Из чего состоит радиопередатчик

2.Структурная схема радиопередатчика.

Любой вид радиосвязи осуществляется при помощи электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве со скоростью света.

Электромагнитные волны образуются вокруг антенного устройства, которое питается переменным током высокой частоты. Токи высоких частот вырабатываются (генерируются) передатчиком радиостанции.

Радиопередатчиком называется устройство, предназначенное для выполнения двух основных функций:

1) генерирования колебаний высокой частоты, т. е. преобразования энергии источников электропитания в электромагнитные колебания высокой частоты;

2) модуляции этих колебаний в соответствии с сигналами, подлежащими передаче.

Получаемые в радиопередатчике модулированные колебания высокой частоты передаются в антенну и далее излучаются в виде свободных электромагнитных волн.

В зависимости от предназначения, диапазона рабочих волн, мощности, вида управления колебаниями передатчиков их конструкция и схемы могут быть различными.

Каждый радиопередатчик состоит из нескольких каскадов, выполняющих определенную роль. Блок-схема радиопередатчика показана на рис. 1..

Основным элементом радиопередатчика является возбудитель, предназначенный для генерирования колебаний высокой частоты в заданном диапазоне при высокой их стабильности. В качестве возбудителя обычно применяют маломощный ламповый генератор с самовозбуждением (автогене­ратор).

Полученные в возбудителе высокостабильные колебания высокой частоты подаются на следующий элемент—промежуточный усилитель. В этом каскаде осуществляется предварительное усиление колебаний высокой частоты до величины, обеспечивающей нормальную работу следующего каскада — каскада усилителя мощности. В усилителе мощности происходит усиление сигнала высокой частоты до необходимой мощности. Усиленный сигнал передается в передающую антенну. В антенне высокочастотный ток преобразуется в электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве.

Основы построения схемы передатчика.

Передатчик обычно включает в себя:

• возбудитель;
• усилитель мощности ;
• согласующее и симетрирующее устройство;
• антенное устройство.

ОА – источник первичных сигналов. Возбудитель – осуществляет преобразование первичных сигналов в первичные высокочастотные сигналы (радиосигналы), синтезируется рабочая сетка частот в заданном диапазоне и осуществляется перенос избранного для работы первичного радиосигнала на рабочую частоту. Усилитель мощности – обеспечивает усиление сигнала и может содержать ряд последовательных ступеней усиления. Согласующее антенное устройство – обеспечивает согласование передатчика с антенным устройством, при котором антенна излучает максимум мощности. При работе на симметричные антенны это же устройство обеспечивает их симметричное питание. Фидер антенно-фидерной системы, если он есть, обеспечивает передачу энергии сигнала в антенну, а последняя излучает ее в заданном направлении. Радиопередатчик характеризуется определенными техническими показателями:

• Диапазон рабочих частот передатчика. Большинство передатчиков имеет органы настройки, при помощи которых можно изменять частоту передачи. Перестройка передатчика обычно возможна в пределах широкого диапазона волн. Она может быть плавной и дискретной. При дискретной перестройке передатчик работает только на определенных (фиксированных) волнах.
• Мощность передатчика. Это есть мощность электрических колебаний, направляемых передатчиком в антенну. Она может быть от долей вата до мегаватт.
• Коэффициент полезного действия передатчика. Это есть отношение мощности, отданной в антенну, к мощности, потребляемой передатчиком от его источников питания. КПД передатчика определяет его экономичность. У передатчиков малой мощности КПД бывает 10-20%, у передатчиков большой мощности 40-60%.
• Стабильность частоты передатчика. Она характеризует допустимое отклонение несущей частоты передатчика за определенное время его работы в конкретных условиях.

Старший преподаватель кафедры связи: А.М. Болдырев Замечания и предложения по содержанию методического пособия: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

электросвязь / 29. Структурная схема передатчиков

Радиопередатчиками называются радио технические устройства служащие для генерирования, усилия по мощности и модуляции ВЧ и СВЧ колебаний, подводимых к антенне и излучающих в производство.

Под сигналом понимают колебание, несущее информацию.

Электромагнитный сигнал, излученный в пространство, называется радиосигналом.

Первые РПД разработанные (16.03.1859г. в Пермской обл.) А. С. Поповым и Маркони были искровыми.

