7.4. Структурные схемы связных и

ВЕЩАТЕЛЬНЫХ ПЕРЕДАТЧИКОВ И ВОЗБУДИТЕЛЕЙ С ОМ

Современные передатчики с ОМ строятся в соответствии с требова­ниями ГОСТ [87, 88]. Эти требования регламентируют все главные характеристики передатчиков. Например, для KB передатчиков маги­стральной связи регламентированы номинальные мощности (1, 5, 20, 100 кВт), диапазон рабочих частот (1,5..30 МГц), относительная неста­бильность рабочей частоты (1...5)10⁻⁷, номинальный уровень входного модулирующего сигнала (0,775 В, 0 дБ), уровень нелинейных (−35 дБ по методу двух тонов), число и ширина полосы телефонных каналов и др. Эксплуатационные и конструктивные особенности передатчиков регла­ментируются техническими заданиями, по которым проектируются передатчики. Требования к вещательным передатчикам с ОМ в части ширины полосы передаваемого сигнала и уровня нелинейных искаже­ний ГОСТ пока не определены.

Построение структурных схем передатчиков с ОМ имеет ряд особен­ностей по сравнению, например, с передатчиками с AM. В гл.6 показано, что в передатчиках с AM, как правило, модуляция производится в оконечном каскаде (анодная, анодно-экранная в ламповых и коллектор­ная в транзисторных каскадах). В передатчиках с ОМ модулированный сигнал формируется на рабочей частоте в возбудителе, затем усилива­ется до необходимой мощности и подводится к антенне. Перенос опера­ции формирования ОМ сигнала в промежуточные каскады передатчика на более высокий уровень мощности не дает практических преиму­ществ, встречая при этом значительные трудности. В связи с этим в возбудителях передатчиков с ОМ всегда присутствует устройство, фор­мирующее сигналы для желательного вида работы (НЗЕ, R3E, J3E).

В соответствии с особенностями сигнала с ОМ, который можно рассматривать либо как два колебания (несущее и в боковой полосе), занимающих различные частотные полосы (см. (7.5) и рис.7.2), либо как произведение колебания изменяющейся во времени огибающей U_ог(t) и ВЧ колебания с угловой модуляцией cos[ω₀t + Ψ(t)], при построении передатчиков с ОМ можно реализовать три метода.

Первый метод заключается в том, что в возбудителе (рис.7.3,а) на рабочей частоте формируется однополосный сигнал (7.6), соответст­вующий желательному виду излучения, который подводится к мощному линейному усилителю (ЛУ) с линейной амплитудной характеристикой в пределах 0 < U_ог(i) < U_{ог max}. Линейный усилитель содержит предвари­тельные усилители (ПУ), мощный оконечный каскад — усилитель мо­дулированных колебаний (ОК−УМК) и колебательную систему (КС) для согласования оконечного каскада с антенной и подавления гармо­ник. Наличие в ЛУ мощного оконечного каскада, электронные при­боры которого для обеспечения линейной АХ должны работать в недонапряженном режиме, приводит к низкому промышленному КПД всего передатчика при усилении сигналов с переменной амплитудой. Однако благодаря простоте решения по этому методу построено подав­ляющее большинство передатчиков для радиосвязи, использующих из­лучение J3E. Поэтому в дальнейшем этот вариант передатчика с ОМ будем называть классическим.

Рис. 7.3. Структурные схемы передатчиков с ОМ

Второй метод — это метод раздельного излучения спектральных составляющих [17, 29]. В возбудителе (рис.7.3,б) на рабочей частоте формируются на раздельных выходах колебание с несущей частотой U_нcosω₀t (7.5) и колебание в боковой полосе U_б(t)cos[ω₀t + Ω_срt + Ф(t)]. Колебание несущей с постоянной амплитудой эффективно усиливается в предварительных усилителях (ПУН), затем в оконечном усилителе и через колебательную систему подводится к антенне А₁. Колебания в боковой полосе с переменной амплитудой усиливаются линейным уси­лителем, состоящим из предварительных усилителей (ПУБ), оконечно­го усилителя (ОК−УМК), колебательной системы (КС) и подводятся к антенне А₂.

Антенны А₁ и А₂ должны иметь одинаковые параметры, но быть разнесены в пространстве, чтобы исключить перекрестную модуляцию и обусловленные ею искажения, а значит, взаимовлияние через антен­ные цепи оконечных каскадов передатчиков несущей и боковой.

Таким образом, в этом варианте передающий комплекс с ОМ должен состоять из одного возбудителя и двух передатчиков со своими антен­нами. Такой комплекс рассматривается как одно из решений для радио­вещания с ОМ набольших мощностях. Решая вопрос целесообразности, необходимо учитывать, с одной стороны, сложность и громоздкость комплекса, использование двух антенн, с другой стороны, возможность обеспечить высокий промышленный КПД, приемлемый уровень иска­жений и незначительное излучение нежелательной боковой полосы.

Сущность третьего метода раздельного усиления составляющих сиг­нала с ОМ (7.6), или метода Кана [17, 28, 29] заключается в том, что в возбудителе (рис. 7.3,в) формируется однополосный сигнал, соответст­вующий нужному типу излучения, затем составляющие сигнала — оги­бающая U_ог(t) и ВЧ колебание с угловой модуляцией разделяются и подводятся к разным выходам. Колебание с угловой модуляцией и постоянной амплитудой Ucos[ω_нt + Ψ(t)] усиливается в предваритель­ных усилителях и подводятся к ВЧ входу оконечного каскада — пере­множителя. Колебание огибающей усиливается в мощном усилителе постоянного тока (МУО) и подводится к второму входу перемножителя. При реализации в ОК линейной операции перемножения в выходной цепи восстанавливается усиленный ОМ сигнал и через колебательную систему подводится к антенне.

