21.6. Функциональные схемы и основные электрические характеристики рЁДиопередатчиков

Основными функциями, радиопе­редатчика являются: генерация коле­баний радиочастоты и управление одним из параметров этих колебаний по закону передаваемого сообщения. Устройства, выполняющие эти функ­ции, образуют два тракта: радио­тракт и управляющий тракт (рис. 21.31).

Радиотракт включает в себя следующие каскады:

возбудитель или опорный генера­тор (ОГ), представляющий собой маломощный генератор с само­возбуждением, как правило, стабили­зированный кварцем и создающий колебание с частотой /_г и сравнитель­но небольшой амплитудой U_r;

буферный каскад (БК), относя­щийся к классу генераторов с внеш­ним возбуждением и имеющий высокое входное сопротивление для уменьшения влияния последующих каскадов радиотракта на стабиль­ность частоты ОГ;

умножитель частоты (УЧ), пред­назначенный для увеличения частоты ОГ в целое число раз, /_р=/_г«, где /_р — рабочая частота передатчика с одновременным увеличением девиа­ции частоты Д/др = Д/дП при ЧМ;

промежуточный каскад (ПК), являющийся генератором с внешним

усиление колеоании радиочастоты по напряжению;

предоконечныл каскад (ПКК), являющийся генератором с внешним возбуждением и обеспечивающий предварительное усиление колебаний радиочастоты по мощности;

оконечный выходной каскад (ВК), являющийся генератором с внешним возбуждением и обеспечи­вающий заданную мощность колеба­ний радиочастоты в антенне (Ан) передатчика;

передающую антенну, преобразу­ющую модулированные колебания радиочастоты в радиоволны и излу­чающую их в пространство.

Структура управляющего тракта зависит от типа передатчика и вида источника сообщений. В частности, в служебных, радиотелефонных и ра­диовещательных передатчиках этот тракт, называемый трактом звуковой частоты, включает в себя следующие основные элементы:

микрофон ВМ, обеспечивающий преобразование акустических коле­баний в электрический сигнал звуко­вой частоты;

усилитель звуковой частоты {У341), предназначенный для увели­чения амплитуды напряжения звуко­вой частоты с выхода микрофона;

усилитель звуковой частоты (УЗЧ2) по мощности;

модулятор (МД), обеспечиваю­щий процесс управления одним из параметров колебания радиочастоты, в соответствии с колебаниями звуко­вой частоты.

В передатчиках с AM, которые в настоящее время применяются, как

процесс упразления амплитудой осу­ществляется в оконечных каскад!*, причем роль модулятора выполняет У342, создающий на базе траязи :то-ра ВК, необходимое напряке-ше ззуковой частоты.

В передатчиках с ЧМ косвенным

СПОСОбоМ, КОТОрЫе ВХОДЯТ В COCTiB

радиостанций служебной раоиосзя-зи, процесс управления частотой осуществляется в буфепчом каскаде, причем в качестве мо^ w гора чаще всего используется варикап. Коррек­тирующее звено (КЗ), стоящее на входе модулятора МД, обеспечивает преобразование ФМ в ЧМ.

В использующихся иногда пере­датчиках с ЧМ прямым способом модулятор подключается непосред­ственно к частотозадающему эле­менту ОГ.

Следует отметить, что радиотракт и тракт звуковой частоты передатчи­ков реальных радиосистем включают в себя ряд дополнительных эле­ментов, выполняющих специальные функции. Эти элементы и их функции будут рассмотрены при изучении конкретных типов аппаратуры радио­связи.

Рассмотрим теперь основные электрические параметры передатчи­ков (рис. 21.32).

Рабочая частота (f_P) —это средняя частота спектра основного излучения, совпадающая с несущей частотой модулированного колеба­ния. Передатчики, имеющие одну f_P, относятся к классу одноканальных передатчиков, передатчики с двумя и более /_р называются многоканаль­ными. Для последних вводится

частот, в пределах которого можно перестраивать передатчик, меняя /_р и оперативно переходя с одного канала на другой.

