты и симметрично от него расположенные боковые колебания с интервалами, кратными частоте манипуля­ ции. При манипуляции фазы колебаний на 180° в спектре полно­ стью отсутствует колебание средней частоты и он становится ана­ логичным спектру амплитудномодулированного колебания при по­ давленной несущей. Амплитуды боковых колебаний при этом уве­ личиваются вдвое, т. е. возрастает энергия составляющих спектра, несущих информацию. В общем случае полоса частот спектра ФТ сигнала примерно равна ширине спектра при АТ и не зависит от величины угла манипуляции. Равномерное распределение энергии колебаний в спектре при ФТ (особенно при величине угла мани­ пуляции в 180°) увеличивает помехоустойчивость ФТ по сравнению с АТ и ЧТ, что эквивалентно увеличению мощности передатчика по сравнению с АТ в 4 раза и с ЧТ — в 2 раза.

Достоинством ФТ также является возможность передачи двух независимых сообщений на одной несущей частоте (так называе­ мая двухкратная ФТ) без расширения полосы колебаний радио­ канала.

Одна из простейших схем осуществления фазовой манипуля­ ции показана на рис. 15.16. В ней используется известное свойство симметричного параллельного контура — сдвиг по фазе на 180° напряжения на его зажимах 1—2. Манипулирующий сигнал по­ дается в средние точки входной и выходной цепей. Диоды Д\ и Дг работают в ключевом режиме, при котором напряжение манипу­ ляции значительно превышает действующее на контуре. В этом случае при одной полярности манипулирующего сигнала (напри­ мер, как указано на схеме) отпирается верхний диод Д\ (ключ), а при перемене полярности — нижний Дг. В первом случае в вы­ ходной цепи действует переменное напряжение, полученное с верх­

401

ней половины контура, во втором (при мгновенной перемене по­ лярности напряжения манипуляции) — с нижнего, т. е. в проти­ воположной фазе.

Внедрение фазовой манипуляции в практику радиосвязи зат­ руднялось созданием приемного устройства, чувствительного к фа­ зе сигнала, и способами синхронизации частот и фаз независимых источников высокочастотных колебаний в передатчике и приемни­ ке. В настоящее время разработан ряд способов, обеспечивающих весьма устойчивую работу при ФТ. В частности, получил распро­ странение способ сравнения элементарных посылок на приеме, так называемая относительная фазовая телеграфия ОФТ.

Фазовая манипуляция .применяется в радиолокационных си­ стемах, где передающее и приемное устройства располагаются в непосредственной близости друг от друга. В этом случае излучае­ мые передатчиком колебания подаются непосредственно на прием­ ник и используются для синхронизации его гетеродина. Фазовая манипуляция успешно применяется также в системах космической радиосвязи.

15.5. РАДИОТЕЛЕГРАФНЫЙ ТРАКТ

Передающим радиотелеграфным трактом называется электрическая цепь передачи телеграфного сигнала от ключа или аппарата до радиопередатчика.

На маломощных радиостанциях телеграфный ключ устанавли­ вается непосредственно у передатчика. Мощные радиопередатчики во избежание помех радиоприему обычно устанавливаются вдали от городов. В этом случае управляющие телеграфные сигналы по­ даются к ним по проводным (кабельным) линиям связи из специ­ альных аппаратных, так называемых радиобюро, организуемых при телеграфах. В радиобюро размещаются телеграфные аппара­ ты, линейно-коммутационное устройство, осуществляющее коммутацию соединительных линий, и другая вспомогательная аппаратура. В этом случае, если расстояние между радиобюро и передатчиком не превышает нескольких километров, управляющие телеграфные сигналы обычно подаются двусторонними импульсами постоянно­ го тока. При соединительных линиях большой протяженности (де­ сятки километров) форма телеграфных сигналов, переданных по­ сылками постоянного тока, на выходе линии у передатчика сильно искажается. Это неизбежно приводит к искажениям на приеме. Искажения в линии объясняются тем, что более высокие гармо­ ники составляющих прямоугольного импульса тока ослабляются длинной линией сильнее (из-за ее большой емкости), чем низкие.

