книги из ГПНТБ / Бородич, Сергей Владимирович. Радиорелейная связь учебник для техникумов связи

в диапазоне 500-^- 10500 М г ц — 0,05% в течение ближайших нескольких лет, 0,03% — в дальнейшем.

Нужно заметить, что в современной аппаратуре многока­ нальных и телевизионных радиорелейных линий для поддер­ жания в норме качественных показателей связи обычно тре­ буется обеспечивать более высокую стабильность рабочих час­ тот так, чтобы уход частоты не превышал 0,005 -и- 0,01 %.

Применяются два способа стабилизации частоты генерато­ ров свч в аппаратуре радиорелейных линий: кварцевая стаби­ лизация и автоматическая подстройка частоты. Непосредствен­ ная стабилизация кварцем сверхвысокой частоты невозможна, поскольку кварцевые резонаторы на такие частоты не изготов­ ляются, поэтому стабилизация осуществляется на сравнительно низких частотах с последующим умножением частоты. Частота кварцевого резонатора обычно не превышает 10 Мгц при рабо­ те кварца на основной частоте, а при работе на гармониках — 40—50 Мгц, следовательно, для получения частот дециметро­ вого или сантиметрового диапазона требуется большое число ступеней умножения частоты и последующее усиление мощно­ сти колебаний, поскольку умножение частоты сопровождается

получил способ автоматической под­ стройки частоты, отличающийся от способа стабилизации1квар­ цем значительной простотой.

На рис. 3.102 изображена в самом общем виде блок-схема- системы автоподстройки частоты (АПЧ). Частота стабилизи­ руемого генератора СГ сравнивается в дискриминаторе Д с эталоном частоты ЭЧ. При отклонении частоты генератора от эталонной дискриминатор вырабатывает управляющее напря­ жение, подаваемое на управляющий элемент УЭ, который не­ посредственно изменяет частоту генератора, приближая её к номинальному значению. Таким образом, для автоподстройки частоты необходимо иметь какой-то эталон частоты, по которо­ му должна корректироваться частота стабилизируемого гене­ ратора. В зависимости от вида этого эталона различают три вида систем автоподстройки частоты:

АПЧ по частоте принимаемого сигнала,

L69'

АПЧ по частоте эталонного генератора, АПЧ по частоте эталонного резонатора (или системы резо­

наторов).

Система АПЧ по частоте принимаемого сигнала применяет­ ся только для стабилизации частоты гетеродинов приёмников. Наиболее широко она используется в аппаратуре, где частота

гетеродина. Блок-схема устройства приведена на рис. 3.103. Дис­ криминатор Д включён на выходе усилителя промежуточной частоты приёмника. При отклонении промежуточной частоты от номинального значения он вырабатывает напряжение, подавае­ мое на управляющий элемент УЭ, изменяющий частоту гетероди­ на приёмника до тех пор, пока величина промежуточной часто­ ты не будет равна номинальной.

Основным недостатком данной системы является возмож­ ность захвата частоты гетеродина мешающим сигналом.

Если принимаемый сигнал модулирован по частоте, то эта­ лоном обычно является средняя величина частоты сигнала При передаче телевизионных сигналов среднее значение частоты изменяется в соответствии с изменением средней освещённости изображения и поэтому не может служить эталоном. В этом случае за эталон принимается значение частоты, соответствую­ щее вершинам синхронизирующих импульсов телевизионного

При приёме частотно-модулированных колебаний необходи­ мо, чтобы полоса Дискриминатора АПЧ была достаточно ши­ рока для пропускания всего спектра модулированных колеба­ ний. В противном случае изменение индекса модуляции может привести к изменению напряжения на выходе дискриминатора и срабатыванию системы АПЧ при неизменной величине сред­ ней частоты сигнала и гетеродина. Постоянная времени систе­ мы АПЧ должна быть значительно больше периода самой низ­ кой модулирующей частоты, чтобы полезные изменения часто­ ты сигнала не вызывали срабатывания системы АПЧ.

Второй вид системы автоподстройки частоты — по частоте эталонного генератора — может применяться для Стабилизации

170

частоты как передатчиков, так и гетеродинов приёмников. Блоксхемаустройства изображена на рис. 3.104. Работа её совер­ шенно аналогична работе -схемы рис. 3.103 с той лишь разни­ цей, что вместо принимаемого сигнала используется сигнал от специального эталонного генератора ЭГ. Смеситель См и уси­ литель промежуточной частоты

АПЧ в данном случае оказывается сложнее обычной стабили­ зации кварцем, поскольку, кроме кварцевого генератора^ тре­ буются ещё такие дополнительные элементы, как смеситель, УПЧ и дискриминатор. Если мощность стабилизируемого гене­

менения эталонного дискриминатора. Блок-схема устройства приведена на рис. 3.105. Колебания стабилизируемого генера­ тора СГ подаются на эталонный дискриминатор ЭД. При от­ клонении частоты генератора от средней частоты дискримина­ тора ня выходе последнего появляется напряжение, подаваемое на управляющий элемент УЭ. Таким образом, в этой схеме дис­ криминатор выполняет не только свои функции,, но и функции эталона частоты. ■

Эталонный дискриминатор настраивается на номинальную частоту стабилизируемого генератора. Он состоит из двух объ-

171

ёмных резонаторов. Для повышения стабильности их резонанс­ ных частот применяется температурная компенсация или резо­ наторы выполняются из материала с малым коэффициентом, расширения, например из инвара.

