|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 21 22 23 24 25 26 27 ... 33 рис. 5.61,3 с КПД, равным 93 %, используется в передатчиках мощно- \ стью 250 кВт. Наконец, схемы рис. Ъ.Ы,е,ок используются в передатчиках мощностью 500 кВт или выше. Во всех указанных ВКС перестройка по частоте производится изменением индуктивности контурных катушек и емкости переменных ва- ; куумных конденсаторов. Й В заключение отметим, что при расчетах ВКС следует обращать внимание на конструктивную сторону конструируемой системы. Необходимо при злектрическом расчете контуров определять рабочие токи, текущие через катушки и конденсаторы, с тем, чтобы правильно выбрать \ типы конденсаторов и диаметр провода катушек, оценить необходимость \> принудительного охлаждения катушек. ;, ВКС вещательных транзисторных передатчиков. В последнее десятилетие ряд зарубежных фирм (в частности, японская фирма NEC) выпустили транзисторные передатчики для местного вещания в средневолновом (СЧ) диапазоне. Мощность передатчиков варьируется от 9 до 50 кВт Структурные схемы возбудителей и передатчиков описаны в § 5.7. Поэтому здесь приведем лишь краткие сведения о построении выходных колебательных систем. Для всех вариантов передатчиков выполняется правило, в соответствии с которым число блоков в передатчике, режим используемых транзисторов и схемы сложения мощностей блоков выбираются так, чтобы выходное сопротивление передатчика, входное и выходное сопротивления колебательной системы и входное сопротивление антенного фидера были равны 50 Ом. Благодаря этому правилу достигается значительная экономия материалов при выпуске передатчиков. На рис. 5.40 приведена структурная схема СЧ передатчика мощностью 20... 25 кВт. На выходе передатчика включена выходная колебательная система для подавления гармоник и система грозозащиты. .(i Проектирование схемы ВКС производится по описанному выше алгоритму расчета ВКС для ламповых передатчиков. 1. Определяется необходимая фильтрация с учетом схемы выходного каскада. 2. По формулам для Ф или по графикам рис. 5.62 определяется схема ВКС. 3. Выбираются параметры элементов контуров и производится расчет индуктивностей, емкостей и КПД системы. Поскольку в каждом модуле имеется параллельный контур с емкостной свя- , , зью, то общая фильтрующая система может содержать 1...3 П-образных контура (рис. 5.61,e,2,a/c). При построении передатчика мощностью более 25 кВт целесообразно использовать два параллельных блока соответствующей мощности, выходы которых подключаются к мосту сложения мощностей (рис. 5.65,а). Между выходом моста сложения и фидером антенны включается устройство грозозащиты, необходимое для транзисторных передатчиков, работающих на высокие антенны. Примерная схема грозозащитного устройства приведена на рис. 5.70. В устройстве содержится входной и выходной разрядники Р, фильтр высокой частоты L1C2L2, пропускающий частоты рабочего диапазона.  К пере- \ Sammy а >г И (радеру 4 / октет/ Рис. 5.70 5.10. Особенности передатчиков для синхронного вещания, для передачи точных и эталонных частот Системы синхронного вещания у нас и за рубежом появились в 50-х годах главным образом по следующей причине. К этому времени в диапазонах НЧ и СЧ в Европе на один 10-кГц канал приходилось в среднем 3-6 передатчиков, работающих на одной и той же частоте, вследствие чего прием даже мощных станций почти всегда сопровождался помехами. Системы синхронного вещания, в которых несколько радиовещательных передатчиков, установленных в разных городах и работающих на одной и той же частоте и передающих одновременно одну и ту же программу, существенно улучшили качество приема, ослабив влияние помех. Измерения качества приема в системах синхронного вещания показали, что вполне удовлетворительное качество получается почти на всей обслуживаемой территории, если частоты