книги из ГПНТБ / Листов, Константин Михайлович. Радио и радиолокационная техника и их применение

Детектирование. Рассмотрим теперь процесс детектирова­ ния в приемнике. Как уже известно, детектирование — это выделение звуковой частоты сигнала из высокочастотных ко­ лебаний. Без детектирования невозможно получить звук в те­ лефоне по следующим причинам.

Во-первых, обмотка электромагнита в телефоне вслед­ ствие явления самоиндукции представляет очень большое со­ противление для токов высокой частоты.

Во-вторых, мембрана телефона не может колебаться с вы­ сокой частотой: она слишком массивна.

Наконец, если даже эти трудности преодолеть, все равно наше ухо не в состоянии реагировать на высокочастотные ко­ лебания. Мы слышим звуковые волны, частота которых ле­ жит в пределах 16—20 000 гц.

Если модулирование заключается в наложении звуковых колебаний на высокочастотные, то детектирование сводится к тому, чтобы выделить колебания звуковой частоты из моду­ лированных колебаний. Таким образом, детектирование — это процесс, обратный модулированию. Детектировать — значит преобразовать модулированный переменный ток высокой ча­ стоты в ток низкой, звуковой частоты.

Для детектирования амплитудно-модулированных колеба­ ний прежде всего необходимо «выпрямить» переменные токи высоких частот, т. е. превратить их в токи, проходящие в одном направлении. Это и делает электронная лампа или кри­ сталлический детектор. Импульсы электрических токов, про­ шедшие через выпрямитель, отличаются следующими особен­ ностями: во-первых, они непрерывно и быстро (с частотой пе­ редатчика) следуют друг за другом, во-вторых, амплитуда импульсов медленно изменяется в соответствии с частотой модуляции. Быстрые высокочастотные колебания после детек­ тора сглаживаются фильтром, состоящим из конденсатора и сопротивления. Конденсатор накапливает заряд и медленно разряжается через сопротивление. В результате на сопротив­ лении фильтра возникает напряжение такой же формы, какое в передатчике создал .микрофон.

Частотно-модулированные сигналы характеризуются по­ стоянством амплитуды. Если их продетектировать обычным амплитудным детектором, то можно получить только постоян­ ный ток. Поэтому для успешного детектирования таких сигна­ лов необходимо их сначала преобразовать в амплитудно-мо- дулированные. Для этой цели служит частотный детектор (дискриминатор), который содержит устройство, реагирующее на изменение частоты принятых колебаний (например, резо: нансный контур). Принятые колебания превращаются дискри­ минатором в амплитудно-модулированные, а затем детекти­ руются амплитудным детектором.

39

Схемы радиоприемников. Схемы современных приемников усложнены из-за необходимости усиления сигналов. Усиление производится по высокой частоте до детектирования и по зву­ ковой частоте — после детектирования. Необходимость усиле­ ния до детектора вызывается, с одной стороны, незначительно­ стью величины наводимой в антенне э. д. с. приходящих сигна­ лов, а с другой стороны — низкой эффективностью детектиро­ вания слабых сигналов. Для нормальной работы детектора надо подвести к нему напряжение порядка нескольких деся­ тых вольта или нескольких вольт. Необходимость усиления после детектирования диктуется относительно большими мощ­ ностями, которые нужно подвести к оконечному прибору (те­ лефонам, громкоговорителю и т. д.).

Приемник, в котором сигнал усиливается сначала на ча­ стоте приходящих радиоволн, а затем после детектирования — на звуковых частотах, называется приемником прямого уси­ ления. Такие приемники имеют серьезные недостатки: не отли­ чаются хорошей избирательностью и чувствительностью. В на­ стоящее время они используются редко.

Широкое распространение получили приемники супергете­ родинного типа. Блок-схема такого приемника изображена на рис. 14.

В антенной цепи приемника включен входной контур, играющий роль предварительного избирательного устройства. За ним расположен усилитель высокой частоты принимаемого сигнала, увеличивающий чувствительность приемника. Затем следует преобразователь' частоты, о принципе действия кото­ рого рассказывалось выше, но, как известно, для преобразо­ вания частоты необходимо к лампе смесителя-преобразова­ теля подвести вторую частоту, отличающуюся от частоты при­ нимаемого сигнала. Такие колебания создаются специальным ламповым генератором, который называется гетеродином.

