Радиопередающие устройства

Автор: В. В. Шахгильдян
Издательство: Радио и связь
Год издания: 2003
Язык: русский
Страниц: 560

 

 

Краткое содержание

Предисловие

Глава 1. Общие сведения о работе радиопередающих устройств

Любая система радиосвязи включает в себя радиопередающее уст­ройство, функции которого заключаются в преобразовании энергии постоянного тока источников питания в электромагнитные колебания и управлении этими колебаниями.

Начало развития техники радиопередающих устройств относится к 1896 г., когда А. С. Попову удалось передать первую радиограмму на расстояние 250 м. В дальнейшем, используя на передатчике антенну, А. С. Попов смог увеличить дальность радиосвязи к 1897 г. до 5 км, а к 1899 г. до 45 км. В радиопередатчике А. С. Попова использовался единственно известный в то время принцип получения колебаний высо­кой частоты — с помощью искрового разряда. Отсюда название таких передатчиков — искровые. Упрощенная структурная схема радиопере­датчика приведена на рис. Процесс излучения энергии происходит в передатчике не непрерывно. Каждый пробой искрового промежутка в антенне приводит к возникновению быстрозатухающих колебаний (ан­тенный контур имеет малую добротность). При этом антенна служит не только элементом, излучающим электромагнитную энергию, но и эле­ментом, определяющим частоту радиочастотных колебаний.

Первые искровые передатчики излучали колебания исключительно широкого спектра, что, естественно, создавало помехи соседним радио­линиям. Для повышения добротности антенной колебательной системы (а, следовательно, уменьшения затухания высокочастотных колебаний) позднее разрядник был перенесен в дополнительный колебательный контур, индуктивно связанный с антенным контуром.

Наряду с совершенствованием искровых радиопередатчиков во вто­ром десятилетии XX века для генерации колебаний высокой частоты начали широко использоваться устройства, основанные на применении и других принципов. Так, были получены незатухающие радиочастот­ные (РЧ) колебания в резонансном контуре, присоединенном парал­лельно к вольтовой дуге (так называемые дуговые радиопередатчики). В указанных передатчиках использовалось наличие падающего участка вольт-амперной характеристики дуги, соответствующего отрицатель­ному сопротивлению. Это сопротивление компенсирует в контуре гене­ратора сопротивление потерь, в результате чего в нем возникают неза­тухающие колебания. Поэтому спектр излучения дуговых передатчиков уже, чем искровых. Радиотелеграфные сигналы передавались изменени­ем частоты РЧ колебаний с помощью замыкания и размыкания части витков катушки индуктивности колебательной системы.

Незатухающие колебания генерировались также с помощью элек­тромашин высокой частоты (так называемые машинные передатчики).

К концу 1914 г. дуговые и машинные радиопередатчики практически полностью вытеснили искровые. В нашей стране мощные дуговые пере­датчики были построены под руководством В.М. Лебедева и М.В. Шу- лейкина. Один из них мощностью 110 кВт в 1920 г. был установлен в Москве. В развитии техники машинных радиопередатчиков важную роль сыграли работы В. П. Вологдина, под руководством которого было создано несколько мощных машинных радиостанций. Машины В. П. Вологдина мощностью 50 и 150 кВт использовались на Ходынской радиотелеграфной станции в Москве в 1924—1925 гг.

Как дуговые, так и машинные радиопередатчики имели ряд сущест­венных недостатков: сложность генерирования, усиления и управления РЧ колебаниями в широком диапазоне частот и мощностей, низкая стабильность частоты, сложность проектирования и изготовления и т.д. Поэтому к 30-м годам указанные радиопередатчики были полностью вытеснены ламповыми.

Ламповые радиопередатчики впервые появились в 1914—1916 гг. Первые отечественные генераторные лампы были созданы в 1914 г. Н. Д. Папаклеси для передатчика в Царском Селе. В развитии и распро­странении ламповых передатчиков большую роль сыграла Нижего­родская радиолаборатория, организованная в 1918 г. Сотрудниками этой лаборатории являлись лучшие специалисты в области радио: М. А. Бонч-Бруевич, В. П. Вологдин, В. К. Лебединский, А. М. Кугу- шев, В. В. Татаринов, А. Ф. Шорин и др. Там под руководством М. А. Бонч-Бруевича была создана мощная генераторная лампа с внеш­ним анодом и водяным охлаждением. Мощность, отдаваемая лампой, доходила до 950 Вт.