Относительная нестаби­льность рабочей частоты (A//f_p) характеризует значение отно­сительного отклонения /_р от номи­нального при воздействии внешних дестабилизирующих факторов и зави­сит от стабильности частоты ОГ.

Частотный разнос между соседними каналами (А/_Ск) — это интервал между смежными рабочими частотами одного многока­нального передатчика или двух одноканальных передатчиков. По современным нормам в служебных радиосистемах диапазонов СВЧ и УВЧ AfcK = 25 кГц.

Полоса частот основного излучения (А/с) совпадает с ши­риной спектра модулированного ко­лебания, которая при AM не зависит от глубины модуляции и равна

&f сам = 2/mas Э при ЧМ НЭХОДИТСЯ

в прямой зависимости от девиации частоты: Af_C4X = 2(F_max-\-Af_a).

Мощность основного из­лучения (Р_а) — это мощность ко­лебаний радиочастоты, создаваемая в антенне оконечным каскадом передатчика, от значения которой во многом зависит дальность надеж­ной радиосвязи. Кроме основного, любой передатчик имеет неосновные излучения, делящиеся на два вида: внеполосные и побочные.

Мощность внеполосных излучений (Р_в) — это мощность составляющих спектра, возникаю­щих за счет излишней глубины модуляции и примыкающих к полосе А/с

Мощность побочных

составляющих спектра с частотами, являющимися гармониками или суб­гармониками рабочей частоты, воз­никающими в каскадах умножения частоты и усиления из-за нелинейно­сти характеристик транзисторов.

Для исключения помех соседним радиолиниям должны выполняться условия Р„<Ра, Рп-СРл, причем отношения Рд/Рв и Ра/Ра должны быть не менее 60—70 дБ.

Контрольные вопросы

66. Чем отличается радиолиния от другихлиний связи?

67. Как зависит избирательность контура отего добротности?

68. Что такое «мягкий» режим само­возбуждения?

69. В чем смысл стабилизации частотыс помощью кварца?

70. Как изменится КПД генератора при6->-0 и почему?

71. В чем преимущество ЧМ косвеннымспособом?

Глаза 22. АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА

22.1. Передача энергии тока радиочастоты

Модулированные колебания ра­диочастоты передаются от выходного каскада передатчика к передающей антенне по фидеру. Фидер независи­мо от конструкции можно предста­вить в виде двух параллельных проводов (рис. 22.1, а), длина которых / много больше расстояния между ними d. Фидер относится к классу длинных линий с распреде­ленными параметрами. На каждом элементарном участке линия облада-

метрами: индуктивностью L\ и актив­ным сопротивлением R\ проводов, емкостью С\ и проводимостью о\ между проводами (рис. 22.1, б).

При возбуждении линии от источ­ника напряжения радиочастоты по­следовательным зарядом элементар­ных емкостей С\ через элементарные индуктивности L\ в ней появится падающая (прямая) волна тока и напряжения, двигающаяся от источника к концу линии. Если нагрузка Z_A (входное сопротивление антенны) не может поглотить энер­гию волны, то возникнет отраженная (обратная) волна. В результате комплексные напряжение и ток в сечении линии, находящемся на расстоянии х от ее конца, в идеаль­ном случае (R\ = 0, oi = 0) будут описываться уравнениями:

волновое сопротивле­ние линии;

- фазовая постоянная(а = 2лД);

— комплексные амплиту­ды напряжения и токав конце линии.

В зависимости от соотношения между р и Za линия может работать в режимах бегущих, стоячих или смешанных волн.