Рис.1. Упрощенная схема радиоприемника Попова

Рис.2. Осциллятор Герца

7 мая 1895 г. В Петербургском Университете Попов впервые продемонстрировал свой чувствительный газоотметчик, принимающий колебания, излучаемые видоизмененным осциллятором Герца. Этот день отмечается как День Радио. Позже в 24 марта 1896г. он продемонстрировал созданный им искровой радиопередатчик, передав на расстояние в 250м из одного здания в другое азбукой Морзе первую в мире радиограмму. Она была записана на ленту телеграфического аппарата («Генрих Герц»)

Сущность осциллятора состояла в том, что к двум латунным стержням, на концах которых были закреплены шары, накалившие электрические заряды, подключалось индукционная катушка, создающая напряжение в несколько десятков киловольт. К другим концам стержней были прикреплены полированные шарики, зазор между которыми (искровой промежуток) составлял несколько миллиметров. Когда напряжение превышало напряжение пробоя, в зазоре вспыхивала искра и происходило возбуждение электромагнитных колебаний, длина волны =2l. Два стержня с шариками – вибратор.

Рис.3. Упрощенная схема радиопередатчика Попова

Рис.4. Упрощенный вариант радиопередатчика:

а – схема; б – график колебаний.

Когда К1 замкнута, К2 разомкнута и наоборот. При замыкании К1 конденсатор С заряжается до Е, при размыкании К1 и замыкании К2 в контуре возникает затухающий колебательный процесс. В радиопередатчике (рис. 4) роль контактных групп выполняет прерыватель, создающий при нажатом плече импульсы в первичной обмотке, при этом во вторичной обмотке возникает высокое напряжение, периодически приводившее к электрическому пробою разряднику, и в антенном контуре возникают затухающие колебания. Длительность посылки соответствующих тире и точка.

Рис. 3 в качестве электромагнитной волны Попов использовал осциллятор Герца (рис. 2), в котором генерация ВЧ колебаний является следствием искрового разряда, а в качестве регистратора усовершенствованный когерер – стеклянную трубку длиной 70 мм и диаметром 10 мм, наполовину засыпанную железными опилками. К внутренним стенкам трубки с разрывом 2 мм были прикреплены 2 тонкие пластины, шириной 2 мм. Когерер реагировал на электрические разряды, замыкая цепь электромагнитных реле, контакты которого замыкали цепь включения звонка.

После каждого приема сигнала Когерер необходимо было встряхивать, чтобы железные пластины вновь становились чувствительными к электрическим зарядам. Встряхивание происходило автоматически, с помощью звонка молоточек ударял по трубке Когерера. К Когереру Попов присоединил длинный провод увеличивающий чувствительность. Таким образом прибор стал реагировать на грозовые раскаты (от сюда название).

Упрощенная схема радиопередатчика Попова изображена на рис. 3. Чтобы понять, как происходила генерация ВЧ колебаний в таком передатчике, рассмотрим упрощенную схему (рис. 4). В радиопередатчике А. С. Попова присутствуют все необходимые элементы, обеспечивающие все основные функции передатчика. Генерация осуществляется путем преобразования энергии источника постоянного тока в энергию ВЧ колебаний с помощью прерывателя, антенного контура и искрового разрядника, а модуляция — с помощью ключа.

Затем стали использовать машинные генераторы (частотой 15 кГц, мощностью 2 кВт).

В дальнейшем выделяются 3 основные направления:

1) увеличение мощности генерируемых непрерывных колебаний; 2) уменьшение нестабильности частоты; 3) освоение более высоких диапазонов частот.

Эти проблемы решили электровакуумные приборы, которые сделали радиопередатчики более надежными, долговечными, малогабаритные.

РПД представляет собой сборку из отдельных каскадов и блоков. К наиболее важным относятся:

1. автогенератор или генератор с самовозбуждением, является источником ВЧ и СВЧ. В зависимости от стабилизации частоты различают кварцевые или бескварцевые;
2. генератор с внешним или независимым возбуждением является усилителем ВЧ или СВЧ сигнала по мощности. В зависимости от ПП различают узко и широкополосные генераторы.
3. Умножитель частоты;
4. Преобразователь частоты, предназначен для смещения частоты колебаний на требуемую частоту;
5. Делитель частоты;
6. Частотный модулятор, предназначен для фазовой модуляции;
7. Фазовый модулятор;
8. Фильтры, для пропускания сигнала только в определенной полосе частот. Различают полосовые, НЧ, ВЧ и режекторные фильтры;
9. Согласующие устройства, служащие для согласования выходного сопротивления радиопередатчика с входным сопротивлением антенны.