Для их практического устранения применяют тональную пере­ дачу телеграфного сигнала импульсами колебаний звуковой часто­ ты. Обычно используют частоты в пределах от 800 до 4000— 5000 Гц. В этом случае радиотелеграфный тракт усложняется вве­ дением так называемого тонманипулятора (ТМ), предназначенно­ го для преобразования импульсов постоянного тока в импульсы звуковых колебаний. Электрические сигналы от телеграфного ап­

402

парата (ТА) (рис. 15.17) поступают на ТМ, который представляет собой управляемый звуковой генератор. После ТМ в соединитель­ ную линию поступают импульсы тока определенной звуковой ча­ стоты, которые на передающей станции усиливаются до нужного уровня, затем ограничиваются и выпрямляются в тональном уси­ лителе-выпрямителе (ТУВ). После выпрямления вновь образован-

Трансляционнаялиния

Р ис. 15.17. Тракт передачи тональных телеграфных посылок

ные импульсы постоянного тока управляют колебаниями передат­ чика, т. е. происходит манипуляция. Тональные усилители-выпря­ мители снабжаются устройствами для автоматического регулиро­ вания телеграфных сигналов, при котором обеспечивается равен­ ство токовых и бестоковых посылок. Неравная их длительность, так называемое преобладание по времени какой-либо посылки, вызывает искажение передачи при быстродействующей работе и буквопечатании. Применяемые в передатчиках магистральной ра­ диосвязи электронные реле представляют собой усилители пос­ тоянного тока (либо специальные схемы), на выходе которых об­ разуется скачкообразно изменяющееся постоянное напряжение, достаточное для манипуляции передатчика. Эти реле легко позво­ ляют устранить преобладание и работать со скоростями, значи­ тельно превышающими скорости электромеханических реле.

Форма телеграфного сигнала на различных участках тракта передачи контролируется электронным осциллографом и специаль­ ными измерителями искажений телеграфного сигнала (ИИТС).

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

1.Чем объясняется максимальная дальность связи передатчика в режимах теле­ графной работы?

2.Изобразите в прямоугольной системе координат формы электрических теле­ графных посылок и соответствующие им высокочастотные сигналы, излучаемые антенной передатчика при различных видах манипуляции.

3.Укажите принятые в системе ДЧТ значения девиации (сдвига) средней ча­ стоты передатчика и поясните стандартную расстановку частот при этом.

4.В чем заключается процесс амплитудной манипуляции тональномодулированного несущего колебания передатчика и каковы достоинства этого способа радиотелеграфной работы?

5.Назначение радиобюро в линиях радиосвязи.

6.Определите длительность элементарной посылки и необходимую ширину по­ лосы частот при скорости телеграфирования 1000 слов в минуту.

403

Г Л А В А Ш Е С Т Н А Д Ц А Т А Я

СИСТЕМЫ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

16.1. СИСТЕМЫ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Основные системы радиопередающего устройства, его высокочастотный тракт и тракт управления колебаниями рассмат­ ривались в предыдущих главах. Высокочастотный тракт, осущест­ вляющий самовозбуждение, преобразование частоты, усиление вы­ сокочастотных 'Колебаний, объединяет каскады от возбудителя до выходного, включая антенный коммутатор и антенну передатчика. Режимы и схемы каскадов высокочастотного тракта в современ­ ных устройствах должны удовлетворять.нормам на качественные показатели работы передатчиков и обеспечивать тактико-техниче­ ские данные, устанавливаемые Правилами технической эксплуата­ ции ') в соответствии с современным состоянием радиосвязи и ве­ щания.

Основные системы обеспечивают: требуемую выходную мощ­ ность Р ~ а при допустимой величине уровня побочных излучений (не более 50 мВт); устойчивость заданных электрических показа­ телей; простоту управления и оперативность, достигаемую автома­ тизацией основных операций (включение, настройка на фиксиро­ ванные заранее определенные рабочие частоты, контроль за режи­ мами и выходной мощностью, переключение антенны и т. п.); на­ дежность эксплуатации при компактном конструктивном выпол­ нении передатчиков вследствие использования более совершенных деталей оборудования, малогабаритных генераторных ламп с воз­ душным и пароводяным охлаждением, высококачественных изоли­ рующих материалов и др.

Эксплуатационно-технические показатели качества передачи информации зависят от назначения передатчиков и рода их рабо­ ты. Так, требования к электроакустическим показателям работы передатчиков радиосвязи и радиовещания значительно отличают­ ся. У большинства передатчиков радиосвязи уровень шумов (по отношению к максимальному уровню передачи полезного сигнала) составляет —40 дБ, в то время как во всех передатчиках, пред­ назначенных для радиовещания —(56—60) дБ, т. е. значительно)*

*) Правила технической эксплуатации (ЛТЭ) средств радиосвязи, радиове­ щания я телевизионного вещания регулярно пересматриваются и утверждаются Министерством связи СССР совместно с Государственным комитетом по теле­ видению и радиовещанию при Совете Министров ОССР.