Частота гетеродина во всем диапазоне частот приемника всегда выше частоты принимаемого сигнала на одну и ту же величину, равную промежуточной частоте приемника.

При смешении в лампе преобразователя двух частот (при­ нимаемого сигнала и гетеродина) на его выходе возникнет разностная частота биений, значительно (в несколько десят­ ков раз) более низкая, чем частота принимаемого сигнала. Эта частота называется промежуточной частотой.

За каскадом преобразователя частоты следует усилитель промежуточной частоты, который усиливает получающееся на выходе преобразователя напряжение промежуточной частоты до величины, необходимой для нормальной работы детектора. Контуры усилителе промежуточной частоты имеют фиксиро­ ванную настройку и не перестраиваются в процессе эксплуа­ тации, Несмотря на это, супергетеродин позволяет произво­ дить прием радиостанций, работающих на различных частотах.

40

Для перестройки его с одной станции на другую необхо­ димо перестроить колебательные контуры во входной цепи и усилителе и колебательный контур гетеродина. Перестройка выполняется одной ручкой, так как конденсаторы этих конту­ ров укреплены на одной общей оси.

К достоинствам приемников суп'ергетеродинного типа отно­ сятся высокая чувствительность и избирательность и постоян­ ство чувствительности и избирательности по диапазону.

Всупергетеродинных приемниках можно получить боль­ шое усиление, а значит, и высокую чувствительность, без по­ явления самовозбуждения. Это объясняется тем, Что усиление сигнала происходит на трех или даже.четырех частотах (при двойном преобразовании частоты). Кроме того, усилитель промежуточной частоты во время приема сигналов любой станции не перестраивается, что дает возможность большого усиления. Наконец, большое усиление значительно проще по­ лучить на более низкой (промежуточной) частоте, чем на ча­ стоте приходящего сигнала.

Всупергетеродине можно достигнуть более высокой изби­

рательности, чем в радиоприемнике прямого усиления, по сле­ дующим причинам. Во-первых, благодаря тому, что в суперге­ теродине имеется возможность выбрать промежуточную ча­ стоту. Этот выбор может быть произведен в соответствии с требованием получения высокой избирательности. Во-вторых, благодаря тому, что в процессе эксплуатации промежуточная частота не изменяется, а в усилителе с фиксированной на­ стройкой легче получить высокую избирательность и форму резонансной характеристики, близкую к идеальному прямо­ угольнику, чем в усилителе, колебательные контуры которого

впроцессе эксплуатации должны перестраиваться.

Всупергетеродине основное усиление и основная избира­ тельность приходятся на каскады промежуточной частоты, ко­ торые имеют постоянную настройку, т. е. обеспечивают боль­ шее постоянство усиления и полосы по диапазону. Кроме того,

вусилителях промежуточной частоты супергетеродинов приме­ няются полосовые двух- и трехконтурные фильтры, дающие более выгодную форму резонансной кривой. Значит, здесь до­ стижима высокая избирательность. Избирательность суперге­ теродинного приемника по сравнению с приемником прямого усиления выше во столько раз, е о с к о л ь к о принимаемая высо­ кая частота на входе приемника выше промежуточной частоты приемника.

За усилителём промежуточной частоты следует обычный амплитудный детектор и усилитель низкой частоты.

Для того чтобы принимать телеграфную [[смодулирован­ ную работу, в схему приемника введен второй гетеродин, колебания которого отличаются от промежуточной частоты всего на 800—1000 гц. Эти колебания подаются на детектор

42

Рис. 15. Блок-схема траисиверного приемопередатчика с частотной модуляцией

Са ?

и смешиваются с колебаниями промежуточной частоты. В ре­ зультате на нагрузке детектора выделяется разностная ча­ стота 800—1000 гц, которая хорошо различается ухом. Следо­ вательно, благодаря наложению колебаний второго гетеро­ дина на принимаемые колебания становятся слышны радио­ телеграфные сигналы.

Схемы приемников, предназначенных для приема частотномодулированных колебаний, отличаются тем, что в них после последнего каскада усилителя промежуточной частоты распо­ лагается амплитудный ограничитель помех, за которым сле­ дуют частотный детектор-дискриминатор и обычный усили­ тель низкой частоты. В схеме супергетеродинных приемников ультракоротковолнового диапазона обычно вводится устрой­ ство для автоматической подстройки частоты (АПЧ) по ча­ стоте корреспондента.

