Сайт о телевидении

Под радиопередающим устройством (РПдУ) понимают комплекс оборудования, предназначенный для формирования и излучения радиосигналов. Основными узлами РПдУ являются генератор несущей частоты и модулятор. В современных системах связи РПдУ содержит и другое оборудование, обеспечивающее совместную работу средств связи: источники питания, системы синхронизации, автоматического управления, контроля и сигнализации, защиты и т.д.

Обобщенная структурная схема радиопередающего устройства с амплитудной либо фазовой модуляцией сигналов приведена на рисунке 7.9.

Первичный сигнал, подлежащий передаче, поступает на входную цепь. Входная цепь обеспечивает согласование этого сигнала с РПдУ, в конечном итоге, это определяется параметрами модулированного радиосигнала, передаваемого в линию.

Генератор несущей частоты формирует колебания несущей частоты, которые и являются переносчиками сообщения. В современных системах связи генератор несущей частоты выполняют в виде синтезатора частот. Синтезатор частот - устройство, предназначенное для формирования в заданном диапазоне частот высоко стабильных колебаний, определяемых стабильностью параметров задающего генератора.

Модулятор - узел, в котором на параметры несущего колебания накладывается передаваемое сообщение. При формировании в РпдУ радиосигналов с амплитудной или фазовой модуляцией синтезатор частоты вырабатывает колебания с постоянной частотой. При дополнительном воздействии модулирующим сигналом на частоту выходного колебания синтезатора частот можно получить радиосигналы с частотной модуляцией.

Рис. 7.9 Обобщенная структурная схема радиопередающего устройства

Усилитель мощности предназначен для увеличения уровня радиосигнала до величины, определяемой мощностью излучаемого сигнала в системе связи. Необходимое согласование РПдУ с антенной обеспечивает выходная цепь.

Преимущества цифровых методов обработки информации (передача, хранение, преобразование) способствовали широкому распространению цифровых систем связи. Достоинством представления сигналов в цифровом виде является также ее универсальность, то есть независимость от природы передаваемых сообщений. Современные системы связи способны передавать не только дискретные сообщения, но и непрерывные (как по времени, так и по уровню). Для преобразования непрерывных сигналов в цифровые служат специальные устройства - аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

В аналого-цифровом преобразователе из сигнала, непрерывного по времени, сначала выбирают значения сигнала в определенные моменты времени. Чаще всего такие отсчеты берут через одинаковые промежутки времени. Выбранные значения сигнала называют выборками, а операцию получения отсчетов называют дискретизацией по времени.

На следующем этапе обработки весь диапазон возможных значений сигнала разбивают на определенное количество интервалов и выясняют, к какому из этих интервалов относится значение текущей выборки. На этом этапе обработки за значение сигнала принимается не действительное значение выборки, а ближайшее к нему округленное значение сигнала. Это значение может соответствовать середине того интервала, в который попадает данный отсчет, либо другому значению из этого интервала (начало или конец этого интервала). Операция замены действительного значения сигнала ближайшим к нему округленным значением называется квантованием, а ширину этого интервала называют шагом квантования. Если все интервалы, на которые разбиваются возможные значения сигнала, одинаковые, то такое квантование называется равномерным. В некоторых случаях, например, при передаче речи, оказывается выгодным такие интервалы делать неодинаковыми. В таком случае говорят о неравномерном квантовании.

На последнем этапе аналого-цифровой преобразователь заменяет действительное значение выборки номером того интервала, в пределах которого находится значение данного отсчета. Операция замены значения отсчета номером (кодом) называется кодированием. Наибольшее распространение в современных системах получило представление отсчетов в виде двоичных кодов. Затем полученные коды передаются по системе связи.

Упрощенная структурная схема приемопередатчика цифровой системы связи приведена на рисунке 7.10. Рассмотрим работу этого устройства.

Рис. 7.10 Приемопередатчик цифровой системы связи

Непрерывное сообщение от источника сообщений поступает на устройство, называемое кодером. Под кодированием в широком смысле понимают операцию преобразования отсчетов непрерывных сигналов в последовательность кодовых символов. В результате, на выходе кодера формируются электрические сигналы, соответствующие кодовой последовательности и определяемой передаваемым сообщением.

Кодовые сигналы в виде последовательности импульсов затем поступают на модулятор, на второй вход которого подается колебание несущей частоты с выхода синтезатора частоты. В модуляторе выполняется соответствующая модуляция (амплитудная, фазовая, частотная и т.д.) колебания несущей частоты в соответствии с поступающей кодовой последовательностью. Затем модулированные сигналы усиливаются до необходимого уровня с помощью усилителя мощности и излучаются передающей антенной.

Наведенные в приемной антенне электромагнитные излучения поступают на вход усилителя и преобразователя частоты, где выделяются и усиливаются колебания несущей частоты полезного сигнала. В демодуляторе выполняется демодуляция принимаемого сообщения, и на выходе демодулятора формируется последовательность импульсов, соответствующая последовательности импульсов передаваемого сообщения (на выходе кодера), которая поступает на декодер. В декодере выполняется операция, обратная кодированию, и восстановленное сообщение направляется получателю сообщений.

В одном приемопередающем устройстве кодер и декодер обычно объединяют в единый конструктивный узел (чаще - это одна микросхема) и объединенный блок кодер-декодер по первым буквам составляющих называют кодеком. Аналогично, объединенный блок модулятор-демодулятор называют модемом.

Радиопередающие устройства отличаются по назначению, условиям эксплуатации, виду модуляции радиосигналов и другим характеристикам.

К основным энергетическим показателям РПдУ относят величину мощности сигнала, подводимого к антенне, и коэффициент полезного действия. Различают пиковую мощность полезного сигнала РпдУ и усредненное значение мощности за определенный интервал времени. Коэффициент полезного действия - это отношение полезной мощности, подводимой к антенне, к мощности, потребляемой РпдУ от источника электропитания.

Под диапазоном частот, в котором работает данное РПдУ, понимают такую полосу частот, которая необходима для передачи полезных сигналов в системе связи и выделена данному РПдУ для формирования радиосигналов. К сожалению, кроме полезных сигналов, радиопередающие устройства излучают и побочные колебания.

