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

Внесённое сопротивление равно

(3.100)

так как RHш0 С2 > 1.

Резонансная частота контура равна

(3.101)

Ci + с3

Подставив (3.100) в (3.99) и учтя (3.101), получим

(3.102)

Если пренебречь собственными потерями контура, то мощ­ ность, создаваемая первой гармоникой анодного тока лампы на сопротивлении Ra, должна быть равна мощности, выделяемой на сопротивлении нагрузки RH, т. е.

Отсюда найдём напряжение на нагрузке

С2 >С\. Это справедливо при условии, что добротность ненагруженного контура много больше добротности нагруженного.

Добротность нагруженного контура определяется требова­ ниями к полосе пропускания и должна быть задана при расчё­ те усилителя. Определим эту добротность через величины па­ раметров схемы. Очевидно, что

Подставив сюда выражения для С и гвн, найдём после про­ стых преобразований

(3.104)

Зная величины Q, ш0. R» и задавшись величиной Сь рав­ ной выходной ёмкости лампы плюс ёмкость монтажа, из выра-

где S — крутизна характеристики лампы.

Недостаток описанной схемы заключается в том, что изме­ нение величины нагрузки RH вызывает некоторую расстройку контура, что приводит к деформации частотной характеристи­ ки ступени. Соответствующим выбором параметров схемы мож­ но добиться допустимой величины этой деформации.

В предварительных ступенях мощного УПЧ нецелесообраз­ но применять попарно расстроенные одиночные контуры (рас­ строенные двойки). Объясняется это тем, что напряжение на сетке второй ступени на резонансной частоте контура первой ступени может значительно превышать величину напряжения на средней частоте полосы. Так как усилитель предназначен для мощного усиления, то величина напряжения на сетке может

быть довольно значительной и на резонансной частоте контура первой ступени лампа второй ступени бу­ дет перегружаться. Во избежание перегрузки приходится выбирать мощную лампу, хотя на средней частоте полосы она будет плохо ис­ пользована по току.

На основании этих соображений

в мощных УПЧ обычно применяют связанные контуры (полосовые фильтры) в комбинации с одиноч­

ными контурами для получения плоской частотной характери­ стики.

Рассмотрим для примера две ступени мощного УПЧ, схема которых приведена на рис. 3.112.

Частотная характеристика связанной системы контуров в пени сетки второй ступени описывается следующим известным выражением, если оба контура системы идентичны:

_______1-)- т2_______

у%

] / " (1 + К]а — х\)2 + Ах\

где "т] = KceQn, Qa — добротность каждого контура, К св ~ коэффи­ циент связи, хг = — &/ — обобщённая расстройка.

180

Частотная характеристика одиночного контура в анодной цепи второй ступени определяется как

У1 _ ________ >

У1 +х]

и найдём уравнение общей частотной характеристики двух сту­ пеней

Если потребовать, чтобы частотная характеристика была плоской в некотором интервале изменения обобщённой рас­

1+Т(*

181

-Решив это уравнение, найдём оптимальную величину связи

новном, такие же, как обычных усилителей промежуточной час­ тоты, описанных в § 3.5.

§ 3.11. Модуляторы

Модулятор является одним из важнейших элементов пере­ датчика, поскольку с его помощью осуществляется модуляция несущих колебаний передаваемыми сообщениями. В данном па­ раграфе рассматриваются два вида модуляторов: частотные мо­ дуляторы, применяемые в передатчиках радиорелейных линий с частотным уплотнением, и импульсные модуляторы, приме­ няемые в передатчиках линий с временным уплотнением.

Характеристики модулятора в значительной мере определя­ ют качественные показатели каналов связи, поэтому к модуля­ тору предъявляются требования тем более строгие, чем выше пропускная способность линии.

Частотные модуляторы должны обеспечивать большую девиа­ цию частоты передатчика при весьма малых нелинейных иска­ жениях. Они должны обеспечивать также достаточно малые частотные и фазовые искажения в полосе частот передаваемых сообщений. Выполнение первого из этих требований особенно важно при осуществлении многоканальной связи, выполнение второго — при передаче телевизионных сигналов.

Частотные модуляторы, применяемые в современной аппа­ ратуре радиорелейных линий, обеспечивают девиацию частоты

182

до ± 6 Мгц при передаче телевизионных сигналов с полосой частот до 8 -s- 10 Мгц при весьма малых частотных и фазовых искажениях. Коэффициент нелинейных искажений модуляторов многоканальных линий на 120-г-240 телефонных каналов не превышает 0,01 -г-0,02% при величине девиации частоты на один канал 100 -н 200 кгц.

