«Радиопередающие и радиоприемные устройства». 1 Лекция. Основное назначение радиопередающих устройств (рпду), терминология и требования. Основные этапы

• Название: 1 Лекция. Основное назначение радиопередающих устройств (рпду), терминология и требования. Основные этапы
• Анкор: «Радиопередающие и радиоприемные устройства
• Дата: 18.11.2021
• Размер: 1.79 Mb.
• Имя файла: lektsii rperirpmu.doc
• Тип: Лекция; #275429
• страница: 2 из 8

2.4 Передатчики радиорелейных и спутниковых систем связи

 

Радиорелейные системы связи применяются для организации мно­гоканальной связи. Ана­логовые РРЛ используют для передачи многоканальных телефонных сообщений и телевизионных сигналов совместно с сигналами звуково­го сопровождения. Цифровые РРЛ служат для передачи в цифровой форме телефонных, сиг­налов данных с большой скоростью, а также сигналов телевидения и видеотелефонных сигналов.

Упрощенная функциональная схема РПДУ наземной части радиорелей­ной, тропосферной или спутниковой связи (см. рисунок 2.4) содер­жит следующие крупные многокаскадные узлы:

- кварцевый автогенератор (АГ) с частотой fкв;

- тракт умножения частоты, обеспечивающий заданную стабильность выходной  частоты  nfкв);

- тракт промежуточной частоты с модулируемым по частоте АГ, обес­печивающий заданную девиацию частоты при заданных показате­лях качества модуляции;

- смеситель (СМ)   или   преобразователь   частоты,   осуществляющий формирование рабочей частоты РПДУ:  fр = nfкв + fпр;

- тракт усиления   мощности,  обеспечивающий   получение  заданной мощности  РПДУ.



Рисунок 2.4 – Типовая функциональная схема радиопередатчика наземной части РЭС

 
2.5 Передатчики тропосферных линий связи

 

Тропосферные линии связи (ТЛС) построены на явлении отражения радиоволн дециметрового и сантиметрового диапазонов волн в тропо­сфере.

За счет многолучевого характера распространения радиоволн в тро­посфере и их интерференции в точке приема возникают замирания сигнала. Для их исключения передатчик ТЛС работает одновремен­но на нескольких поднесущих частотах, каждая из которых промодулирована одним и тем же передаваемым сообщением и смещена относительно соседней на частоту Fк.

На  приемном   конце ТЛС  проводится   корреляционная  обработка приходящего сигнала.

Для повышения надежности работы передатчика ТЛС и эффектив­ности борьбы с замираниями используют обычно два передатчи­ка, работающих одновременно на отдельные антенны.  Центральная поднесущая второго передатчика смещается относительно централь­ной поднесущей первого передатчика на 3FK (см. рисунок 2.5). Сложение мощностей двух передатчиков осуществляется в эфире. Формиро­вание такого сложного сигнала реализуется в каждом передатчике за счет того,  что уже промодулированные полезным сообщением колебания подвергаются дополнительной частотной модуляции по гармоническому закону с частотой Fк.

                                      

Рисунок 2.5 – Пример спектра сигнала тропосферного               радиопередатчика

 

Литература: [12, стр. 214 – 227].

    

3 Лекция. Генератор с внешним возбуждением

 

Цель занятия:

1)    Назначение и принцип действия ГВВ.

2)    Особенности работы ламповых ГВВ.

3)    Особенности работы транзисторных ГВВ.

 

Одним из основных элементов передатчика является генератор с внешним возбужде­нием (ГВВ) – устройство, преобразующее энергию источника по­стоянного тока в энергию тока высокой частоты. В качестве усилительного прибора ГВВ в современных радиопере­датчиках используются электровакуумные лампы, биполярные и полевые транзисторы, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды (ЛПД), магнетроны и др.

 

 

 

 

 

 

 

ЗГ - задающий генератор;    ПУ - промежуточный усилитель;

ОУМ - оконечный усилитель мощности; ИП - источник питания;

М – модулятор.
Рисунок 3.1 Структурная схема радиопередающего устройства
Применение того или иного усилительного прибора опре­деляется мощностью и диапазоном рабочих частот. Маломощные генераторы выполняются на биполярных транзисто­рах.