Внеполосными излучениями называют такие сигналы, формируемые РПдУ, спектры которых расположены вне полосы, отведенной для данной системы связи. Внеполосные излучения являются источниками дополнительных помех для систем связи, работающих в других полосах частот.

Важной характеристикой систем связи является стабильность частоты излучаемых колебаний. Под нестабильностью частоты РПдУ понимают отклонение частоты излучаемых колебаний относительно номинального значения. Недостаточная стабильность частоты ухудшает качество связи и может являться причиной помех для радиотехнических устройств, работающих в смежных диапазонах частот.

По назначению радиопередающие устройства делят на связные и радиовещательные. По условиям эксплуатации РПдУ разделяют на стационарные и мобильные (устанавливаемые на подвижных объектах: самолетные, автомобильные, носимые и т.д.). РПдУ различаются также диапазоном рабочих частот, мощностью излучаемых колебаний и т.д.

Техника радиопередающих устройств развивается непрерывно и интенсивно. Это обусловлено определяющей ролью передатчиков внедряются новые и новые идеи благодаря которым снижается энергопотребление устройств, повышается качество их работы, надежность, с использованием чип-технологий уменьшаются размеры и стоимость радиосистем передачи и извлечения информации, радиоуправления и т.д.

Практически все население Земли обслуживается радиопередатчиками звукового и телевизионного вещания. Это передатчики с мощностью от милливатт до сотен киловатт и единиц мегаватт. В передатчиках изображения используют амплитудную, а в передатчиках звукового сопровождения - частотную и фазовую модуляцию.

По существу радиосвязь представляет собой распространяющееся в пространстве электромагнитное колебание, несущее в себе информацию. Если информация заключается в амплитуде электромагнитного колебания - то говорят об амплитудной модуляции (или АМ), если же в частоте или фазе - то о частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции.

В наше время широко используются радиостанции, т.е. устройства, сочетающие в себе и радиоприёмник и радиопередатчик и способные работать как на приём, так и на передачу в широком диапазоне частот.

Радиосвязь имеет огромное значение для современного человека и используется им почти во всех сферах его деятельности, поэтому, очень нужны специалисты по электронике и радиосвязи.

В данном случае необходимо выбрать структурную схему и спроектировать оконечный и предоконечный каскад передатчика низовой радиосвязи (НРС) с частотной модуляцией.

Передатчики НРС применяются в диапазонах КВ и УКВ для передачи сообщений на небольшие расстояния. Передатчики такого типа проектируются для работы на одной фиксированной частоте или в диапазоне частот.

В основе проектирования (интегрализации) радиопередающих устройств (РПУ) на ИС лежат общие принципы проектирования микроэлектронной аппаратуры, которые приобретают некоторые особенности, связанные со спецификой передающей аппаратуры.

Отличительными чертами РПУ являются:

• - аналоговый характер сигнала, его большой динамический диапазон (доли микровольт - единицы вольт);
• - широкий частотный диапазон (от постоянного тока - на выходе детектора, до сотен мегагерц или десятков гигагерц - на выходе);
• - большое число нерегулярных соединений;
• - функциональное разнообразие узлов (блоков) при их относительно небольшом общем числе.

К функциональным блокам (каскадам) предъявляются разнообразные требования, часто зависящие от типа сигналов. В некоторых узлах должна быть обеспечена прецизионность изготовления. Часто оказывается необходимым изменять параметры элементов в процессе регулировки аппаратуры, что нежелательно при микроэлектронном исполнении.

На цифровых ИС можно реализовать практически любой алгоритм обработки сигнала, осуществляемый в приемно-усилительных устройствах, включая элементы оптимального радиоприема.

Связные РПУ с частотной модуляцией проектируются для работы на одной фиксированной частоте или в диапазоне частот. В первом случае рабочая частота стабилизируется кварцевым резонатором, а для генерации ЧМ колебаний могут быть использованы как прямой метод управления частотой, так и косвенный. Структурная схема передатчика с использованием прямого метода ЧМ изображена на рис.1.

Рис.1.

Модулирующее напряжение U подается на варикап, с помощью которого модулируется по частоте кварцевый автогенератор (КГ).

Кварцевый генератор работает на частотах 10-15 МГц, затем его частота умножается в n раз до рабочего значения, сигнал подается на усилитель мощности (УМ) и через цепь связи ЦС в антенну.

Косвенный метод ЧМ основан на преобразовании фазовой модуляции (ФМ) в частотную при помощи введения в схему интегрирующего звена, т. е. фильтра низких частот (ФНЧ). Структурная схема передатчика с использованием косвенного метода получения ЧМ изображена на рис.2.

Рис.2.

В качестве возбудителя диапазонного передатчика с ЧМ используется синтезатор сетки дискретных частот, ведомый генератор которого управляется двумя варикапами (рис.3).

Рис.3.

На варикап VD1 подается модулирующее напряжение U, на варикап VD2 - управляющее напряжение системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Разделение функций управления объясняется тем, что девиация частоты под влиянием модулирующего сигнала относительно невелика (3-5 кГц) в сравнении с диапазоном перестройки ведомого генератора (ГУН) управляющим сигналом с выхода системы ФАПЧ. Поэтому варикап VD1 связан с колебательным контуром ГУНа значительно слабее, чем VD2. Шаг сетки частот на выходе передатчика в зависимости от рабочего диапазона может быть 5; 10; 12,5; 25 кГц.

Для повышения устойчивости необходимо, чтобы мощный оконечный усилитель как можно меньше влиял на работу ГУНа, поэтому производят их развязку по частоте введением в структуру передатчика умножителя частоты. В таком случае шаг сетки синтезатора уменьшается в n раз, где n - коэффициент умножения частоты умножителя.

Передатчик с амплитудной модуляцией

Простейшая схема передатчика с амплитудной модуляцией несущего коле­бания (рис. 8.1) содержит возбудитель, каскады умножения частоты (УЧ), уси­ления мощности (УМ), усилитель низкой частоты (УНЧ), на который подается передаваемый сигнал u вх) и амплитудный модулятор (AM).

