книги из ГПНТБ / Розов В.М. Измерения и контроль в однополосном радиооборудовании

спектрам частот, (изображенным на рис. 1.3а и б, только они сдви­ нуты по оси частот аверх.

Образованный однополосный сигнал усиливается линейным усилителем ЛУ до необходимой мощности и подается в антенну.

1.2, Краткая характеристика однополосного радиопередатчика

иего отдельных узлов [2—5]

Уе т р о йс т в о ф о р м и р о в а н и я. Формирование однополос­ ного сигнала связано е известными трудностями, которые усугуб­ ляются с увеличением требований к подавлению -нерабочей боко­ вой полосы, .к нелинейным искажениям, линейным переходам, рав­ номерности частотных и фазовых характеристик и .постоянству всех этих характеристик.

Внастоящее время имеется несколько способов формирования однополосного сигнала, среди которых (наибольшую известность получили: а) фильтровый способ !(классический .способ повторной балансной модуляции); б) фазокомпенсационный (фазоразност­ ный) способ; в) фазофильтровый способ; г) синтетический способ М. В. Верзунова.

Наибольшее применение нашел фильтровый способ получения однополосного сигнала благодаря высоким качественным показа­ телям .и устойчивости характеристик. Основными звеньями аппа­ ратуры формирования при этом являются балансные модуляторы

икварцевые или электромеханические фильтры.

.Применение балансных модуляторов и последующего выделе­ ния необходимых боковых полос с помощью высококачественных фильтров обусловлено тем, что в передатчиках коммерческой свя­ зи (магистральных, внутриобластных), показатели которых долж­ ны быть высокие и стабильные, другие упомянутые способы полу­ чения однополооного сигнала не могут обеспечить заданных иска­ телей и поэтому не применяются.

Тракт устройства формирования (УФ) можно разделить ,на ряд отдельных частей или трактов: индивидуальные тракты телефон­ ных каналов включают в себя все узлы, начиная от входного уси­ лителя-ограничителя и до суммирующего устройства, тракт груп­ пового сигнала включает в себя узлы от суммирующего устрой­ ства до выхода устройства формирования. 'Индивидуальный тракт состоит из узлов усиления и ограничения напряжения низкой ча­ стоты, балансного смесителя и канального фильтре. Тракт груп­ пового еипнала состоит из балансных модуляторов и полосовых

усилителей.

В современных передатчиках отдельные узлы УФ характери­ зуются следующими показателями.

У с и л и т е л ь нч и о г р а и и ч и т е л ь. .Номинальное входное напряжение усилителя равно 0 дБ, или 0,775 Вдейств, номинальное

•пиковое значение входного сигнала выбирается равным 3 дБ. Входное сопротивление усилителя равно 600 Ом. В усилителе имеется возможность регулировки входного уровня .в пределах от

—13 до +(10 дБ.

10

уровне затухания 60 дБ к ширине полосы пропускания 2Д/3 на уровне 3 дБ, т. е. на уровне неравномерности частотной характе­ ристики 'фильтра:

j-j __ 2 А /до

2 А /о

•Канальные фильтры характеризуются: нрямоугольностыо; не­ равномерностью амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания; нелинейностью фазо-частотной характеристики или неравномерностью характеристики группового времени запаздыва­ ния; шириной полосы пропускания; затуханием в полосе непропускания и искажениями от нестационарных процессов.

Неравномерность амплитудно-частотной и фазо-частотной ха­ рактеристик определяется зависимостью модуля и фазы коэффи­ циента передачи фильтров от частоты.

Переходные помехи в схеме УФ (линейные переходные иска­ жения) возникают из-за недостаточного подавления нерабочей бо­ ковой полосы частот, что является следствием недоетатоиного за­ тухания канальных фильтров в полосе соседнего канала, а также1 из-за недостаточной экранировки 'между каналами.

Ширина полосы фильтрации обусловлена крутизной рабочего затухания на краях полосы пропускания. Величина затухания в полосе непропускания определяется типом схемы и характеристи­

П о л о с о в ы е у с и л и т е л и . Качество работы полосовых уси­ лителей характеризуется степенью подавления нежелательных про­ дуктов преобразования, которая обусловлена величиной отноше­ ния поднесущих частот /У/ь /2+ 1/ 1//3, числом и добротностью кон­ туров в блоках Ф3 и Ф4, а также реализованной степенью экрани­

за, а также комбинация обоих методов.