К числу основных блоков, составляемых из каскадов относится: — блок ВЧ или СВЧ сигнала по мощности, составляет из последовательно включенных генераторов с внешним возбуждением; — блок умножителя частоты, использующий в случае большого коэффициента умножителя; — синтезатор частот, служит для образования дискретного множества частот; — возбудитель, включающий синтезатор частот, частотный или фазовый модулятор; — амплитудный модулятор; — импульсный модулятор; — АФУ, соединяющий выход РПД с антенной и содержащий фильтр, направленный ответвитель, ферритовое однонаправленное и согласующее устройства; — блоки автоматического регулирования, служащие для стабилизации параметров РПД. Строятся на основе микропроцессора. Переход с одной частоты на другую осуществляется с помощью электрического коммутатора. При большом числе работающих частот возбудитель представляет собой цифровой синтезатор частот, построенный на основе большой интегральной схемы (БИС). Принцип функционирования передатчиков диспетчерской связи. В диспетчерской связи наибольшее применение находят передатчики с аппаратной модуляцией, используемые для радиообмена в телефонном режиме. f₀ f₀ ЗГ БУ У М АРГМ f₀, f₀+F F Мк Рис.1 Структурная схема приемника диспетчерской связи Принимаемый сигнал поступает из антенны во входную цепь (ВЦ), представляющую собой резонансную колебательную систему, состоящую из катушек индуктивностей и конденсаторов. Она настраивается на частоту сигнала ‘fc принимаемой станции и пропускает его к усилителю высокой частоты (УВЧ). Такой усилитель содержит в качестве нагрузки, колебательный контур, который также настраивается на частоту сигнала f_с. Полоса пропускания колебательного контура связана с его добротностью соотношением. 2Δf_c=f_рез/Q (1.1) где f_рез— частота резонанса; Q — добротность контура. Выражение (1.1) в первом приближении относится и к более сложным многоконтурным системам. Добротность Q мало меняется с частотой. Внутри диапазона волн она практически остается постоянной. Ориентировочные значения добротности контуров для различных диапазонов указаны в табл. 2. Там же приведены данные о полосе пропускания, рассчитанные по выражение (1.1) для одной из частот каждого диапазона. Задающий генератор такого передатчика (ЗГ) предназначен для формирования колебаний несущей частоты fо с высокой стабильностью, при которой обеспечивается беспорядочное ведение связи. Допустимая относительная нестабильность fo в диапазоне УКВ составляет (10÷50) • 10 -6 , а в диапазоне КВ не превышает (0,5÷50) • 10 -6 . Указанные величины достигаются применением кварцевой стабилизации частоты и размещением генераторов в термостате. Беспоисковое установление связи в современных передатчиках обеспечивается путем формирования в ЗГ дискретной, сетки рабочих частот с возможностью выделения любой из них. Это достигается использованием в качестве ЗГ синтезаторов частоты. Шаг сетки частот в той части диапазона УКВ, которая отводится для диспетчерской радиосвязи (118—136 МГц), составляет по нормам ICAO 25 кГц, что позволяет получить 720 фиксированных волн связи. В диапазоне КВ (2—30 МГц) интервал между соседними частотами сетки составляет 100 Гц, а число фиксированных волн достигает 280 тыс. Стабильность частоты ЗГ в значительной мере зависит от нагрузки, параметры которой могут изменяться при перестройке передатчика и под действием различных дестабилизирующих факторов (напряжения питания, температуры, влажности воздуха и др.). Для предотвращения подобного влияния между ЗГ и последующими каскадами передатчика устанавливается буферный усилитель (БУ) обладающий высоким входным сопротивлением и представляющий для ЗГ ничтожную нагрузку. Попутно БУ выполняет функцию предварительного усилителя высокой частоты, развивая мощность, необходимую для работы следующего усилителя. Усилитель мощности (УМ) предназначен для получения требуемого уровня мощности сигнала в антенне передатчика. Амплитуда несущей частоты подвергается модуляции в УМ. Для этого изменяют его коэффициент усиления в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала. Коэффициентом усиления УМ можно управлять по-разному. Чаще всего используют ток питания УМ, изменяя его по закону модулирующего сигнала. Достаточный уровень тока получают ст модулятора М, представляющего собой усилитель низкой частоты, нг вход которого подается сигнал от микрофона Мк. Глубина модуляции m зависит как от амплитуды звукового сигнала на входе М, так и от его коэффициента усиления. Для предотвращения паре модуляции, вызываемой повышением громкости звуков перед микрофоном, применяется автоматическая регулировка глубины модуляции (АРГМ). Ее сущность заключается в уменьшении коэффициента усиления М с ростом среднего значения m на выходе передатчика и аналогична принципу действия АРУ приемника. Кварцевая стабилизация частоты передатчика Формирование колебаний несущей частоты в передатчике