Рис. 8.1. Структурная схема передатчика с амплитудной модуляцией

Возбудитель представляет собой маломощный задающий автогенератор, стабилизированный кварцевым резонатором. Малая мощность задающего ав­тогенератора позволяет использовать при его разработке более высокочас­тотные полупроводниковые приборы, обладающие меньшей инерционно­стью, обеспечивает облегченный тепловой режим работы усилительного при­бора и кварцевого резонатора, что повышает стабильность частоты. Кварце­вые автогенераторы пока работают на сравнительно невысоких (до сотен МГц на гармониках кварца) частотах. Поэтому после задающего генератора включают каскады умножителей частоты, которые повышают частоту коле­баний до величины несущей. Часто в умножителях частоты осуществляется еще и увеличение мощности колебаний. Для создания требуемой мощности на выходе передатчика в схеме применяются усилители мощности. Как пра­вило, усилители мощности радиосигнала включены между каскадами умно­жителей частоты, и весь такой тракт называют усилительно-умножительной цепочкой. Выходной усилитель мощности передатчика нагружен на фидер (волновод, кабель и т. п.), соединенный с антенной.

Амплитудная модуляция осуществляется обычно в выходном усилителе мощности. Часто такой усилитель мощности является оконечным каскадом передатчика.

Литература: В.И. Нефедов, “Основы радиоэлектроники и связи”, Издательство «Высшая школа», Москва, 2002.

ПЕРЕДАТЧИКИ С АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Как известно, в соответствии с ГОСТом на термины в радиосвязи модуляцией называется процесс изменения одного или нескольких пара­метров несущего радиочастотного колебания в соответствии с измене­нием параметров передаваемого (модулирующего) сигнала. Несущая или несущее колебание - электрическое или электромагнитное колеба­ние, предназначенное для образования радиочастотного сигнала с по­мощью модуляции. Модулирующий сигнал содержит в себе подлежа­щую передаче информацию. В случае амплитудной модуляции (AM) изменяемым (модулируемым) параметром гармонической несущей яв­ляется амплитуда колебаний I =I (t ), изменяющаяся пропорционально подлежащему передаче сигналу U Ω (t ); в результате модуляции получа­ется сложное негармоническое колебание.

В настоящее время основными областями применения AM являются: звуковое радиовещание на «длинных», «средних» и «коротких» волнах (диапазоны частот НЧ, СЧ и ВЧ) и телевизионное вещание в метровом и дециметровом диапазонах (ОВЧ и УВЧ) - передатчики изображения (см. табл. 1.1). Для целей радиосвязи AM применяется в авиации в диапазонах 118... 136 МГц (ближняя радиосвязь). В отечественной прак­тике AM применяется также в трехпрограммном проводном вещании.

Наметилась тенденция постепенного перехода в радиовещании от AM к однополосной (см. гл. 7). В первую очередь на систему однопо­лосной модуляции (ОМ) планируется перевести вещание в диапазоне ВЧ. Прорабатывается применение варианта ОМ, совместимого с ис­пользуемой в настоящее время и сохраняющейся на ближайшее будущее AM .

Для создания информационных и художественных программ звуко­вого радиовещания существуют специальные предприятия - радиове­щательные студии, радиодома. Студии центрального вещания расположены в Москве. Во многих крупных городах есть студии мест­ного радиовещания .

Подлежащее передаче сообщение в форме человеческой речи, музы­ки и т. п. с помощью микрофона преобразуется в электрический сигнал со сложным спектром в области тональных (звуковых) частот. Этот сигнал по специальным каналам электросвязи (кабельным, радиорелей­ным или др.) передается на радиовещательные передатчики, распола­гающиеся обычно за городом на так называемых радиопередающих центрах (станциях).

Звуковой сигнал характеризуется шириной занимаемой полосы час­тот (Ω min …Ω max) и интенсивностью (напряжением U Ω). В соответствии с передаваемой речью, музыкой или их сочетанием меняются составляю­щие спектра и их величины; звуковой сигнал вещания является случай­ным процессом . Для передатчика этот сигнал является модулирующим.

Распределение мощности сигнала в полосе звуковых частот характе­ризуется спектральной плотностью S (Ω) [или S (F )]. На рис. 6.1 показа­на спектральная плотность русской речи, отнесенная к максимальной спектральной плотности, наблюдающейся на частоте вблизи F = 300 Гц. Как видно, спектральная плотность весьма неравномерна. Весь спектр акустических колебаний, воспринимаемый человеческим ухом, занима­ет широкую полосу частот - примерно 20...20 000 Гц; максимум чувст­вительности уха около 1000 Гц. Наиболее «мощные» спектральные составляющие человеческого голоса сосредоточены в узкой полосе 200...600 Гц.

Для обеспечения разборчивого восприятия речи при радиотелефон­ной связи (так называемая коммерческая радиотелефония) достаточно равномерно пропускать через передатчик полосу модулирующих частот 300...3400 Гц (в некоторых случаях 300...3000 или др.) с допустимой неравномерностью в этой полосе примерно ±(2...3) дБ. Для обеспечения эстетического восприятия в радиовещании необходимо с заданной до­пустимой неравномерностью передавать существенно более широкую полосу частот: для высшего класса (MB ЧМ вещание, см. гл. 8) 30... 15 000 Гц, для первого класса (звуковое сопровождение телевиде­ния) 50...10 000 Гц, для второго класса (вещание с AM на длинных, средних и коротких волнах) 100...6300 Гц при допустимой неравномер­ности около ±(0,7... 1,5) дБ. Требова­ния к показателям качества передат­чика того или иного назначения приводятся в соответствующих ГОСТах .

Рис. 6.1. Спектр речевого сигнала

Большинство подлежащих пере­даче по радиоканалам сигналов u (t ) (речевой, музыкальный и т. п.) име­ют среднее значение u 0 = 0. Исклю­чение составляет телевизионный сигнал изображения, содержащий в себе информацию о средней освещенности передаваемого изображения (подробнее см. гл. 9).

