книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

При этом предполагается, что характеристика реактивной лампы не ограничивает линейное изменение частоты под дейст­ вием управляющего напряжения. Однако в действительности характеристика реактивной лампы или другого управляющего элемента имеет ограниченный раствор, вследствие чего откло­ нение частоты под действием управляющего элемента не может

В реальных системах АПЧ между фазовым детектором и уп­ равляющим элементом имеется фильтр нижних частот, предназ­ наченный для подавления всевозможных комбинационных ча-. стот на выходе фазового детектора. Без такого фильтра побоч­ ные комбинационные частоты будут попадать на управляющий элемент и вызывать паразитную частотную модуляцию плавно­ го генератора. В целях повышения эффективности подавления побочных частот полоса пропускания фильтра нижних частот при фазовой АПЧ берется узкой.

Наличие фильтра нижних частот приводит к ограничению полосы схватывания. Во всяком случае она будет меньше поло­

элемента. Кольцевой детектор обеспечивает более эффективное подавление побочных частот, но создает в два раза меньшее на­ пряжение по сравнению с балансным фазовым детектором. Это приводит к уменьшению полосы удержания.

До сих пор при рассмотрении процессов в системе фазовой АПЧ не учитывалось влияние шумов. При этом в режиме син­ хронизации частота плавного генератора оказывалась равной опорной частоте, т. е. остаточная расстройка по частоте была равна нулю.

Если на вход системы фазовой АПЧ одновременно с опор­ ным сигналом действует шум, тогда наблюдается качественно новый эффект: при начальной расстройке А/,, Ф 0 остаточная расстройка будет отлична от нуля даже в том случае, если на­ чальная расстройка находится в пределах полосы схватывания. Это значит, что при наличии шумов система фазовой АПЧ не обеспечивает точного равенства сравниваемых частот [6].

Среднее значение остаточной расстройки увеличивается при увеличении начальной расстройки и уменьшении отношения сигнал/шум. При фиксированном значении начальной расстрой­ ки в пределах полосы схватывания среднее значение остаточной расстройки уменьшается с увеличением постоянной времени фильтра.

500

Экспериментальные исследования показывают [7], [8], что при отношении снгнал/шум по напряжению 3 и более среднее значение остаточной расстройки в системах фазовой АПЧ связ­ ных радиостанций можно считать равным нулю во всем диапа­ зоне начальных расстроек, находящихся в пределах полосы схватывания. При меньшем отношении снгнал/шум среднее зна­ чение остаточной расстройки будет отличным от нуля. Так, при отношении снгнал/шум, равном единице, и однозвенном RC фильтр.е с постоянной времени фильтра тф = 7,5 мсек среднее значение остаточной расстройки равно 15—20 гц (при началь­ ной расстройке 4/н = 0,5 Д/с).

Заметим, что действие шумов на систему частотной АПЧ так­ же понижает точность регулирования частоты. В этом случае действие шумов приводит к дополнительной остаточной расст­ ройке, среднее значение которой, как и при фазовой АПЧ, зави­ сит от отношения снгнал/шум и от начальной расстройки.

Влияние шумов на точность синхронизации сказывается лишь в тех случаях, когда осуществляется автоматическая под­ стройка частоты по корреспонденту. Оно оказывается сущест­ венным для таких систем связи, которые обладают высокой по­ мехоустойчивостью и обеспечивают нормальную работу при ма­ лом отношении сигнал/шум, равном примерно единице. К таким системам относится, например, система связи с однополосной модуляцией. В этом, случае действие шумов делает невозмож­ ным точное восстановление несущей частоты даже с помощью фазовой'АПЧ пб пилот-сигналу (гл. VI, § 2), что неизбежно при­ водит к ухудшению разборчивости речи, т. е. к понижению по­ мехоустойчивости связи.

В тех случаях, когда автоматическая подстройка частоты применяется для стабилизации сетки частот и осуществляется по местному датчику опорных частот, шумы создаются лишь ис­ точниками колебаний сравниваемых частот. Интенсивность этих шумов мала и их действие на систему АПЧ можно не принимать во внимание.