405

‘Ниже. Уменьшение уровня шума (паразитной модуляции) до такой деличины достигается включением дополнительных фильтров к выпрямителям, применением специальных многофазных схем пи­ тания накала ламп, введением в схему отрицательной обратной связи, стабилизацией режимов и т. п.

Коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник)

в передатчиках радиосвязи при телефонной работе на средних ча­ стотах ( т = 80%) .не должен 'превышать 7%, а в радиовещатель­ ных передатчиках — 4—-1,5%.

Допустимое отклонение уровня частотной характеристики, со­ ответствующего частоте 1000 Гц (при im = 50%), передатчиков ра­

Ряд требований к передатчикам, такие, как, например, допус­ тимое отклонение излучаемой мощности от номинальной (±10% ) ■и нестабильность частоты несущего (среднего) колебания, носят общий характер.

Нормы на нестабильность частоты передатчика обычно зада­ ются в зависимости от мощности передатчика и диапазона рабо­ чих частот. Для передатчиков радиосвязи мощностью 200 Вт и ме­ нее допустимая нестабильность в относительных единицах состав­ ляет: в полосе 90—150 кГц 0,02%, в полосе 1605—4000 кГц

0,01%.

С увеличением мощности до 500 Вт требования к стабильности несущей частоты повышаются. Допустимая нестабильность ее не должна превышать 0,005%.

Нестабильность частоты передатчиков радиосвязи с номиналь­ ной мощностью свыше 500 Вт:

вполосе 4—29,7 МГц — не более 0,0015%;

вполосе 29,7—100 МГц — не более 0,003%.

Для радиовещательных передатчиков требования стабильности несущих колебаний определяются вне зависимости от их мощ­ ности.

Нестабильность частоты оценивается величинами абсолютного

иотносительного отклонения:

вполосе 150—1605 кГц— ±10 Гц;

вполосе 1605—4000 кГц — ±0,02%;

вполосе 4—29,7 М Гц— ±0,0005%.

Для коротковолновых магистральных передатчиков однополос­ ной радиосвязи (3—30 МГц) нестабильность колебаний не долж­ на быть ниже 10-7.

Рассмотрим подробнее вспомогательные системы радиопере­ датчика.

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Источники электропитания передатчика должны при всех случаях возможно более полно удовлетворять требованиям малогабаритности, надежности и долговечности.

4 0 6

В стационарных устройствах передатчики мощностью 1 кВт № выше питаются от сети переменного тока 220/380 В. Более высо­ кие первичные напряжения (6—10 кВ) применяются для питания, передатчиков мощностью свыше 100 кВт. Для этого на крупных радиостанциях сооружаются электрические подстанции, преобра­ зующие энергию от государственных ЛЭП напряжением 30—220 кВ и коммутирующие высокое напряжение при помощи разъедините­ лей и операционных масляных выключателей.

Питание постоянными напряжениями различных цепей радио­ передатчиков осуществляется от выпрямителей. В наиболее мощ­ ных выпрямителях применяются газонаполненные вентили — газо­ троны и тиратроны. В менее мощных используются твердые венти­ ли: селеновые, германиевые и кремниевые. Кремниевые вентили: широко применяются в автоматизированных передатчиках средней' и большой мощностей, так как они достаточно надежны, долго­ вечны и компактны.

При мощностях выпрямленного тока свыше 1 кВт обычностроятся шестифазные выпрямители по схеме Ларионова. Менее мощные выполняются трехфазными или двухполупериодными.

Для сохранения качественных показателей передатчика источ­ ники электропитания стабилизируются при помощи регулируемых автотрансформаторов, различных потенциал-регуляторов и элек­ тронных схем. Основной причиной шумов в передатчиках (фон па­ разитной модуляции) являются пульсации выпрямленных напря­ жений. Допустимые величины амплитуд пульсаций для различных цепей высокочастотного тракта и модулятора (выражение в про­ центах к величине питающего напряжения) составляют значения в интервале от 0,003 до 1%. Это жесткие требования, и они всегда учитываются при проектировании системы электропитания стацио­ нарных передатчиков.

Кроме того, в системе электропитания предусматриваются спе­ циальные цепи для накала генераторных ламп средней и большой мощностей. Эти цепи автономны и обеспечивают раздельное пи­ тание накала ламп отдельных каскадов. Напряжения источников питания накала стабилизируются. Стабилизация осуществляется, автоматически либо от общей сети стабилизированного переменно­ го напряжения, либо при помощи феррорезонансных пускостабилизаторов в каждой цепи накала. Иногда в некоторых каскадах ра­ диовещательных передатчиков, особенно в модуляторах, цепи на­ кала питают постоянным током от автономных выпрямителей. При этом значительно снижается уровень шумов, но удорожается стои­ мость устройства.

