Структурная схема РПДУ

Разнообразные типы радиопередатчиков выполняются как комбинация соответствующих каскадов и блоков. Обобщенная структурная схема РПДУ представлена на рис. 2.1. Возбудитель служит для формирования сетки рабочих частот с требуемой стабильностью. При небольшом числе рабочих частот возбудитель строится по принципу «кварц - волна», что означает: каждой из частот соответствует свой кварцевый автогенератор. Переход с одной частоты на другую осуществляется с помощью электронного коммутатора.

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема РПДУ

При большом числе частот возбудитель представляет собой цифровой синтезатор частот, в состав которого входит кварцевый автогенератор, называемый опорным, делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) и устройство автоматической подстройки частоты. Такой синтезатор может быть построен на основе большой интегральной микросхемы. Частота кварцевых автогенераторов обычно не превышает 100 Гц. Поэтому при частоте передатчика больше данного значения в устройство включаются умножители частоты, повышающие частоту сигнала в необходимое число раз. Получение требуемой выходной мощности радиопередатчика осуществляется с помощью блока усиления мощности, каскадно-включенных ВЧ или СВЧ генераторов с внешним возбуждением. При выходной мощности передатчика, превышающей мощность одного прибора, в выходном каскаде происходит суммирование мощностей генераторов. Между выходным каскадом радиопередатчика и антенной включается антенно-фидерное устройство (АФУ). В состав АФУ входят: фильтр для подавления побочных излучений радиопередатчика, датчики падающей и отраженной волны и согласующее устройство. При работе в СВЧ диапазоне вместо последнего обычно применяется ферритовое однонаправленное устройство - вентиль или циркулятор. Частотная модуляция осуществляется в возбудителе радиопередатчика, фазовая - в возбудителе или ВЧ умножителях и усилителях, амплитудная и импульсная - в ВЧ усилителях. С помощью блока автоматического управления выполняются автоматическая стабилизация параметров радиопередатчика (в первую очередь, мощности и температурного режима), защита при нарушении нормальных условий эксплуатации (например, при обрыве антенны) и управление (включение-выключение, перестройка по частоте). При составлении и расчете структурной схемы транзисторного радиопередатчика исходят из его назначения, условий работы и следующих основных параметров: — выходной мощности, подводимой к антенне; - диапазона рабочих частот, стабильности частоты, вида модуляции и характеристик модулирующего сигнала.

Общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика

где - мощность сигнала, поступающего в антенну;

- коэффициент передачи АФУ; - мощность сигнала возбудителя (обычно <10... 20 МВт).

Тот же параметр, выраженный в децибелах относительно мощности в 1 Вт: (2.1)

где , - мощность, Вт.

Общий коэффициент умножения по частоте

(2.2)

где - диапазон частот радиопередатчика; - диапазон частот возбудителя.

Исходя из значения , равного произведению коэффициентов умножения отдельных каскадов, определяется число умножителей, каждый из которых имеет значение =2...3.

Общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика есть произведение коэффициентов усиления отдельных каскадов. Выбрав тип электронного прибора в каждом из каскадов и определив по справочнику или рассчитав значения коэффициентов усиления данных приборов, можно составить структурную схему проектируемого радиопередатчика. Рассмотрим пример при следующих исходных данных: мощность сигнала, передаваемого в антенну, =20 Вт; коэффициент передачи АФУ составляет 0,8 или 1 дБ; мощность возбудителя =5 МВт. Согласно (2.1) общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика

или =5000.

Например, при коэффициенте усиления одного электронного прибора, равном 10 дБ, т.е. в 10 раз по мощности, для получения общего коэффициента усиления в 37 дБ потребуется четыре последовательно включенных ВЧ генератора - усилителей мощности ВЧ колебаний.

2.4. Параметры радиопередатчика

К основным параметрам радиопередатчика, характеризующим его технические показатели, относятся:

диапазон частот несущих колебаний ;

число частот N внутри этого диапазона. В самом простом случае радиопередатчик может быть одночастотным и тогда ;

шаг сетки рабочих частот в заданном диапазоне, определяемый согласно выражению

, (2.3)

где . Радиопередатчик может работать на любой из фиксированных частот внутри диапазона (рис. 2.2). Например, радиопередатчик системы УКВ самолетной радиосвязи работает в диапазоне частот 118...136 МГц при шаге =25 кГц, общее число частот согласно (3.1) N=721.

Недопустимо излучение радиопередатчика не только вне закрепленного за ним диапазона частот , но и на частоте, отличной от фиксированной сетки частот, например между частотами и ; нестабильность частоты несущих колебаний. Различают абсолютную и относительную нестабильность частоты, долговременную и кратковременную.

Абсолютной нестабильностью частоты называется отклонение частоты излучаемого радиопередатчиком сигнала от номинальногo значения частоты . Например, =120 МГц, а фактически радиопередатчик излучает сигнал с частотой =119,9994 МГц. Следовательно, абсолютная нестабильность частоты

120 - 119,9994 МГц = 0,0006 МГц = 0,6 кГц. Относительной нестабильностью частоты называется отношение абсолютной нестабильности частоты к ее номинальному значению:

(2.4)

Согласно (2.4) в рассмотренном примере относительная нестабильность

=0,000005= .