Иногда вместо эталонного дискриминатора применяется эта­ лонный резонатор. Схема устройства АПЧ в этом случае не­

зонатора, соответствующие среднему и двум крайним положе­ ниям модулирующего элемента. Колебания стабилизируемого

генератора, проходя через эталонный резонатор, детектируют­ ся амплитудным детектором Д. Диаграммы напряжений на вы­

детектора Д, детектируется фазовым детектором ФД и подаётсяна управляющий элемент УЭ.

Система АПЧ по эталонному дискриминатору или эталон­ ному резонатору применяется для стабилизации частоты пере­ датчиков и гетеродинов приёмников.

Основными элементами системы автоподстрошси частоты

172

являются дискриминатор и управляющий элемент. Устройство дискриминатора АПЧ аналогично устройству частотного детек­ тора, описанному в § 3.6 и поэтому здесь не рассматривается.

Б системах АПЧ аппаратуры радиорелейных линий нашли при­ менение два вида управляющих элементов: электронные и ме­ ханические. Электронный управляющий элемент представляет собой электронное устройство, изменяющее частоту контура ста­ билизируемого генератора под действием управляющего на­ пряжения, снимаемого с дискриминатора. Таким управляю­ щим элементом может быть, например, реактивная лампа, при­ соединённая к контуру стабилизируемого генератора. Управ­ ляющее напряжение с выхода дискриминатора подаётся «а сет­ ку реактивной лампы и соответствующим образом изменяет ча­ стоту генератора. Реактивная лампа практически не может применяться для управления частотой генераторов свч, поэто­ му применение её в качестве управляющего элемента ограни­ чено системами АПЧ генераторов промежуточной частоты.

Если стабилизируемый генератор овч представляет собой отражательный клистрон, то этот же клистрон может использо­ ваться и в качестве электронного управляющего элемента си­ стемы АПЧ. При этом управляющее напряжение с выхода дис­ криминатора подаётся на отражательный электрод клистрона. Действие системы АПЧ в этом случае основано на свойстве клистрона изменять частоту генерируемых колебаний при из­ менении напряжения на отражательном электроде.

Недостаток электронных управляющих элементов заключа­ ется в ограниченности величины уходов частоты генератора, которые могут быть скомпенсированы управляющим элемен­ том. Если стабилизируемый генератор модулируется по часто­ те тем же электронным управляющим элементом, то изменение управляющего напряжения при уходах частоты вызывает сме­ щение рабочей точки на модуляционной характеристике, что вызывает увеличение нелинейных искажений передаваемых сигналов. Это обстоятельство ещё более ограничивает величину уходов частоты. Наконец, электронные управляющие элементы в системах АПЧ генераторов свч практически могут применять­ ся лишь в том случае, когда стабилизируемый генератор пред­ ставляет собой отражательный клистрон.

От всех этих недостатков свободны механические управляю­ щие элементы. Механический управляющий элемент обычно представляет собой двигатель, приводящий в движение орган настройки контура стабилизируемого генератора (например, плунжер, погружаемый в резонатор и изменяющий его экви­ валентную ёмкость или индуктивность). Направление враще­ ния двигателя изменяется при изменении знака управляющего напряжения. Двигатель останавливается, когда управляющее напряжение равно нулю.

173

На рис. 3.108 приведена схема механического управляющего элемента с усилителем постоянного тока. Управляющее напря­

50гц

Щпр

Ус

Вт диснриминатппа

Рис. 3.109. Схема механического управляющего элемента АПЧ с усилителем переменного тока

жение прерывается поляризованным реле Р, питаемым напря­ жением частоты 50 гц. Пульсирующее управляющее напряже­ ние усиливается усилителем переменного тока Ус и подаётся на одну из обмоток двигателя. Вторая обмотка питается напря­ жением, сдвинутым по фазе на 90°. Изменение знака управляю­ щего напряжения на выходе дискриминатора вызывает изме­ нение фазы напряжения И, на 180° и, следовательно, измене­ ние направления вращения двигателя.

174

Механические управляющие элементы широко применяются в системах автоподстройки частоты генераторов свч аппарату­ ры радиорелейных линий.

