книги из ГПНТБ / Смирнов Б.В. Основы электроники и техники связи учебник

Рас. 164. Антенны для радиостанции, применяемых в сель­ ской местности:

У —оттяжка, уравновешивающая провод антенны.

Отсюда

Рт == К Д в * ДвЫ.Ч-

Для полуволнового диполя входное сопротивление каждого его

волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора

Р т = ] /Г у - 1 5 0 - 75 Ом.

246

Сопротивление фидера с входом приемника можно согласовать подключением к входу приемника параллельно фидеру разомкну­ того шлейфа (рис. 163,5). При изменении длины шлейфа его вход­ ное сопротивление меняется. Так как это сопротивление включено параллельно фидеру, меняется и общее сопротивление. Подбирая длину реактивного шлейфа, добиваются наилучшего согласования.

Типы антенн. Наиболее распространенные в сельской местности антенны для служебных радиостанций показаны на рисунке 164. Для связи на малые расстояния (несколько десятков километров) применяется антенна «наклонный луч». Если дальность связи не превышает 300 км, можно использовать также вертикальные антен­ ны. Для связи на 300—500 км используются симметричные гори­ зонтальные антенны.

Для длинных воли (3000—30 000 м) размеры антенн обычно не превышают 0,1 %, для средних (200—3000 м) и особенно корот­ ких волн они могут быть соизмеримыми с длиной волны передава­ емых или принимаемых колебаний (Л).

Для ультракоротковолновых радиостанций используют про­ стейшие разрезные (рис. 165, а, г), петлевые (рис. 165, б, в, д) и кре­ стообразные (рис. 165, е) вибраторы. Находят применение и шты-

Рнс. 165. Простейшие антенны ультракоротких волн для наружной и внут­ ренней установки:

а — разрезной полуволновой симметричный вибратор; б — петлевой полуволновой виб­

247

ревые ультракоротковолновые антенны, устанавливаемые на легковых автомобилях, мотоциклах, ремонтных передвижных мас­ терских. Вибратор 5 штыревой антенны центральной радиостанции имеет отражатели 7 для увеличения дальности связи (рис. 165,ж).

Магнитная антенна состоит из катушек, надетых на стержневой

Магнитная антенна эквивалентна куску провода, однако в отли­ чие от него она реагирует на магнитную составляющую электро­ магнитного поля. Чувствительность к электрической составляющей у магнитной антенны значительно слабее. Чем эта чувствитель­ ность больше, тем хуже направленные свойства магнитной антенны.

Слабая чувствительность магнитной антенны к электрическим полям делает ее почти нечувствительной к индустриальным поме­ хам, так как электромагнитное поле последних имеет большую электрическую и малую магнитную составляющие. При настрой­ ке (повороте) магнитной антенны следует добиваться не максиму­ ма сигнала основной станции, а минимума помех.

Расположение антенн. Вертикальные антенны для длинных и средних воли располагают в непосредственной близости от ра­ диостанции и подключают к выходу передатчика непосредственно, без фидера. Поскольку такие антенны имеют круговую диаграмму направленности, ориентировки на корреспондента они не требуют. В тех случаях, когда у антенны есть длинные горизонтальные час­ ти, располагать их желательно в направлении на корреспондента. Симметричные горизонтальные вибраторы располагают таким обра­ зом, чтобы направление от корреспондента было перпендикулярным оси вибраторов. Такие антенны подключают при помощи фидеров, которые должны выполняться по возможности прямолинейным!!.

Антенны радиостанций необходимо устанавливать на высоком открытом месте. При установке антенн в лесу надо выбрать от­ крытую площадку.

Следует избегать установки антенн вблизи дорог с большим движением, линий электропередачи, массивных металлических и железобетонных сооружений, так как линии электропередачи и ав­ томобильный транспорт являются источником помех, а в массив­ ных металлических предметах поглощаются радиоволны.

3. Распространение радиоволн

При падении радиоволны на поверхность вещества появляется от­ раженная волна. Если отражающая поверхность не имеет неров­ ностей, угол падения равен углу отражения (рис. 166, а). При неров­

248

ностях, соизмеримых по размерам с длиной падающих волн, про­ исходит рассеянное отражение (рис. 166,6).

