книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил. Радиооборудование самолетов

Г Л А В А VI

РАДЙОСВЯЗНЫЕ УСТРОЙСТВА

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Радиосвязь между самолетом и землей в России впервые была осуществлена в 1911 г. Первые самолет­ ные радиостанции были искровыми с дальностью дей­ ствия в несколько десятков километров.

К 1930 г. в нашей стране были созданы серии само­ летных радиостанций, работавших в диапазоне волн 60—600 м, с плавной настройкой частоты и дальностью действия до 1000 км. С этого времени радиостанции ста­ новятся одним из основных элементов самолетного обо­ рудования во всех родах авиации.

В Военно-Воздушных Силах с помощью самолетных радиостанций обеспечивается решение многих задач, на­ пример таких, как:

—управление авиационными частями, боевыми по­ рядками и строем самолетов в воздухе;

—наведение самолетов на наземные и воздушные

цели;

—обеспечение посадки, взаимодействия и пеленго­

вания;

—оповещение о противнике и др.

Анализируя эти задачи, можно выделить две обла­ сти, обеспечиваемые самолетными радиостанциями: дальняя связь (маршрутная), предназначенная для управления полетом самолета по всему маршруту, а ближняя связь, или, как ее еще называют, командная, предназначенная для обеспечения взлета и посадки са­ молетов, для передачи команд в строю самолетов и т. п.

260

Самолетные радиостанции обычно подразделяют на станции командные и станции связные (дальней связи). Это разделение отразилось и на конструкции радио­ станций.

Командные станции, как правило, работают в ультра­ коротковолновом диапазоне волн в телефонном режиме, имеют дистанционное управление и устанавливаются на всех без исключения самолетах и вертолетах.

Связные станции обычно работают в коротковолно­ вом диапазоне волн в телеграфном и телефонном ре­ жимах, могут иметь местное или дистанционное управ­ ление и устанавливаются на самолетах с большой даль­ ностью действия.

Характеристики самолетных радиостанций должны удовлетворять определенным требованиям, вытекающим

Рассмотрим некоторые из этих требований. Дальность действия. Для командных радиостанций

она должна равняться нескольким сотням километров. Для связных радиостанций она определяется полным радиусом действия самолетов и может достигать десят­ ков тысяч километров.

Диапазон волн. Выбор диапазона волн самолетных радиостанций определяется необходимым количеством волн связи, дальностью действия станции, условиями распространения радиоволн и рядом других факторов.

Для командных станций, предназначенных для ра­ боты в большом количестве радиосетей и на сравни­ тельно небольшие расстояния, наиболее целесообразно использовать ультракоротковолновый диапазон волн (менее 3 м), поскольку в этом диапазоне при сравни­ тельно небольших мощности, габарите и весе радио­ станции возможно обеспечить требуемые дальности связи и получить большое количество каналов.

Для связных радиостанций, работающих на боль­ шие расстояния при сравнительно небольших мощностях передатчиков, целесообразно использовать коротковол­ новый диапазон волн, лежащий в пределах 10—200 м. Уверенную связь в этом диапазоне волн можно полу­ чить только при условии правильного выбора длины волны в зависимости от расстояния, времени года и су­ ток. В дневные часы обычно используются волны короче

261

жащие в пределах 25—35 м, являются промежуточными и используются в периоды полуосвещенности, т. е. при заходе и восходе солнца.

Количество каналов. Количество каналов связи, ко­ торое можно получить в- диапазоне волн радиостанции, определяется числом радиосетей, расположенных в их радиусе действия, количеством рабочих и запасных волн, стабильностью частоты станции и другими факторами.

Вдиапазоне волн командных станций необходимо размещать несколько тысяч каналов связи.

Вдиапазоне волн связных станций требуется разме­ щать около тысячи каналов. При определении количе­ ства каналов для связных станций необходимо также учитывать дальность связи, время года и суток.

Стабильность частоты. Стабильность частоты радио­ станции характеризуется отклонениями во времени ча­ стоты передающего и приемного устройств станции от первоначально установленных значений частот.