Стандарты предусматривают определенные энергетические и каче­ственные показатели (параметры качества) передатчиков, измеряемые при подаче испытательных сигналов в форме гармонических звуковых сигналов. Анализ режима работы каскада передатчика при модуляции в первом приближении также лучше (нагляднее) провести в предполо­жении гармонического модулирующего сигнала. Поэтому в дальней­шем основные соотношения для AM определим при гармоническом (косинусоидальном) модулирующем сигнале

. (6.3)

В ряде случаев учтем также статистику реального звукового сигнала.

При амплитудной модуляции, т. е. при воздействии модулирующего (звукового) напряжения вида (6.3) на анодный ток ГВВ, составляющие спектра тока вблизи первой гармоники изменяются по закону

На рис. 6.2 показано модулированное колебание вида (6.4). Огибаю­щая модулированного колебания воспроизводит форму напряжения звуковой частоты. Колебание (6.4) может быть представлено как сумма трех синусоидальных колебаний:

. (6.5)

Рис 6.2. Временная диаграмма AM сигнала

Рис. 6.3. Спектр AM колебания при модуляции одним (а) и

тремя (б ) гармоническими колебаниями

Рис. 6.4. Векторная диаграм­ма AM колебания при

моду­ляции одним гармоническим колебанием

Средняя мощность амплитудно-модулированного колебания обыч­но определяется для среднестатистических значений коэффициентов модуляции:

где m ср − среднее значение коэффициента модуляции на длительное время.

Для получения большей дальности связи и (или) улучшения отноше­ния сигнал/шум в месте приема необходимо увеличивать мощность боковых составляющих AM колебания. Следовательно, нужно стре­миться к большей глубине модуляции т → m max → 1, т. е. токи антенны I А и анодной цепи I а1 лампы (транзистора) должны линейно меняться от некоторого максимума до нуля. Учитывая, что
, имеем
.

Передатчики с AM проектируются как т тах = 1. Полагая р = 3,5...4, получаем т ср = 0,35...0,4. Это означает, что доля боковых полос при модуляции составляет 1,5...2,2 % Р 1 max и номинальная мощность ламп (или транзисторов) используется крайне незначительно. Информация содержится именно в боковых полосах. Следовательно, важная энерге­тическая особенность AM (независимо от способа реализации) состоит в следующем: для передачи сравнительно малой мощности бо­ковых полос требуется пиковая мощность передатчика Р 1 max . И это несмотря на то, что пиковые значения модулирующего сигнала появля­ются сравнительно редко. При высокохудожественной передаче предъ­являют очень жесткие требования к нелинейным искажениям, и поэтому приходится мириться с плохим использованием ламп.

При передаче речевых сигналов на вход модуляционного устройства передатчика подаются ограниченные по амплитуде звуковые сигналы; допустимый уровень искажений достигается использованием сложных устройств ограничения . Степень ограничения обычно не превосхо­дит 12 дБ: C огр = 20·log(U m /U огр) ≤ 12 дБ, где U огр - напряжение, соответ­ствующее началу ограничения; U m - амплитудное значение напряже­ния, подаваемого на ограничитель. Этим достигается уменьшение пик-фактора (так как возрастает среднее значение сигнала), увеличение громкости, а следовательно, и мощности боковых полос. Такая модуля­ция называется трапецеидальной, ибо форма огибающей сходна с трапе­цией (рис. 6.5). Средний коэффициент модуляции получается равным 0,7...0,8. Однако увеличение степени ограничения более чем на 12 дБ нежелательно из-за роста искажений.

Рис. 6.5. Временная диаграмма при мо­дуляции

реальным сигналом с учетом ограничения

Существует много различных методов получения AM. В подавляю­щем большинстве модуляция достигается изменением (модуляцией) на­пряжения на каком-то электроде лампы или транзистора; иногда одновременно меняются два или три напряжения - так называемая комбинированная модуляция. Зависимость режима ГВВ от питающих напряжений изложена в § 2.12.

Рис. 6.6. График зависимости коэффициента глубины амп­литудной

модуляции и коэф­фициента нелинейных искажений от напряжения

гармонического модулирую­щего сигнала

Судить о пригодности генератора для AM можно по его так называ­емым статическим модуляционным характеристикам (СМХ), т. е. по зависимости I а1 , I а0 , I А, Р 1 , Р 0 , η от какого-то одного питающего напря­жения Е а, Е с, Е с1 , U c при простой AM или от совместного одновремен­ного изменения двух или трех напряжений при комбинированной AM. Статическими эти характеристики называются потому, что они снима­ются за счет изменения постоянного напряжения (или Е а, или Е с1 ,) или за счет изменения амплитуды напряжения возбуждения ГВВ U с; моду­лирующее напряжение звуковой частоты при этом отсутствует: U Ω = 0.

Статическая модуляционная характеристика каскада ГВВ с AM не учитывает зависимости его качественных и энергетических показателей от нелинейности входного сопротивления модулируемого ГВВ и часто­ты модулирующего сигнала Ω. Для выявления этих важных зависимос­тей исследуется динамическая модуляционная характеристика модули­руемого ГВВ, т. е. зависимость коэффициента глубины амплитудной модуляции и других показателей режима от амплитуды модулирующего (звукового) напряжения U Ω . Измерения проводятся на частотах, пред­усмотренных ГОСТом; в простейших случаях это либо 400, либо 1000 Гц. С помощью специальных измерительных (или грубо по осциллографу) измеряется глубина модуляции для положительного и отрица­тельного полупериодов огибающей AM колебания:

и
,

где ; (см. рис. 6.2 и 6.6). Совпадение этих зависимостей (
) и их линейность говорят о симметричности модуляции и малых нелинейных искажениях, харак­теризуемых коэффициентом гармоник .

Для радиовещательного передатчика с AM по ГОСТу в полосе час­тот 100...4000 Гц и при глубине модуляции т ≈ 50 % коэффициент гармоник K г ≤ 1 %, а при т = 90 % K г ≤ 2 %.

Полоса модулирующих частот Ω min … Ω max и допустимая неравномер­ность модуляции т = f (Ω) при U Ω = 0,5·U а. max = const характеризуют амплитудно-частотную характеристику передатчика (АЧХ), иначе го­воря - частотные искажения (рис. 6.7).

В соответствии с международным «Регламентом радиосвязи» (М.: Радио и связь, 1985) AM для целей звукового радиовещания или для радиотелефонной связи имеет условное обозначение АЗЕ (устаревшее и отмененное обозначение A3).

