Устройство бесшнурового телефона

В простейшем варианте бесшнуровой телефонный аппарат это устройство, стоящее из носимой микротелефонной трубки (НМТ) и стационарного блока (СБ), подключенного к абонентской линии телефонной сети общего пользования. Связь между этими блоками осуществляется по радиоканалу с использованием амплитудной (АМ) или частотной (ЧМ) модуляции. Таким образом, бесшнуровой телефон — это объединенные в одном устройстве радиостанция и электронный телефон (рис. 12.1) В СБ установлены все функциональные узлы, осуществляющие взаимодействие с телефонной линией, своя система управления и полноценная УКВ-радиостанция.

Схема управления включает такие устройства, как детектор вызова, звонок, реле захвата линии, полную DTMF-клавиатуру или только тональный генератор. Источником питания для СБ служит обычная электрическая сеть. В состав СБ входит также зарядное устройство для аккумуляторов, приемопередатчик, DTMF-клавиатура, микрофон и телефонный капсюль. И в СБ, и в НМТ установ­лены отдельные независимые управляющие микропроцессоры.

Для того чтобы бесшнуровой телефон мог работать в дуплексном режиме (т. е. чтобы по нему можно было говорить и слушать одновременно), прием и передача ведутся так, что сигналы от СБ к НМТ передаются на одной частоте, а от НМТ к СБ — на другой. Две частоты должны быть подобраны весьма тщательно, чтобы гарантировать при дуплексной работе отсутствие взаимных помех между передаваемым и принимаемым сигналами.

В старых моделях бесшнуровых телефонов используется единственная пара ча­стот. В большинстве случаев эти системы работают вполне надежно, но в некото­рых ситуациях в них возникают помехи от мощных радио- и телепередатчиков или расположенных поблизости других телефонов. В современных аппаратах можно выбирать частоты своих передатчиков, отстраиваясь от внешних помех. Большой набор частот не является панацеей, но в большинстве случаев все же по­зволяет подобрать канал связи, достаточно защищенный от местных помех.

В настоящее время используются бесшнуровые телефоны четырех основных частотных диапазонов для радиосвязи между СБ и НМТ: 31/40, 46/49, 250/380 и 900 МГц. Официально Минсвязь России разрешил использованию только два — 31/40 и 900 МГц. Диапазоны 46/49 и 250/380 МГц не разрешены к применению, поскольку в случае частотного диапазона 46/49 МГц происходит частичное пере­сечение с первым каналов телевидения, а радиотелефоны, работающие на частоте 250/380 МГц, затрагивают диапазоны, используемые в служебных целях.

Упрощенная структурная схема стационарного блока показана на рис. 1.

В СБ входит четыре группы функциональных узлов: приемник, передатчик, интерфейс телефонной линии (разговорная схема) и схема управления (МП). Источник питания СБ и зарядное устройство представляют собой отдельный функциональный узел.

Сигналы, передаваемые НМТ, принимаются антенной и поступают на усилитель радиочастоты (усилитель РЧ), в котором происходит их предварительное усиление. Радиосигналы содержат: несущую (синусоидальный сигнал с определенной частотой), спектральные компоненты речевого сигнала (в диапазоне ±4 кГц от несущей) и сигналы управления, которые координируют совместную работу СБ и НМТ.

В обычном телефоне при разговоре замкнут рычажный переключатель. В бес­шнуровом телефоне, когда вы нажимаете кнопку «Разговор» на НМТ, на СБ по­сылается соответствующий управляющий сигнал, приняв который, микропроцес­сор СБ вырабатывает команду включения реле захвата линии, контакты которого в данном случае эквивалентны рычажному переключателю. После включения реле захвата СБ начинает передавать на НМТ сигнал готовности от местной телефон­ной станции, и вы можете его слышать.