обеспечивается генератором с самовозбуждением, входящим в состав блока возбудителя. Как известно, такой генератор состоит из усилительного элемента (в качестве которого применяется транзистор, электронная лампа или диод, обладающий отрицательным сопротивление), колебательного контура и цепи обратной связи. В свободном контуре возникающие по какой-либо причине электрические колебания затухают вследствие рассеяния энергии. Эти потери можно компенсировать включением в контур отрицательного сопротивления, «например в виде туннельного диода, или путем усиления колебаний и передачи части их энергии в контур по цепи обратной связи. Генераторы с самовозбуждением широко используют емкостную связь (рис.3), особенно в диапазоне УКВ. Колебательный контур состоит из катушки индуктивности L_к, и емкости, образованной двумя последовательно соединенными конденсаторами С_к и Ссв. Возникшие в нем колебания при включении источника тока создают на Сов гармоническое напряжение, которое усиливается транзистором и оказывается приложенный к контуру. Если фаза этого напряжения совпадает с фазой колебания, вызвавшего его появление, а амплитуда достаточна для компенсации. Таким образом, условием самовозбуждения генератора является баланс амплитуд и фаз в петле обратной связи. В качестве элементов колебательного контура может- быть использован кварцевый резонатор. Он представляет собой пластину, вырезанную из кристалла кварца и обладающую пьезоэффектом. Рис. 3 Емкостная трехточка с кварцевой стабилизацией частоты Под действием электрического поля в кварцевой пластине возникает механическое усилие, приводящее к ее деформации. Изменение полярности прикладываемого напряжения приводит к изменению направления действия силы. Поэтому переменное напряжение, приложенное к кварцу, заставляет, его колебаться, а если частота приближается к частоте механического резонанса, то амплитуда колебаний оказывается значительной. Эти колебания обладают высокой стабильностью, а сопутствующее им изменение электрических зарядов на поверхностях пластины позволяет включить ее в схему генератора (рис. 4) Электрическим эквивалентом кварцевого резонатора является колебательный контур (рис. 5). Эквивалентами массы, упругости и потерь на трение являются элементы L_кв, С_кв и г. Емкость держателя, в котором укрепляется пластина кварца, отображается элементом С_дер. Рис.4 Эквивалентная схема кварцевого резонатораРис.5 Резонансная характеристика кварцевого резонатора Такой контур обладает двумя резонансами — последовательным f_{рез 1} и параллельным f_peз2, причем f_рез1< f_рез2 (рис.6). Между ними сопротивление эквивалентной схемы имеет индуктивный характер. Поэтому кварцевым резонатором можно заменить элемент 1к схемы генератора (см. рис.3), получая схему с кварцевой стабилизацией частоты (см. рис. 4). Практически последовательно с кварцем включают дополнительно катушку индуктивности для компенсации емкостной составляющей кварцевого контура и получения требуемых фазовых соотношений. Крутизна характеристики кварца пропорциональна его добротности. Чем круче резонансная характеристика, тем меньше отличается частота установившихся колебаний от f_рез1 так как для получения необходимой величины индуктивного сопротивления между базой и коллектором транзистора требуется меньший сдвиг частоты. Увеличение дробности приводит к возрастанию энергии колебаний, запасаемой кварцевым резонатором по сравнению с энергетическими запасами в других элементах генератора, влияющих на его нестабильность (например, в емкостях р— n — переходов транзистора). Поэтому дестабилизирующее влияние указанных элементов значительно ослабляется при использовании в генераторе кварца, добротность которого составляет Q = (20÷30) тыс., а в случае помещения в вакуумную колбу — 500 тыс. С понижением резонансной частоты кварца возрастают величины реактивных составляющих его импеданса. Поэтому реактивные элементы генератора, оказывающие дестабилизирующее воздействие, влияют слабее и относительная нестабильность кварцевого генератора понижается. Кварцевые генераторы могут работать на основной гармонике в диапазоне частот от 4 кГц до 10 МГц. Низкочастотный предел обусловлен трудностью получения больших пластин кварца. Высокочастотный предел определяется тем, что чрезвычайно тонкая пластина является слишком хрупкой. Более высокие частоты могут генерироваться с использованием высших гармоник колебаний кварца или, что более распространено, с применением основных колебаний и умножением частоты. Мощность, которую можно стабилизировать с помощью кварцевого генератора, ограничивается на низких частотах опасностью разрушения пластины от механических напряжений, обусловленных значительными амплитудами колебаний, а на высоких — опасностью перегрева кварца вследствие рассеяния в нем энергии высокой частоты. Для достижения высокой стабильности кварцевый генератор должен обладать малой мощностью.