Модулятором (модулируемым каскадом) радиопередатчика называ­ется устройство (каскад), в котором осуществляется процесс модуля­ции (ГОСТ 24375-80). Это каскад усиления радиочастоты (см. рис. 1.2) между возбудителем и выходом передатчика (антенной), т. е. либо вы­ходной (оконечный), либо какой-то промежуточный каскад.

Модулирующее (звуковое) напряжение (сигнал) поступает на пере­датчик от источника информации, например от микрофона в радиове­щательной студии. Для обеспечения работы модулятора, как правило, необходимо предварительное усиление модулирующего сигнала. В передатчике для этого предусматривается тракт усиления звуковой час­тоты (модуляционное устройство), выходной каскад которого условно назовем мощным усилителем звуковой частоты (МУЗЧ) - модулирую­щим каскадом. Структурные схемы передатчиков с AM показаны на рис. 6.8.

Рис. 6.7. Амплитудно-частотная характеристика

Рис. 6.8. Структурные схемы пере­датчиков с амплитудной

модуля­цией в выходном каскаде (а ), промежуточном каскаде (б )

и при использовании сложения мощнос­тей (в )

Как уже говорилось в гл. 1, электромагнитная совместимость (ЭМС) является важнейшим условием, предъявляемым к современным радио­электронным устройствам и к радиопередатчикам в том числе.

Наряду с допустимыми нестабильностью рабочей частоты, уровнем побочных и шумового излучений к передатчику предъявляется требова­ние допустимого уровня внеполосного излучения.

Спектр частот излучения передатчика на присвоенной (рабочей) час­тоте, образовавшийся в процессе модуляции (манипуляции), состоит из основного и внеполосного излучений.

Рис. 6.9. Шаблон требований к уровню подавления

внеполосных излучений передатчика

Основное излучение содержит полезную информацию и занимает так называемую необходимую ширину полосы, т. е. полосу частот, достаточ­ную для данного класса излучения (вида модуляции, назначения), для обеспечения передачи сообщений с необходимыми скоростью и качест­вом при определенных условиях .

Внеполосным называется излучение передатчика на частотах, непо­средственно примыкающих к необходимой ширине полосы частот и являющихся результатом процесса модуляции. (Регламент радиосвязи, ГОСТ «Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения».) Внеполосное излучение не требуется для работы данного передатчика и создает помехи для систем связи, рабо­тающих на частотах, непосредственно примыкающих к необходимой полосе частот данного передатчика.

Внеполосные излучения возникают при модуляции передатчика из­лишне широким спектром, за счет высших гармоник модулирующего сигнала, возникающих как при усилении модулирующего сигнала, так и в процессе модуляции, перемодуляции и т.д.

Внеполосные излучения возникают также при квантовании переда­ваемого сигнала, например, в усилителях класса D (см. § 6.8).

В радиовещании с AM при номинальном диапазоне модулирующих частот 50... 10 000 Гц достаточная степень подавления внеполосных из­лучений обеспечивается:

ограничением спектра звуковых частот на выходе модуляционного устройства (на выходе МУЗЧ) специальными ограничителями верхних частот, иначе говоря, фильтрами нижних частот;

небольшим допустимым уровнем нелинейных искажений передатчи­ка, т. е. высокой линейностью модуляции и модуляционного устройства (см. § 6.2 и 6.3).

В ГОСТ допустимый уровень внеполосных излучений устанавлива­ется указанием минимально необходимого подавления уровня излуче­ния на краях определенной полосы частот (рис. 6.9):

подавление внеполосного излучения на 40 дБ по сравнению с мощ­ностью несущей на границах полосы 27 кГц, т. е. при отклонении от несущей частоты на ±13,5 кГц;

подавление на 45 дБ на границах полосы шириной 28 кГц (± 14 кГц);

подавление на 50 дБ для полосы 38 кГц;

подавление на 60 дБ для полосы 66 кГц.

В ламповых и транзисторных ГВВ возможны следующие способы получения AM:

на входной электрод (сетку, базу) с помощью изменения напряжений смещения (E c , E б) или возбуждения (U c , U б);

на выходной электрод (анод, коллектор) изменением питающего на­пряжения (Е а, Е к);

комбинированные способы.

Литература: В. В. Шахгильдян, “Радиопередающие устройства”, Издательство «Радио и связь», Москва, 2003.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 . Техническое задание

Спроектировать радиовещательный передатчик с АМ (ПРВАМ) со следующими параметрами:

· Мощность в антенне (нагрузке) P ~ =100 кВт;

· Волновое сопротивление фидера с Ф =150 Ом;

· КПД фидера з ф = 0.80;

· Коэффициент бегущей волны КБВ = 0.8;

· Максимальный индекс модуляции m = 1;

· Диапазон рабочих частот f min - f max , 0.1 - 0.3МГц;

· Диапазон частот модуляции ДF = 50 10000 Гц;

· несущая частота f 0 =200 кГц.

Анализ технического задания:

Радиовещательные передатчики (ПРВ) с АМ применяемые в диапазонах длинных, средних и коротких волн по своим параметрам должны соответствовать ГОСТ 1392468. В ламповых вариантах передатчиков для получения АМ сигнала заданной мощности наиболее распространены анодная, анодно-экранная или комбинированная (по нескольким электродам) модуляция в оконечном каскаде, реже применяется усиление модулированных колебаний (УМК).

В рамках данной работы проведены следующие расчеты:

· оконечного каскада в пиковой, минимальной и телефонной точках, а также при 100% -й глубине модуляции;

· модулирующего устройства и электрических параметров его элементов; трансформатора, дросселей, блокировочных конденсаторов;

· выходной колебательной системы;

2. Выбор способа постр оения проектируемого устройства

Для реализации данного устройства был выбран вариант реализации с анодной модуляцией вследствие ее высокой энергоэффективности, хорошей линейности и широкого применения в радиовещательных передатчиках , .Структурная схема проектируемого устройства представлена на рисунке 1.

Рисунок 2.1. Структурная схема проектируемого радиовещательного передатчика с АМ.