Рис. 1. Упрощенная структурная схема стационарного блока

 

Чтобы выделить речь и сигналы управления из принимаемого РЧ сигнала, его необходимо соответствующим образом преобразовать. РЧ сигнал поступает на один из входов смесителя, где он смешивается (перемножается) с сигналом гете­родина. В выходном сигнале смесителя содержится множество комбинационных (суммарных и разностных) частот входных сигналов (РЧ и гетеродина) и их гар­моник; но нас интересует только сигнал с частотой, равной разности между часто­тами РЧ сигнала и гетеродина. Этот полезный сигнал называется сигналом про­межуточной частоты (ПЧ). Значение ПЧ зависит от частоты как РЧ сигнала, так и гетеродина, а их обычно выбирают с учетом многих факторов: помехозащищенно­сти, простоты фильтрации, стабильности и т. п.

ПЧ сигнал усиливается в усилителе ПЧ и детектируется. Детектирование мо­жет быть как частотным, так и амплитудным в зависимости от вида модуляции. Прошедшие через формирователь логических сигналов управляющие импульсы поступают в схему управления на микропроцессор, а речевые сигналы проходят через усилитель звуковой частоты (усилитель ЗЧ) и подаются на ИС разговорной схемы для передачи их в телефонную линию.

Передача СБ сигналов речи и управления происходит несколько проще. Рече­вые сигналы из телефонной линии, прошедшие через ИС разговорной схемы, поступают на усилитель ЗЧ. Усиленный речевой сигнал (вместе с подмешанными управляющими сигналами) поступает на вход генератора несущей частоты, где и осуществляется модуляция радиосигнала.

Схема управления координирует работу всех узлов бесшнурового телефона. В СБ микропроцессор координирует процессы приема и передачи, формирует управляющие сигналы, передаваемые на НМТ, обрабатывает поступающие с него команды, детектирует сигналы вызова, вырабатывает необходимые импульсные или тональные наборные сигналы и взаимодействует с телефонной линией через соответствующий интерфейс. Совместно с МП могут использоваться одна или не­сколько ИС памяти для хранения постоянных программных инструкций и данных.

Телефонный интерфейс (разговорная схема) связывает СБ с телефонной ли­нией. При поступлении соответствующей команды с НМТ включается реле захва­та линии, и оно своими контактами подключает телефонную линию к разговор­ной схеме. По линии начинает протекать ток, что станция воспринимает, как если бы у обычного телефона была снята трубка. На СБ от телефонной станции поступает сигнал готовности, который передается по радиоканалу в НМТ. После этого с НМТ можно начинать набор номера.

Структурная схема НМТ (рис. 2.) содержит те же основные группы функци­ональных узлов, что и структурная схема стационарного блока [7], а именно при­емник, передатчик и схему управления. В большинстве НМТ устанавливается на­борная клавиатура, подключаемая непосредственно к микропроцессору. При наборе номера МП вырабатывает управляющие сигналы, которые передаются на СБ, преобразуются в соответствующие DTMF-сигналы и поступают в телефонную линию. Простейшая зарядная схема в виде защитного диода используется для подзарядки аккумуляторов НМТ, когда он лежит в гнезде СБ.

Сигнал, принимаемый антенной НМТ, подается на усилитель РЧ, который усиливает слабый радиосигнал, передаваемый стационарным блоком. Передавае­мый стационарным блоком РЧ сигнал содержит те же составляющие, что и «об­ратный» сигнал НМТ, и его преобразование в НМТ происходит точно так же, как и в СБ. Единственное отличие заключается в том, что выделенный из РЧ речевой сигнал поступает не на разговорную схему, а на телефонный капсюль или неболь­шой громкоговоритель.

Передача сигнала осуществляется НМТ тем же способом, который использо­ван в СБ, только в качестве источника сигнала выступает обычно электретный или электродинамический микрофон. Функции схемы управления НМТ также подобны функциям аналогичного узла СБ. Существуют, правда, некоторые отли­чия. Например, когда СБ обнаруживает сигнал вызова и передает соответствую­щую команду на НМТ, ее МП вырабатывает звуковой сигнал, чтобы предупредить вас о вызове. В НМТ большинства бесшнуровых телефонов устанавливается кла­виатура с полным набором цифр и управляющих кнопок. Сигналы с нее поступа­ют непосредственно на МП. В схему управления, как и в СБ, обычно включаются ИС памяти для хранения программных инструкций и данных.