Ламповый генератор с внешним возбуждением. Простейшая схема лампового генератора с внешним возбуж­дением (см. рисунок 3.2). 
В ней имеются следующие электри­ческие цепи: цепь анода:  источник анодного питания Е_А, колебательный контур LC, участок анод – катод лампы, соединительные провода;  цепь управляющей сетки: источник  напряжения смещения Е_С, источник переменного напря­жения U_С, участок сетка – катод лампы и соединительные провода; цепь накала катода: источник напряжения накала, нить накала и соединительные провода.
 

Рисунок 3.2 – Схема генератора с внешним возбуждением

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.3 – Графики напряжений и токов в генераторе с внешним возбуждением

 

Физические процессы в схеме генератора с внешним возбужде­нием протекают следующим образом. Будем считать: напряжение катода накала уже включено, катод накален и эмиттирует электронный поток,  во входной сеточной цепи включено напряжение смещения Е_С, устанавливающее начальное положение рабочей точки на анодно-сеточной характеристике лампы. После этого включается напряже­ние источника анодного питания Е_А.

При включенных двух постоянных напряжениях Е_Аи Е_Спротекает только постоянный анод­ный ток I_А0 по цепи: +Е_A,индуктивная ветвь контура, анод – катод внутри лампы, -Е_A. Значение тока I_А0 можно определить по статической характеристике (см. рисунок 3.3), измерить амперметром А₀, включенным в цепь постоянного анодного тока (см. рисунок 3.2).

Напряжение высокой частоты, которое надо усилить, подается во входную сеточную  цепь лампы. Это напряжение называ­ют напряжением возбуждения. Для простоты анализа его прини­мают косинусоидальным

                                           ,                                        (3.1)

 где U_C – амплитудное зна­чение напряжения возбуждения. Под действием переменного на­пряжения возбуждения ток в цепи анода будет изменяться     

                                          ,                                (3.2)

где I_A0 – постоянная составляющая анодного тока, создаваемая источником анодного питания, I_A – амплитуд­ное значение переменной составляющей анодного тока, вызванное действием напряжения возбуждения.

Переменная составляющая анодного тока протекает по цепи: анод – катод внутри лампы, через источник питания (через кон­денсатор С_БЛ), колебательный контур к аноду лампы. Колебатель­ный контур, настроенный в резонанс с частотой напряжения возбуж­дения, оказывает переменной составляющей анодного тока большое (R_Э = 10 кОм) и чисто активное сопротивление R_Э. Поэтому пере­менная составляющая I_A, проходя через контур, создает на нем падение напряжения

                           .                      (3.3)

 Вследствие усилительных свойств лампы напряжение U_ВЫХ = U_А будет намного больше подведенного к сетке напряжения возбуждения. Мощность созданных в контуре колебаний будет также больше мощности ко­лебаний, поданных на вход генератора. Таким образом, в процес­се работы генератора происходит усиление подведенных ко входу колебаний по мощности.

Транзисторный генератор с внешним возбуждением.Процесс усиления колебаний в этой схеме происходит следующим образом. При включении источника кол­лекторного питания Е_К в выходной цепи протекает слабый начальный ток, называемый обратным током коллектора и обозна­чаемый I_КЭ0. Для схемы с общим эмиттером обратный ток коллек­тора I_КЭ0 определяется при токе базы, равном нулю (см. рисунок 3.5). Обратный ток коллектора протекает по цепи: +Е_К, контур LС,коллектор – ба­за – эмиттер транзистора, –Е_К. Значение обратного тока коллек­тора определяется концентрациями неосновных носителей заря­да, поэтому обратный ток коллектора во многих случаях можно не учитывать.

Для установления рабочей точки в исходное положение во входную цепь транзистора включается постоянное напряжение смещения Е_БЭ. Таким образом, в исходном режиме к переходам транзистора приложены два постоянных напряжения: смещения Е_ЕЭи питания Е_К. При этом в цепях транзистора протекают толь­ко постоянные токи.