Ориентировочный расчет радиопередатчика с АМ по структурной схеме

Согласно техническому заданию, передатчик должен обладать следующими параметрами: P ~ = 100 кВт;

индекс модуляции m = 1;

диапазон рабочих частот f min f max = 0.1 0.3 МГц.

Исходя из заданных выше параметров произведем ориентировочный расчет элементов радиопередатчика.

Пиковая мощность в антенне при этом составит:

Мощности P 1 T и P 1 max , отдаваемые приборами ОК определяются формулами:

где ориентировочный КПД выходной колебательной системы. выбранный из таблицы, приведенной в и , КПД фидера.

Тогда P 1 T = 136 кВт, P 1 max = 544 кВт.

В связи с тем, что в ОК реализована анодная модуляция то номинальная мощность ЭП выбирается по правилу P 1ном?2P 1 T = 272 кВт (номинальная мощность генераторных ламп).

Т.к. при разработке ОК использовалась двухтактная схема, то P 1ном лампы = .

Выбор типа лампы осуществляется по таким параметрам как P 1ном ламы и максимальной рабочей частоте f max .

По справочным таблицам, представленным в и была выбрана лампа ГУ 66 Б, имеющая следующие параметры : E a ном = 10 кВ; S = 0.16 А/В, P ном справ = 150 кВт.

Описание лампы ГУ 66 Б приведено в приложении 1.

Принципиальная схема проектируемого радиовещательного передатчика представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема проектируемого передатчика с АМ.

3 . Расчет оконечного каскада (ОК)

В данном пункте производится расчет ОК в следующих режимах:

· в пиковой точке;

· в минимальной точке;

· в телефонной точке;

· при 100% глубине модуляции.

Глубина модуляции анодного напряжения m = 1 в соответствии с техническим заданием.

Принципиальная схема оконечного каскада приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 Принципиальная схема оконечного каскада.

Напряжение анодного питания для режима телефонной точки обычно выбирается как:

Угол отсечки выбирается в пределах и = 80?- 90?. В данном случае примем угол отсечки равным 90?.

3 .1 Расчет оконечного каскада(ОК) в максимальной точке

Расчет оконечного каскада в максимальной точке производится по методике изложенной в и .

Напряжение анодного питания и питания экранирующей сетки:

Е а max =E a . т (1+m)=16 кВ

Коэффициент использования анодного напряжения в граничном режиме

Амплитудное напряжение на аноде:

U a max = E amax о max =15.7 кВ

Амплитуда первой гармоники анодного тока:

I a 1 max =2=69.2 А

Амплитуда импульса анодного тока

I amm == 138.4 A

Эквивалентное сопротивление анодной нагрузки:

Верхний угол отсечки определяется из уравнения

Откуда получаем = 0.31 рад = 18 0

Постоянная составляющая анодного тока с учетом усеченности вершины импульса

Мощность, потребляемая анодной цепью

Мощность рассеиваемая на аноде

КПД анодной цепи в максимальном режиме

Амплитуда напряжения возбуждения в цепи управляющей сетки и напряжение смещения

Сопротивление автоматического смещения

где, = 71.2 0 , ? 0.66

Составляющие сеточного тока

где коэффициенты и, учитывающие несинусоидальность импульса тока, принимаются равными? 0.66, ? 0.75

Мощности, потребляемые от предыдущего каскада ПК и источника смещения

Мощность, рассеиваемая на управляющей сетке

3 .2 Расчет оконечного каскада(ОК) в минимальной точке

Расчет режима минимальной точки проводится по методикам, изложенным в - . Режим минимальной точки характерен малыми напряжениями на аноде. В области e a >0 увеличивается напряженность режима и несколько искривляется МХ. Для ослабления этих явлений в цепь тока включают сопротивления автоматического смещения R c ..

Расчет параметров минимального режима выполняется только для цепи управляющей сетки, . Исходными данными для этого расчета являются U c max , E c 0 , S, R c . .

Для нахождения параметров сеточного тока, по методике, изложенной в найдем из уравнения

Потребляемые мощности от источника смещения и от ПК.

3 .3 Расчет оконечного каскада(ОК) в телефонной точке

Расчет режима телефонной точки проводится по методикам, изложенным в и .

Составляющие анодного тока

Анодное напряжение и амплитуда напряжения на нагрузке

Потребляемая и отдаваемая мощности

3.4 Расчет оконечного каскада(ОК) в режиме модуляции

Расчет ОК в режиме модуляции проводится по методике, изложенной в и .

Средняя, потребляемая анодной цепью мощность

Мощность, доставляемая модуляционным устройством

Средняя мощность, отдаваемая лампами ОК

Средняя мощность, рассеиваемая на аноде.

Средняя мощность, рассеиваемая на управляющей сетке

4 . Расчет предоконечного каскада

ЭП для предоконечного каскада выбирается по следующему правилу: по справочным таблицам, приведенным в находится коэффициент усиления мощности N p = 30 .. 50. Примем N p = 50. Тогда мощность предыдущего каскада, необходимая для возбуждения ОК составляет

Для данной мощности подходит лампа ГУ - 39 Б, у которой P ном = 13 кВт . Характеристики ГУ 39 Б приведены в приложении 2.

В качестве цепи согласования ПОК и ОК может быть применена П цепочка .

5 . Р асчет модуляционного устройства

ММУ реализовано с использованием усилителя класса D. Принцип работы данного ММУ подробно описан в и . Двухтактный усилитель класса D предназначен для усиления модулирующего сигнала. Для подачи постоянной составляющей I a 0т к ОК служит отдельный источник питания с напряжением Е ат и дроссель L d 4 . Модулирующее напряжение U Щ подается к широтно - импульсному модулятору и последующему импульсному усилителю и далее к лампе V 2 . Управление второй лампой V 1 производиться напряжением, падающим на сопротивление R 1 от анодного тока лампы V 2 .

Принципиальная схема данного устройства приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 Принципиальная схема ММУ с двухтактным усилителем класса D.