передатчиков, работающих в этой системе, не отличаются больше чем на 0,01 Гц [1.10]. Отсюда допустимое отклонение частоты для одного возбудителя равно 0,005 Гц и относительная нестабильность частоты возбудителей, приведенная к верхней частоте СВ диапазона (1,605 10* Гц), должна быть не хуже Af/f = 0,005/1,605 10* = 3 10-3 щ Такую высокую стабильность рабочих частот передатчиков обеспечивают специальные возбудители ( Синхронизатор , БРБ-1, Вега , ВСРВ и др.), частота опорного генератора которых непрерывно или периодически подстраивается по сигналам точных частот, излучаемых передатчиками службы единого времени и точных частот (СЕВТЧ). Структурная схема типового возбудителя, например ВСРВ, состоит из пяти блоков: собственно возбудителя (ВОЗБ), приемника точных частот (ПРТЧ), блока синхронизации (БС), рамочной антенны (РА) и блока питания (БП). Структурная схема возбудителя ВСРВ приведена на рис. 5.71. Возбудитель ВОЗБ работает в диапазоне 150... 1605 кГц, имеет шаг сетки частот 1 кГц и собственную нестабильность частоты (без синхронизации) 2 10 . Приемник точных частот ПРТЧ принимает сигналы на частотах 50; 66,(6); 198 и 270 кГц. Полоса пропускания приемника 4... 5 Гц, выходная частота всегда 100 кГц и фазовая нестабильность выходных колебаний не превышает 1 на 1 °С. Неточность работы блока фазовой синхронизации на частоте 1 МГц не превышает 250 не, что соответствует относительной нестабильности частоты ВСРВ не более 5 10 -HPS передатчику Рис. 5.71
АЗЧ Рис. 5.72 Наличие сигналов точных частот на всей территории России и за ее пределами обеспечивает служба единого времени и эталонных частот. Эта служба кроме синхронного радиовещания необходима для нормальной работы многих других систем: связи, радионавигации, службы времени и др. Для передачи сигналов точного времени и эталонных частот служат длинноволновые передатчики, установленные в ряде городов России (табл. 5.11) [2.1]. Сигналы точных частот передаются также через коротковолновые передатчики на частотах 5 МГц±4 кГц; 10 МГц±4 кГц и 15 МГц±4 кГц, но из-за ионосферных возмущений относительные нестабильности этих частот на стороне приема оказываются значительно увеличенными (до 1 10 ...3 10 ), и использование их ограничено. Структурная схема передатчика точнь|х частот приведена на рис. 5.72. Она состоит из возбудителя, тракта усиления радиосигна--лов с точной частотой и системы фазовой автоподстройки. В качестве опорного генератора в возбудителе используется атомный эталон (АЭЧ) с выходными частотами 5 МГц, 1 МГц и 100 кГц. Относительная нестабильность частоты 1 10~...1 10~. В возбудителе частота АЭЧ приводится к номиналу точной частоты без потерь стабильности, а также вводится амплитудная манипуляция для передачи сигналов точного времени. В каскадах радиотракта колебания с точной частотой усиливаются и подводятся к антенне. Чтобы сохранить высокую стабильность ча- стоты передаваемых сигналов, в радиотракте передатчика принимаются специальные меры для снижения зависимости фазовой характеристики (ФХ) от изменения температуры окружающей среды и питающих напряжений, поскольку при изменении ФХ изменяется фаза, следовательно. и частота колебаний на выходе передатчика. Для этой цели в каскадах передатчика устанавливается недонапряженный режим, по возможности без токов в цепях управляющих сеток, и вводится система автоматической подстройки фазы. На фазовый детектор ФД этой системы подаются колебания с выхода возбудителя и с фидера антенны. Сигнал с выхода ФД после усиления в УУ подается к варикапу, включенному в колебательный контур предварительного усилителя ПУ, который таким образом одновременно становится фазовым модулятором. Остальные требования и технические решения для передатчиков точных частот - такие же, как и для обычных длинноволновых передатчиков. Список литературы к гл. 5 5.1. ГОСТ 5651-82, Устройства радиоприемные бытовые. Общие технические требования. 