Устройство радиопередатчика.

Радиопередатчиком называют конструкцию для получения электрических колебаний определенной радиочастоты, у которой один из параметров (амплитуда, частота, фаза) изменяется в соответствии с передаваемой информацией. Эти колебания с помощью антенн излучаются в пространство в виде радиоволн.
Основными характеристиками передатчиков являются:
1) мощность, подводимая к фидеру антенны, но не мощность излучения, которая зависит от качества антенны; она может составлять величину от долей ватта до миллионов ватт;
2) частота fо или диапазон частот fmax — fmin, в которых может работать передатчик;
3) допустимая степень отклонение частоты, т.е. — абсолютное отклонение Δf генерируемой частоты равное
Δf = fном — fраб,
где
fном — заданная номинальная частота,
fраб — частота в реальных условиях;
— относительное отклонение ε = Δf/fном, которое в современных передатчиках составляет ε ≈ 10 −6 − 10 −8 ;
4) коэффициент полезного действия ηп — отношение мощности передатчика Рп отдаваемой в антенну, ко всей мощности Ро, потребляемой передатчиком
ηп = Рп/Ро · 100%.
Передатчики с большим к.п.д. потребляют меньше энергии питания, что важно при питании от гальванических элементов и аккумуляторов.

В передатчике совершаются следующие основные процессы:
— генерация колебаний высокой частоты возбудителем или задающим генератором (ЗГ);
— усиление ВЧ колебаний усилителями мощности (УМ);
— управлением одним из параметров ВЧ колебаний с помощью модулятора (М).

Передатчики могут создавать амплитудную модуляция (АМ), частотную модуляция (ЧМ) или фазовую модуляция (ФМ).
На рис.1 приведена структурная схема простейшего АМ передатчика и графики выходных напряжений каждого каскада.
В ЗГ создаются ВЧ колебания с неизменными параметрами. В УМ они усиливаются и под действием модулятора (М) их амплитуда изменяется по закону информационного сигнала S(t). В результате получаются АМ колебания нужной мощности, которые подаются в передающую антенну и создают амплитудно — модулированные радиоволны.
Структурная схема простого передатчика ЧМ колебаний изображена на рис.2.
В нем модулятор, воздействуя на колебательный контур ЗГ, изменяет частоту его настройки в соответствии с частотой сигнала информации. Эти частотно-модулированные колебания усиливаются в УМ и излучаются антенной. Частотная модуляция может применяться только в УКВ диапазоне.
На рис.3 приведена структурная схема радиолокационного передатчика. Здесь модулятор сам вырабатывает повторяющие через Т период прямоугольные видеоимпульсы с τ — длительностью.
Эти импульсы служат для мощного автогенератора напряжением питания и после генератора амплитуда может достигать уже десятки киловольт, которые излучаются передающей антенной. Их длительность (τ) обычно бывают около одной микросекунды, а период повторения (Т) — сотни или тысячи микросекунд. Они называются зондирующими импульсами.
Также такой метод применяется в импульсной радиосвязи. В импульсных передатчиках радиосвязи может изменяться амплитуда излучаемых радиоимпульсов, их длительность или частота повторения, а также меняться время генерации импульсов относительно определенных тактовых моментов.

В современных передатчиках относительное отклонение частоты должно составлять ε ≈ 10 −6 − 10 −8 , которое зависит от устойчивости работы задающего генератора.
При использовании простого генератора с резонансными контуром, как на рис.4, на его стабильность частоты влияют многочисленные факторы, такие как изменение параметров активных элементов (ламп, транзисторов), температура, напряжение питания, но стабильность частоты генератора наибольше зависит от добротности Q резонансного контура LC. Для устойчивости работы генератора применяется кварцевая стабилизация частоты.

