Предисловие

Настоящее пособие написано в соответствии с программой курса ''Радиопередающие устройства'' и составлено на основе лекций в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики.

Пособие содержит изложение теории генератора с независимым (внешним) возбуждением, вопросов его схемотехники и методов управления колебаниями высокой частоты. Подробно рассмотрены методы модуляции и манипуляции в передатчиках различного назначения. Три раздела посвящены теории автогенераторов и проблемам стабилизации частоты. Основы методов расчета режимов и элементов генератора рассматриваются в соответствующих разделах пособия.

Вопросы проектирования и конструирования в пособии не рассматриваются, т.к. они представляют собой предмет особого курса.

Глава 1 Общие сведения о радиопередающих устройствах

1.1 Общие сведения.

Радиопередающие устройства предназначены для генерирования и формирования радиосигналов и представляют собой составную часть большинства существующих систем телекоммуникаций.

Генерацией называется преобразование энергии источников постоянного тока в энергию колебаний высокой частоты (ВЧ). Соответственно под формированием радиосигналов понимается управление (модуляция) одним из параметров ВЧ колебания (амплитудой, частотой, фазой) в соответствии с передаваемым сигналом. Модуляция цифровым сигналом получила название - манипуляция.

Упрощенная структурная схема радиопередающего устройства (передатчика)представлена на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Структурная схема пердатчика

В – возбудитель, обеспечивающий генерирование высокостабильных колебаний ВЧ.

ГВВ – генератор с внешним возбуждением (усилитель мощности колебаний ВЧ УМ, предварительный усилитель - ПУ).

М – модулятор (манипулятор).

ЧМ – частотная модуляция (манипуляция).

ФМ – фазовая модуляция (манипуляция).

ОПМ – однополосная модуляция.

АМ – амплитудная модуляция.

Частотная, фазовая и однополосная модуляция, как правило, осуществляются в возбудителе. амплитудная модуляция - в выходных каскадах.

В рассматриваемом курсе изучаются только генераторы, модуляторы и возбудители. Остальные части радиопередатчика (источники питания, антенны) изучаются в соответствующих курсах.

1.2. Краткие сведения из истории радиопередающих устройств.

Днем изобретения радио считается 7 мая 1895г., когда А.С. Попов продемонстрировал первый радиоприемник, регистрировавший грозовые разряды. Первый передатчик, построенный также А.С. Поповым, был использован для передачи телеграфных сигналов 24 марта 1986г. В передатчике Попова с помощью искрового разряда были получены затухающие электрические колебания, частота и мощность которых определялась размерами антенны. Поэтому первые мощные передатчики искрового типа работали на частоте 15 – 30 кГц.

Затухающий характер колебаний на выходе искровых передатчиков не позволял работать в телефонном режиме и приводил к большому уровню помех. Мощность искровых передатчиков достигала 100 кВт, однако из-за указанных выше недостатков, уже в 1916 г. их строительство было прекращено.

На смену искровым передатчикам пришли дуговые и машинные передатчики. В дуговых генераторах использовалось отрицательное сопротивление на падающем участке вольтамперной характеристики дугового разряда; это позволяло скомпенсировать активные потери в колебательном контуре и получить незатухающие колебания. Впервые появилась возможность телефонной работы. Поскольку гасить и зажигать дугу было очень сложно, для телеграфной работы использовалась частотная манипуляция. Недостатки дуговых передатчиков обусловлены также инерционностью дугового разряда и трудностями обеспечения равномерного горения, которые не позволяли получить ВЧ колебания с необходимой стабильностью частоты.

Практически одновременно с дуговыми создавались машинные передатчики, основанные на принципах генераторов переменного тока промышленной частоты. Необходимость получения высоких частот привела к существенным изменениям конструкции машин. В этой области больших успехов достиг советский инженер (в последствии академик) В.П. Вологдин. Его машины отличались достаточно высокими к.п.д. и стабильностью частоты при мощности до 150 кВт. Основной недостаток машинных передатчиков – невозможность получения достаточно высоких частот.

В.П. Вологдин у разработанной им машины высокой частоты

П ервый генератор на электронной лампе был создан в 1913г. немецким инженером А. Мейснером. Совершенствование генераторных ламп шло очень быстро. Большую роль в этом сыграла Нижегородская радиолаборатория, которой руководил выдающийся советский инженер М.А.Бонч-Бруевич. Уже к 1925г. в этой лаборатории впервые в мире была создана электронная лампа мощностью 100 кВт. Конструкция ламп Нижегородской лаборатории была настолько совершенной, что практически не изменилась до наших дней. В дальнейшем вся передающая техника стала создаваться только на базе электронных приборов, сначала на электронных генераторных лампах, а затем с изобретением транзистора, и на твердотельных приборах. Современные передатчики в диапазоне до 1,5 МГц выпускаются только в транзисторном варианте, вплоть до 1000 кВт.

Ламповые и транзисторные генераторы позволили освоить частоты до 1000 МГц, а при относительно низких уровнях мощности (1-10 Вт) транзисторные генераторы способны работать до 10 ГГц. Сверхвысокие частоты М.А.Бонч-Бруевич

большой мощности стало возможным получать

после изобретения магнетрона, многорезонаторного клистрона и лампы бегущей волны (ЛБВ). Следует отметить, что в 20 – 40^-х годах отечественная электроника находилась на самых передовых рубежах науки и техники.

Огромный вклад в ее развитие внесли такие радиоспециалисты, как

М.А. Бонч-Бруевич, М.В. Шулейкин, А.И. Берг, А.П. Минц, З.И. Модель,

В.А. Котельников, М.С. Нейман.

М.В.Шулейкин А.И.Берг

Статьи, книги, учебники, написанные ими, заложили основы теории генератора значительно раньше, чем это было сделано в зарубежной печати.