Радиопередающие устройства

23.1. Классификация. Показатели. Требования.

Радиопередатчик — устройство для формирования радиосигнала, подлежащего излучению. В радиопередатчике генерируется коле­бание высокой частоты и модулируется один или несколько его параметров сигналом, подлежащим передаче. Усиленный модули­рованный радиосигнал подается в антенну и излучается ею в сво­бодное пространство.

Конструкция и применяемая элементная база радиопередатчика в первую очередь зависят от мощности и длины волны излучае­мого радиосигнала, а также от назначения и условий эксплуатации.

По назначению радиопередатчики делят на радиовещательные, телевизионные, связные, радиолокационные, навигационные и др. Назначение, очевидно, определяет свойства передаваемого сиг­нала. Например, связные передатчики предназначены для передачи телефонных или телеграфных сигналов. Ширина полосы частот спектра этих сигналов составляет несколько килогерц. Сигналы, передаваемые телевизионными передатчиками, занимают полосу частот до 6,5 мГц.

По условиям эксплуатации различают стационарные и неста­ционарные радиопередатчики. К нестационарным относятся радио­передатчики, устанавливаемые на подвижных объектах, например корабельные, самолетные, космические, автомобильные и перенос­ные радиопередатчики. Важнейшие показатели этих передатчи­ков— вес, габариты, мощность потребления. Мощность излучаемого радиосигнала, очевидно, зависит от времени, поэтому при класси­фикации радиопередатчиков пользуются средней мощностью, опре­деляемой как среднее значение мощности за время, превышающее наибольший период модулирующего сигнала.

По излучаемой средней мощности различают радиопередатчики: очень малой мощности (Р_~ < 3 Вт), малой мощности (Р_~ = 3 ÷ 100 Вт), средней (Р_~ = 100 Вт ÷ 10 кВт), большой (Р_~ = 10 ÷ 500 кВт) и сверхмощные (Р_~ > 500 кВт).

По диапазону волн современные радиопередатчики делят в со­ответствии с классификационной табл. 1.1 диапазонов электро­магнитных волн (см. § 1.1).

При разработке систем показателей, характеризующих радио­передатчик, его рассматривают как источник радиосигнала, как звено системы передачи информации, как изделие. Радиопередат­чик как источник характеризуется мощностью, отдаваемой в антенну, диапазоном излучаемых волн, промышленным коэффициен­том полезного действия, нестабильностью частоты и мощностью побочных излучений. Большинство из этих показателей не тре­буют пояснений, поэтому остановимся только на некоторых из них. Промышленный коэффициент полезного действия

η = Р_~ / P₀.

где Р_~ — средняя мощность, отдаваемая в антенну; Р₀ — мощность, потребляемая всеми каскадами передатчика из питающей сети. Этот коэффициент повышается с увеличением мощности передат­чика и достигает нескольких десятков процентов.

Нестабильность частоты радиопередатчиков определяется так же, как и нестабильность частоты генераторов (см. § 16.1). Тре­бования по нестабильности частоты постоянно повышаются. Вслед­ствие этого нестабильность частоты центральных радиопередатчи­ков страны близка к достигнутой нестабильности государственных эталонов (σ_f (τ) ≤ 10⁻¹³).

Как электрическая цепь радиопередатчик относится к классу нелинейных цепей, а в них, как известно, возникают нелинейные искажения сигнала. Продукты нелинейных искажений — высшие гармоники радиосигнала — также попадают в антенну и излуча­ются. Такие излучения называются побочными. Побочные излуче­ния радиопередатчика попадают в частотный диапазон других радиосредств и мешают их работе. Поэтому мощность побочных излучений должна быть достаточно малой. Допустимая мощность побочных излучений для различных радиопередатчиков различна и устанавливается нормативными документами.

Радиопередатчик является первым звеном системы передачи информации, поэтому приходится учитывать искажения переда­ваемого сигнала, вносимые передатчиком. В этом смысле радио­передатчики речевых сигналов, как и усилители, характеризу­ются коэффициентами частотных и нелинейных искажений, радио­передатчики импульсных сигналов — параметрами переходной функ­ции (см. § 14.1).

Как изделие радиопередатчик должен удовлетворять опреде­ленным конструктивным и климатическим требованиям, а также требованиям по надежности и безопасности в эксплуатации.

Специфические конструктивные требования, предъявляемые к радиопередаю­щим устройствам, обусловлены большой мощностью и высокими напряжениями. Первостепенное значение приобретают электрическая прочность, отвод теплоты, потери высокочастотной энергии в конструкции. Эти особенности отражаются уже в конструкции применяемых проводов, по которым текут токи высокой часто­ты. Широко используются медные и алюминиевые трубки без изоляционного покрытия. Отсутствие диэлектрического покрытия уменьшает потери на высоких частотах, улучшает теплоотдачу. Из-за поверхностного эффекта высокочастот­ные токи текут только в наружном слое и внутренняя часть проводника не имеет значения. Из-за сравнительно высокого нагрева (особенно в ламповых передатчиках) в радиопередатчиках используют диэлектрики с диэлектрической проницаемостью, слабо зависящей от температуры.

Конструкции стационарных и передвижных передатчиков также значи­тельно отличаются. В последних первостепенное значение имеют габариты и вес. Плата за уменьшение габаритов — большие потери высокочастотной энергии в конструкции.

Высокая надежность радиопередатчика достигается применением надежных элементов и резервированием. Для облегчения резервирования хороша блочная конструкция передатчика, что позволяет заменить отдельные неисправные блоки.

Безопасности эксплуатации достигают с помощью экранов и защитных заграждений, созданием совершенной системы блокировки и сигнализации, отключающей опасные напряжения при возможности доступа человека к эле­ментам с высоким напряжением. Все чаще находят применение необслуживае­мые, автоматически управляемые радиопередатчики.

Литература: А.А. Каяцкас, “Основы радиоэлектроники”, Издательство «Высшая школа», Москва, 1988.

4