Кварцевые генераторы.

На рис.5 изображена схема кварцевого генератора у которого на входе резонансный контур заменен кварцем ZQ1.
Этот генератор относится к группе электромеханических генераторов, где резонатором является пластинка, вырезанная соответствующим образом из кристалла кварца, который обладает пъезоэлектрическими свойствами.
Пъезоэлектрический эффект состоит в том, что механические напряжения при воздействии внешних сил на кварцевую пластинку, приводят к появлению на кварце эдс. Но также происходит и обратное явление — подводимое напряжение создает механические напряжения. Если в кварцевой пластинке посредством электрического импульса вызвать механические колебания, то на ее обкладках возникнет электрическое напряжение. Частота изменений этого напряжения будет равна частоте собственных колебаний пластинки. Пластинка ведет себя как резонансный контур с добротностью Q в десятки тысяч.
Кварцевая пластинка может быть представлена в виде эквивалентной схемы (рис.6а). На схеме механические параметры кварца заменяются электрическими эквивалентами.
Так индуктивность Lm — электрический эквивалент массы, емкость Сm — упругости, сопротивление Rm — представляет противодействие перемещению, вызываемому трением в кристалле. Емкость Со является емкостью между проводящими пластинами, присоединенными к кварцу.
К примеру, типовой кварц на частоту 428 кГц имеет следующие эквивалентные электрические параметры:
Со = 5,8 пФ; Cm = 0,042 пФ; Lm = 3,3 Гн; Q = 23 000.
В этой схеме имеется два резонанса: последовательный и параллельный. На рис.6б показаны графики изменения реактивной проводимости Х от частоты f.
Резонансные частоты кварца обратно пропорциональны его размеру и толщине, чем меньше размеры — тем выше частота. Поэтому из-за хрупкости кварцевых пластинок чрезвычайно малых толщин, соответствующих более высоким частотам (приблизительно 0,15 мм для 15 МГц), стабилизация кварцевых генераторов на частотах выше 35 МГц осуществляется путем изпользования нечетных механических гармоник основных колебаний кварцевых пластин.

Изготавливаются кварцевые резонаторы на частоты от 2кГц до 35 МГц. Благодаря высокой добротности кварцевого резонатора стабильность частоты генератора достигает 10 −8 .
Механизм возникновения колебаний таков: при включении питания возникают колебания в резонансном контуре и передача их через емкость С1 на кварц. Возбуждаемая таким образом кварцевая пластинка управляет (посредством возникающего на ее зажимах переменного напряжения) напряжением на базе транзистора. Это напряжение после его усиления поддерживает колебания в цепи коллектора.
Мощность рассеивания на резонаторе во многом определяет стабильность его собственной частоты. Обычно это величина не превосходит несколько милливатт (указывается в паспортных данных резонатора). В случае, когда мощность, рассеиваемая на резонаторе превышает допустимую, стабильность собственной частоты кварцевого резонатора резко ухудшается из-за изменения структуры его кристаллической решетки и даже приводит к разрушению кристалла кварца. Поэтому задающие генераторы передатчиков имеют малую мощность.
Также генераторы передатчиков обычно работают на довольно низкой частоте, т.к. на низких частотах проще создать более благоприятные условия для стабилизации частоты и легче осуществить управление частотой генератора. А для радиолюбителей легче подобрать необходимый низкочастотный резонатор при отсутствии высокочастотного кварца.

На рис.7 приведена структурная схема более сложного передатчика с частотной модуляцией, чем приведенные выше. ЧМ применяется, в основном, в УКВ и СВЧ диапазонах, у которых рабочая частота значительно выше 35 МГц и задающий генератор с кварцевой стабилизацией не может по частоте перекрыть этот диапазон. Поэтому необходимо добавлять каскад умножителя для получения рабочей частоты передатчика.

Умножитель частоты.