Нелинейность операции перемножения, т. е. несоблюдение пропор­циональности амплитуд между выходным сигналом и сигналом на любом из входов при неизменной амплитуде сигнала на другом входе, приводит к неточному восстановлению сигнала с ОМ, т. е. к нелиней­ным искажениям.

В современных передатчиках в качестве мощных линейных перемно­жителей используются каскады с анодной, анодно-экранной или кол­лекторной модуляцией. Действительно, при этих видах модуляции на ВЧ входе каскада модуляции имеет место сигнал Ucosω₀t, а к другому входу — аноду или коллектору — подводится, например, Е_т( 1 + mcosΩt). В результате на анодной нагрузке выделяется амплитудно-модулированный сигнал U_т(1 + mcosΩt)cosω₀t, пропорциональный произведению исходных сигналов.

При использовании амплитудных модуляторов в передатчиках с ОМ для снижения нелинейных искажений реализуются все известные для передатчиков с AM меры улучшения линейности модуляционной харак­теристики (см. § 6.5 — 6.7).

Рассмотрим несколько детальнее структурные схемы передатчиков, реализующих три описанных выше метода.

Рис. 7.4. Структурная схема типового передатчика с ОМ

На рис. 7.4 приведена структурная схема классического передатчики с ОМ. Как было отмечено ранее, она состоит из двух частей: возбудителя и линейного усилителя.

В состав возбудителя входят: устройство предварительной обработ­ки передаваемого сигнала (ПОС), однополосный модулятор (ОМ), син­тезатор частот (СЧ), тракт переноса ОМ сигнала к рабочей частоте (ТП), выходной усилитель с автоматической регулировкой усиления. С выхода усилителя сформированный на рабочей частоте f_н ОМ сигнал подается на вход линейного усилителя.

Тракт ВЧ ЛУ содержит обычно несколько предварительных, обычно широкополосных усилителей, оконечный мощный усилитель, колеба­тельную систему для подавления гармоник, попадающих в диапазон передатчика, и, наконец, так называемый телевизионный фильтр, по­давляющий все излучения передатчика с частотами выше 30 МГц.

В составе ЛУ имеются также блок питания (БП), система охлаждения (СО) и блок управления (БУ). В передатчиках старых систем управление (смена рабочих частот, изменение режимов, включение, выключение и др.) либо полностью ручное, либо полуавтоматическое с предваритель­но фиксированными режимами. В современных связных передатчиках управление, контроль режимов и диагностика осуществляются с помо­щью процессорной системы, получающей команды и передающей их в исполнительные устройства.

На приведенной схеме в качестве источника колебаний поднесущих частот f₁ и f₄ изображен синтезатор частот, на выходах которого получа­ются сигналы с необходимыми постоянными поднесущими частотами (например, f₁) и на одном выходе — сигнал с частотой, которая может по желанию выбираться из сетки частот в определенном диапазоне. Именно с помощью этой частоты и устанавливается рабочая частота сигналов Ни выходе передатчика. Синтезаторы современных однопо­лосных передатчиков (см. гл. 4) — это сложные высокочастотные уст­ройства, обеспечивающие получение постоянных и переменных поднесущих частот с очень малой нестабильностью (1·10⁻⁷...1·10⁻⁹).

В маломощных передатчиках или в передатчиках старых выпусков можно встретить вместо синтезатора частот два-три независимых гене­ратора, из которых один-два работают на неизменных частотах, частота же последнего с помощью перестраиваемого контура либо сменой квар­цевых резонаторов может меняться в необходимых пределах.

В зависимости от выходной мощности передатчика ЛУ может состо­ять из двух-трех усилительных каскадов. Для упрощения настройки передатчика первые один-два каскада выполняются в виде широкопо­лосных ненастраиваемых усилителей. Последние один-два каскада мощных передатчиков обычно представляют собой резонансные усили­тели. В передатчиках средней и малой мощности (Р_{1 max} < 1...5 кВт) последний каскад также выполняется в виде широкополосного усилите­ля на лампах или транзисторах (см. гл. 3).

Колебательная система выходного каскада служит для подавления излучения на гармониках, а также для согласования сопротивлений. В современных однополосных передатчиках колебательная система вы­полняется обычно в виде одного или двух связанных П-образных кон­туров (см. § 3.5). На выходе одного П-образного контура или между первым и вторым контуром обычно включается переменный элемент связи для получения оптимальной загрузки передатчика. Применяемая в настоящее время однотактная схема УМК существенно проще при выполнении, чем двухтактная. Однако в связи с использованием однотактных схем возникла известная трудность согласования их с симмет­ричными KB антеннами. Для передатчиков мощностью 20... 100 кВт разработаны симметрирующие трансформаторы с ферритовыми сер­дечниками. При мощности более 100 кВт применяют симметрирующие трансформаторы без сердечников. Передатчики же старых типов мощ­ностью свыше 50 кВт часто имеют двухтактную схему выходного каскада.

Элементная база современных возбудителей — транзисторы и мик­росхемы. В предварительных каскадах ЛУ используются транзисторы, чаще полевые, для получения возможно более низких уровней нелиней­ных искажений. В оконечных каскадах ЛУ малой и средней мощностей (до 5 кВт) применяются тетроды и транзисторы в зависимости от назна­чения передатчика. В ОК ЛУ большой мощности (свыше 10 кВт) исполь­зуются, как правило, тетроды с высоким K_Р.