Рисунок 3.4 – Схема транзисторного генератора с внешним возбуждением

 

Рисунок 3.5 – Выходные  характеристики транзистора в схеме с ОЭ

 

При включении переменного напряжения возбуждения  во входной цепи появляется переменная составляю­щая входного тока, протекающая по цепи: от источника напряже­ния возбуждения (точка 1),(см. рисунок 3.4), база – эмиттер, к источнику возбуждения (точка 2). Транзистор, как известно, является элек­тронным прибором, управляемым током. Это значит, что измене­ние в небольших пределах напряжения на эмиттерном переходе U_ЭБ вызывает значительное изменение входного I_Б, а следова­тельно, и выходного I_K токов. Переменная составляющая коллекторного тока i_К протекает в выходной цепи: коллектор  – эмиттер, через источник пита­ния Е_K(через С_БЛ), контур LС,коллектор. На контуре переменная составляющая коллекторного тока создает переменное падение на­пряжения  , значение которого больше, чем на входе. Таким образом, в транзисторном генераторе с внешним возбужде­нием осуществляется усиление колебаний по току, напряжению, а, следовательно, и по мощности.

 

Литература: [6, стр.16 – 41].

 

4 Лекция. Режимы работы генератора с колебаниями первого

и второго рода

 

Цель занятия:

1)    Особенности основных режимов работы ГВВ.

2)    Режим линейного усиления.

3)    Режимы усиления с отсечкой выходного тока.

 

      Режим работы генератора колебаниями первого рода.Режим работы генератора, при котором перемен­ный ток i_ВЫХ в выходной цепи протекает на протяжении всего пе­риода колебаний во входной цепи генератора, называется режимом колебаний первого рода. Для осуществления такого режима рабочую точку в исходном состоянии выбирают на середине линейного участка на вольт-амперной характеристике усилительного прибора. На Рисунке 4.1 показан выбор рабочей точки в режиме колебаний первого рода на анодно-сеточной характеристике лампы при Е_С  = 0.

  

Рисунок 4.1 – Графики токов и напряжений при колебаниях первого рода

 

При действии во входной цепи генератора только постоянного напряжения смещения, т.е. при е_С =Е_С, в выходной цепи протека­ет только постоянный ток I_А0. Поскольку сопротивление катушки контура для постоянного тока незначительно, падением напряжения на ней пренебрегаем. Тогда можно считать, что все напряжение ис­точника питания выходной цепи Е_А(см. рисунок 3.2) приложено к аноду, т. е. е_А=Е_А0. В этом случае источник питания расходует мощность Р₀ = I_А0 Е_А0. Эта мощность называется подводимой.

Таким образом, при действии во входной цепи только постоян­ного напряжения смещения и отсутствии напряжения возбужде­ния вся мощность, расходуемая источником питания, выделяется на аноде в виде тепла Р₀ = Р_А. Это бесполезные затраты энергии источника питания.

При включении переменного напряжения возбуждения в цепи управляющей сетки действует результирующее напряжение  . В этом случае в выходной цепи, кро­ме постоянного анодного тока, протекает еще и переменный анод­ный ток I_A . Так как рабочая точка находится на прямолинейной части характеристики лампы, то приращение анодного тока прямо пропорционально приращению напряжения на сетке. В результате этого анодный ток изменяется по тому же закону, что и напряже­ние на сетке, т. е.  . Во время положительного полупериода электронный поток больше (участок t₂–t₄  на рисунке 4.1, б), а во время отрицательного (участок t₄–t₆на рисунке 4.1, б) он меньше, чем при постоянном значении анодного тока I_А0.