Глава 2. Генератор с внешним возбуждением (ГВВ)

В передатчиках ГВВ могут выполнять разнообразные функции: уси­ливать РЧ колебания (усилители); повышать их частоту в целое число раз (умножители частоты); изменять амплитуду РЧ колебания по закону НЧ сообщения (амплитудные модуляторы). В качестве активного эле­мента ЭП, преобразующего энергию постоянного тока в энергию РЧ колебаний, в ГВВ применяют триоды, тетроды, пентоды, лампы бегу­щей волны (ЛБВ), пролетные клистроны, биполярные и полевые тран­зисторы. Используемые в передатчиках ГВВ возбуждаются, как правило, гармоническим током или напряжением и должны создавать на нагрузке также гармоническое напряжение. В промежуточных кас­кадах это необходимо для того, чтобы обеспечить возбуждение после­дующих каскадов гармоническим током или напряжением, а в оконечных — чтобы не излучать в пространство сигналы на гармониках рабочей частоты, мешающие другим системам.

Схемы ГВВ, выполняющие различные функции, весьма разнообраз­ны. Они приводятся в последующих главах. На рис. для примера приведены простейшие схемы трех ГВВ. Входная цепь ГВВ на транзис­торе  содержит источник возбуждения, разделительный кон­денсатор  м резистор  для прохождения постоянной составляющей базового тока. Первая гармоника 1 проходит от источника возбужде­ния через  промежуток база-эмиттер. Коллекторная цепь питается от источника с напряжением.

Глава 3. Схемы генераторов с внешним возбуждением

В гл.2 при изучении теории генераторов с внешним возбуждением основное внимание уделялось особенностям работы (режимам работы) мощных ЭП с целью получения наилучших энергетических показателей. В этой главе будут рассмотрены особенности построения пассивных цепей, устанавливаемых на входе и выходе ЭП в ГВВ, т. е. схемы гене­раторов, а также ряд специальных вопросов: параллельное и двухтакт­ное включения ЭП, сложение мощностей большого числа ВЧ генера­торов, выходные фильтрующие цепи и цепи согласования с антенной.

Пассивные цепи, входящие в ГВВ, условно можно разделить на цепи связи (ЦС), реализующие Заданные характеристики ЭП по переменному току, и цепи питания и смещения, обеспечивающие подачу на ЭП посто­янных напряжений. Поэтому сперва рассмотрим построение ЦС отдель­но для узко- (резонансных) и широкодиапазонных генераторов, а затем цепи питания этих генераторов по постоянному току.

Между источником ВЧ сигнала, ЭП и нагрузкой включаются ЦС, которые разделяются на входные, межкаскадные и выходные. В качест­ве примера рассмотрим двухкаскадный генератор, структурная схема которого приведена на рис.

Различают три основных типа катушек переменной индуктивности: катушки с изменяющимся числом витков; вариометры с вращающейся или перемещающейся одной катушкой-ротором внутри другой катуш­ки-статора; магнитные вариометры. Катушки первого типа имеют ци­линдрическую или спиральную намотку. Вращением скользящего контакта катушки можно изменять число действующих витков катушки и, следовательно, ее индуктивность. Для обеспечения лучшего скользя­щего контакта катушку наматывают лентой или трубкой прямоуголь­ного профиля. Во избежание резонанса в нерабочей части катушки ее витки обычно замыкаются дополнительными скользящими контакта­ми. У катушек второго типа — вариометров — суммарная индуктив­ность определяется индуктивностями катушки-ротора и катушки- статора и взаимной индуктивностью между ними, значение которой изменяется путем вращения ротора или перемещением спирали, укреп- ленной^на подвижной раме. Вариометры с вращающимся ротором имеют цилиндрическую или сферическую форму намотки, а с переме­щающейся спиралью — плоскую. Магнитные вариометры выполняют­ся на основе магнитопровода из феррита, имеющего дополнительную подмагничивающую обмотку. При изменении тока в этой обмотке из­меняется магнитная проницаемость магнитопровода и, следовательно, индуктивность вариометра.