(Образование частот по методу анализа отличается невысоки­ ми требованиями к фильтрации, причем частоты могут быть ис­ пользованы только в качестве несущих. Преимуществом" метода синтеза является простота ввода модулирующей частоты. Наиболь­ шее распространение получил метод синтеза с фильтрацией на промежуточной частоте.

.В возбудителе однополосного передающего оборудования ис­ пользуются опорный кварцевый генератор с малой нестабильно­ стью частоты .(порядка 10~7—10-9) и магазин частот с дискретной сеткой частот (с шагом 100 или 1000 Г.ц), получаемой многократ­ ным преобразованием путем деления, умножения, сложения и вы­

читания частот.

Современные декадные возбудители имеют относительно невы­ сокие выходные уровни — порядка 10—100 мВт на нагрузке

12

60—75 Ом. Качество |работы декадного возбудителя характеризу­ ется: уровнем побочных составляющих; паразитной частотной (фа­ зовой) .модуляцией; отношениями фон/сипнал и шум/оиг.нал.

Эквивалентные модулирующие сигналы паразитной частотной (фазовой) модуляции имеют разнообразный характер, поскольку являются следствием модуляции несущей частоты частотами фо­ новых, комбинационных и шумовых составляющих. Характер этих сигналов определяется также схемными решениями, качеством конструкций, экранировкой, частотой питающих напряжений, ра­ циональностью выбора образующих частот -смесителей, порядком и уровнем допущенных комбинационных сочетаний в расчетных .по­ лосах тракта, степенью фильтрации примененных фильтрующих систем.

Фон возникает из-за питания ламп или полупроводниковых приборов от источников с плохим сглаживанием пульсаций; шум обусловлен собственными шумами деталей, ламп и полупровод­ ников.

Уровень побочных составляющих в основном определяется не­ линейностью характеристик элементов (гармонические и комби­ национные составляющие), а также прямым .прохождением из пре­ дыдущих каскадов в последующие.

Л и н е йн ы й у с и л и т е л ь. Как .было отмечено .ранее, в боль­ шинстве практических случаев однополосный сигнал формируется

.в маломощных ступенях передающего тракта (УФ). Сформирован­ ный на низком уровне однополосный сигнал усиливается несколь­ кими ступенями мощного линейного усилителя. .Первые ступени его работают как усилители напряжения, доводящие напряжение однополосного .сигнала до -величины требуемого напряжения воз­ буждения более мощных ступеней усилителя. Оконечный усили­ тель является усилителем мощности, которую он отдает .в полез­

ную нагрузку.

Усилительные ступени однополосного тракта должны обеспе­ чивать .необходимый коэффициент усиления, неизменность его как в .полосе частот -сигнала, так и по диапазону рабочих волн, отдачу наибольшей мощности в антенну при достаточно высоком коэффи­ циенте .полезного действия, -получение .минимальных искажений. Однако усиление однополосного сигнала имеет и некоторые специ­ фические особенности, главные из которых -следующие.

1. Работа всех -ступеней усилителя, .в -целях получения мини­ мальных искажений, осуществляется .в недона-пряженном режиме при любых значениях амплитуды усиливаемого колебания,что, как известно, обусловливает сравнительно низкий кпд по ан-одной цепи

усилительных ступеней.

2. .Выбор рабочей точки на нижнем сгибе .статических характе­ ристик усилительных лам-п .приводит к .необходимости .стабилиза­ ции -цепей питания ламп из-за заметного влияния изменения пи­ тающих напряжений .на линейность модуляционной характеристи­ ки. В однополосном режиме, в отличие от телефонного режима .пе­ редатчиков с AM, передатчик не излучает мощности в .паузе пере­

13

дачи (если .не считать остатка несущей) и, следовательно, не дает возможности для суждения о правильности выбора режима или отклонении его от нормального. Отклонение режима в силу флук­ туаций литания может привести и .смещению рабочей точки в нели­ нейную область характеристики, что вызовет значительные нели­ нейные искажения.

