Тенденции развития радиопередающих устройств
Большинство каскадов современных радиопередатчиков выполняются только на цифровых и аналоговых микросхемах. Электронные (мощные усилительные лампы) и дискретные полупроводниковые приборы (в основном полевые транзисторы) используются лишь в выходных каскадах усилителей передатчиков большой и сверхбольшой мощности.
Когда передатчик работает на одной фиксированной частоте, задающий генератор содержит соединенные последовательно маломощный высокостабильный кварцевый генератор и нескольких усилительных каскадов. Если число рабочих частот передатчика не превышает 10, то в тракте возбудителя используют несколько кварцевых генераторов или один автогенератор с переключающимися кварцевыми резонаторами. В. настоящее время в качества задающих генераторов возбудителя в основном применяются цифровые синтезаторы частот. Высокостабильные задающие генераторы на основе синтезаторов частот могут работать в диапазоне 100...200 МГц. Однако изготовление передатчиков с кварцами на более высокие частоты встречает серьезные технологические трудности.
Применение умножителей частоты в каскадах передатчиков позволяет и в СВЧ-диапазоне на частотах 1... 100 ГГц получать колебания, стабильность которых определяется кварцем задающего генератора. В передатчиках низкочастотного диапазона обычно используются транзисторные умножители частоты, однако с увеличением несущей частоты и переходом в область СВЧ параметры транзисторных умножителей частоты и усилителей мощности заметно ухудшаются. Поэтому в выходных каскадах передатчиков выгодно применять варакторные умножители частоты. Наиболее важными показателями умножителей частоты, применяемых в радиопередающих устройствах, являются коэффициент умножения, выходная колебательная мощность, коэффициент гармоник и КПД.
Требуемые уровни выходной мощности достигаются методами сложения мощностей нескольких идентичных узлов выходных каскадов. Сравнительно простым методом сложения является параллельный, когда транзисторные усилители мощности подключаются к нагрузке параллельно друг другу. Однако при этом резко ухудшается устойчивость усилительных каскадов, а выходная мощность передатчика оказывается заметно ниже их суммарной мощности. Повышение выходной мощности передатчика в нагрузке и взаимная развязка транзисторных усилителей обеспечивается мостовыми схемами сложения мощностей. В таких схемах сумматоров каждый усилительный прибор работает самостоятельно на оптимальную для него нагрузку, а режимы работы всех каскадов не зависят друг от друга. При этом повышается надежность работы передатчика, поскольку выход из строя одного из нескольких усилительных каскадов лишь снижает мощность в передающей антенне.
Рис. 8.5. Схемы мостовых сумматоров:
а — обобщенная; б — реальный вариант
Наиболее часто применяемая в радиопередающих устройствах обобщенная схема мостового сумматора показана на рис. 8.5, а. В этой схеме суммирования для устранения взаимного влияния усилителей мощности подбирают элементы так, чтобы Rн = Rб и z1 = z2, т. е. устанавливают режим баланса моста. Мощности усилителей А и В суммируются в сопротивлении нагрузки RН (на выходе схемы) тогда, когда амплитуды и фазы комплексных токов IA и IB будут одинаковы. В балластном резисторе Rб эти же токи взаимно компенсируются. Если в качестве нагрузки RH используется антенна, то на ее выходе будет выделяться суммарная мощность.
На рис. 8.5, б представлен реальный вариант мостового сумматора.
Наиболее перспективным направлением в увеличении излучаемой мощности передатчика является способ суммирования мощностей в пространстве с помощью антенной системы. В такой системе каждый усилитель мощности питает автономную, как правило, малогабаритную антенну — излучатель. Излучатели располагаются так, чтобы электромагнитная связь между ними была слабой. Если сигналы излучателей сформированы соответствующим образом, то мощность, излучаемая антенной системой, складывается в пространстве и практически равна сумме мощностей всех усилителей мощности. Такая сложная излучающая электромагнитную энергию система относится к антеннам типа ФАР.
Литература: В.И. Нефедов, “Основы радиоэлектроники и связи”, Издательство «Высшая школа», Москва, 2002.