В СБ и НМТ чаще всего используются укороченные штыревые антенны, име­ющие круговую диаграмму направленности. При этом радиоволны распространя­ются и принимаются по всем направлениям равномерно. Однако в реальных усло­виях в некоторых направлениях излучение антенны резко падает, что приводит к возникновению зон неуверенного приема, плохой слышимости или даже отсутст­вию связи.

Рис. 2. Структурная схема НМТ

 

Как известно, укороченные антенны, несмотря на использование электриче­ского удлинения, имеют низкий КПД (около 10%). Поэтому замена штатной ан­тенны бесшнурового телефона на четвертьволновую внешнюю антенну может значительно увеличить дальность связи. В последних моделях большое распро­странение получили короткие спиральные антенны. Такая антенна длиною в 3 раза меньше обычной обеспечивает такую же напряженность поля, как и настро­енная в резонанс штыревая. Другим достоинством спиральной антенны, выпол­ненной на гибком основании, является меньшая подверженность механическим повреждениям при эксплуатации.

При рассмотрении структурных, схем НМТ и СБ возникает естественный во­прос, каким образом можно одновременно подключить выход радиопередающего устройства (РПДУ) и вход радиоприемного устройства (РПУ) к единственной ан­тенне и сохранить при этом работоспособность бесшнурового телефона. Почему достаточно мощный сигнал РПДУ (выходное напряжение передатчика в антен­не — доли вольта или единицы вольт) не «забивает» собственный приемник (чув­ствительность приемника — единицы микровольт). Это объясняется тем, что, во-первых, прием и передача сигналов ведутся на двух различных частотах, а, во вторых, для развязки РПУ и РПДУ многие бесшнуровые телефоны снабжены спе­циальным устройством — дуплексором, представляющим собой систему колебате­льных контуров и высокочастотных трансформаторов. Дуплексор включается между антенной, входными цепями РПУ и выходными РПДУ. Он осуществляет высокую степень развязки приемника и передатчика, а также предотвращает шун­тирование входа РПУ низкоомным выходом РПДУ.

Как правило, передающие и приемные тракты бесшнурового телефона выпол­няются по классическим схемам узкополосных ЧМ устройств. Так, приемный тракт ЧМ сигнала строится по супергетеродинной схеме с одним или двумя пре­образованиями частоты. Частота первой ПЧ выбирается из условия подавления паразитного зеркального канала приема — порядка 10,7 МГц. Частота второй ПЧ выбирается в районе 455 кГц, на которой формируют полосу пропускания РПУ и обеспечивают основной коэффициент усиления. В качестве фильтров промежу­точной частоты обычно используют пьезокерамические фильтры. Последний кас­кад УПЧ является усилителем-ограничителем амплитуды сигнала. Он ограничива­ет импульсные и шумовые помехи, наложенные на полезный сигнал, и снижает его чрезмерно большой уровень. После разработки специализированных микро­схем для узкополосных ЧМ приемников во всех БШТ применяется частотно-фа­зовый детектор с опорным (фазосдвигающим) контуром.

Для 100%-ной надежности вхождения в связь СБ и НМТ во всех схемах бесшнуровых телефонов применяется кварцевая стабилизация частоты гетеродина или его подстройка с помощью петли ФАПЧ. При малом количестве рабочих ка­налов используется принцип формирования кварц-частота. Для организации бо­льшого числа рабочих каналов между СБ и НМТ используются интегральные син­тезаторы частоты с кварцевой стабилизацией и цифровым управлением. Разработ­ка специализированных микросхем синтезаторов частоты с ФАПЧ решила сразу несколько важных проблем — получение сетки рабочих частот одновременно для РПУ и РПДУ при одном кварцевом резонаторе, простое переключение рабочих каналов приемника и передатчика набором двоичного кода, упрощение схемы ВЧ тракта телефона.

Контрольные вопросы

2.1. Поясните назначение и функциональные возможности бесшнурового телефона

2.2. Поясните основные принципы построения радиотелефона

2.3. Приведите структурную схему и поясните принцип действия стационарного блока.

2.4. Приведите структурную схему и поясните принцип действия носимого блока.

2.5. Поясните назначение дуплексора.