Поскольку контур настроен в резонанс с частотой переменного анодного тока (R_Э большое), то на контуре создается большое па­дение напряжения . Переменное на­пряжение U_Kсоздает в контуре ток I_K, называемый контурным. Значение контурного тока I_Kв Q раз больше переменного анодно­го тока  , где Q – добротность контура. Измеряют кон­турный ток амперметром A₂, включенным в разрыв цепи контура (см. рисунок 3.2). В результате изменения напряжения на контуре результирующее напряжение на аноде соотношений между токами и также изменяется. Граничные напряжениями в генераторе с внешним мгновенные значения результирующего возбуждением при колебаниях напряжения на аноде определяются первого рода гранич­ными значениями  .

При  значение   и результирующее напряжение на аноде будет мини­мальным  . Это зна­чение напряжения на аноде на­зывают остаточным напряжением. При  значение   и  результирующее напря­жение на аноде будет макси­мальным   .Амплитуда напряжения на контуре U_Kможет достигать зна­чения, близкого к величине на­пряжения источника питания, т.е.  . Таким образом, мгновенное значение напряжения на аноде   изменяется от нуля до уд­военного значения  Е_А:
 

(4.1)

                                                                                    

На рисунке 4.2 приведены времен­ные диаграммы, характеризую­щие фазовые соотношения между напряжениями и токами в гене­раторе. Рассматривая их, замеча­ем, что напряжение между ано­дом и катодом е_А пульсирующее. Оно состоит из постоянного напряжения источника анодного питания Е_Аи переменного напряжения на контуре и_К. Переменное напряжение на аноде лампы  является выходным напряжением генератора. Поскольку протекающий че­рез контур анодный ток   и напряжение   по фазе совпадают, то в контуре выделяется мощность 

                                              .                             (4.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.2 – Графики фазовых соотношений между токами и напряжениями в генераторе с внешним возбуждением при колебаниях первого рода

 

Режим работы генератора колебаниями второго рода. Режим работы генератора, при котором ток в его выходной цепи протекает через усилительный прибор (лампу или транзистор) на протяжении части периода изменения напря­жения возбуждения, называется режимом колебаний второго рода. Для установления такого режима исходную рабочую точку надо сместить (см. рисунок  4.3).

Это достига­ется увеличением напряжения смещения. При этом возможны три случая:

       а) если рабочая точка А смещена на нижний изгиб характери­стики (см. рисунок 4.3, а), то выходной ток будет протекать через усили­тельный прибор на протяжении только положительного полупери­ода напряжения возбуждения. На протяжении отрицательного полупериода выходного тока не будет, т. е. нижняя половина тока отсекается;

       б) при увеличении напряжения смещения рабочая точка смес­тится еще больше влево, и выходной ток будет проходить на про­тяжении времени, меньшем половины периода  (см. рисунок 4.3, б);

        в) если рабочую точку переместить вправо (см.  рисунок 4.3, в), то ток в выходной цепи будет протекать на протяжении части периода, большей полпериода.

 

Рисунок 4.3 - Графики токов и напряжений при колебаниях второго рода

При колебаниях второго рода ток в выходной цепи усилительного прибора генератора имеет форму периодичес­кой последовательности импульсов, продолжительность которых зависит от значения напряжения смещения.

По форме импульсы выходного тока генератора бывают: косинусоидальные – имеют вид косинусоиды (см. рисунок 4.3, а); косинусоидальные притуплённые – верхняя часть косинусоидального импульса несколько притуплена за счет верхнего изгиба характеристики уси­лительного прибора (см. рисунок 4.3, г, импульс А);косинусоидальные с верхней отсечкой – верхняя часть импульса значительно срезана (см. рисунок 4.3, г, импульс В).

Косинусоидальные импульсы выходного тока характеризуются: амплитудой импульса  и углом нижней отсечки  .

Амплитудой импульса называют максимальное значение тока в импульсе, а углом нижней отсечки называют выраженную в угловой мере (радианах или градусах) половину части периода, в течение кото­рой протекает ток. Этот угол может иметь значение от нуля до 180°. При  =180° генератор работает в режиме колебаний перво­го рода, а при 0< <180° – в режиме колебаний второго рода. В усилителях напряжения режим при   = 90° называют режимом класса В, при  >90° – режимом класса АВ, при  <90° – режи­мом класса С.

 

Литература: [6, стр.74 – 97].