Структурная схема типового передатчика, назначение основных его элементов

Современные радиопередатчики работающие в непрерывном режиме излучения имеют многокаскадную схему в целях обеспечения высокой стабильности частоты генерируемых колебаний и телефонного вида работы. Однако в радиопередатчиках работающих в диапазоне ДВ, могут отсутствовать умножители частоты, а в маломощных, как правило, отсутствуют промежуточные усилители мощности. Часто функции различных каскадов совмещены, например функции умножителя и буферного каскада. Один и тот же каскад на различных частотах диапазона может выполнять различные функции. Например, на одном поддиапазоне каскад может работать в режиме умножения частоты, а на другом – как промежуточный усилитель мощности. Требования к стабильности частоты импульсных УКВ передатчиков ниже поэтому высокочастотная часть передатчиков многих радиолокационных станций собирается по однокаскадной схеме.

Основными элементами, входящими в состав большинства современных авиационных передатчиков работающих в непрерывном режиме излучения являются (рис. 2):

задающий генератор (ЗГ);

буферный каскад (БК);

умножитель частоты (УМН);

усилитель высокой частоты (УВЧ);

усилитель мощности (УМ);

первичный источник управляющих колебаний;

подмодулятор (ПМ);

модулятор (М).

БК, ко входу которого подводится напряжение от ЗГ, представляет собой усилитель высокой частоты, работающий без сеточных токов и имеющий большое входное сопротивление, следовательно не нагружающий ЗГ. Такой режим работы буферного каскада позволяет устранять влияние последующих каскадов на частоту ЗГ.

Умножитель частоты повышает частоту подводимого к нему напряжения в кратное число раз до рабочей (несущей) частоты передатчика и одновременно усиливает его.

УВЧ усиливает напряжение, полученное на умножителе частоты до величины, необходимой для нормальной работы выходного каскада - УМ.

УМ повышает мощность электрических колебаний рабочей частоты передатчика подводимых к антенне до величины, обеспечивающей получение заданной дальности действия радиолинии.

Модуляция несущей частоты передатчика осуществляется в зависимости от типа модуляции в различных каскадах:

при ЧМ — в задающем генераторе;

при АМ — в УМ или УВЧ одновременно.

Все виды модуляции производятся под действием управляющих электрических колебаний, изменяющихся в соответствии с передаваемой информацией. Источниками первичных управляющих напряжений при передаче речи является микрофон или ларингофон, при передаче изображения — передающая телевизионная трубка, при передачи информации об измеряемых величинах – различные датчики.

Управляющее напряжение, создаваемое первичным источником, усиливается подмодулятором (усилитель напряжения низкой частоты) и подводится к модулятору, который усиливает мощность управляющих колебаний до величины, при которой получается необходимая эффективность модуляции (при АМ — необходимый коэффициент глубины модуляции).

Передача телеграфных сигналов осуществляется с помощью телеграфного (ТЛГ) ключа. При отпущенном ТЛГ ключе оказываются отключенными отдельные каскады передатчика и ток в антенне отсутствует. В нашей схеме такими каскадами являются ЗГ и БК, но возможны и другие комбинации ЗГ и УМ. При нажатии на ТЛГ ключ каскады передатчика включаются в работу и в антенне протекает ток несущей частоты.

Процесс управления колебаниями тока в антенне при передаче телеграфных сигналов называется манипуляцией. Обычно для передачи ТЛГ сообщений используется азбука Морзе (точки, тире), где кратковременное нажатие - точка, а более длительное - тире.

2. Авиационные радиоприёмные устройства. Назначение, основные параметры.

2.1 Назначение, основные параметры радиоприёмных устройств.

Первое в мире радиоприемное устройство (РПрмУ) было построено изобретателем радио А.С.Поповым и публично демонстрировалось 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества.

В настоящее время РПрмУ широко применяется как для приёма сообщений (радиосвязь: радиотелеграфная, радиотелефонная, звукового радиовещания, радиофототелеграфная, радиотелевизионная), так и для приёма специальных сигналов - радионавигационных, радиолокационных, сигналов управления механизмами (радиотелемеханика) и др.

В области техники радиоприема существует 2 термина: радиоприемное устройство (РПрмУ) и радиоприемник. Нередко эти термины даже в специальной литературе смешивают, вкладывая одно и то же понятие. Это неправильно. Радиоприемным устройством следует называть систему таких радиотехнических устройств с помощью которых может быть уловлена, надлежащим образом преобразована и использована энергия электромагнитных колебаний, излучаемых радиопередающим устройством.

Радиоприемное устройство включает в себя:

приемную антенну, которая улавливает энергию электромагнитных волн и преобразует ее в электрические напряжения или токи соответствующей формы;

радиоприёмник, преобразующий напряжение или токи, полученные в антенне таким образом, чтобы они могли привести в действие оконечный аппарат;

оконечный аппарат, в котором нужным образом преобразуется принятое сообщение в удобную для получателя форму.

Следовательно, радиоприемник является составной частью радиоприемного устройства. Задачи, решаемые радиоприемником можно разделить на три группы:

выделение сигналов нужного радиопередатчика из суммы электрических сигналов, образованных в антенне совместным действием электромагнитных полей в месте приема от многих источников, с помощью резонансных систем, т.е. осуществление частотной избирательности (селекции);

преобразование (детектирование – выделение полезного закона модуляции амплитуды, фазы, частоты принятого сигнала) принимаемых радиосигналов в форму, необходимую для нормальной работы оконечного аппарата;

ослабление мешающего воздействия помех и усиление принятых сигналов до уровня, обеспечивающего нормальную работу оконечного аппарата.