Стабильность частоты (а) оценивается отношением максимально возможного отклонения частоты (А/) к за-

ность около 5—10-10~5, т. е. изменения частоты должны составлять тысячные доли процента.

Высокая стабильность частоты особенно важна в ра­ диостанциях с беспоисковой и бесподстроечной связью, у которых исключена возможность ручной подстройки частоты в полете.

При беспоисковой и бесподстроечной связи ширина полосы пропускания приемника должна быть больше

приемника по знаку противоположно изменению часто­ ты передатчика, ширина полосы пропускания приемника должна быть максимальной и определяется следующим выражением:

2Л/прм = 2FMaKC+ 28/прд + 28/прм. (VI.1)

262

Следовательно, чем выше стабильность частоты пе­ редатчика и приемника, тем уже можно выбрать по­ лосу пропускания приемника, а чем уже полоса пропускания приемника, тем меньше уровень помех на его выходе и тем выше его помехоустойчивость.

Кроме того, чем выше стабильность частоты, тем меньшая может быть взята разность между смежными частотами каналов связи и будет большее количество волн связи, размещаемых в диапазоне радиостанции.

Для повышения стабильности частоты радиостанций применяется бескварцевая или кварцевая стабилизация частоты. При бескварцевой стабилизации стабильность частоты достигается за счет использования высококаче­ ственных деталей в задающем генераторе, стабилизации его режима работы, термостатирования элементов его колебательного контура и т. п. Более высокая стабили­ зация частоты получается при кварцевой стабилизации.

При кварцевой стабилизации могут быть применены два метода: стабилизация частоты индивидуальными кварцами и стабилизация большого числа частот малым количеством кварцев. В первом случае для стабилиза­ ции каждой частоты необходимы два различных квар­ ца: один для передатчика и второй для приемника. Сле­ довательно, при этом методе стабилизации частоты тре­ буется большое количество различных кварцев.

На практике большее применение находит второй метод, при котором небольшим числов кварцев, по­ стоянно находящихся в радиостанции, обеспечивается получение большого числа стабильных частот.

Управление радиостанциями. Управление радиостан­ циями должно быть простым, удобным и надежным.

Управление радиостанциями может быть местным и дистанционным.

При местном управлении такие операции, как вклю­ чение питания радиостанции, переход с передачи на приём и обратно, перестройка с одной волны на дру­ гую и т. п., осуществляются органами управления, на­ ходящимися на самой станции.

При дистанционном управлении указанные операции производятся с пульта управления, удаленного от ра­ диостанции на некоторое расстояние.

Самолетные радиостанции, как правило, должны обеспечивать беспоисковое и бесподстроечное вхожде­

263

ние в связь. В этом случае корреспонденты должны вступать в связь, выполняя простейшие операции (на­ жатие кнопки, поворот переключателя и т. п.). При выполнении указанных операций с помощью специ­ ального механизма производится установка заданной частоты и настройка всех регулируемых каскадов радио­ станций на эту частоту. Настройка радиостанций на за­ данные волны производится обычно перед полетом на земле, а в полете смена волн осуществляется с помощью электромеханической системы автоматики.

Мощность передатчика и чувствительность прием­ ника. Мощность передатчика должна обеспечивать за­ данную дальность действия радиостанции. Для уверен­ ной связи всегда желательно иметь большую мощность передатчика, но ее увеличение связано с габаритами и весом радиостанции. Мощность командных станций, ра­ ботающих на небольшие дальности в диапазоне УКВ, обычно равна нескольким ваттам.

Связные станции, с помощью которых осуществляет­ ся дальняя связь на коротких волнах, имеют мощность передатчика порядка сотен ватт. Дальность действия радиостанции определяется не только мощностью пере­ датчика, но и чувствительностью приемника.

Чувствительность самолетного приемника ограничи­ вается помехами, создаваемыми электрическим обору­ дованием самолетов.

Практически чувствительность приемников самолет­ ных радиостанций лежит в пределах 5—15 мкв при те­ лефонном режиме работы и 3—7 мкв при телеграфной работе.

Вес и габариты радиостанции в первую очередь опре­ деляются мощностью передатчика, количеством каналов, диапазоном волн, стабильностью частоты и рядом других факторов.