(небольшая гора или стена из сухой породы), обладающее малой электропроводностью, радиоволны проникают через него (рис.

Рис. 166. Отражение и преломление радиоволн и огибание ими препятствий.

249

волнами (рис. 166,(9). За горой может быть так называемая мерт­ вая зона, куда радиоволны не проникают (рис. 166, е).

Огибание препятствий и земного шара радиоволнами 'называ­ ется д и фр а к ц и е й .

Помимо отражения, преломления и дифракции, радиоволнам свойственно еще явление интерференции. И н т е р ф е р е н ц и е й называется сложение волн одинаковой длины в данном месте в дан­ ный момент времени.

Все эти свойства в зависимости от длины радиоволн и взаимо­ действия их с электронами и ионами 'земной атмосферы проявля­ ются весьма различно.

Радиоволны, излучаемые антенной, движутся от нее в разные стороны вдоль земной поверхности и вверх под углом к горизонту. Радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности земли, назы­ ваются п о в е р х н о с т н ы м и , а распространяющиеся под утлом к горизонту называются р а с п р о с т р а н е н н ы м и (рис. 167).

Длинные волны распространяются вдоль поверхности земли. Волны диапазона 1000—3000 м распространяются как волны длинноволнового диапазона. Более короткие волны (500— 1000 м) значительно поглощаются землей. Волны от 200 до 500 м погло­

250

Короткие волны используются для дальней радиосвязи. Распространение ультракоротких волн происходит по прямой

линии так, что лучи АБ, беспрепятственно проходя ионосферу, по­ кидают околоземное пространство или осуществляется передача лучом АВ между передатчиком и приемником в пределах прямой видимости (рис. 166, и). Практически лишь волны длиннее 3 м об­ ладают способностью возвращаться из ионосферы. Волны длиной 4— 10 м немного огибают неровности земной поверхности и могут проникать на некоторое расстояние за пределы прямой видимости (явление дифракции).

4. Радиопередающие устройства

Принципы построения радиопередающих устройств. Радиопере­ датчики предназначены для превращения передаваемого сигнала в модулированные колебания высокой частоты и подачи этих ко­ лебаний в передающую антенну. Колебания высокой частоты вы­ полняют роль несущих колебаний, при помощи которых в прост­ ранство излучается и полезный сигнал.

Радиоволны, излучаемые передающей антенной, имеют частоту несущих колебаний.

В основу построения схем радиопередатчиков положены прин­ ципы: а) осуществления модуляции; б) создания необходимой мощности модулированных колебаний на выходе передатчика; в) выполнения требующихся вспомогательных операций (усиление передаваемого сигнала, генерирование колебаний высокой несущей частоты, усиление напряжения и мощности высокой частоты). Для

251

датчики классифицируются по назначению, диапазону волн, мощ­ ности, способу электропитания и конструктивному исполнению. По назначению различают радиопередатчики: телефонные (переда­ ча речи), телеграфные (передача телеграфных посылок), телеме­ ханические (передача команд телеуправления, сигналов телеконтро­ ля и т. и.), фототелеграфные (передача неподвижных изображе­

Указанный диапазон волн может допускать плавную настрой­ ку на любую частоту (диапазонные передатчики) или иметь строго фиксированную настройку на заранее заданные частоты (фиксиро­ ванно настроенные передатчики). Количество фиксированных волн может быть различным: от одной-двух до нескольких десятков.

Под мощностью передатчика подразумевается та полезная мощность, которая выделяется на выходном (нагрузочном) устрой­ стве, то есть потребляется антенной при радиосвязи или линией при высокочастотной связи.

В телеграфных передатчиках эта мощность соответствует мощ­ ности в режиме излучения. В телефонных передатчиках она соот­ ветствует режиму, когда модуляция отсутствует (но при ее нали­ чии модулированные колебания еще не искажены).

Обычно мощность передатчиков составляет 1 Вт, 10 Вт и •100 кВт. Иногда встречаются и промежуточные значения мощности передатчиков (3 Вт, 300 Вт, 3 кВт и т. п.).