Переходя к действительным зна­чениям и_х и i_x, имеем

Отсюда следует, что напряжение и ток в каждом сечении линии синфазно изменяются во времени по

Режим бегущих волн устанавли­вается при согласовании линии с нагрузкой, когда ее активное сопротивление Ra = P- В этом случае отраженная волна не возникает, /₂р==[)₂ и уравнения (22.1) примут вид

при удалении от источника отстает от фазы u\(i\) на угол а(/ — х), что равносильно движению волны напря­жения (тока) от источника к нагруз­ке со скоростью v = l/^/LiCi, откуда и название режима. За счет синфаз-ности и_х и i_x линия представляет для источника активное сопротивление Явх= (U_m\/lnn) =p. В реальных лини­ях амплитуды и_х и i_x по мере приближения к нагрузке уменьша­ются по закону

■ коэффициент

затухания, характеризующий потери энергии при распространении вдоль ли­нии.

Режим стоячих волн устанавлива­ется в линии при отсутствии ее согласования с нагрузкой, например при коротком замыкании или размы­кании на конце (обрыв антенны). В последнем случае Za-*~°°, /2 = 0, появляется отраженная волна, и для мгновенных значений и_х и 1_Х с учетом формулы (22.1)

Следовательно, в данном режиме в каждом сечении линии и_х и i_x изменяются во времени по синусои­дальному закону со сдвигом по фазе на я/2. Изменения амплитуды u_x(i_x) вдоль линии обусловлены интерфе­ренцией падающей и отраженной волн, при которой в точках, где последние синфазны, возникает мак-phmvm (пучность) напряжения (то-

ка), а в точках, где они находятся в противофазе, возникает минимум (узел) напряжения (тока). При этом фаза Ux(ix) во всех сечениях линии одинакова, т. е. напряжение (ток) достигает максимума или минимума в один и тот же момент времени. Это равносильно пространственной непо­движности волны, откуда и название режима.

Разомкнутая линия без потерь за счет сдвига фаз между и_х и i_x имеет реактивный характер: Z_BX = jX_BX, где при х=1 в соответствии с формулой (22.4)

устройства, которые компенсируют отраженные волны в линии и обеспе­чивают в ней режим бегущих волн. К таким устройствам относятся четвертьволновый трансформатор и короткозамкнутый шлейф.

Конструктивно фидер выполня­ется в виде двухпроводных или коаксиальных линий. Двухпроводные линии (рис. 22.2, а) применяются в передатчиках низких, средних и высоких частот и имеют волновое сопротивление p = [-^\xjz)\n{d/r)]/n, где е, (д, — диэлектрическая и магнит­ная проницаемости изолятора. На бо­лее высоких частотах для исключения больших потерь на излучение (ан­тенный эффект) применяют коакси­альные линии (рис. 22.2, б) с jsojiho-

вым сопротивлением р = [-\/(ц/е)Х Xln{D/d)]/2n. В диапазоне сверхвы­соких частот энергия от передат­чика к антенне передается по спе­циальным волноводам.

Если активное сопротивление антенны Ra не совпадает с волновым сопротивлением линии p(R_A=£p)_y то в ней создается режим смешанных волн, для характеристики которого вводятся коэффициенты бегущей (/Сбв) и стоячей (/(_св) волн. При Ra>p K6b = p/Ra, Kc_B = Ra/p; при i?.4<p /Сбв и /Сев имеют обратную зависимость от R_A и р.

Эффективность передачи энергии по фидеру характеризует ее КПД, ко­торый равен отношению мощности колебаний на выходе (в антенне) /^э2 = 0,5(У_т2/ш2 к мощности на входе Pi = 0,5U_m\I_m\. В линии, согласован­ной с нагрузкой (R_A = p) с учетом по­терь (/?i=^= 0, (лФО), согласно фор­муле (22.3) щ = Р₂/Р1 = ехр(-2$1). Если линия не согласована с нагрузкой (КаФр), то за счет интерференции отраженной и падающей волн Р₂ и т)_ф дополнительно уменьшаются, в ре­зультате

Чтобы увеличить т)_ф, уменьшают