Современные самолетные радиостанции весят не­ сколько десятков килограммов.

§2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ САМОЛЕТНЫХ СВЯЗНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ

1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РАДИОСТАНЦИИ

Любая самолетная радиостанция состоит из трех основных частей: передающего устройства, приемного

264

устройства и антенны. Кроме того, в состав радиостанции входят источники питания, пульт управления и дру­ гие вспомогательные блоки. Антенна является общей для передающего и приемного устройств. При работе на передачу антенна подключается к передающему устрой­ ству, а при приеме — к приемному. На рис. VI.1 приве­ дена упрощенная блок-схема радиостанции.

Рис. VI.1. Упрощенная блок-схема радиостанции

При работе радиостанции на пе р е д а ч у ^ (ПРД) работает передающее устройство, основными каскадами которого являются задающий генератор, промежуточный каскад (ПК), выходной каскад (ВК) и модулятор (М). Задающий генератор может быть одноламповым либо многоламповым устройством, генерирующим колебания в определенном диапазоне частот. За ним следуют про­ межуточные каскады (ПК), работающие либо в режиме усиления, либо в режиме умножения частоты. В коротко­ волновых радиостанциях умножение частоты дает воз­

265

можность при сравнительно узком диапазоне частот задающего генератора (что необходимо для получения высокой стабильности частоты) получить широкий диа­ пазон частот на выходе передающего устройства. В уль­ тракоротковолновых радиостанциях режим умножения применяется для получения заданной высокой частоты. В этом случае частота задающего генератора обычно не превышает нескольких единиц или десятков мегагерц. В этом диапазоне частот схемы задающих генераторов легко выполнимы в конструктивном отношении, и, кроме того, имеются кварцы, с помощью которых может быть осуществлена стабилизация частоты. С выхода промежу­ точных каскадов высокочастотные колебания поступают на выходной каскад (ВК), который служит для созда­

жит для усиления колебаний звуковой частоты, посту­ пающих с ларингофона, до необходимых для осуществле­ ния модуляции величин напряжений и мощности. Коле­ бания звуковой частоты с выхода модулятора поступают на выходной каскад, в котором производится модуляция высокочастотных колебаний.

В телеграфном режиме управление колебаниями вы­ сокой частоты осуществляется с помощью телеграфного ключа (К). При нажатом ключе имеет место посылка радиосигнала, при отжатом — пауза. Прекращение излу­ чения при паузах обеспечивается либо срывом колеба­ ний задающего генератора, либо запиранием промежу­ точных каскадов путем изменения напряжений на элек­ тродах ламп. Иногда указанные методы используются одновременно.

При работе радиостанции на п р и е м (ПРМ) сигна­ лы с антенны поступают на усилитель высокой частоты (УВЧ), который обладает избирательными свойствами и усиливает принимаемые сигналы. С усилителя высокой частоты сигналы поступают на смеситель, в котором они преобразуются в сигналы промежуточной частоты. Сиг­ налы промежуточной частоты поступают на усилитель промежуточной частоты (УПЧ), в котором производится основное усиление принимаемых сигналов. С усилителя промежуточной частоты сигналы поступают на детектор,

266

в котором они преобразуются в сигналы низкой частоты (выделяется модулирующий сигнал). Сигналы низкой частоты усиливаются в усилителе' низкой частоты (УНЧ) и поступают на телефоны.

Второй гетеродин включается только при приеме те­ леграфных сигналов. Для прослушивания своей работы обычно используют сигнал модулятора, который по­ дается на вход усилителя низкой частоты (штриховая линия). Самопрослушивание дает возможность операто­ ру контролировать свою работу. Кроме того, нормаль­ ное прослушивание своей работы указывает на исправ­ ность тех элементов схемы радиостанции, которые охва­ чены цепью самопрослушивания.

В некоторых случаях блок задающего генератора представляет собой сложное устройство. Поэтому для упрощения радиостанции и уменьшения габаритов и веса один и тот же блок может использоваться как в ка­ честве задающего генератора (при работе на передачу), так и в качестве 1-го гетеродина (при работе на прием).