3.Мощные однополосные передатчики, как правило, строятся по многоканальной схеме. Каналы, в зависимости от вида сооб­ щений, могут использоваться.для разного рода работ в произволь­ ных комбинациях. При этом приобретает важное значение пра­ вильное использование мощности передатчика. Для правильной оптимальной загрузки передатчика требуется определить границу верхнего загиба амплитудной характеристики.

4.Форма огибающей однополосного сигнала значительно отли­ чается от формы модулирующих нч сигналов.

Максимальный динамический диапазон однополосного передат­ чика определяется относительным уровнем шумов, фона и нели­ нейных искажений и обычно превышает 40 дБ, что удовлетворяет техническим требованиям как для радиовещания, так и для ра­ диосвязи. При одновременном использовании нескольких каналов динамический диапазон по каждому телефонному каналу оказы-

врется ниже на 6 дБ (при двух каналах) или на 12 дБ (при четы­ рех каналах).

Качество работы линейного усилителя характеризуется вели­ чинами нелинейных искажений (гармонических и комбинацион­ ных), неравномерности амплитудно-частотной, частотно-фазовой характеристик или группового времени запаздывания, отношений фон/сигнал и шум/сигнал, побочных и внеполосных излучений.

1.3. Структурные схемы двух- и четырехканальных приемников (10— 12]

За последние десять лет отечественными предприятиями и за­ рубежными фирмами разработано и введено в действие более 25—30 различных типов однополосных приемников. Значительное количество этих приемников относится к категории комбиниро­ ванных, т. е. обеспечивающих возможность приема сигналов с однополосной модуляцией, а также с другими видами модуляции. Ниже будут рассматриваться в основном структурные схемы одно­ полосных приемников, а также (кратко) метод построения комби­ нированных приемников.

Следует отметить, что в эксплуатации имеется большое коли­ чество типов однополосных приемников для подвижных служб и низовой связи, например, в отечественных радиостанциях РСО-5. РСО-ЗО и т. д. Структурные схемы этих приемников весьма разно­ образны и за отсутствием места не будут специально рассматри­ ваться.

Современный однополосный приемник представляет собой су­ пергетеродин, как правило, с двойным преобразованием частоты.

14

няются почти исключительно транзисторы. Лишь в некоторых приемниках для уменьшения уровня собственного шума и умень­ шения влияния перекрестной модуляции в первом или первых кас­ кадах УВЧ применяют лампы или даже параметрические усили­ тели на варикапах.

На рис. 1.4 приведена структурная схема современного четы­ рехканального однополосного приемника. Такую схему имеют, на­ пример, некоторые модификации отечественных и зарубежных

однополосных приемников. Поскольку при конструировании при­ емников отдельные каскады обычно объединяются в функциональ­ ные группы (блоки), то удобно и схему приемника рассматри­ вать, прежде всего, как комбинацию отдельных, связанных между собой функциональных блоков. В нее входят: блок главного ка­ нала (каскады 1—5); блок опорных частот — БОЧ (6) и опорный генератор (7)\ блок выделения пилот-сигнала — БВПС (каскады 12—15); оконечные блоки каналов В2, Вь Аь А2 (каскады 8—33) \ устройство формирования сигналов автоматической регулировки

в значительной степени независимо от уровня сигнала на входе главного канала. В связи с этим назначением блок главного кана­ ла начинается входным преселектором, обеспечивающим высокую 1 избирательность по зеркальной частоте первого преобразования и защиту от появления перекрестной модуляции при наличии на

16

входе приемника сигналов с высоким уровнем от близкой по ча­ стоте радиостанции. За преселектором следует усилитель высокой частоты — УВЧ (1), имеющий сравнительно широкую полосу про­ пускания и небольшой коэффициент усиления (50—300). В боль­ шинстве приемников коэффициент усиления УВЧ не остается не­ изменным: система автоматической регулировки усиления АРУ в зависимости от уровня входного сигнала изменяет коэффициент усиления, уменьшая диапазон уровней сигналов на входе первого смесителя СМ) (2).

Усилитель первой промежуточной частоты из многочисленных сигналов на выходе СА'Ч выбирает сигналы, попадающие в по­ лосу фильтров УПЧ) (3), и производит их усиление. Средняя ча­ стота фильтров УПЧ] (3) выбирается в пределах 1,5—2,5 МГц для того, чтобы обеспечить высокую избирательность приемника по зеркальному каналу. Усиление УПЧ) в ряде приемных устройств автоматически регулируется.