5.2. Documents CCIR. Study Groups. Document 10/168-E 28 Sept. 1983. Original: English. По материалам приложения к отчету 483-3, гл. 13. Док. 10/3 и Док. 10/7 (Япония). 5.3. Линде Д.П., Пирогов А.А., Терехов Б.Д. Система однополосного вещания, совместимая с системой AM Труды учебных институтов связи. - Л.: ЛИЭС, 1986. - Вып. 2. - С. 107-116. 5.4. Розов В.М. Радиовещательные однополосные передатчики. -м.: МТУ-СИ, 1992. - 60 с. 5.5. Куштуев А.И. К созданию,концепции развития телевизионного и звукового вещания в РФ Электросвязь, - 1994, - № 9. - С. 2-5. 5.6. Розов В.М. Энергетическая эффективность систем радиовещания Электросвязь. - 1986. - № 1. - С, 15-19. 5.7. Розов В.М. Однополосное радиовещание: экономия электроэнергии и нелинейные искажения Электросвязь. - 1996. - № 9. - С. 31-36. 5.8. Глушко М.М., Хвиливицкий Т.Г. Радиовещательные передатчики ВЧ диапазона с двухполосным и однополосным режимами работы. Как их строить? Электросвязь. - 1994. - № 6. - С. 22-24. 5.9. Розов В.М. Эффективные усилители звуковых частот для вещательных передатчиков. - М.: МТУСИ, 1997. - 46 с. 5.10. Bowers D.F. Pulsam anew a.plitudemodulation System Communications and Broadcasting. - 1986. - Vol. 6, № 3. 5.11. Артым А.Д. Усилители класса Д и ключевые генераторы в радиосвязи и радиовещании. - М.: Связь, 1980. - 209 с. 5.12. Голомедов А.В. Диоды выпрямительные: Справочник. - М.; Радио и связь, 1988, - 142 с. 5.13. Артым А.Д., Осипов Ю.В., Козин Е.В. и др. Мощный анодный Модулятор класса Д Электросвязь. - 1975. - № 9. - С. 39-42. 5.14. Артым А.Д., Козин Е.В., Николаев В.В. и др. Исследование ключевых анодных модуляторов с последовательным и параллельным питанием ВЧ генератора Электросвязь, - 1981. - № 7. - С. 31-35. 5.15. Артым А.Д., Николаев В.В., Козин Е.В. и др. Исследование мощного вещательного передатчика с анодным модулятором класса Д Электросвязь, - 1987. - № 9. - С. 21-23. 5.16. Розов В.М. Эффективные усилители звуковых частот для вещательных передатчиков. - М.: МТУСИ, 1997. - 46 с. 5.17. Николаев В.В., Козин Е.В. Расчет фильтра нижних частот ключевого анодного модулятора Электросвязь. - 1990. - № 7. - С. 36-38. 5.18. Повышение эффективности мощных радиопередающих устройств / Под ред. А.Д. Артыма. - М.: Радио и связь, 1987. - 176 с. 5.19. Schminke W. The merits of modern technology for todays high power schort-wave transmillers IEEE trans, on Broadcasting. - 1988. - Vol. 34, № 2. 5.20. Tschol W., Boksberger H.-U. Neueste Entwicklungen auf dem Hebiet der Hochleistungssender Brown Boveri Technik. - 1987. - № 6. 5.21. Цикин Г.С. Усилители электрических сигналов. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1969. 5.22. Ткаченко Д.А., Токмаков В.Г., Хвиливицкий Т.Г., Черный СС. Оценка уровня нелинейных искажений передатчика с импульсно-ступенчатым модулятором Электросвязь. - 1993. - № 3. - С. 19-21. 5.23. Kacher Р., Tomlienovic J. Der neue 500-kW-Kurzwellensender Brown Boveri Mitt. - 1983. - № 5/6. 5.24. Розов В.М. Автоматическое регулирование несущей в вещательных передатчиках с AM Электросвязь. - 1995. - № 10. - С. 24-27. 5.25. Розов В.М., Держани Х.И. Эффективность экстраполяции в усилителях с автоматическим регулированием режима Радиотехника. - № 7. - С. 18-21. 5.26. Takashi Wakabayashi и др. All-Solid-State 50 kW medium wave Broadcast-Transmitter NEC Res. and Develop, 1985. - № 76. Jan. 5.27. Артым А.Д. Ключевые генераторы гармонических колебаний. - Л.: Энергия, 1972. - 168 с. 5.28. Повышение эффективности мощных радиопередающих устройств / А.Д. Артым, А.Е. Бахмутский, Е.В. Козин и др.; Под ред. А.Д. Артыма. - М.: Радио и связь, 1989. - 176 с. 5.29. Фомичев И.Н. Новый способ повышения КПД и увеличение мощности передатчиков Электросвязь. - 1983. - № 6. - С. 3-6. 5.30. Колесников А.