Эффективность работы системы АПЧ характеризуется так называемым коэффициентом регулирования, или коэффициен­ том автоподстройки, равным отношению первоначальной рас­

S y — крутизна характеристики управляющего элемента, кгц1в.

Очевидно, что чем больше коэффициент к, тем эффективнее система АПЧ, т. е. тем меньше остаточная расстройка частоты стабилизируемого генератора относительно номинального зна­ чения. Поэтому для увеличения коэффициента к стремятся уве­ личивать крутизну характеристики дискриминатора и управ­ ляющего элемента. В частности, для увеличения крутизны ха­ рактеристики дискриминатора на его выходе включают усили­ тель постоянного тока (рис. 3.108) или усилитель переменного тока, если постоянное напряжение на выходе дискриминатора преобразуется в переменное (рис. 3.109).

Формула (3.93) действительна для систем АПЧ как с элек­ тронными. так и с механическими управляющими элементами. Однако для оценки эффективности АПЧ е механическими управ­ ляющими элементами удобнее пользоваться другой формулой. В этих системах АПЧ остаточная расстройка не зависит от на­ чальной, она ра^на

В соответствии с (3.94) коэффициент автоподстройки для систем с механическими управляющими элементами равен

т. е. зависит от начальной расстройки частоты стабилизируе­ мого генератора.

На рис. 3.110 приведены так называемые динамические ха­ рактеристики систем АПЧ с электронным (рис. 3.110а) и меха­ ническим (рис. 3.1106) управляющими элементами. Динамиче­

175.

ская характеристика представляет собой зависимость остаточ­ ной расстройки 8/о от начальной SfH. На характеристиках по­ казаны полоса схватывания A fc и полоса удержания A fy си­ стемы АПЧ. Полоса схватывания определяется при постепен­

дут вызывать соответствующие ухо­ ды частоты стабилизируемого генератора. Поэтому абсолютная нестабильность частоты генератора при действии системы АПЧ равна

176

частоты /о, получим относительную нестабильность частоты

чтобы уменьшить дестабилизирующее влияние дискриминатора. Формула (3.96) пригодна для систем АПЧ по частоте принимае­ мого сигнала и по частоте эталонного генератора. Для системы

Отсюда ясно, что система АПЧ по частоте эталонного дис­ криминатора обеспечивает меньшую стабильность частоты, чем две первые системы, если стабильность частоты эталонного ге­ нератора или принимаемого сигнала достаточно высока.

§ 3.10. Мощные усилители промежуточной частоты

При рассмотрении блок-схем приёмно-передающей аппара­ туры (см. § 3.1) мы видели, что в некоторых типах аппаратуры для радиорелейных линий с частотным уплотнением на выходе передающей части аппаратуры применяется преобразование частоты в мощном смесителе без последующего усиления коле­ баний свч (рис. 3.1г и 3.56).

На мощный смеситель подаются колебания свч от задаю­ щего генератора и колебания промежуточной частоты с выхода усилителя промежуточной частоты. Для получения достаточной мощности колебаний в антенне мощность колебаний, подводи­ мых к смесителю, должна быть довольно велика.

Усилители промежуточной частоты, применяемые в этих слу­ чаях, существенно отличаются от усилителей, применяемых в приёмных устройствах, рассмотренных в § 3.5. Эти отличия за­ ключаются в следующем:

1)усилитель предназначен для усиления мощности, а не усиления напряжения, как обычный УПЧ;

2)сопротивление нагрузки, на которую работает выходная лампа мощного УПЧ, обычно очень мало;

3)напряжение на сетках последних ламп мощного УПЧ до­

вольно велико, что может привести к перегрузке ламп, В данном параграфе рассматриваются мощные усилители

промежуточной частоты и приводятся некоторые соображения по их расчёту, вытекающие из основных особенностей этих уси­ лителей, перечисленных 1ьыше.

Как уже упоминалось, выходная ступень мощного усилите­ ля промежуточной частоты работает на входное сопротивление мощного смесителя, которое обычно мало. Для того чтобы соз­ дать на входе смесителя достаточное напряжение промежуточ­ ной частоты (для получения требуемой мощности), необходимо применять в выходной ступени УПЧ мощную лампу, способную отдать большой ток.

Если в анодной цепи выходной ступени включён обычный

ного смесителя) подключено, к части анодного контура. В резуль­ тате трансформации контуром этого сопротивления сопротивле­ ние анодной нагрузки выходной ступени (между точками а—6 ) получается значительно больше RH, что позволяет лучше исполь­ зовать лампу по напряжению и, в итоге, применять'менее мощ­ ную лампу.

Рассмотрим некоторые особенности расчёта выходной сту­

LC,

(3.99)

C i (Ci -f- С2) гвц

178