Несколько усиленный групповой сигнал вместе с мешающими сигналами станций, близких по частоте к принимаемой станции, далее поступает на второй смеситель СМг (4), на второй вход ко­ торого подается напряжение от БОЧ (6). Частота сигнала от БОЧ выбирается так, чтобы разностная частота между нею и средней частотой группового сигнала на выходе УПЧг (5) (частота пилотсигнала) получилась бы равной 100—130 кГц. Такая низкая вторая промежуточная частота выбирается для того, чтобы сравнительно несложные канальные фильтры Ф|—Ф4 (8—11) могли бы разде­ лить сигналы разных телефонных каналов и эффективно подавить мешающие сигналы соседних по частоте передатчиков.

С выходов фильтров Ф1—Ф4 сигналы отдельных каналов посту­ пают в индивидуальные тракты, состоящие из усилителей третьей промежуточной частоты УПЧ3 (18; 22; 26; 30), третьих смесителей СМ3 (19; 23; 27; 31) и усилителей низкой частоты УНЧ (20; 24; 28; 32).

Блок опорных частот в современных однополосных приемниках заменяет первый, второй и третий гетеродины. Этот блок состоит

На выходах БОЧ, в зависимости от частоты принимаемой стан­ ции, можно получать с различными частотами сигналы для CMi и СМ2 и сигнал с неизменной частотой для СМ3. Шаг сетки частот БОЧ в современных приемниках выполняют равным 100 или даже 10 Гц. В некоторых приемниках шаг сетки выбирается 500 или 1000 Гц, но добавляется интерполяционный генератор, позволяю­ щий осуществить точную настройку на станцию, рабочая частота которой не совпадает с частотами сетки.

В современных однополосных системах все чаще работа произ­ водится без пилот-сигнала. Высокая стабильность опорных гене­ раторов в возбудителях передатчиков и в БОЧ приемников и вы­ сокая точность подгонки номинальных частот кварцев для этих

16

Г л а в а 2

Технические характеристики современных однополосных передатчиков и приемников

В главе .рассмотрены главные электрические .и экс­ плуатационные характеристики современных однополос­ ных приемных и передающих устройств, описываются закономерности изменения этих характеристик при из­ менении некоторых параметров этих устройств или пе­ редаваемых сигналов. Приводится имеющая отношение к этому вопросу терминология. Рассмотрены причины наиболее важных искажений передаваемого сигнала в однополосных передатчиках и приемниках. Эти иска­ жения разделены на группы по причинам их возникно­ вения (нелинейные, линейные), по их спектральному составу (гармонические, комбинационные, паразитные модуляции), по характеру влияния в системе передачи телефонных сообщений (невнятные, внятные) и, нако­ нец, по характеру их влияния в системе связи (непере­ ходные, переходные). Рассмотрены методы оценки ис­ кажении. Приводятся сведения о нормах на характери­

2.1. Энергетические показатели однополосных передатчиков

Для оценки мощности радиопередатчиков, работающих в раз­ личных режимах, целесообразно использовать следующие опреде­ ления, изложенные в Рекомендации № 326 МККР [1].

Пиковая мощность радиопередатчика — средняя мощность, подводимая к фидеру антенны нормально работающим передат­ чиком в течение одного высокочастотного цикла, соответствующе­ го максимальной амплитуде модулированной огибающей.

Средняя мощность радиопередатчика — мощность, подводимая к фидеру антенны нормально работающим передатчиком в тече­ ние достаточно длительного промежутка времени по сравнению с периодом наиболее низкой частоты, встречающейся при модуля­ ции. Обычно выбирается промежуток времени в 1/10 с, в течение которого средняя мощность является максимальной.

Мощность несущей частоты радиопередатчика — средняя мощ­ ность, подводимая к фидеру антенны передатчиком в течение од­ ного высокочастотного цикла при отсутствии модуляции. Это опре­ деление не применяется к излучениям с импульсной модуляцией.

Коэффициенты пересчета мощностей для идеально линейного передатчика приведены в табл. 2.1.

Пиковая (максимальная) мощность передатчика может быть рассчитана по следующей формуле:

19