Разметка складов, парковок, пешеходных переходов
www.razmetka.biz
fon1

Устройство радиопередатчика.

Радиопередатчиком называют конструкция 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).

peredatchik1

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.
peredatchik2 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. peredatchik3 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.

peredatchik4

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.
peredatchik5 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.
peredatchik6 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.

peredatchik7

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.
peredatchik8 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.
peredatchik9 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.

peredatchik11

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.
peredatchik11 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.
peredatchik12 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. peredatchik13 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.)
peredatchik14 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.

<< Предыдущая Cледующая >>

Вверх

radionet