Рис. 2.2. Сетка частот генератора

В современных радиопередатчиках относительная нестабильность частоты обычно не превышает (2...3) . Но в некоторых случаях, например системах радионавигации, к этому параметру предъявляются еще более жесткие требования: в них следует иметь .

В режиме несущих колебаний радиопередатчик излучает сигнал

,

где - частота несущих колебаний.

Спектр такого колебания имеет одну составляющую (рис. 2.3, а). При любом виде модуляции - амплитудной, частотной, фазовой и импульсной - спектр сигнала становится или линейчатым (рис. 2.3, б), или сплошным (рис. 2.3, в), занимая определенную полосу частот .

Рис. 2.3. Спектры несущего и модулированного колебаний

Для этого спектра выделяется определенная полоса частот , При этом следует соблюдать неравенство , т.е. спектр сигнала должен укладываться в выделенную для него полосу. В противном случае излучения одного радиопередатчика могут мешать другим радиопередатчикам, проникая в выделенные для них полосы излучения.

выходная мощность несущих колебаний - активная мощность, поступающая из радиопередатчика в антенну. Антенна имеет входное комплексное сопротивление . Поэтому при измерении выходной мощности радиопередатчика антенна может быть заменена эквивалентным сопротивлением . Мощность, рассеиваемая в активной составляющей сопротивления , и есть выходная мощность радиопередатчика , излучаемая антенной (рис. 2.4, а).

Рис. 2.4

Мощность можно определить и вторым способом при непосредственном подключении радиопередатчика к антенне. По связывающему их фидеру распространяются две волны: в прямом направлении - падающая, в обратном - отраженная от антенны (рис. 2.4, б). При этом мощность радиопередатчика (2.5)

где - мощность падающей волны; - мощность отраженной волны;

суммарная мощность, потребляемая радиопередатчиком от источника или блока питания по всем цепям,

коэффициент полезного действия, или промышленный КПД, определяемый как отношение выходной мощности радиопередатчика к потребляемой: .

Вид модуляции и определяющие его параметры. При амплитудной модуляции таким параметром является коэффициент модуляции , при частотной - девиация частоты , A при фазовой - девиация фазы при импульсной - длительность импульса и период их повторения Т. Параметры передаваемого сообщения. Таким сообщением может быть речевая, факсимильная, телевизионная, телеметрическая и другая разнообразная информация, в том числе и считываемая с компьютера. Сообщение может передаваться в форме аналогового (рис. 2.5, а) или цифрового сигнала (рис. 2.5, б). При аналоговом сообщении основным характеризующим его параметром является полоса частот спектра сигнала, при цифровом — число бит в секунду (битом называется единица цифровой информации при двоичном коде это 1 или 0). Параметры, характеризующие допустимые искажения передаваемого сообщения. В результате процесса модуляции, т.е. наложения на несущие колебания исходного сообщения, последнее претерпевает некоторые изменения или, иначе говоря, искажается. В каждом конкретном случае устанавливается вид и норма на эти искажения. Например, при передаче сообщения в виде синусоидального сигнала таким параметром является коэффициент нелинейных искажений, определяющий появление в исходном сигнале 2, 3-й и последующих гармоник.

Рис. 2.5

При передаче импульсных сигналов искажения можно характеризовать по изменению формы сигнала - допустимой длительности фронта. Побочные излучения радиопередатчика. В идеальном случае радиопередатчик должен излучать только сигнал на частоте несущей, и его спектр должен укладываться в выделенную полосу частот (рис. 2.6, а). Однако по нескольким причинам, основной из которых является нелинейный характер процессов, протекающих в каскадах радиопередатчика, в спектре излучаемого им сигнала появляются побочные составляющие (рис. 2.6, б). Побочные излучения, лежащие за пределами, но вблизи выделенной полосы частот, называются внеполосными. Кроме них радиопередатчик может излучать гармоники - сигналы с частотой , и т.д., а также субгармоники - сигналы с более низкой частотой . Кроме того, возможно излучение так называемых «паразитных» колебаний, причиной возникновения которых является самовозбуждение в усилительных каскадах радиопередатчика. Возникновение «паразитных» колебаний должно быть практически исключено.

Поскольку полностью исключить побочные излучения нельзя, особенно в мощных радиопередатчиках, то устанавливается норма на их значение или в абсолютных единицах (т.е. указывается, что мощность такого то побочного излучения не должна превышать N МВт), или в относительных единицах к мощности основного, полезного излучения. Обычно эта норма составляет не менее -60 дБ, т.е. по мощности побочное колебание должно быть меньше мощности основногo не менее чем в 10 раз.

Рис. 2.6. Нелинейные преобразования сигнала

На некоторых частотах эта норма может достигать -100 дБ, - 110 дБ и т.д. Нормы, связанные с управлением радиопередатчика: время установления в нем нормального режима работы после включения, время перехода с одной частоты несущей на другую, режим полной или частичной мощности излучения и другие требования. Нормы на надежность и долговечность, массу и габаритные размеры радиопередатчика устанавливают в соответствии с общими нормами для радиотехнической аппаратуры. В радиопередатчиках повышенной мощности устанавливаются специальные нормы, диктуемые техникой безопасности.