Принцип построения радиостанции с применением фазовой АПЧ поясняется на рис. 10.11. Система АПЧ поддерживает ра­ венство частот / 3 и fn42. Если сравниваемые частоты неодина­ ковы, тогда на выходе фазового детектора ФД появится управ­ ляющее напряжение, которое поступает на вход реактивной лампы. Это приведет к изменению частоты плавного генерато­ ра ПГ и, следовательно, к изменению первой промежуточной частоты, образующейся на выходе смесителя СМ-1 в результа­ те взаимодействия колебаний частоты плавного генератора / п г и частоты кварцевого генератора /V При этом изменится также вторая промежуточная частота / пч8 , которая образуется на вы­

501

При заданных частотах f ь /2, h указанное равенство будет выполняться для четырех значений частоты плавного генерато­ ра. Это достигается за счет использования как верхней, так и нижней настроек на выходе обоих смесителей.

То же можно сказать и о каждом значении, первой промежуточ­ ной ЧаСТОТЫ /пч 1 И /п ч Г

Рис. 10.11. Блок-схема передатчика с фазовой АПЧ

Отсюда получаем четыре значения частоты плавного генерато­ ра при одних и тех же частотах f u f2, /V

Дальнейшее увеличение количества частот плавного генера­ тора, стабилизируемых системой АПЧ, может быть достигнуто изменением частот f u f2, f 3- Пусть первый кварцевый генератор имеет 6 сменных кварцев, второй кварцевый генератор — 9 сменных кварцев. Колебания частоты /з создаются надтональным генератором НГ. Предположим, что частота /з имеет 7 раз­ личных значений, образующихся путем скачкообразного изме­

502

нения параметров колебательного контура надтонального гене­ ратора. Тогда, с учетом того, что каждым значениям частот f ь /2. U соответствуют четыре значения частоты плавного генерато­ ра, общее количество частот плавного генератора, стабилизиру­ емых системой фазовой АПЧ, т. е. общее количество частот на выходе возбудителя, будет равно

yVB= 4 -6.-9-7= 1512.

Эти частоты равномерно размещаются в диапазоне плавного генератора 1,5—3 Мгц. Интервал между фиксированными ча­ стотами (разнос частот) на выходе возбудителя (в предполо­ жении, что 12 крайних частот не используются) равен

Промежуточный каскад передатчика, на вход которого по­ ступают колебания от возбудителя, может работать в режимах усиления, удвоения или четырехкратного умножения частоты. Соответственно этому на выходе передатчика будем иметь три: поддиапазона:

В передатчике предусматривается как телефонный, так и те- ч леграфный режимы с амплитудной или частотной манипуляци­ ей. Амплитудная манипуляция осуществляется путем воздейст­ вия манипуляционного сигнала на плавный генератор, частот­ ная манипуляция — путем изменения частоты надтонального генератора. Сдвиг частоты надтонального генератора осущест­ вляется подключением конденсаторов сдвига (с помощью лам­ пового реле) к колебательному контуру в соответствии с чере­ дованием положительных и отрицательных, посылок. При изме­ нении частоты надтонального генератора в результате дейст­ вия системы АПЧ будет изменяться частота плавного генерато­ ра. Таким образом, передатчик будет излучать колебания раз­ личных частот, соответствующих позитивной и негативной по­ сылкам.

Современные радиостанции должны обеспечивать скорость передачи 1000 бод и более. Быстродействие системы АПЧ долж­ но соответствовать такой скорости передачи.

503

Система фазовой АПЧ относится к астатическим системам регулирования и, следовательно, не имеет остаточной расстрой­ ки. Это позволяет обеспечить более высокую стабильность ча­ стоты. Отмеченное достоинство системы фазовой АПЧ является важным и в ряде случаев может оказаться решающим. Особен­ но важно высокую стабильность частоты получить при” переда­ че узкополосных телеграфных сообщений. В этом случае поло­ са пропускания приемника может быть взята близкой к опти­ мальной, благодаря чему помехоустойчивость связи будет высо­ кой.

Недостатком системы фазовой АПЧ является узкая полоса схватывания, присущая этой системе. Указанный недостаток связан с необходимостью установки фильтра нижних частот на выходе фазового детектора для подавления побочных частот. В целях повышения эффективности подавления полосу пропу­ скания фильтра приходится брать узкой, что неизбежно приво­ дит к сужению полосы схватывания.

