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

мы. Недостаток этого способа — невозможность кварцевой стабили­ зации несущей частоты шо. Однако благодаря его простоте и на­ дежности прямой способ широко применяется в передатчиках ма­ лой и средней мощности.

Модуляция при косвенных методах осуществляется в одном из промежуточных каскадов. Особенностью косвенных методов ча­ стотной модуляции является то, что она получается не непосред­ ственно, а с помощью фазовой модуляции. Первоначально в мо­ дуляторе осуществляется фазовая модуляция, которая затем пре­ образуется в частотную. При использовании фазовой модуляции можно применить кварцевую стабилизацию средней (несущей) ча­ стоты в автогенераторе. Недостатком косвенного способа частот­ ной модуляции является сложность схемы и конструкции передат­ чика. Косвенный метод находит применение в мощных телевизион­ ных и радиопередающих устройствах.

С х е м ы о с у щ е с т в л е н и я п р я м о й ЧМ

Наиболее распространенными схемами прямой частотной мо­ дуляции являются схемы с реактивной лампой. Рассмотрим прин­ цип работы таких схем.

Электронную лампу можно считать реактивным сопротивле­ нием, если приложенное к лампе напряжение вызывает ток, сдви­ нутый по фазе на 90° относительно этого напряжения. В зависи­ мости от того, опережает ток приложенное напряжение или от­ стает от него, различают лампы, эквивалентные емкости или ин­ дуктивности. Реактивная лампа подключается параллельно коле­ бательному контуру автогенератора. Величина реактивного сопротивления лампы зависит от напряжения на ее электродах, поэтому, подавая модулирующее напряжение на один из электро­ дов реактивной лампы, можно изменять параметры колебатель­ ной системы автогенератора и тем самым осуществлять частотную модуляцию генерируемых колебаний.

Один из возможных вариантов схемы частотной модуляции с использованием реактивной лампы показан на рис. 1.125. В этой схеме на лампе Л\ собран автогенератор по трехточечной схеме с автотрансформаторной связью. Л2— реактивная лампа. Лампы подключены к источнику Еа по схеме параллельного питания.

Рассмотрим эквивалентную схему реактивной лампы (рис. 1.126,а). На этой схеме кроме лампы показаны контур ав­ тогенераторов и подключенный параллельно ему делитель RMCM- Поскольку в качестве реактивной лампы используется пентод, то при рассмотрении фазовых соотношений между токами и напря­ жениями в лампе можно не учитывать влияния анодного напря­ жения на анодный ток. При этом условии можно считать, что/пер­

160

Сопротивление $ м и емкость С м выбираются из условия ^?м ^> ^ — т = г - , где шо — средняя (несущая) частота колебаний автогенератора. Отсюда следует, что ток в делителе можно считать актив­ ным и равным /„яз-ё*-, где UK — напряжение, подводимое к реактивной лампе с контура автогенератора.

Рис. 1.126. Блок реактивной лампы:

где 5 — крутизна рабочего участка сеточной характеристики Лам­ пы Л 2.

вая модулирующее напряжение на одну из сеток реактивной лам­ пы, и таким образом получить частотно-модулированные коле­ бания.

В схеме рис. 1.125 реактивная лампа работает в режиме мо­ дуляции смещением. Напряжение смещения, изменяясь по закону модулирующего сигнала, изменяет угол отсечки, а следовательно,

этом эквивалентная емкость лампы прямо пропорциональна кру­ тизне 5 и равна Ca = SCMRK.

Основным недостатком схем частотной модуляции на реактив­ ной лампе является низкая стабильность средней (несущей) ча­ стоты колебаний. Дело в том, что всякое изменение режима реак­ тивной лампы оказывает влияние на величину ее эквивалентного реактивного сопротивления. Поэтому при высоких требованиях к стабильности частоты в ЧМ передатчиках на реактивной лампе

точной инерционностью, чтобы не реагировать на полезные изме­ нения частоты в процессе модуляции.