Импульсные модуляторы должны обеспечивать неискажён­ ное воспроизведение формы импульсов и, главным образом, большую крутизну фронтов, т. е. малое время нарастания и спадания импульса при отсутствии переходных процессов в пау­ зах между импульсами. Нелинейные искажения в импульсных модуляторах не имеют особого значения для качества передачи.

В передатчиках радиорелейных линий с частотным уплот­ нением применяется несколько типов частотных модуляторов, которые можно разделить на две группы: модуляторы на отра­ жательных клистронах и модуляторы на реактивных лампах.

Отражательный клистрон является простейшим видом час- тотно-модулированного генератора. Модулирующее напряжение подаётся на отражательный электрод клистрона и непосредст­

такого генератора Изображена на рис. 3.114. Два клистронных генератора /ОТ, и КГ2 генерируют колебания частот fi и /г, ко­ торые подаются на кристаллический смеситель См. На выходе смесителя выделяются колебания промежуточной частоты, рав­ ной разности частот двух генераторов f,,p = Ь —fu и усиливают­ ся в усилителе промежуточной частоты УПЧ. Модулирующее напряжение подаётся на отражательный электрод первого ге­ нератора КГ\ и модулирует частоту его колебаний, а следова­ тельно, и частоту колебаний промежуточной частоты.

Для стабилизации среднего значения промежуточной час­ тоты применяется система автоподстройки частоты АПЧ вто­ рого клистронного генератора /<Т2Управляющее напряжение, снимаемое с дискриминатора АПЧ, подаётся на отражатель­ ный электрод второго клистрона. Связь между клистронными генераторами должна отсутствовать, чтобы изменение частоты модулируемого генератора не вызывало изменения частоты вто­ рого, так как это приводит ж нелинейным искажениям.

Как было показано в § 3.8, модуляционная характеристика отражательного клистрона принципиально нелинейна, поэтому

183.

для уменьшения нелинейных искажений приходится использо­ вать только небольшой участок этой характеристики, т. е. рабо­ тать при сравнительно малых величинах девиации частоты. Линейность модуляционной характеристики отражательного клистрона может быть значительно улучшена, если в качестве колебательной системы использовать не одиночный резонатор, а два связанных резонатора. В этом случае путём выбора вели­ чины связи между резонаторами, величины добротности второго

присоединён к сеткам клистрона и связан с нагрузкой при помо­ щи петли связи и со вторым резонатором 2 через щель связи и переменный аттенюатор А. Величина связи может изменяться путём передвижения специальной заслонки С, изменяющей ве­ личину щели.. Переменный аттенюатор А представляет собой отрезок волновода со щелью в одной из стенок, через которую в волновод вводится поглощающая пластинка П. При погружении этой пластинки в волновод потери в нём увеличиваются и до­ бротность резонатора 2

теристики клистрона применяется как в обычных клистронных генераторах, так и в клистронных генераторах на биениях.

Модуляторы на реактивных лампах применяются, как пра­ вило, только для модуляции колебаний промежуточной частоты. На сверхвысоких частотах реактивные лампы пока практиче­ ски не применимы.

На рис. 3.116 приведены хорошо известные схемы реактивных ламп эквивалентных ёмкости (рис. 3.116а) и индуктивности (3.1166). Реактивная лампа присоединена параллельно колеба­ тельному контуру генератора, а напряжение на её сетку сни--

.184

мается с делителя напряжения, состоящего из сопротивления R ^ и ёмкости Сф. Величины и Сф выбираются таким образом, чтобы напряжение на сетке было сдвинуто по фазе относительно напряжения на аноде на угол, возможно более близкий к 90°. Если этот сдвиг фаз равен 90°, то лампа представляет собой реактивное сопротивление, величина которого изменяется при изменении её тока, т. е. при изменении модулирующего напря­ жения на её сетке.

Относительное изменение частоты генератора, вызванное реактивной лампой, равно

где р — характеристическое сопротивление контура генерато­ ра,

х9 — реактивное сопротивление реактивной лампы, соответ­ ствующее среднему значению крутизны S,

Дхв — изменение реактивного сопротивления, соответствую­ щее изменению крутизны на величину AS.

Очевидно, что

где КФ= ~ -

Поэтому = — .

Xq S

Подставив это в (3.113), получим

Для получения сдвига фаз между напряжениями Uа и Ug возможно более близкого к 90° необходимо, чтобы у делителя величина сопротивления между сеткой и катодом была много меньше сопротивления между анодом и сеткой. В схеме рис. 3.116а это означает, что

185

>ными ячейками L и С. Эквивалент нагружен на сопротивление R, равное волновому, и в нём существует режим бегущей волны, ■вследствие чего фаза напряжения в точке С отличается от фазы

Эта схема модулятора довольно широко применяется в ап­ паратуре многоканальных и телевизионных радиорелейных ли­ ний. Она обеспечивает достаточно большую величину девиации частоты при малых нелинейных искажениях.