А. Новый метод повышения КПД и увеличение мощности радиопередатчиков Мастер связи. - 1940. - № 6. - С. 5-7. 5.31. Фузик Н.С., Садыков Э.А. Полигармонические режимы лампового генератора ВЧ с независимым возбуждением. - Фрунзе: Киргизстан, 1970. - 190 с. 5.32. Прошутин И.В. Реализация полигармонического режима на ДСВ передатчиках Электросвязь. - 1985. - № 1. - С. 57-59. 5.33. Садыков Э.А., Судариков А.А., Фузик Н.С. Генератор двухчастот-ного напряжения возбуждения для оконечного усилителя ВЧ в биогармоническом режиме Радиотехника. - 1976. - № 5. - С. 109-111. 5.34. Колесников А.И. Настройка и эксплуатация лампового генератора со сложной формой колебательных напряжений Вестник связи. - 1941.- № 3. - С: 8-10. 5.35. Xiusong Lu IEEE Trans on Broadcasting. - 1992. - Vol. 38, N 2. - P. 85-88. 5.36. Ильина Н.Н. Радиовещательные передающие устройства. - М.: Связь, 1980. - 183 с. 5.37. Проспекты фирм Филипс , Броун Бовери , Телефункен , Том-сон и др. ГЛАВА 6 Передатчики с однополосной модуляцией ВЧ диапазона (короткие волны) для фиксированной и подвижной служб 6.1. Общие сведения Передатчики с однополосной модуляцией (ОМ) получили широкое распространение в магистральных радиосвязях (резерв спутниковой радиосвязи), в подвижных службах (морская, военная, авиационная радиосвязь), в системах низовой и производственной радиосвязи. Планомерное внедрение однополосной модуляции в систему ВЧ информационного радиовещания отмечается в гл. 5. Для этой цели предполагается использовать вместо излучения АЗЕ (две боковые и полная несущая) излучения НЗЕ (одна боковая и полная несущая) и КЗЕ (одна боковая и ослабленная на 6 дБ несущая). Радиооборудование с ОМ в зависимости от назначения строится одно-, двух- и четырехканальным с возможностью универсального использования каналов для передачи непрерывных или дискретных сигналов телефонных, телеграфных, фототелеграфных систем связи. Требование универсальности каналов радиооборудования с ОМ приводит к необходимости жесткого нормирования ряда показателей, в частности таких, как загрузка передатчика (см. § 6.3), нелинейные переходные искажения в передатчиках и приемниках, неточность восстановления частоты передаваемого сигнала, частотные и фазовые характеристики каналов и др. Для облегчения организации радиосвязи с использованием изготовленного в разных странах радиооборудования с ОМ последнее строится, как правило, с учетом имеющихся рекомендаций МККР на параметры передатчиков и приемников с ОМ. Были разработаны и введены в Действие ГОСТы на однополосное радиооборудование, в частности на передатчики различных назначений [6.1-6.3; 1.22]. Поэтому при проектировании передатчиков необходимо в максимальной степени учитывать требова ния этих ГОСТов. Следует также иметь в виду, что в передатчи- ах с ОМ мощностью 1 кВт и выше, как правило, используют типовые возбудители, в которых обеспечиваются кроме ОМ (НЗЕ, J3E, J7B, В8Е'-. и др.) и другие виды работ - AM и ЧМ (А1А, АЗЕ, F1B, F7B и тд,). Проектирование передатчика начинают с разработки технического задания ТЗ, которое должно содержать требования к основным характеристикам передатчиков (диапазон рабочих частот, мощность, виды работ, вид источников питания, параметры антенн, число и параметры телефонных каналов и др.), а также дополнительные требования, отражающие специфичность передатчика или условий его эксплуатации. В ТЗ должны быть отражены: современные тенденции совершенствования передатчиков с ОМ, автоматизация настройки и программное управление, повышение энергетических показателей, транзисторизация маломощных каскадов или построение полностью транзисторного передатчика и пр. Для передатчиков магистральной связи: применение интегральных схем и монолитных кварцевых фильтров, полная транзисторизация, приме--нение методов повышения надежности и экономичности, уменьшение габаритов и массы для передатчиков низовой связи. Следует также отметить целесообразность использования методов цифровой обработки сигналов, особенно в возбудителях. Большая часть этих требований должна соответствовать нормам, указанным в ГОСТ 13420-79 [1.22], ГОСТ 22579-77 [6.1], ГОСТ 26897-86 [6.2], ГОСТ 16019-78 [6.3]. Для радиостанций подвижных служб связи имеется ГОСТ 16019-70 [6,3], предусматривающий механические и климатические требования, а также оговаривающий методы испытания, и ГОСТ 17676-72 на требования к надежности и методам испытания [1.21]. 