Кроме схем АПЧ, весьма усложняющих схему передатчика, значительное повышение стабильности частоты можно получить, применяя двухтактные схемы включения реактивных ламп. При этом в одно плечо частотного модулятора включают реактивную лампу, эквивалентную емкости, в другое — индуктивности.

В этом случае дестабилизирующие факторы, действующие од­ новременно на обе лампы, вызывают изменения реактивного со­ противления ламп, влияющие на частоту автогенератора в проти­

162

собой на 90°. Суммарный ток анодной нагрузки / н при этом опре­ деляется как векторная сумма токов 1А\\ и / a i 2 -

Модулирующее напряжение со вторичной обмотки трансфор- • матора Т подается на защитные сетки ламп в противофазе. При этом происходит амплитудная модуляция анодных токов каждой лампы.

на рис. 1.127,6). При наличии модуляции напряжение на защит­

ция. Наличие в модуляторе интегрирующей цепи позволяет транс­ формировать фазовую модуляцию в частотную.

Из рис. 1.127,6" также видно, что при фазовой модуляции воз­ никает паразитная амплитудная модуляция. Однако последняя может быть устранена применением ограничителей в оконечных каскадах передатчика.

Задающий автогенератор в схемах косвенной частотной моду­

ных методов является малая величина девиации частоты, так как при фазовой модуляции увеличение девиации сопровождается рез­ ким возрастанием нелинейных искажений. Поэтому в схемах, ис­ пользующих косвенные методы ЧМ, как правило, применяют умно­ жение частоты в последующих каскадах в тысячу и более раз, что позволяет во столько же раз увеличить девиацию частоты. Од­ нако это приводит к значительному усложнению схемы передат­ чика, что ограничивает применение косвенных методов частотной модуляции и не позволяет использовать их в подвижных малога­ баритных радиопередающих устройствах.

§ 12. ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

- 1 . Виды импульсной модуляции

Выше указывалось, что при импульсном методе работы радио­ передающего устройства в соответствии с передаваемой информа­ цией изменяется один из параметров излучаемых радиоимпульсов.

Существуют следующие основные методы модуляции импуль­ сов:

1) амплитудная импульсная модуляция (АИМ);

2) широтная импульсная модуляция (ШИМ), в процессе ко­ торой происходит изменение ширины импульсов, т. е. их длитель­ ности;

164

3) фазовая импульсная модуляция (ФИМ), в процессе которой изменяется фазовый сдвиг, или время излучения радиоимпульсов внутри тактовых интервалов;

Графики, иллюстрирующие различные виды импульсной моду­ ляции, приведены на рис. 1.128.

Иногда используется также специальный вид импульсной ко­ довой модуляции, при которой плавная кривая сигнала заменяется ступенчатой, т. е. применяется так называемое квантование сигна­ ла (рис. 1.129). При импульсно-кодовой модуляции число, ампли­ туда, длительность, фазовый сдвиг или полярность излучаемых импульсных сигналов зависят в каждый данный отрезок времени от дискретного уровня квантованного сигнала.

2. Общие принципы импульсной модуляции радиолокационных передатчиков

Передатчики РЛС обычно генерируют высокочастотные колеба­ ния не непрерывно, а в виде кратковременных прямоугольных ра­ диоимпульсов одинаковой амплитуды длительности и скважности

Огибающая

радиоимпульса

>т

Рис. 1.130. Прямоугольные радиоимпульсы

(рис. 1.130). Длительность генерируемых радиоимпульсов ти обыч­

управления используются также, различные виды импульсно-кодо­ вой модуляции. При этом передатчик генерирует не одиночные им­ пульсы, а группы, или «пакеты», импульсов. Параметры импульсов внутри группы изменяются в соответствии с уровнем квантованного сигнала или с заданным кодом.