В отечественной аппаратуре радиорелейных линий приме­ няется другая схема частотного модулятора, изображённая на рис. 3.118. Генератор промежу­ точной частоты на лампе Лг со­

бран по ёмкостной трёхточечной схеме с общей сеткой. Выбор схемы с общей сеткой позволя­ ет включить реактивную лампу Лм параллельно всему контуру генератора, а не части контура, как это получается в схемах с общим катодом. Последова­ тельно с катушкой индуктивно­ сти контура L включено сравни­

тельно небольшое активное сопротивление RK, с которого снима­ ется напряжение на сетку реактивной лампы. Напряжение на ко­ лебательном контуре генератора и напряжение на активном со­ противлении RK, введённом в индуктивную ветвь контура, сдви­ нуты на угол, очень близкий к 90°, что обеспечивает правильную работу реактивной лампы.

186

Очевидно, что напряжение на сетке реактивной лампы равно

Ug = I KRK,

где I к — контурный ток, равный I к —

Р

Отсюда следует, что для данной схемы

Подставив это значение в (3.114), получим

откуда следует, что относительное изменение частоты в этой схеме пропорционально сопротивлению потерь контура генера­ тора и крутизне характеристики реактивной лампы. Для увели­ чения девиации частоты нужно увеличивать RK , а это может привести к срыву колебаний генератора.

При нормальной работе лампового генератора должно вы­ полняться соотношение

Так как в данной схеме анод генераторной лампы подклю­

Подставив это выражение в (3.117) и решив его относительно RK, найдём

RK= f S r - Kn* ~ D

*Г И+Коб)*

Теперь, подставив это значение RK в (3.116) и заменив сред­ нюю крутизну характеристики генераторной лампы на действи­ тельную, получим максимальное относительное изменение ча­ стоты

то выражение (3.118) можно упростить, имея в виду, что опти­ мальная величина коэффициента обратной связи, соответствую-

187

IS

щая максимуму величины -----°~——, равна единице (Коб= 1 )

(1 Л-К0б)

(3.119)

“ о ’ м а к с

Следовательно, для увеличения девиации частоты нужно увеличивать характеристическое сопротивление контура генера­ тора и применять генераторную лампу с большой крутизной. Данная схема обеспечивает полное относительное изменение ча­ стоты около 20%- Коэффициент нелинейных искажений не пре­ вышает 0,15 -г—0,25% при относительной девиации частоты ±1,5% . Эти результаты примерно в 10—15 раз лучше результа­ тов, получаемых в обычных схемах рис. 3.116.

Для компенсации влияния на фазовые соотношения входной ёмкости реактивной лампы иногда параллельно сопротивлению Rg включают индуктивность, показанную на схеме рис. 3.118 пунктиром.

Сопротивление RK полезно шунтировать высокочастотным дросселем (показан пунктиром), пропускающим низкочастотные составляющие анодного тока реактивной лампы. При отсутствии этого дросселя низкочастотные составляющие тока реактивной лампы, вызванные модулирующим напряжением на её сетке создают на сопротивлении RK напряжение, которое подаётся снова на сетку лампы. Это вызывает увеличение нелинейных искажений, так как лампа работает в нелинейном режиме.

В заключение следует отметить, что наименьшие нелинейные искажения при достаточно большой девиации частоты обеспечи­ вает схема с двумя клистронными генераторами на биениях. Однако эта схема очень сложна и применяется только в аппа­ ратуре радиорелейных линий очень большой ёмкости. В аппа­ ратуре линий меньшей ёмкости чаще применяются схемы ЧМ- генераторов с реактивными лампами.

Перейдём теперь к рассмотрению импульсных модуляторов передатчиков радиорелейных линий с временным уплотнением. Импульсный модулятор представляет собой усилитель импуль­ сов, на вход которого подаётся последовательность канальных импульсов от аппаратуры уплотнения, а с выхода снимаются усиленные импульсы на анод или сетку лампы модулируемой ступени передатчика.

Обычно применяется модуляция на анод, а не на сетку лампы: модулируемой ступени, так как при модуляции на сетку в пау­ зах между импульсами через лампу протекает термоэлектрон­ ный ток сетки, разогревающий анод. Термоэлектронный ток сет­ ки вызывается её нагревом от катода, этот ток может быть до­ вольно значительным, если сетка загрязнена, особенно если на неё попали частицы оксидного слоя катода.

Схема анодного импульсного модулятора изображена на рис.

188