Для уменьшения возникающей при питании цепей накала пере­ менным током паразитной модуляции (фона) принимают ряд мер. Например, фон частоты 50 Гц устраняется включением сеточной цепи к средней точке накальной обмотки трансформатора. Крометого, используются схемы питания цепей накала от разных фаз. При этом увеличивается частота паразитной модуляции, но ее глубина уменьшается. Так, если включить две лампы со сдвину-

40?

от анодов и других электродов лампы более значительное коли­ чество тепла.

На рис. 16.1 приведена функциональная схема двухкольцевой водоводяной системы охлаждения ламп. Такая система имеет раз­ дельные трубопроводы внутреннего (а) и внешнего (б) колец. Вовнутреннем кольце циркулирует дистиллированная вода во избе­ жание образования накипи на анодах. Ее циркуляция из сливного-

Рис. 16.1. Функциональная схема давулкольцевой водяной системы ох­ лаждения

бака 1 через теплообменник 2 и бачки 3 ламп обеспечивается на­ сосами внутреннего кольца 4. Аноды и бачки ламп, находящиеся под высоким анодным напряжением Еа, изолируются специальны­ ми трубами — стендами 5 — из фарфора или политэна. Нагреваю­ щаяся во внутреннем кольце дистиллированная вода охлаждается в теплообменнике — стальном цилиндре большого диаметра. Внут­ ри него размещены медные трубы, омываемые снаружи водой, внешнего кольца. По медным трубкам циркулирует дистиллиро­ ванная вода внутреннего кольца, отдающая тепло воде внешнегокольца. Вода внешнего кольца прогоняется насосами 6 и охлаж­ дается в наружном брызгальном бассейне 7.

Прогрессивной является пароводяная или испарительная си­ стема охлаждения, внедряемая в настоящее время на эксплуата­ ционных предприятиях радиосвязи и во вновь разрабатываемых передатчиках. Например, для 250-киловаттного коротковолновогорадиовещательного передатчика промышленность выпустила гене­ раторный триод вапотронного типа ГУ-68П с номинальной мощно­ стью Р ~ н о м = 250 кВт и допустимой рассеиваемой «а аноде мощ­ ностью Радоп=130 кВтi

Вид лампы для такой системы — вапотрона — и схема ее ох­ лаждения показаны на рис. 3.6. В этой системе тепло от сильно­ нагретых радиаторов анодов отводится путем конвенции воздуха, пара, т. е. без затраты мощности в оборудовании системы охлаж­ дения. Испарительная система компактна, не требует применения насосов, бесшумна в работе и обеспечивает более высокий про­ мышленный кпд передатчика, чем рассмотренная выше.

405-

Для сравнения в табл. 16.1 приведены основные показатели

•различных систем охлаждения анодов мощных ламп.

•охлаждения (моторы насосов, вентиляторов и др.); Р0Хл ^ а — отношение мощности, за­

трачиваемой в системе охлаждения, к суммарной мощности рассеяния на анодах ламп,

•характеризующее эффективность системы охлаждения.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, БЛОКИРОВКИ, СИГНАЛИЗАЦИИ И ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ (УБС, ТС-ТУ)

Обслуживание сложного, размещенного иногда в разных местах, комплекта оборудования передатчика затруднено без цент­ рализованной системы управления, позволяющей дистанционно выполнять необходимые операции включения, выключения и конт­ роля. В связи с этим создаются специальные схемы, обеспечиваю­ щие дистанционное включение и выключение источников питания, управление аппаратурой, а также его блокировку.

Схемы УБС снабжаются автоматически действующими прибо­ рами (реле), которые отключают работающее оборудование от ис­ точников питания при авариях или значительных отклонениях от установленных режимов.

Пуск радиопередатчика осуществляется в строгой последова­ тельности:

—подаются питание на систему УБС и напряжение накала на мощные газотроны и тиратроны;

—включаются термостаты и кварцевый возбудитель;

—включается система охлаждения;.

—подается и автоматически повышается напряжение накала

радиоламп;

—включаются выпрямители напряжений смещения;

—включаются выпрямители анодного и экранных напряжений

•предварительных каскадов;

— подается высокое напряжение на мощные каскады. Заданная последовательность операций принудительно обеспе­

чивается (блокируется) путем введения в цепи питания пусковых реле (контакторов') специальных контактов или промежуточных

*1 0