Все радиоприёмники, используемые в различных радиоприемных устройствах, можно разделить на две группы:

профессиональные;

широковещательные.

Профессиональные радиоприемники предназначаются для выполнения специальных технических задач, таких как радиосвязь, радиолокация, радионавигация, радиотелемеханика и др.

Широковещательные радиоприемники используются в быту, в основном для приема вещательных программ: музыки, речи.

Всякий радиоприемник обладает определенными качественными показателями (параметрами), зная которые можно судить о возможностях его использования. К ним относятся:

чувствительность;

избирательность;

полоса пропускания;

диапазон волн;

выходная мощность (напряжение).

Чувствительность радиоприемника характеризуется его способностью принимать слабые сигналы. Она оценивается величиной электродвижущей силы (мощности) радиосигнала в антенне, которая необходима для получения на выходе приемника заданного напряжения (мощности) полезного сигнала. В соответствии с этим определением чувствительность изменяется в микровольтах или микроваттах. Она зависит от коэффициента усиления ( ) радиоприёмника, чем он больше тем чувствительность выше. Радиоприёмники, применяемые в авиационной технике, имеют чувствительность по напряжению от 1-100 мкВ. Современные радиоприёмники характеризуются реальной чувствительностью, т.е. минимальной электродвижущей силой в антенне, при которой получаем не только нормальную мощность на выходе, но и определённое превышение уровня сигнала над уровнем собственных шумов. Так, например, при приёме радиотелефонного сигнала (приём разговорной речи) требуется не менее чем четырёхкратное превышение полезного сигнала над шумом по напряжению. Предельная чувствительность радиоприёмника – это минимальная мощность или электродвижущая сила сигнала в антенне, которые при согласовании антенны и радиоприёмника обеспечивают на выходе его линейной части отношение мощности сигнала к мощности шума, равное единице.

Внутренние шумы радиоприёмника при его эксплуатации имеют определённый уровень. Шумовые свойства радиоприёмника оценивают коэффициентом шума (N), который показывает во сколько раз отношение мощности сигнала к мощности шума на входе устройства больше такого же отношения на его выходе. Реальная величина N=1-10. Основную роль играют внутренние шумы первых каскадов, так как они усиливаются всеми последующими.

Коэффициент усиления характеризует усилительные свойства радиоприёмника по мощности или напряжению. Коэффициент усиления по мощности (или напряжению) - это отношение мощности (или напряжения) полезного сигнала на выходе к мощности сигнала (или напряжения) на входе радиоприёмника.

Избирательность - это способность радиоприёмника выделить сигнал нужного радиопередающего устройства из сумм электродвижущих сил наводимых в антенне от других радиопередающих устройств и источников помех. Она осуществляется за счет резонансных свойств контуров и оценивается в первом приближении по резонансной кривой. Чем уже резонансная кривая приемника, тем выше его избирательность.

Полоса пропускания радиоприёмника (∆f_прм) характеризует качество его работы и равна разности частот (∆f_прм = f₁ - f₂) на которых коэффициент усиления по мощности уменьшается в два раза относительно коэффициента усиления на резонансной частоте f_рез, а по напряжению по уровню 0,7. Чем шире полоса пропускания, тем меньше искажений претерпевают в нем усиливаемые сигналы, т.к. каждый передатчик излучает в пространство целый спектр высоких частот. Вы видите, что последние характеристики находятся в противоречии друг с другом. Чем выше избирательность радиоприёмника, тем уже его полоса пропускания и, следовательно, хуже качество сигнала, принимаемого приёмником. Конструкторы всегда ищут разумный компромисс между ними, исходя из конкретных требований к радиоприёмнику.

Диапазон волн приемника определяется удовлетворением двух условий:

приемник должен допускать настройку на любую частоту заданного диапазона;

при этом его качественные показатели (чувствительность, избирательность, полоса пропускания) должны удовлетворять заданным нормам.

Современные радиоприёмники работают в очень разнообразном диапазоне волн от тысяч метров до единиц сантиметров. Диапазон волн радиоприёмника определяется его целевым назначением и условиями распространения электромагнитных волн.

Выходная мощность (или напряжение, при использовании типовых оконечных приборов) радиоприёмника – это мощность подводимая к оконечному прибору (телефоны, громкоговоритель, линия, электроннолучевая трубка, стрелочный прибор и т.п.). Её величина зависит от целевого назначения радиоприёмника и того оконечного прибора, который должен быть приведен в действие. Так, например, к самолётным радиоприёмникам предъявляются требования, чтобы они обеспечивали на входе типового телефона напряжение, не меньше 15-30 вольт, а для ослабления вредного влияния акустических помех их заделывают в шлемы (шлемофон).

Кроме этих основных характеристик для сравнительной оценки радиоприёмников используется и ряд других характеристик:

степень допустимых нелинейных (отклонение от синусоидальной огибающей выходного напряжения) и частотных искажений (равномерность прохождения модуляционных частот);

устойчивость (не самовозбуждаться) и надежность работы (способность работать без отказа при изменениях температур и влажности, на больших высотах и сильной тряске);

динамический диапазон (способность работать без перегрузки при воздействии сильных сигналов и помех);

экономичность питания (при питании от батарей);

удобство управления (дистанционное управление настройкой);

запас прочности, габариты, вес, стоимость ряд других характеристик.

Рассмотренные качественные показатели радиоприёмника находятся в тесной взаимной связи. Нередко, улучшая тот или иной показатель, приходится идти на ухудшение ряда других. Одним из таких основных противоречий, затрудняющих конструирование многих радиоприёмников, является противоречие между избирательностью и степенью частотных искажений.