6.2. Структурные схемы однополосных радиопередатчиков Структурные схемы передатчиков с ОМ весьма разнообразны. Они различаются числом каскадов, используемыми электронными приборами, типами и структурными схемами возбудителей, наличием и разнообразием элементов автоматизации. Полезные сведения о построении структурных схем и других особенностях можно найти в [1,1; 1.44; 2.1; 2,3; 4,11; 6.3; 6.5; 6,6 и др]. Здесь рассмотрены структурные схемы современных однополосных передатчиков и возбудителей. В [6.5] приведены структурные схемы серийно выпускавшихся однополосных передатчиков мощностью 1; 5; 20 и 80 кВт, Эти передатчики до сих пор остаются на радиоцентрах и составляют основу парка радиосвязных передатчиков ведомства связи, В [6.12; 2,1; 2.3; 6.13] рассматриваются структурные схемы транзисторных передатчиков. Указанные издания будут полезны при проектировании транзисторных и транзисторно-ламповых передатчиков с ОМ, Ниже кратко рассматриваются структурные схемы современных передатчиков с ОМ, С.учетом целевой направленности настоящего руководства сведения о передатчиках устаревших типов не приводятся. Здесь не приводятся также подробные описания структурных схем типовых  Рис. 6.1 возбудителей для передатчиков с ОМ, поскольку этот материал изложен в гл. 4, а также в [2.1; 2.3], Передатчики мощностью 5... 100 кВт и выше. Элементная база этих передатчиков - транзисторы (в последнее время чаще полевые, МДП) в маломощных предварительных каскадах и современные лампы - тетроды суперлинейных серий в одном-двух последних каскадах. Общая структурная схема -мощного однополосного передатчика ( Циклон - РС-5К, 5 кВт; Молния - РС-20, 20 кВт) приведена на рис. 6,1, Она включает возбудитель с устройством модуляции (в штриховой рамке) и линейный усилитель ЛУ или собственно передатчик, устройство автоматической настройки и управления передатчиком, устройство питания передатчика переменным и постоянным током П, устройство охлаждения ОХЛ и, наконец, антенный коммутатор АК, Возбудитель таких передатчиков содержит синтезатор, позволяющий получать сетку частот с шагом 100 Гц, формирующее устройство для сигналов с двумя-четырьмя телефонными каналами и частотным модулятором (ЧМ) для сигналов ЧТ, ДЧТ и др, и тракт переноса ТП, транспонирующий сформированные модулированные сигналы на промежуточной частоте в диапазон рабочих частот передатчика. Линейный усилитель ЛУ - мощный усилитель высокочастотных колебаний с линейной амплитудной характеристикой - содержит несколько каскадов - усилителей модулированных колебаний. Типовые параметры входа ЛУ: максимальная амплитуда входного напряжения 0,8. . .1,0 В; входное сопротивление 75 Ом, Параметры выхода ЛУ удовлетворяют требованиям ГОСТа [1,22], Первые два-три каскада ЛУ обычно выполняют как широкополосные усилители напряжения, не требующие элементов настройки, либо в виде ламповых усилителей с апериодической нагрузкой (эквивалент длинной линии), либо в виде усилителей с распределенным усилением УРУ, В последнее время все чаще эти каскады выполняют в виде Широкополосных усилителей на биполярных [6,5] и полевых транзисторах [3,25; 3,7; 6,10], Основное требование к этим каскадам - высокая линейность усиления. Последние один-два каскада - усилители мощности. В передатчиках