К преимуществам данной схемы относятся:

· существенное увеличение КПД усилителя, вследствие того, что лампы каскада работают в ключевом режиме, а постоянная составляющая тока I a 0 т ОК проходит через дроссель с малым сопротивлением обмотки;

· постоянный КПД усилителя при разных уровнях усиливаемого сигнала (при рациональном выборе ламп, КПД в таком усилителе может достигать 95% - 97%) ;

· отсутствие тяжелого, громоздкого, дорогостоящего модуляционного трансформатора.

К недостаткам данной схемы можно отнести:

· необходимость тщательной регулировки управления лампами, исключающей их одновременное открытие, что привело бы к замыканию источника питания 2Е а.

Диоды VD 1 и VD 2 предназначены для предотвращения прерывания тока в катушке L d 2 в моменты переключения ламп.

Т.к расчет параметров режима ОК выполнен, то определяется

Исходя из рассчитанных параметров выбирается лампа ГУ- 66 Б .

Диоды VD1 и VD2 выбираются по следующим параметрам:

Обратное напряжение E обр Е п,

Максимальный импульсный ток I D max = 38 А

Прямое сопротивление открытого диода r D - желательно возможно меньше. Номинал индуктивности дросселя фильтра L d 1 выбирается в несколько Генри. L d 1 = 5 Гн.

Конденсатор C 1 выбирается из условия тогда C 1 =253 пФ

Фильтр L d 2 , L d 3 , C 2 , C 3 выполнен в виде полузвена L d 2 C 2 по Баттерворту. Следовательно

Разделительный конденсатор C 4 выбирается из условия

Тогда С 4 = 688 нФ.

выбирается из условия Тогда можно положить

Сопротивление R 1 выбирается таким образом, чтобы выполнялось неравенство

где напряжение отсечки анодного тока ламп VL1 и VL2.

Таким образом R 1 = 150 Ом.

Тактовая частота f т выбирается из условия f т =(5..8)F в. Выбираем f т = 70 кГц.

6 . Ра счет выходной контурной системы

Расчет выходной колебательной системы проводится по методике, изложенной в и .

Назначение выходных колебательных систем в радиопередатчиках заключается в выполнении следующих функций :

· согласование активного сопротивления R A антенного фидера с необходимым для нормальной работы выходной ступени эквивалентным сопротивлением R э нагрузки в анодной цепи;

· компенсация реактивного сопротивления X A антенны или фидера с тем, чтобы ВКС работала на активную нагрузку и отдавала в антенну наибольшую мощность;

· фильтрация гармоник, вырабатываемых электронными приборами в выходных каскадах.

Для выбора конструкции ВКС вычислим необходимую фильтрацию

По графику зависимости з ВКС (Ф необх) определяется конструкция выходной колебательной системы. Для з ВКС =0.92 и Ф необх =2.1 10 3 в конструкция ВКС будет иметь вид (рисунок 6.1):

Рисунок 6.1 Принципиальная схема выходной колебательной системы.

Максимальное и минимальное входное сопротивление фидера

Расчет элементов ВКС проводится по методике, изложенной в .

Тогда для первой П - цепи имеем

Для второй П цепочки

Тогда номиналы элементов ВКС должны изменяться в пределах

7 . Заключение

В результате проделанной работы в соответствии с техническим заданием был спроектирован радиовещательный передатчик с амплитудной модуляцией. Произведен расчет ОК, модуляционного устройства и выходной контурной системы и выбраны элементы для построения данных устройств. ММУ выполнено по схеме с двухтактным усилителем класса D, что способствует увеличению КПД усилителя и упрощению его схемы. Для согласования активного сопротивления антенного фидера с необходимым для нормальной работы выходной ступени эквивалентным сопротивлением нагрузки в анодной цепи, а также для компенсации реактивного сопротивления фидера и для фильтрации гармоник, вырабатываемых электронными приборами в выходных каскадах применена выходная контурная система с двойным П-образным контуром.

Приложение 1

Характеристики генераторного триода ГУ 66 Б

Генераторный триод ГУ-66Б предназначен для усиления мощности на частотах до 30 МГц в стационарных передающих радиотехнических устройствах как в схемах с общей сеткой, так и в схемах с общим катодом.

Общие сведения

Катод - вольфрамовый торированный карбидированный прямого накала. Оформление - металлокерамическое с кольцевыми выводами катода и сетки. Охлаждение - принудительное: анода - водяное; ножки - воздушное. Высота не более 420 мм. Диаметр не более 211 мм. Масса не более 23 кг.

радиовещательный передатчик амплитудный модуляция трансформатор

Приложение 2

Характеристики ГУ - 39 Б

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Структурная схема передатчика, расчет оконечного каскада. Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора в схеме с ОЭ. Расчёт согласующего устройства, выходного фильтра. Конструктивный расчёт катушек индуктивности. Расчет блокировочных элементов.

курсовая работа , добавлен 09.05.2012


Разработка радиопередатчика для радиовещания на ультракоротких волнах (УКВ) с частотной модуляцией (ЧМ). Подбор передатчика-прототипа. Расчет структурной схемы. Электрический расчет нагрузочной системы передатчика, режима предоконечного каскада на ЭВМ.

курсовая работа , добавлен 12.10.2014


Проектирование связного радиопередающего устройства с частотной модуляцией (ЧМ). Структурные схемы передатчика с прямой и косвенной ЧМ. Расчет оконечного каскада, коллекторной и входной цепей. Расчет цепи согласования оконечного каскада с нагрузкой.

курсовая работа , добавлен 21.07.2010


Обоснование функциональной схемы передатчика. Расчет и определение транзистора для оконечной ступени передатчика. Расчет оконечного каскада, входного сопротивления антенны, цепи согласования. Определение коллекторной цепи генератора в критическом режиме.

курсовая работа , добавлен 14.04.2011


Характеристика и предназначение радиовещательного приемника сигналов с амплитудной модуляцией, структурная схема. Особенности настройки приемника, использование варикапов. Способы расчета напряжения шума приемника. Анализ расчет детектора радиосигналов.

курсовая работа , добавлен 21.04.2012


Обоснование структурной схемы. Электрический расчет. Выбор усилительного полупроводникового прибора. Расчет выходного фильтра. Выбор стандартных номиналов. Электрическая схема оконечного мощного каскада связного передатчика с частотной модуляцией.