Полоса схватывания системы частотной АПЧ не связана с фильтром нижних частот и может быть получена достаточно широкой. В данном случае к управляющему элементу должно подводиться постоянное напряжение, поэтому постоянная вре­ мени фильтра нижних частот может быть взята большой. Такой фильтр сгладит пульсацию напряжения на выходе частотного детектора и тем самым устранит паразитную частотную моду­ ляцию плавного генератора за счет неполностью подавленных побочных частот.

В тех случаях, когда требуется обеспечить высокую стабиль­ ность частоты и широкую полосу схватывания, может оказаться целесообразным совместное использование обеих систем, т. е. применение в радиостанциях комбинированной частотно-фазо­ вой АПЧ. Это позволит реализовать преимущества обеих систем автоподстройки.

§ 3. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ НАСТРОЙКИ РАДИОСТАНЦИЙ (АДН)

Блок-схема системы АДЦ

Современная авиационная связная радиостанция должна обеспечить быструю настройку на заданную волну при ди­ станционном управлении. Для выполнения этого требования она дополняется специальным устройством — системой АДН. Система АДН является неотъемлемой частью радиостанции и поэтому во многом сама влияет на выбор ее схемы и конст­ рукции.

Все системы АДН с оперативной точки зрения разделяются на три группы:

1) системы АДН с предварительной настройкой;

504

2)системы АДН без предварительной настройки;

3)смешанные системы АДН.

К первой группе относятся такие системы, которые требуют предварительной ручной настройки радиостанции. Эти системы обеспечивают быструю дистанционную настройку радиостанции только на'ограниченное число заранее выбранных частот. Число частот предварительной настройки часто называется числом ка­ налов настройки радиостанции.

Ко второй группе относятся системы, обеспечивающие быст­ рую настройку радиостанции на любую частоту из всего диа­ пазона рабочих частот. При этом ручной предварительной на­ стройки не требуется.

Рис. 10.12. Блок-схема системы АДН

К третьей группе относятся системы, включающие в себя возможности первых двух групп.

Кроме рассмотренной классификации, все системы АДН мо­ гут быть разделены на группы и подгруппы по принципу работы и конструктивным особенностям. При этом каждая группа будет иметь некоторые общие свойства, характерные только для нее.

Однако независимо от классификации любая система АДНможет быть представлена совокупностью устройств, состоящей из трех основных частей: входной, передаточной и исполнитель­ ной (рис. 10.12). Входная часть служит для подачи команд на перестройку, индикации настроенного канала и привода в дей­ ствие передаточной части. Обычно она компонуется в пульте уп­ равления радиостанции. Передаточная часть служит для обес­ печения механических перемещений элементов исполнительной части в соответствии .с командами входной части. Она обяза­ тельно включает в себя элемент движения, в качестве которого служит электродвигатель или пульс-мотор. Исполнительная часть осуществляет непосредственную установку элементов на­ стройки радиостанции, точную фиксацию их положения и пре­ кращение действия передаточной части. Схемное и конструктив­ ное выполнение основных частей различно и зависит от типа ■системы АДН.

Способы дистационной передачи команд с входной части на передаточную

Дистанционная передача команд с входной части на переда­ точную осуществляется с помощью различных следящих систем. В авиационных радиостанциях нашли преимущественное при­

5 0 5

менение контактная, контактно-потенциометрическая и сельсннная следящие системы.

Для передачи небольшого числа команд обычно применяет­ ся простая контактная следящая система. На рис. 10.13 пред-, ставлена схема такой системы для передачи шести команд. При повороте дающего переключателя ДП в какое-либо положение но одному из управляющих проводов подается напряжение на пусковое реле Р, замыкающее цепи питания электродвигате­ ля М и электромагнита фиксирующего механизма ФМ.

Фиксирующий механизм освобождает ось настройки. Элек­ тродвигатель вращает следящий переключатель СП до тех пор, пока его вырез не дойдет до включенного управляющего прово­ да. В этот момент происходит выключение электродвигателя, электромагнита фиксирующего механизма, а вместе с этим оста­ новка и фиксация оси настройки.

