книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

Из рисунка видно, что электрическое поле волны, бегущей of коллектора, может многократно тормозить электронные сгустки, летящие навстречу волне. Наибольший эффект такого взаимодей­ ствия достигается в том случае, если каждый электронный сгусток испытает максимально возможное число торможений. Получается это тогда, когда скорость электронных сгустков оказывается не­ много больше фазовой скорости волны. Напомним, что фазовой скоростью называется скорость распространения какой-либо ус­ ловной точки волны, характеризуемой неизменным направлением и неизменной напряженностью поля.

Сгустки электронов в тормозящих электрических полях

Ускоряющие электрические поля

Рис. 1.102. Взаимодействие электронных сгустков двух лучел ЛОВ

сэлектрическим полем генерируемой волны:

К— катоды электронной пушкн; А, — первый анод; А2 — второй анод

Фазовая скорость вдоль оси ЛОВ направлена в сторону кол­ лектора, хотя энергия волны распространяется от коллектора. Скорость распространения энергии называется групповой скоро­ стью волны. Таким образом направление фазовой скорости вдоль оси ЛОВ совпадает с направлением электронного потока, но про­ тивоположно направлению групповой скорости.

Кажущееся несоответствие этих понятий трудно объяснить кратко, но в ЛОВ именно обратная волна осуществляет группиро­ вание электронов в сгустки и она же отбирает от них энергию. Поэтому напряженность поля обратной волны, а следовательно и ее энергия возрастают по мере приближения ее к выходу гене­ ратора.

Торможение электронных сгустков в ЛОВ может быть только прерывистым. Поэтому энергия генерируемой волны возрастает дискретными порциями. Число этих порций примерно равно числу штырей замедляющей системы. Следовательно, увеличение их чис­ ла в принципе выгодно. Однако при этом возрастают габариты лампы.

Режим работы генератора на ЛОВ может быть непрерывным или импульсным. Генераторы, работающие в непрерывном ре­ жиме, используются в качестве возбудителей передатчиков и ге­ теродинов приемников. Их выходная мощность бывает около до­ лей ватта, а КПД около единиц процентов.

130

Генераторы, работающие в импульсном режиме, характери­ зуют мощностью в импульсе. Она может быть порядка сотен квт. КПД таких генераторов доходит до 60—70%.

§10. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

1.Общие сведения о модуляции

Гармонические колебания тока, напряжения или электромаг­ нитного поля характеризуются тремя параметрами: амплитудой, частотой и начальной фазой. Так, например, уравнение гармониче­ ского тока имеет следующий вид:

* = / m s i n ( c o / + <р).

Непрерывные колебания с постоянной амплитудой, частотой и начальной фазой не могут содержать какой-либо информации. Та.- кие колебания могут лишь свидетельствовать о факте своего су­ ществования. Для передачи информации (информационных сигна­ лов) необходимо как-то изменять параметры электромагнитных колебаний, излучаемых антенной радиопередающего устройства.

Процесс изменения любого из параметров гармонического ко­

При импульсном методе работы передатчика его антенной из­ лучаются кратковременные радиоимпульсы, отделенные друг от друга сравнительно большой временной паузой. В этом случае в соответствии с передаваемой информацией изменяется какой-либо из параметров излучаемых радиоимпульсов.

Для целей радиолокации используется простейшая разновид­ ность импульсной модуляции, при которой в пространство излуча­ ются радиоволны постоянной частоты, амплитуды, длительности и скважности (рис. 1.103).

Кроме импульсной модуляции, в некоторых радиолокационных устройствах применяют также частотную модуляцию. Радиолока­

При сравнительной оценке различных методов модуляции не­

ные виды модуляции;

т

о

ти

Ч

Рис. 1.103. Импульсная модуляция, используе­ мая в РЛС:

щ— видеоимпульсы; и3— радиоимпульсы

—КПД и степень использования по мощности лампы модули­ руемого генератора. От этих показателей зависит дальность ра­ диосвязи. Поэтому при заданной номинальной мощности генера­ торных ламп различные методы модуляции обеспечивают различ­ ную дальность радиосвязи.

2. Амплитудная модуляция и ее параметры

С п е к т р ч а с т о т п р и а м п л и т у д н о й м о д у л я ц и и

132

%— начальная фаза высокочастотных колебаний (для упрощения будем в дальнейшем считать ее равной нулю);

ДО •закон изменения передаваемого (модулирующего)

'133

134

Ширину спектра AM колебаний учитывают при выборе полосы пропускания усилительных каскадов как в оконечных ступенях

Рис. 1.106. Образование боковых полос при амплитудной модуля­ ции сложным модулирующим сигналом (для упрощения коэффи­ циент модуляции т принят равным единице для всех составляю­ щих модулирующего сигнала)

Предположим, что амплитудно-модулированный ток проходит через цепь с активным сопротивлением R. Тогда мощность колеба; ний несущей частоты, выделяемая в этой цепи, определится по

стот составляет всегда -^-г от мощности .колебаний несущей часто­ ты. Так как коэффициент модуляции никогда не превышает еди­ ницы, мощность колебаний каждой из боковых частот не может превышать 25% мощности колебаний несущей частоты,

135

Максимальная амплитуда AM колебаний

W макс= ( 1 + » ) ' я н .