Сущность работы системы АПЧ состоит в том, что уход промежуточной частоты в приемнике от номинала превра­ щается в дискриминаторе в пропорциональное (по величине и Знаку) постоянное напряжение. Реактивная лампа — упра­ витель автоподстройки — под действием этого напряжения из­ меняет частоту гетеродина в сторону номинала промежуточ­ ной частоты, тем самым корректируя расстройку. Схема та­ кого приемника изображена на рис. 15.

ТРАНСИВЕРНЫЕ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКИ

Встречаются радиостанции, в приемнике и передатчике ко­ торых использованы общие лампы, общие колебательные кон­ туры, трансформаторы и т. п. Такое совмещение способствует уменьшению веса и габаритов переносных приемно-передаю­ щих радиостанций. Схему с общими частями для передатчика и приемника называют трансиверной. Чаще встречаются схемы, в которых входные контуры приемника используются как выходные контуры передатчика, а гетеродин приемника — как генератор передатчика. Последняя особенность состав­ ляет преимущество трансиверной схемы: настроив приемник на определенную волну, радист может быть уверен, что и пе­ редатчик настроен на ту же волну. Шкала приемника, и пере­ датчика общая.

Однако, как известно, частота гетеродина приемника дол­ жна отличаться от частоты связи на промежуточную частоту. Следовательно, гетеродин нельзя использовать непосред­ ственно как генератор передатчика. Необходимо при переходе на прием преобразовать частоту гетеродина так, чтобы его ча­ стота отличалась от частоты связи на величину промежуточ­ ной частоты. Это можно сделать, например, подключая или отключая дополнительные конденсаторы к контуру генера­ тора. Иногда, наоборот, это преобразование частоты произ­ водится при переходе на передачу с помощью .вспомогатель­

44

ного генератора, настроенного на промежуточную частоту, ко­ торая смешивается в смесителе с частотой гетеродина и пре­ образуется в частоту, на которой ведется связь. Эти колеба­ ния далее усиливаются и подводятся к антенне.

Такое построение схемы позволяет вести прием и передачу на одной волне при перестройке только одного генератора.

На рис. 15 представлена схема трансиверного приемопере­ датчика с частотной модуляцией. Контуры высокой частоты общие для приемника и передатчика. Микрофонный вход пе­ редатчика объединен в одном трансформаторе с телефонным выходом приемника. Усиление низкой частоты происходит в лампе усилителя высокой частоты.

При переходе с приема на передачу при нажатии тангенты микротелефонной трубки специальное реле переключает только цепь накала ламп с приема на передачу. Все лампы приемника, кроме возбудителя-гетеродина и лампы автопод­ стройки частоты, гаснут, и включается накал лампы усилителя мощности.

Трансиверные схемы позволяют значительно сократить объем и вес приемопередатчиков. Они обеспечивают устойчи­ вую связь на одной общей волне. Работа на разных волнах невозможна.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПРИЕМНИКОВ И ПЕРЕДАТЧИКОВ

Приемники и передатчики всех типов в процессе своей ра­ боты потребляют электроэнергию, которую они получают от различных источников электроэнергии.

Для питания возимых и стационарных передатчиков боль­ шой и средней мощности используются силовые электростан­ ции переменного тока. Электростанция состоит из двигателя внутреннего сгорания и генератора переменного тока часто­ той 50 гц необходимой мощности. Электростанция перевозится в отдельном автомобиле с кузовом или в автоприцепе. Там, где это возможно, радиостанции получают электропитание от отдельных силовых электросетей переменного тока. Такую же систему питания имеют и радиорелейные станции и маги­ стральные радиоприемники.

Некоторые возимые радиостанции средней мощности, в частности танковые, получают электропитание от бортсети напряжением 12 или 24 в. Высокое напряжение, необходимое для питания цепей анодов и экранирующих сеток ламп прием­ ников и передатчиков, обеспечивается с помощью вращаю­ щихся преобразователей постоянного напряжения — умфор­ меров различных номиналов. В умформере совмещен электро­ двигатель, который приводится во вращение от бортсети, и генератор постоянного тока, который обеспечивает радиостан­ цию необходимым высоким напряжением.

45

Большие трудности возникают при выборе питания для переносных радиостанций, так как их вес и габариты в зна­ чительной мере зависят от источника питания. Во время вто­ рой мировой войны для этой цели чаще всего использовались аккумуляторы (обычно щелочные) для питания цепей накала и сухие батареи элементов — для питания анодно-экранных цепей.