В рассмотренной схеме число команд равно числу проводов. Следовательно, с увеличением числа команд будет расти и чи­ сло проводов. С целью устранения этого недостатка применяет­ ся контактная следящая - система с малым числом проводов. Уменьшение числа проводов достигается применением дающеп> и следящего переключателей специальной конструкции. Конст­ рукция этих переключателей должна удовлетворять следующим условиям.

а) Если дающий переключатель в данном фиксированном положении замыкает на корпус один или несколько проводов одновременно, остальные провода должны быть им же замкну­ ты между собой.

б) Следящий переключатель после его установки в задан­ ное положение должен также замкнуть на корпус избранные датчиком провода, а остальные провода — соединить между со­ бой и с обмоткой пускового реле мотора.

506

Выполнение этих условий позволяет для каждого положения дающего переключателя получить только одно определенное -положение следящего переключателя, в котором пусковое реле окажется обесточенным; во всех остальных положениях образу­ ются дополнительные цепи питания реле. Для подтверждения сказанного рассмотрим схему контактной следящей системы, по­ зволяющей передавать десять команд (рис. 10.14). В этой схе­ ме для большей наглядности применены переключатели бара­ банного типа. На поверхности барабана по образующей цилин­ дра расположены десять рядов жестко закрепленных штифтов.

Нэлементу

настроит

Рис. 10.14. Схема контактной следящей системы с малым числом проводов

Число штифтов в каждом ряду и порядок расположения соот­ ветствуют определенной комбинации замыкания на корпус уп­ равляющих проводов; при этом порядок расположения штифтовдающего переключателя ДП противоположен порядку располо­ жения следящего переключателя СП. При установке ручки А переключателя ДП в заданное положение штифты только одно­ го выбранного ряда воздействуют на контакты двухпозицион­ ных переключателей и тем самым осуществляют коммутацию' управляющих проводов. На примере рассматриваемой схемы (рис. 10.14) нетрудно убедиться в том, что для каждого поло­ жения переключателя ДП существует только одно положение переключателя СП, в котором пусковое реле Р окажется обес­ точенным.

507

В малогабаритных радиостанциях находят преимуществен­ ное применение переключатели двухплатного типа. На рис. 10.15 показан дающий переключатель двухплатного типа для переда­ чи десяти команд. Ротор каждой платы имеет различные зубцы, расположенные по окружности в бпределенном порядке. Ро­ тор П и подключенный всегда к корпусу, имеет расположение зубцов, противоположное ротору По, т. е. любому зубцу рото­

определенное значение цифр разряда, например: первому про­ воду — единицы, второму проводу — двойки, третьему прово­ ду — тройки и четвертому — шестерки. Благодаря этому все необходимые значения цифр в пределах одного разряда (от 0 до 9) получаются путем замыкания на корпус дающим переклю­ чателем одного или двух управляющих проводов, суммирование значений которых дает требуемую цифру. Например, цифре (команде) 7 соответствует замыкание на корпус двух проводов одновременно: провода 1 и провода 4. Различные возможные комбинации замыкания на корпус управляющих проводов для схемы рис. 10.14 воспроизведены в табл. 10.1.

Из таблицы следует, что для получения десяти команд ис­ пользованы комбинации замыкания на корпус двух проводов или одного провода, а для значения «0» все четыре провода переключателем ДП отключены от корпуса. В четырехпровод­ ной системе в принципе можно получить число команд больше десяти. Для этого, например, в переключателе барабанного ти­ па, необходимо увеличить число рядов штифтов на барабане и подобрать соответственно порядок размещения штифтов таким образом, чтобы в системе использовались все возможные ком­ бинации замыкания проводов.

5 0 8

Таким образом, максимально возможное число различных команд N, обеспечиваемое контактной следящей системой с ма­ лым числом п проводов, определяется формулой

N = 2" - ].

Следовательно, в четырехпроводной системе можно передать до пятнадцати команд.

Контактные следящие системы с малым числом проводов на­ ходят применение в радиостанциях преимущественно для' пере­ дачи команд на относительно большие расстояния, например, с пульта управления в приемо-передатчик. Внутри приемо-пе- редатчика наряду с другими системами применяется контактно­ потенциометрическая следящая система.

Дающим переключателем в контактно-потенциометричеСкой системе (рис. 10.16) служит обычный контактный переключа-

Рис. 10.16. Схема контактно-потенциометрической следящей системы