Умножитель частоты представляет собой преобразователь, который позволяет увеличивать частоту входного сигнала в n раз.
Для умножения частоты необходимо, чтобы было сочетание нелинейного и линейного элементов. Нелинейный элемент искажает форму сигнала, в результате чего появляются высшие гармоники. Линейный элемент, обладающий избирательными свойствами (колебательный контур L2C2), настраивают на частоту требуемой n-гармоники, которая и создает полезный сигнал.
Обычно умножитель представляет собой резонансный усилитель, где роль нелинейного элемента выполняет транзистор, а роль линейного элемента — контур, настроенный на частоту nω.
На рис.8 показана типичная схема умножителя на транзисторе, которая для увеличения стабильности работы, в отличии от усилителя мощности ВЧ, охватывается обратной связью. Элементом отрицательной обратной связи является резистор Rэ. Контур L2C2 настроен на частоту nω.

В передатчике между ЗГ и умножителем устанавливают буферный каскад , который является обычным УВЧ с резонансным контуром на выходе, настроенный на первую частоту генератора. При этом каскад будет усиливать сигнал ЗГ и уменьшать влияния частот умножителей и мощных каскадов с антенной на генераторный каскад.

Частотный модулятор.

На рис.9 приводится схема частотного модулятора (М) для ЗГ с кварцевой стабилизацией.
Модуляция производится варикапом V1, на которое с делителя R3R4 подается смещение.При изменении амплитудного напряжения сигнала Us (t), который подается через регулятор девиации R1, изменяется емкость варикапа. Это изменяет в небольших пределах частоту параллельного резонанса кварца BQ1, которая и определяет частоту генерации.

Амплитудный модулятор.

На рис.10 показана структурная схема передатчика с амплитудной модуляцией.
АМ в настоящее время применяется в радиовещании на длинных, средних и коротких волнах. Диапазон этих частот от 10 кГц до 30 МГц.
Схема одного из вариантов выполнения амплитудного модулятора приведена на рис.11.
Модулятор собран на транзисторе VT1, включенный по схему с ОЭ, у которого нагрузкой является колебательный контур L1C2, настроенный на первую гармонику модулирующего колебания. Напряжение смещения подается с делителя R1R2, а резистор R3 обеспечивает температурную стабилизацию рабочей точки. Конденсаторы С1, С2 и С3 разделяют ток питания от сигнального тока.
Модулирующий сигнал u(t) от генератора подается на эмиттер транзистора. Низкочастотный сигнал S(t) поступает на базу VT1, а модулированный сигнал Sам(t) снимается с коллектора.

Фазовый модулятор.

При фазовой модуляции амплитуда генераторного сигнала остается неизменной, а его фаза изменяется по закону модулирующего сигнала S (t), как приведено на рис.12.
На рис.12а показан, как изменяется модулирующий сигнал, а на рис.12б — изменение высокочастотного генераторного сигнала u(t). Штриховой линией изображено немодулированное колебание, а сплошной линией — модулированное по фазе.
Фазовый сдвиг Δφ соответствует амплитудному значению S(t). Чем больше амплитуда — тем больше значение сдвига Δφ.
Фазовый модулятор, для лучшей стабильности частоты и качества сигнала, лучше вводить в промежуточный каскад передатчика, а не в ЗГ. При этом в буферном каскаде передатчика достаточно вместо контурной емкости включить варикап и подать на него напряжение звуковой частоты, как показано на рис.13.
Под воздействием напряжения амплитуды низкочастотного сигнала емкость варикапа будет меняться и, соответственно, меняться и частота резонансного контура:
fp=1/2π√LC.
Происходит сдвиг фазы в разные стороны частоты генератора, т.е. происходит т.н. фазовая модуляция.
Здесь на базу транзистора подается сигнал генератора u(t), на варикап — звуковой сигнал S(t), а сигнал Sфм(t) с выхода модулятора — на умножитель.

Усилитель мощности передатчика.

К усилителю мощности передатчика, предназначенный для усиления сигнала постоянной частоты предъявляются два требования: обеспечение в нагрузке заданной мощности и высокий к.п.д.
Обычно применяют однотактную транзисторную схему с ОЭ для получения малой и средней мощности и двухтактный каскад для большой мощности (см. Выходной каскад усилителя: однотактный и двухтактный.)
Для того, чтобы передать наибольшую мощность с усилителя в антенну необходимо согласовать выходное сопротивление усилителя с сопротивлением антенны. Без согласования можно недогрузить усилитель, что понизит его к.п.д., либо перегрузить, что может привести к выходу из строя транзисторов. Чтобы этого не случилось применяют на выходе специальные схемы согласования. В основном это трансформаторные схемы и П-фильтры (рис.14).
В трансформаторной схеме (рис.14а) согласовать можно при помощи изменения количества витков вторичной обмотки, а настроить П-фильтр (рис.14б) — регулируя индуктивность L1 и емкость С4.