курсовая работа , добавлен 14.11.2008


Каналы утечки речевой информации. Методы формирования и преобразования сигналов. Характеристика радиомикрофона с амплитудной модуляцией. Признаки и классификация закладных устройств. Сущность и принцип действия амплитудной модуляции гармонической несущей.

реферат , добавлен 21.01.2013


Разработка структурной схемы передатчика с базовой модуляцией, числа каскадов усиления мощности, оконечного каскада, входной цепи транзистора, кварцевого автогенератора, эмиттерного повторителя. Эквивалентное входное сопротивление и емкость транзистора.

курсовая работа , добавлен 17.07.2010


Выбор способа получения частотной модуляцией. Расчет транзисторного автогенератора на основе трехточки. Выбор структурной схемы возбудителя. Электрический расчет режимов каскадов тракта передатчика. Проектирование широкодиапазонной выходной цепи связи.

курсовая работа , добавлен 29.03.2014


Расчет цепей смещения и питания транзистора. Выбор радиодеталей для цепей связи, фильтрации, питания для схемы оконечного каскада. Расчет принципиальной схемы передатчика. Электрический расчет генератора, управляемого напряжением с частотной модуляцией.

Возбудители передатчиков - это достаточно сложные устройства. В их состав могут входить синтезаторы частот, блок формирования видов работ, блок переноса, буферный усилитель. На рис. 2.1 представлена обобщенная структурная схема возбудителя, включающая в себя все перечисленные блоки.

В задачу возбудителя входят формирование высокочастотного сигнала в определенном диапазоне частот, обеспечение требуемого характера перестройки частоты по рабочему диапазону, требуемой стабильности частоты колебаний, формирование различных видов работ. На практике имеет место большое разнообразие способов построения возбудителя. Существенное влияние на выбор способа построения возбудителя могут оказать требования по быстродействию переключения рабочей частоты, уровню побочных продуктов в спектре выходного сигнала, видам работ, которые формируются в возбудителе.

Рис. 2.1. Структурная схема возбудителя

Под видами работ, которые формируются в возбудителе, подразумеваются различные виды модуляции (манипуляции) высокочастотного сигнала. Их достаточно много. Прежде всего, это угловая модуляция, однополосная модуляция, амплитудная модуляция и другие. Некоторые из них являются основными, другие – вспомогательными для определенных видов радиопередатчиков. Модуляция осуществляется на фиксированных поднесущих частотах в специальном блоке, включенном в состав возбудителя, который именуется блоком формирования видов работ (БФВР). Высокочастотные сигналы, сформированные на фиксированных поднесущих, с помощью специального блока, называемого блоком переноса (БП), перемещают в рабочую область частот.

Выходным устройством возбудителя является буферный усилитель (БУ). Отличительной особенностью БУ от других типов усилителей является высокое входное сопротивление. Высокое входное сопротивление БУ обеспечивает развязку возбудителя с последующим трактом усиления ВЧ сигнала.

Главной частью возбудителя в современных передатчиках является синтезатор частоты. Синтезатор частоты формирует сетку высокостабильных частот. Сетка частот заменяет непрерывный рабочий диапазон частот дискретными частотами с шагом F, который называется шагом сетки. Шаг сетки может быть от долей Гц до десятков МГц. В некоторых системах связи УКВ диапазона за шаг сетки принята величина 25 кГц. Такой шаг позволяет на соседних частотах сетки организовать независимые каналы связи без взаимных помех друг другу (принцип частотного разделения каналов).

Любую частоту сетки можно представить в виде

где - коэффициент, который можно менять. Требуемая частота сетки устанавливается командой управления (КУ), поступающей с внешнего устройства, которая устанавливает требуемое значение коэффициента .

Кроме того, синтезатор может вырабатывать дополнительно одну или несколько фиксированных поднесущих частот для БФВР, на которых осуществляется модуляция.

Рабочая частота формируется на выходе блока переноса возбудителя. В передатчиках под блоком переноса понимают смеситель, снабженный полосовым фильтром. Смеситель - это нелинейное устройство. При поступлении на входы смесителя сигналов с разными частотами и на его выходе появляется сигнал, спектр которого содержит гармоники вида

где и - произвольные целые числа. Основными комбинационными частотами является частоты, когда и : - при переносе сигнала вверх и - при переносе сигнала вниз. В передатчиках чаще используется первый вариант, в приемниках - второй вариант. Рабочая частота передатчика образуется путем суммирования сигнала с частотой сетки и сигнала с одной из фиксированных частот , поступающего с БФВР:

Полосовой фильтр блока переноса очищает выходной сигнал от гармоник и других комбинационных спектральных составляющих. Отфильтрованный сигнал поступает на вход БУ и далее на вход усилителя мощности ВЧ сигнала.

В передатчиках систем связи относительно малой мощности чаще всего используется один вид модуляции, например угловая модуляция. При этом БФВР получается достаточно простым. Для его работы в синтезаторе формируется только одна дополнительная поднесущая частота. Ниже рассматривается именно такой случай. Однако в целом предлагаемая методика разработки возбудителя приемлема для любых передатчиков.

Разработка возбудителя заключается в выборе и расчете его отдельных составных частей.

2.1. Синтезаторы частоты

Если передатчик разрабатывается для работы в диапазоне частот, а требуемое значение нестабильности рабочей частоты находится на уровне кварцевых автогенераторов (АГ), то в возбудителе передатчика наиболее целесообразно использовать синтезатор частоты.

Основные параметры синтезаторов

1. Диапазон рабочих частот синтезатора………………...

2. Общее число частот, вырабатываемое синтезатором,…………..

3. Число дополнительных фиксированных частот

Мощность колебаний на выходе синтезатора составляет обычно доли мВт. В настоящее время формирование сетки частот в синтезаторах осуществляется двумя основными методами:

1. Методом прямого синтеза.

2. Методом обратного (косвенного) синтеза.

Метод прямого синтеза

Метод прямого синтеза базируется на формировании сетки частот за счет использования простейших арифметических операций – умножения, деления, суммирования, вычитания. По виду использованной элементной базы синтезаторы прямого метода синтеза могут быть аналоговыми, цифровыми и комбинированными.