Общие сведения о радиопередающих устройствах

 

Большинство каскадов современных радиопередатчиков выполняются только на цифровых и аналоговых микросхемах. Электронные (мощные усилительные лампы) и дискретные полупроводниковые приборы (в основном полевые тран­зисторы) используются лишь в выходных каскадах усилителей передатчиков большой и сверхбольшой мощности.

Когда передатчик работает на одной фиксированной частоте, задающий ге­нератор содержит соединенные последовательно маломощный высокостабильный кварцевый генератор и несколько усилительных каскадов. Если число ра­бочих частот передатчика не превышает 10, то в тракте возбудителя используют несколько кварцевых генераторов или один автогенератор с переключающими­ся кварцевыми резонаторами.

В настоящее время в качестве задающих генера­торов возбудителя в основном применяются цифровые синтезаторы частот. Высокостабильные задающие генераторы на основе синтезаторов частот могут ра­ботать в диапазоне 100... 200 МГц. Однако изготовление передатчиков с кварца­ми на более высокие частоты встречает серьезные технологические трудности.

Применение умножителей частоты в каскадах передатчиков позволяет и в СВЧ-диапазоне получать колебания с частотами 1...100 ГГц, стабильность которых определяется кварцем задающего генератора. Наиболее важными показате­лями умножителей частоты, применяемых в радиопередающих устройствах, являются коэффициент умножения, выходная колебательная мощность, ко­эффициент гармоник и КПД.

Требуемые уровни выходной мощности достигаются методами сложения мощностей нескольких идентичных узлов выходных каскадов. Сравнительно простым методом сложения является параллельный, когда транзисторные усилители мощности подключаются к нагрузке параллельно друг другу. Од­нако при этом резко ухудшается устойчивость усилительных каскадов, а вы­ходная мощность передатчика оказывается заметно ниже их суммарной мощ­ности. Повышение выходной мощности передатчика в нагрузке и взаимная развязка транзисторных усилителей обеспечивается мостовыми схемами сло­жения мощностей. В таких схемах сумматоров каждый усилительный прибор работает самостоятельно на оптимальную для него нагрузку, а режимы рабо­ты всех каскадов не зависят друг от друга.

Радиопередающие устройства

Общие сведения о радиопередающих устройствах

1.1 Радиопередающее устройство является важным элементом радиотехниче­ских систем (и в частности систем связи) различного назначения. В боль­шинстве случаев масса, габариты, энергопотребление, надежность и срок службы радиосистем в первую очередь зависят от характеристик и парамет­ров радиопередающих устройств. В связи с этим совершенствование основ­ных показателей радиопередающих устройств является актуальной задачей.

 

1.2 Радиопередающие устройства предназначены для формирования колебании несущей частоты, модуляции их по закону передаваемого сообщения и излуче­ния полученного радиосигнала в пространство или передачи его по физическим линиям связи.

1.3 Структурно радиопередающие устройства состоят из передающей антенны и собственно радиопередатчика. Сформированные в передатчике информационные радиосигналы поступают в антенну и из­лучаются ею в свободное пространство в виде электромагнитных волн. Передатчики классифицируют:

- по назначению;

- диапазону рабочих волн (частот);

- излучаемой мощности;

- виду модуляции сигналов;

- условиям экс­плуатации.

1.4 По назначению передатчики бывают вещательными (радиовеща­тельные, телевизионные), связными, радиолокационными, навигационными, телеметрическими и другими.

1.5 По диапазону рабочих волн современные передатчики делятся в соответствии с классификационной таблицей диапазонов радиоволн и частот, например, километровые, метровые, дециметровые и т.д. Мы будем рассматривать в основном вещательные и связ­ные передающие устройства.

1.6 Радиовещание осуществляется в России в диапазонах километровых, гектометровых, декаметровых, метровых и дециметровых волн. В первых трех диапа­зонах традиционно используется амплитудная модуляция с шагом сетки ра­бочих частот порядка 10 кГц, а на двух последних — широкополосная частотная модуляция с шагом сетки рабочих частот 250 кГц. Телевизионное ве­щание ведется в диапазонах метровых, дециметровых и сантиметровых волн, при этом в звуковом канале используется частотная модуляция, а в канале изо­бражения — амплитудная модуляция с одной боковой полосой частот.

1.7 Конструкции, габариты и масса передатчиков в основном определяются средней излучаемой мощностью. Стабильность и устойчивость работы пере­датчика, оцениваемые по его способности сохранять свои электрические ха­рактеристики в допустимых пределах при воздействии окружающей среды (температуры, влажности, атмосферного давления, механических нагрузок, климатических и специальных воздействий) и изменении параметров ис­точника питания, определяются в основном конструкцией и элементной базой, на основе которой построен передатчик.

1.8 По средней излучаемой мощности передаваемых радиосигна­лов различают передатчики очень малой (менее 3 Вт), малой (3...100 Вт), средней (0,1...10 кВт), большой (10...100 кВт) и сверхбольшой (более 100 кВт) мощности.

1.9 По виду модуляции сигнала радиопередатчики (и радиоприем­ники) делятся на устройства с амплитудной, амплитудной балансной и одно­полосной, частотной, фазовой, импульсной, импульсно-кодовой и другими видами модуляции.

1.10 По условиям эксплуатации различают стационарные, бортовые (космические, корабельные, самолетные, автомобильные) и переносные (портативные) передатчики.

1.11 К основным параметрам передатчиков относятся:

- коэффициент полезного действия (КПД);

- нестабильность частоты несущего колебания;

- коэффициенты нелинейных и линейных искажений передаваемого сигнала;

- уровни внеполосного излучения.

1.12 Коэффициент полезного действия передатчика определяется следующей формулой:

 

h = Р_А / Р₀,

 

где Р_А — средняя мощность, отдаваемая в антенну; Р₀ — мощность, потребляе­мая устройством от всех источников питания.

КПД современных передатчиков достигает 30... 40 %, причем этот параметр повышается с увеличением излучае­мой мощности.

1.13 Нестабильность частоты — важнейший показатель, без учета которого не может быть обеспечена надежная работа любого радиоканала. В настоящее время нестабильность частоты центральных государственных передатчиков близка к достигнутой нестабильности государственных эталонов (10^-8 … 10^-9 — водородных, цезиевых).

1.14 Первым звеном любого канала связи является радиопередающее устройство, поэтому приходится учитывать и по возможности минимизировать искажения полезного сигнала, вносимые передатчиком. Наличие в передатчике нелинейных и параметрических цепей обусловливает появление нелинейных искажений передаваемых радиосигналов.

1.15 Искажения возникают в процессе модуляции, усиления и прохождения сигнала через различные цепи передатчика и линии связи. Все это приводит к искажениям или потере части информации на приемной стороне радиотехнической системы.

1.16 Возникающие при этом высшие гармоники радиосигнала излучаются передающей антенной в пространство. Побочные излучения в виде высших гармоник попадают в рабо­чий частотный диапазон других радиотехнических систем и создают им помехи в работе. Кроме нелинейных искажений, в передатчике возникают и линейные (частотные) искажения, связанные с прохождением радиосигналов через час­тотно-избирательные цепи с неидеальными АЧХ и нестрого линейными ФЧХ. Линейные искажения влияют на качество передачи только в своем канале.