В отличие от катушек индуктивностей конденсаторы выполняются промышленностью в широком ассортименте.

Глава 4. Возбудители радиопередатчиков

В состав любого радиопередающего устройства входит возбудитель (см. обобщенную структурную схему радиопередатчика, определяющий частоту его колебаний. Возбудитель современного ра­диопередатчика — сложное и дорогостоящее устройство, со­стоящее в общем случае из синтезатора частоты (СЧ), выраба­тывающего одно или несколько выходных когерентных колебаний с заданными частотами, формирователя видов работ (ФВР) на фиксиро­ванной поднесущей частоте, и тракта переноса (ТО) сформированных колебаний в рабочий диапазон частот. Кроме того, в составе боль­шинства возбудителей имеется автономный блок питания. Следует от­метить, что в простейших передатчиках, работающих на ограниченном числе фиксированных частот, синтезатор может отсутствовать. При этом возбудитель содержит один или несколько высокостабильных кварцевых генераторов.

Возбудитель радиопередатчика характеризуется следующими основ­ными параметрами: диапазоном частот рабочего колебания, характе­ром изменения рабочей частоты (плавный или дискретный), общим числом фиксированных частот (или шагом сетки частот), нестабильнос­тью частоты и фазы, уровнем побочных спектральных составляющих, характеристиками управления возбудителем (ручное или дистанцион­ное), инерционностью перестройки, выходным напряжением на задан­ном сопротивлении нагрузки, видами работ, формируемыми в возбу­дителе, качественными показателями формируемых видов работ, усло­виями эксплуатации.

Глава 5. Устойчивость работы генераторов с внешним возбуждением

Теоретические понятия «устойчивость» или «неустойчивость» обыч­но применяют для характеристики какого-либо возможного, но всегда определенного состояния или процесса (обобщающий термин — «режим»), например состояния статического равновесия, процесса вы­нужденных колебаний, автоколебаний. Режим называют устойчивым, если мгновенное состояние системы, отличающееся от этого режима в начальный момент, приближается к нему с течением времени. Неустой­чивым называют режим, от которого мгновенное состояние удаляется с течением времени.

Практическое же понятие устойчивости гораздо шире и сложнее. Реальные условия работы и параметры системы могут быть непостоян­ными и даже случайными. Поэтому необходимо, чтобы ГВВ устойчиво работал при любых допустимых сигналах на его входе и выходе, а функции, например АЧХ и ФЧХ, как можно меньше зависели от есте­ственных на практике изменений его параметров. Зависимость функций от параметров в процессах регулировки, настройки и модуляции долж­на быть стабильной и взаимно однозначной.

Если параметры ГВВ строго постоянны и никаких внешних воздей­ствий на него нет, то такую систему называют автономной. В ней могут существовать устойчивые и неустойчивые состояния статического рав­новесия, автоколебательные режимы, сложные движения, похожие на случайные процессы, переходные процессы. Почти единственной при­чиной неустойчивости автономной системы является преднамеренно организованная или паразитная обратная связь. Если в автономной системе существует несколько устойчивых режимов, то, какой именно из них установится, будет зависеть от начальных условий при включе­нии системы. В результате при обычной ситуации, когда начальные условия носят случайный характер, могут устанавливаться неожидан­ные режимы. Наиболее известным и нежелательным проявлением неус­тойчивости ГВВ являются паразитные автоколебания.

Глава 6. Передатчики с амплитудной модуляцией

Глава 7. Передатчики с однополосной модуляцией

Глава 8. Радиопередатчики с угловой модуляцией

Глава 9. Передатчики телевизионного вещания

Глава 10. Передатчики релейной и спутниковой связи

Глава 11. Надежность радиопередатчиков

Список литературы