Батареи после', их использования выбрасываются и подле­ жат замене новыми, что является их серьезным эксплуата­ ционным недостатком. Аккумуляторы могут быть заряжены на месте и использованы вновь.

Более удобным для войсковой эксплуатации является пи­ тание аппаратуры от аккумуляторов с преобразователями по­ стоянного напряжения, от которых питаются цепи анодов и экранирующих сеток. При этом для питания переносной ап­ паратуры применяются преобразователи не вращающегося,

авибрационного типа — вибропреобразователи.

Ввибропреобразователях постоянный ток, поступающий от аккумуляторов, вначале преобразуется в переменный, напря­ жение которого повышается трансформатором, после чего пе­ ременный ток повышенного напряжения преобразуется в по­ стоянный и поступает на питание радиоаппаратуры.

Вибропреобразователь более экономичен по потреблению энергии, чем умформер. Его к. п. д. достигает 70%.

Системы питания с аккумуляторами удобны, однако они требуют организации заряда аккумуляторов. Заряд аккумуля­ торов производится на специальных зарядных базах, на кото­ рых имеются зарядные электростанции, состоящие из двига­ теля внутреннего сгорания и генератора постоянного тока.

АНТЕННЫЕ УСТРОЙСТВА

Антенны войсковых радиостанций должны быть надежны в работе, удобны для переноски, эксплуатации и маскировки.

Наиболее простой тип войсковой антенны — это штыревая антенна, получившая широкое практическое применение. Шты­ ревые антенны бывают различной высоты (от 1,5 до 20 м) и обычно состоят из отдельных колен. Если штырь имеет теле­ скопическую конструкцию, то его трубчатые колена выдви­ гаются одно из другого. Для небольших антенн никакой от­ дельной опоры или оттяжек не требуется.

Чтобы увеличить дальность действия радиостанции, штыре­ вые антенны часто снабжают металлическими «звездочками», которые 'навинчиваются на верхнее колено штыря (дальность увеличивается в полтора,—два раза). При этом увеличивается ток, проходящий по антенне, так как емкость между концом антенны и землей возрастает.

Кроме штыревых антенн, применяются вертикальные ан­

46

тенны из гибкого провода, подвешенного на жестких опорахмачтах.

Вертикальные антенны большой высоты обычно имеют про­ тивовес. На рис. 16 изображена вертикальная антенна с метал­ лической «звездочкой» на конце. Противовес здесь состоит из четырех лучей. Провода противовеса с проводом антенны об­ разуют как бы конденсатор. Емкость такого «конденсатора» увеличивается при увеличении числа лучей и их длины.

Рис. 16. Вертикальная антенна с противовесом (антенна со „звездочкой" подвешена на мачте)

Для получения оптимальной излучаемой мощности необхо­ димо добиться 'наибольшей величины тока в антенне. Это до­ стигается настройкой антенны в резонанс с частотой колеба­ ний передатчика, при этом дальность действия радиостанции

увеличивается.

Практически настройка антенны осуществляется измене­ нием индуктивности катушки или емкости конденсатора, вклю­ чаемых в антенну.

Большинство современных переносных радиостанций рабо­ тает в широком диапазоне частот. Для настройки антенны в заданном диапазоне приходится включать секционированную катушку (или вариометр) и конденсатор переменной емкости.

47

Подбором числа витков катушки осуществляется грубая на­ стройка антенны, а изменением емкости конденсатора — точ­ ная настройка.

Штыревые антенны излучают энергию радиоволн в раз­ ных направлениях неравномерно. Степень неравномерности из­ лучения любой антенны изображается графически в виде кри­ вой, называемой диаграммой направленности антенны. На рис. 17 изображена диаграмма направленности излучения вер-

Излучения

нет

Рис. 17. Диаграмма направленности штыревой антенны:

а — в вертикальной плоскости; б — в горизонтальной плоскости; в — объемное

изображение диа! раммы направленности

тикального штыря в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Радиоволны наибольшей мощности излучаются штыре­ выми антеннами вдоль земной поверхности. С увеличением угла . к горизонту излучаемая мощность уменьшается. В вер­ тикальном направлении радиоволны' не излучаются, поэтому, например, для связи с самолетами эти антенны малопригодны.

Рис. 18. Штыревая антенна с противовесом и ее диа­ грамма направленности в горизонтальной плоскости

48