мощностью выше 5 кВт, как правило, устанавливают современные генераторные тетроды с высокой крутизной, предназначенные для линейного усиления. В качестве анодных нагрузок используют настраиваемые резонансные колебательные контуры в предоконечных каскадах и системы из нескольких колебательных контуров в оконечных каскадах. Переключаемые фильтры вместо перестраиваемых контуров в таких передатчиках обычно не применяют из-за слишком больших размеров такой колебательной системы и пониженного ее КПД. Выходные каскады современных передатчиков строят, как правило, по однотактной схеме, поэтому на выходе этих каскадов включают симметрирующие трансформаторы. На схеме рис. 6.1 симметрирующий трансформатор включен в схему ВКС выходного каскада. Мощность современных трансформаторов, работающих во всем КВ диапазоне, достигает 50... 100 кВт. Иногда для упрощения конструкции трансформаторов их строят для перекрытия части КВ диапазона; например, один трансформатор работает в диапазоне 3...10 МГц, второй - в диапазоне 10...30 МГц, как это сделано в передатчике Молния-3 . Для подключения передатчиков к той или другой антенне используют антенные коммутаторы АК. Эти устройства с ручным, дистанционным или автоматическим управлением позволяют переключать каждый из М передатчиков, установленных на радиоцентре, на каждую из антенн, где М и достигают 10.. .20. Снижение КВБ нагрузки передатчика из-за включения АК обычно не превышает нескольких процентов. Устройства УБС и автонастройки состоят из механических и электрических элементов управления передатчиком (кнопок, ручек, тяг, реле, электродвигателей и др.), элементов электрической и механической блокировки, элементов электрической сигнализации об этапах включения передатчиков, их настройки, об имеющихся режимах в каскадах, о возникших неисправностях. Аппаратура автонастройки в современных передатчиках обычно состоит из элементов грубой настройки (элементов мостиковой схемы, магнитных усилителей, исполнительных двигателей), элементов точной настройки (фазовых датчиков, элементов точной подстройки колебательных контуров) и элементов установки режимов каскадов и загрузки оконечного каскада передатчика [6.5]. В передатчиках последних выпусков все чаще можно встретить в его составе микропроцессорный блок, связанный с системой датчиков и исполнительных механизмов. В функции этого блока входит автоматическое управление передатчиком, периодический контроль его основных параметров, диагностика и предсказание отказов и связь передатчика с подсистемой адаптации системы радиосвязи. Устройство питания передатчика постоянным и переменным токами включает выпрямители на необходимые мощности и напряжение для питания анодных, сеточных, коллекторных цепей электронных приборов, трансформаторы для питания накальных цепей систем управления, сигнализации, блокировки, охлаждения. ФВР lJ*l t> t> Рис. 6.2 в комплект современного однополосного передатчика входит обычно стабилизатор питающего напряжения, рассчитанный на полную потребляемую мощность передатчика. Помимо этого стабилизатора в цепях питания управляющих и экранирующих сеток мощных каскадов, изменение питающих напряжений которых оказывает сильное влияние на линейность модуляционной характеристики передатчика, часто ставят дополнительные электронные стаби.мглаторы. Передатчики мощностью 0,3... 