1. Принцип действия радиопередатчика

Радиопередатчик, устройство, служащее для получения модулированных электрических колебаний в диапазоне радиочастот с целью их последующего излучения в виде электромагнитных волн.

Схема и конструкция радиопередатчика зависят от различных факторов: назначения, диапазона рабочих частот, мощности и т.д. Тем не менее можно выделить некоторые типовые блоки, которые однако имеются в большинстве передатчиков.

Структурная схема передатчика на рисунке 1 определяется его основными общими функциональными возможностями, к которым относятся:

— получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и

— модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом;

— фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых вы­ходят за пределы необходимой полосы излучения и могут создать помехи другим радиостанциям;

— излучение колебаний через антенну.

Рисунок 1 — Структурная схема радиопередатчика

Генератор высокой частоты, часто называемый задающим или опорным генератором, служит для получения высокочастотных ко­лебаний, частота которых соответствует высоким требованиям к точности и стабильности частоты радиопередатчиков.

Синтезатор преобразует частоту колебаний опорного генерато­ра, которая обычно постоянна, в любую другую частоту, которая в данное время необходима для радиосвязи или вещания. Ста­бильность частоты при этом преобразовании не должна существен­но ухудшаться. В отдельных случаях синтезатор частоты не нужен, например, если генератор непосредственно создает колебания нужной частоты. Однако с синтезатором легче обеспечить требуе­мую высокую точность и стабильность частоты, так как он, во- первых, работает на более низкой частоте, на которой легче обеспечить требуемую стабильность; во-вторых, он работает на фиксированной частоте. Кроме того, современные синтезаторы приспособлены для дистанционного или автоматического управле­ния синтезируемой частотой, что облегчает общую автоматизацию передатчика.

Промежуточный усилитель высокой частоты, следующий за синтезатором, необходим по следующим причинам:

— благодаря промежуточному усилителю с достаточно большим коэффициентом усиления от опорного генератора и синтезатора не требуется значительной мощности;

— применение промежуточного усилителя между синтезатором и мощным усилителем ослабляет влияние на генератор и синтезатор возможных регулировок в мощных каскадах передатчика и в антенне.

Усилитель мощности (его называют генератором с внешним возбуждением) увеличивает мощность радиосигнала до уровня, оп­ределяемого требованиями системы радиосвязи. Главным требова­нием к усилителю мощности является обеспечение им высоких эко­номических показателей, в частности КПД.

Выходная цепь служит для передачи усиленных колебаний в ан­тенну, для фильтрации высокочастотных колебаний и для согласо­вания выхода мощного оконечного усилителя с антенной, т.е. для обеспечения условий максимальной передачи мощности.

Модулятор служит для модуляции несущих высокочастотных колебаний передатчика передаваемым сигналом. Для этого моду­лятор воздействует в зависимости от особенностей передатчика и вида модуляции (амплитудная, частотная, однополосная и др.) на один или несколько блоков из числа обведенных пунктиром на рис. 1. Например, частотная модуляция может получаться в синтеза­торе частоты либо (реже) в генераторе; амплитудная модуляция получается воздействием на мощный и промежуточный усилители.

Устройство электропитания обеспечивает подведение ко всем блокам токов и напряжений, необходимых для нормальной работы входящих в их состав транзисторов, ламп и прочих элек­тронных элементов, а также систем автоматического управления, устройств защиты от аварийных режимов и прочих вспомогатель­ных цепей и устройств. Система электропитания содержит выпря­мители, электромашинные генераторы с двигателями внутреннего сгорания, аккумуляторы, инверторы (преобразователи) низкого по­стоянного напряжения в более высокое или обратно, трансформа­торы, коммутационную аппаратуру, резервные источники питания и устройства для автоматического перехода с

Радиопередатчики диапазонов километровых, гектометровых и декаметровых волн обычно размещаются группами на специальных предприятиях – передающих радиостанциях. При большом числе передатчиков радиостанции называются радиоцентрами. Радио­вещательные передатчики метровых и дециметровых волн, как пра­вило, размещаются вместе с передатчиками телевизионного веща­ния. Предприятия связи, на которых установлены эти передатчики, называются радиотелевизионными передающими станциями (цен­трами).