Принципы работы отдельных элементов схемы радио­ станций были рассмотрены выше (см. гл. IV и V дан­ ного учебника). Поэтому ниже будут рассмотрены лишь вопросы, связанные со стабилизацией частоты и автома­ тической дистанционной настройкой авиационных ра­ диостанций, от которых в основном зависит беспод­ строечная работа.

Методы стабилизации частоты можно разделить на две большие группы: методы непосредственной стабили­ зации и методы стабилизации с использованием систем автоматической подстройки частоты (АПЧ). Методы не­ посредственной стабилизации предусматривают стабили­ зацию частоты самого задающего генератора.

Методы стабилизации с использованием систем авто­ матической подстройки частоты предусматривают под­ стройку частоты задающего генератора к высокоста­ бильной опорной частоте.

2. РАДИОСТАНЦИИ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ЧАСТОТЫ

К методам непосредственной стабилизации частоты относятся различные методы бескварцевой и кварцевой стабилизации. При непосредственной стабилизации уста­

267

новка частоты производится по шкале. В современных самолетных радиостанциях обычно используется серий­ ная шкала, одинаковая для всех радиостанций данного типа. Точность установки частоты по такой шкале яв­ ляется очень низкой, порядка ІО-3. Для того чтобы по­ высить точность установки частоты в радиостанциях с бескварцевой стабилизацией, применяются специаль­ ные устройства, так называемые кварцевые калибра­ торы.

Кварцевые калибраторы представляют собой генера­ торы высокостабильных частот, которые позволяют про­ верить точность установки некоторых или всех частот связи. Для этого колебания устанавливаемой частоты передатчика /пРД и опорных частот кварцевого калибра­ тора mfon (где т — номер гармоники опорной частоты) подаются на смеситель. В анодной цепи смесителя воз­ никают колебания различных комбинационных частот, в том числе колебания разностной частоты, т. е. частоты биений Кб=/прд—mfоп. Сигналы с частотой биений уси­ ливаются в усилителе низкой частоты (УНЧ) и посту­ пают на телефоны. Путем изменения емкости или индук­ тивности колебательного контура передающего устрой­ ства добиваются в телефоне нулевых биений. В этом случае частота передатчика будет равна высокостабиль­ ной опорной частоте кварцевого калибратора или ее m-гармонике. Однако такой способ настройки не обес­ печивает стабильности частоты во времени. Поэтому в тех случаях, когда нужно обеспечить высокую точность установки и стабильность частоты (например, при бес­ поисковой и бесподстроечной связи), целесообразно при­ менять кварцевую стабилизацию частоты. Как уже ука­ зывалось, обычно используется метод стабилизации сет­ ки частот малым числом кварцев.

Сетка стабильных частот может быть образована с помощью простейшей схемы, приведенной на рис. VI.2, а. Колебания стабилизированных кварцем частот /і и f2 подаются с автогенераторов на вход смесителя. На вы­ ходе смесителя создаются колебания комбинационных частот

/к = «Л ± Ь/ъ (VI.2)

где а и Ь — номера гармоник частот fi и f2. В зависимости от количества используемых гармоник частот /і и f2 и от

2 6 8

соотношения между этими частотами общее количество рабочих частот в сетке будет различным.

В качестве примера на рис. VI.2, б показана сетка частот, образующаяся при использовании трех гармоник частоты fi и десяти гармоник частоты /2.

h

а

/2

tt

щие значения частот f1 и f2, можно получить равномер­ ную сетку частот в заданном диапазоне. Для получения более густой сетки частоту /2 необходимо брать намного меньше частоты f\. Но при более близком расположении частот осложняется возможность подавления близлежа­ щих (побочных) комбинационных частот. В самом деле, в анодной цепи смесителя всякий раз нужно выделить необходимую комбинацию частот Д и f2, например ча­ стоту /і+ /2- При этом необходимо обеспечить подавле­ ние побочных частот f x и fi + 2f2. Но обеспечить подавле­ ние этих частот тем легче, чем больше будет относитель­ ная расстройка между выделяемой и побочными часто­

269