10 кВт. В передатчиках этой мощности, предназначенных как для фиксированной, так и для подвижных служб, структурная схема также содержит возбудитель и линейный усилитель, устройства питания, управления и охлаждения. Структурная схема такого передатчика представлена на рис. 6.2. Возбудитель (окружен штриховой рамкой, как и в предыдущем случае) содержит синтезатор частот Синт, формирователь видов работ ФВР, тракт переноса ТП, выходной усилитель с системой АРУ и блок управления передатчиком УУ. В линейном усилителе предварительные широкополосные непере-страиваемые каскады выполняют на транзисторах по однотактной, а в более мощных каскадах - по двухтактной схеме. Предпочтительными являются полевые транзисторы, слабо используемые по мощности и работающие в классе А. Предоконечный и оконечный каскады - это широкополосные ламповые усилители с распределенным усилением (УРУ), построенные по однотактной (до 500 Вт) или двухтактной схеме для большей линейности усиления. Число ламп в последнем каскаде достигает 3-9 в одном плече. Лампы - современные генераторные тетроды с большой крутизной и длинным нижним сгибом характеристики г'а = /(sc) работают в классе АВ. В последние годы в связи с появлением мощных эффективных МДП-транзисторов в выходных каскадах передатчиков мощностью 1... .5 кВт и даже выше применяются полностью транзисторные усилители, построенные по блочной схеме (рис. 6.2,6). Они включают делитель мощности предварительного каскада, параллельно включенные блоки с линейными транзисторными усилителями (число блоков до 9) и сумматор мощности отдельных блоков мостового типа. он min пцг Рис. 6.3 Выходная колебательная система состоит из переключаемых фильтров НЧ, обеспечивающих перекрытие по частоте; равное 1,7. ..1,8, и устройство согласования с антенной. В последнее время для систем радиосвязи с высокой оперативностью выпускаются передатчики (в частности, фирмой Маркони , Англия) мощностью около 1 кВт без выходной колебательной системы и согласующего устройства. Последнее оказалось ненужным при работе передатчика на широкополосные антенны. Необходимое же подавление гармоник достигается непосредственно в выходном каскаде, построенном в виде двухтактного УРУ, тщательным симметрированием плеч усилителя (введением балластных резисторов для поглощения четных гармоник, подбором напряжений смещения на управляющие сетки и питания - на экранирующие сетки). Передатчики мощностью 1 кВт и ниже. Предназначены для подвижных служб, требующих особой компактности и механической прочности радиооборудования, выполняются полностью на транзисторах. Очень часто передатчик входит в комплект радиостанции, построенной по методу трансивера: некоторые узлы передатчика (предварительные каскады и модуляторы) и приемника (каскады промежуточной частоты и демодуляторы) выполнены общими и работают поочередно то в передатчике, то в приемнике. Прототипами такой радиостанции являются радиостанции АДК (Россия) и ХК-859 (ФРГ). Структурная схема радиостанции-трансивера приведена на рис. 6.3. Ограниченные штриховой рамкой каскады образуют возбудитель для передатчика и приемник. Здесь имеются устройство управления УУ, формирователь видов работ Ф, синтезатор Синт, модем Мод, выполняющий функции модулятора ОМ сигналов и демодулятора при приеме, и, наконец, процессор ПЦ1, выполняющий автоматическое управление всеми элементами возбудителя-приемника. Второй микропроцессор ПЦ2 связан с первым общей шиной и управляет работой каскадов линейного усилителя, переключает фильтры выходной колебательной системы (до 9 фильтров), регулирует выходную мощность передатчика. В радиостанциях таких типов предусматривается обычно два или три режима мощности (например, 400 и 40 Вт). На выходе линейного усилителя, как правило, имеется управляемое устройство согласования с антенной. В каскадах линейного усилителя принимаются жесткие меры по подавлению четных (трансформаторы-короткозамыкатели) и нечетных (симметрирование) гармоник. Необходимая линейность усиления достигается рациональным выбором транзисторов и подбором напряжений питания и смещения. Описанные выше передатчики вследствие реализации в каскадах режимов класса А или АВ имеют сравнительно небольшой средний промышленный КПД 15.. .25 %. В тех случаях, когда требуется передатчик со значительной мощностью, а ресурс источников питания