Частота несущих высокочастотных колебаний каждого радио­ импульса может быть постоянной или изменяться по определен­ ному закону.

166

Радиоимпульсы, излучаемые РЛС, по форме должны быть близки к прямоугольным. Форма огибающей радиоимпульса опре­ деляется главным образом формой модулирующего видеоимпуль­ са. Поэтому желательно, чтобы форма модулирующего видеоим­

может привести к изменению несущей частоты излучаемых радио­

затрудняет генерирование и усиление радиоимпульсов. Выбор ра­

167

тельного воспроизведения формы импульса при генерировании и усилении необходимо иметь полосу пропускания не уже, чем ши­ рина спектра первой группы составляющих спектра радиоимпуль­ са. Поэтому при определении ширины частотного спектра радио­ локационного сигнала пользуются формулой

Величина коэффициента А в зависимости от типа РЛС колеб­ лется от 2 до 4.

1-я группа гармоник

2/Сц

а

6

импульсная модуляция может применяться в радиопередатчиках, работающих только в диапазоне УКВ.

Из формулы (1.104) следует, что, чем короче длительность им­ пульсов, тем более широкополосные устройства необходимы для его неискаженного генерирования и усиления. Это является ос­ новной причиной, ограничивающей уменьшение длительности им­ пульсов, используемых в РЛС.

При работе короткими импульсами и, следовательно, широком спектре сигнала, требования к стабильности частоты РЛС срав­ нительно невысоки. Поэтому генераторы СВЧ импульсных РЛС, как правило, были однокаскадными. В качестве генераторов сан­ тиметрового диапазона волн использовались магнетроны, генера­ торы дециметрового и метрового диапазонов собирались на три­ одах специальной конструкции.

168

Использование импульсов большей длительности позволяет су­ зить ширину спектра частот сигнала, а следовательно, и полосу пропускания приемного устройства. Это дает возможность повы­ сить чувствительность приемника, а следовательно, и дальность действия РЛС.

Однако повышение длительности импульса снижает разре­ шающую способность РЛС по дальности, а сужение'полосы про­ пускания приемника вызывает необходимость повышения стабиль­ ности частоты передатчика. Поэтому высокочастотный тракт таких передатчиков строится по многокаскадной схеме. В них исполь­ зуются различные типы генераторов СВЧ — мощные усилитель­ ные клистроны, лампы бегущей волны, амплитроны, а на де­ циметровом и метровом диапазонах также и ламповые гене­ раторы.

В случае прямоугольной формы импульсов эти мощности свя­

Поскольку скважность Q обычно гораздо больше единицы, то для передатчиков РЛС характерны большие импульсные мощности (от десятков киловатт до мегаватт) при относительно небольших средних мощностях (приблизительно сотни ватт). Малое значение средней мощности, потребляемой передатчиком, позволяет при условии использования накопителя энергии применять сравнитель­ но маломощные и малогабаритные источники питания РЛС. На­ копитель энергии в интервале между импульсами заряжается от источника питания. Затем накопленная энергия зо время импуль­ са расходуется на питание генератора. Накопителем энергии мо­ жет являться электрическое поле конденсатора или магнитное поле катушки индуктивности. В качестве накопителя энергии мо­ жет использоваться также искусственная длинная линия, которая эквивалентна или емкости, или индуктивности.

В настоящее время в большинстве случаев используются емко­ стные накопители, так как индуктивные накопители характеризу­ ются весьма низким КПД.

Большие значения импульсных мощностей принуждают ис­ пользовать в генераторах РЛС весьма высокие анодные напряже­ ния —до 40—50 кв при значениях анодного тока порядка десятков и сотен ампер. Поэтому в радиолокационных передатчиках при­ меняются электровакуумные приборы, рассчитанные на работу при высоких анодных напряжениях и больших токах эмиссии. Од­ нако габариты генераторных ламп импульсных клистронов и маг­ нетронов относительно невелики, так как их тепловой режим опре-

169