поэтому максимальное значение выходной мощности равняется

Это в (1+т)2 больше, чем среднее значение мощности колеба­ ний несущей частоты РЦ. При стопроцентной модуляции, т. е. при m = 1

пикового значения мощности в четыре раза по сравнению с мощ­

модуляцией, рассчитанные на пиковые значения мощности, будут работать с почти трехкратной недогрузкой. Столь низкое исполь­

Ряд недостатков амплитудной модуляции, в частности плохое использование ламп радиопередатчика, может быть устранен с по­ мощью так называемой однополосной передачи. При однополос­ ной передаче излучается только одна из боковых полос A M коле­ баний. В месте приема с помощью специального гетеродина к уси­ ленным приемником колебаниям боковых частот добавляются ко­ лебания несущей частоты.

При однополосной передаче использование ламп по мощности улучшается в несколько раз по сравнению с передачей полного спектра A M колебаний, так как мощность каждой из боковых

136

частот составляет не более 25% мощности колебаний несущей ча­ стоты.

В настоящее время однополосная передача широко использует­ ся в стационарных линиях многоканальной радиосвязи, для ко­

Радиотелеграфной модуляцией, или манипуляцией, называется передача сообщений по радио с помощью условного кода. Раз­

лична

•'мод

Рис. 1.107. Форма колебаний тока в антенне (г'л) и огибающая радиотелеграфного сигнала ("мод)

при передаче буквы «р» кодом азбуки Морзе

личают два основных вида телеграфных кодов: азбуку Морзе и равнозначный код.

В азбуке Морзе (рис. 1.107) применяют неравномерный код, В котором буквы состоят из сигналов различной продолжительно-

137

сти (точки if тире). Азбука Морзе применяется при слуховой ра­ диотелеграфной связи, при которой управление передатчиком осу­ ществляется с помощью ручного ключа, а прием радиотелеграф­ ных сигналов — на слух.

Манипулированные. колебания являются частным случаем ам- плитудно-модулированных колебаний. Огибающая манипулиро-

лебанием. Сужение полосы способствует повышению помехоустой­

Основным недостатком ручного телеграфирования является низкая скорость передачи ключом и приема на слух. Поэтому в настоящее время радиотелеграфная связь в основном осуще­ ствляется с помощью быстродействующей буквопечатающей аппа­ ратуры, позволяющей увеличить скорость телеграфирования до 400 и более слов в минуту. При использовании буквопечатающих аппаратов в качестве кода применяют равнозначный или равнобуквенный код, в котором каждая буква кода состоит из пяти или шести элементарных знаков. Из-за увеличения скорости телегра-

138

фирования в быстродействующей аппаратуре полоса частот, зани­ маемая радиотелеграфным сигналом, расширяется до нескольких килогерц. Помехоустойчивость радиосвязи при этом несколько снижается. Поэтому в буквопечатающей радиотелеграфии (в осо­ бенности на магистральных радиолиниях) часто применяется ча­ стотная манипуляция, которая, как будет показано ниже (см. § 11), обладает значительно большей помехоустойчивостью, чем амплитудная модуляция и манипуляция.

В последнее время для целей дальней и космической радио­ связи передаваемая информация часто кодируется числами в си­ стеме двоичного исчисления. Двоичный код является разновидно­

нипуляцией. При частотной манипуляции излучение на одной ча­ стоте соответствует нулю, а на другой — единице. При фазовой манипуляции в соответствии с кодом передаваемого сигнала из­ меняется фаза передаваемого сигнала. На рис. 1.109 показан фазоманипулированный сигнал, у которого фаза несущих колеба­ ний изменяется на 180° при передаче каждой единицы.

При космической радиосвязи часто применяют также замедле­ ние передачи информации. При замедленной манипуляции сужает­ ся полоса и увеличивается энергия сигнала. Это приводит к уве­ личению отношения сигнала к шуму, т. е. повышает дальность радиосвязи.

Мо д у л я ц и о н н ы е х а р а к т е р и с т и к и

"Для анализа работы передатчика в режиме амплитудной мо­ дуляции используются следующие характеристики: статическая модуляционная характеристика, амплитудная модуляционная и частотная модуляционная.

139