По способу питания различают передатчики с сетевым, аккуму­

252

ляторным и батарейным электропитанием. По конструктивному ис­ полнению различают передатчики стационарные, переносные, блочные и т. п.

Параметры радиопередатчиков. К электрическим параметрам относятся категория и вид передаваемых сигналов, диапазон рабо­ чих частот, эффективно-передаваемая полоса частот, полезная мощность передатчика, стабильность частоты излучаемых в прост­ ранство или посылаемых в линию колебаний, к. п.д., способ элект­ ропитания, степень искажения передаваемых сигналов, входное со­ противление нагрузочных устройств и допускаемые колебания этого сопротивления, степень фильтрации гармонических состав­ ляющих колебаний.

К конструктивным параметрам относятся конструктивное вы­ полнение (стационарный или переносный), характер настройки (фиксированная или плавная), габаритные размеры и масса пере­ датчика, приспособленность конструкции к работе в различных ус­ ловиях (при изменении температур, давления, влажности, тряске, вибрациях и т. п.), обеспеченность запасными деталями, удобство управления, осмотра и ремонта.

Рис. 169. Схемы амплитудной модуляции:

а — на сетку лампы; б — па анод лампы; в — на третью сетку лампы; г — на базу транзисто­

253

Модуляция колебаний высокой (несущей) частоты. Модуля­ цией называется процесс изменения одного из параметров несуще­ го колебания высокой частоты по закону передаваемого сигнала.

В зависимости от параметра колебаний высокой частоты, на ко­ торый воздействует модулирующее напряжение, различают ампли­ тудную, частотную п фазовую модуляцию. Существуют и специаль-^

ные виды модуляции (амплитудно-импульсная, фазо-импульсная

п др.).

Амплитудная модуляция. Для того чтобы получить амплитуд­ ную модуляцию, необходимо изменять напряжение на любом элек­ троде электронной лампы или транзистора модулируемого каскада в соответствии с законом изменения амплитуды модулирующего сигнала. Если модулирующее напряжение Д„.ч подается на управ­ ляющую сетку лампы (рис. 169, а), то модуляция будет сеточная, если на анод (рис. 1 69,6)— анодная. При использовании пенто­ дов возможна модуляция на третью сетку (рис. 169,б). Существу­ ют также комбинированные схемы амплитудной модуляции: анод­ но-сеточная, анодно-экранная и др. В транзисторных модуляторах

ванные схемы транзисторных модуляторов. При построении схем транзисторных модуляторов должно быть обеспечено последова­ тельное включение напряжений источников питания, низкой и вы­ сокой частот.

Но если модулирующее и модулируемое напряжение одновре­ менно подать на одну сетку электронной лампы, рабочая точка ко­ торой расположена на линейном участке динамической характери­ стики, то будет происходить лишь одновременное усиление обоих сигналов и модуляции не произойдет. Для осуществления модуля­ ции необходима нелинейная характеристика лампы.

Процесс амплитудной модуляции есть сложение напряжения

высокой частоты

Uу= Ulm cos at

и напряжения модулирующей низкой частоты

U2 = и 2m C O S Qt.

Следовательно, модулированное колебание можно записать в

таком виде:

и = и х + U2 = Ulm cos at -ф U2тcos Qt.

Когда электронная лампа представляет собой нелинейный эле­ мент, вольт-амперную характеристику в первом приближении мож­ но выразить в виде полинома:

i = а0 -f a JJ -f- а2£Л + a3U3.

Из этого выражения можно получить анодный ток лампы, если подставить сюда значение U. Представив полученный результат в виде таблицы, заметим, что только составляющие с частотами со—П и со+П сохраняют слагаемые с прямо пропорциональным изменепи-

254

ем амплитуд исходных колебаний и обеспечивают полезную моду­ ляцию. Прочие составляющие такой зависимости не обеспечивают

(табл. 10).

Т а б л и ц а 10

С о ст а в л я ю щ и е м о д у л и р о в а н н о г о т о к а

2со -{- £

Между модулируемым каскадом и выходом передатчика уста­ навливают полосовой фильтр, который пропускает только колеба­ ния с частотой со и близлежащие к ней co+Q и со—Q. Колебания

255