ограничен, применяют один из методов повышения КПД, описанных в гл. 5 (метод АРР или метод раздельного усиления). Передатчики с ОМ малой мощности (от 0,5 до нескольких ватт). Предназначены в качестве элементной базы транзисторов и интегральных микросхем. В этих передатчиках используют как правило, два-три преобразования частоты, поскольку первое транспонирование телефонного сигнала производится в область частот вблизи 500 кГц, а диапазон рабочих частот, как правило, ограничен сверху 8. . .15 МГц. Структурная схема передатчика содержит микрофонный усилитель звуковых частот, два-три балансных модулятора, синтезатор частот, один-три каскада ВЧ. Последний каскад отдает через выходную колебательную систему сигналы заданной мощности в антенну. Сложность ВКС и необходимость элемента согласования передатчика с антенной зависят от ширины диапазона рабочих частот, мощности передатчика и класса колебаний в выходном каскаде. Например, передатчики мощностью от 10 Вт в'ряде случаев могут не иметь ВКС. Для согласования с антенной служит широкополосный трансформатор. Часто в таких передатчиках предусматривают подачу модулирующих сигналов как от микрофона, так и с линии. Для телеграфной работы в таких передатчиках встраивается генератор НЧ (с частотой 1000 Гц) и гнезда для ключа. Источником питания таких передатчиков служат гальванические или аккумуляторные батареи, генераторы С ручным или ножным приводом, маломощные двигатели-генераторы. При питании от аккумуляторов и батарей в схему передатчика часто вводят преобразователь напряжения постоянного тока для питания мощного каскада повышенным напряжением. Из краткого описания структурной схемы следует, что в отличие от мощных передатчиков в маломощных нет четкого разделения на. возбудитель и ЛУ. 6.3. Групповой сигнгил в тракте однополосного передатчика Выше уже отмечалось, что достаточно мощные передатчики с ОМ Могут иметь до четырех независимых каналов и при эксплуатации таких передатчиков по этим каналам могут передаваться сигналы от различных источников (микрофоны, телеграфные аппараты, многоканальные устройства уплотнения, фототелеграфные аппараты, ЭВМ и др.) с различными характеристиками. Таким образом, групповой сигнал в общем Для всех сигналов тракте возбудителя и линейного усилителя является Таблица 6.1 Г
Примечания. 1. Обозначения: Р - сигнал аналоговой телефонии; Т - телеграфный сигнал с ЧТ или ФТ. Число перед буквами означает число парциальных каналов в групповом тракте; В = Picp/Pi max - загрузка усилителя; - вероятность перемодуляции; X и Х' - среднее значение и средний квадрат относительной амплитуды X = Uc/UcTna.x группового сигнала. 2. Параметры в строке 2Т относятся к двухтоновому измерительному сигналу. СЛОЖНЫМ, многочастотным сигналом со случайными амплитудой и фазой. В [1.1, с. 367-371] рассмотрены статические параметры различных групповых сигналов, характеризующие их энергетические показатели, и пока-зано, как ими пользоваться при расчете средних значений энергетических параметров усилителя. Необходимые для расчетов статистические параметры наиболее часто встречающихся групповых сигналов, соответствующие рекомендованной МККР загрузке усилителя В, приведены в табл. 6.1. Сведения о статистических параметрах группового сигнала нужны прежде всего для оценки среднего КПД передатчика - параметра, по которому оценивается энергетическая эффективность передатчика и рассчитывается стоимость электроэнергии, потребляемой передатчиком при реальной работе. Поскольку главным потребителем электроэнергии является выходной каскад (обычно больше 90 %), то рассмотрим энергетику только этого каскада. Оконечный каскад - линейный усилитель. Его средний КПД вычисляется по формуле Уа.ср = Лср/Роср = Чаш.хХУ{Х + Рп). Здесь тратах - КПД В режиме максимальной мощности; X ]л Х - параметры, приведенные в табл. 6.1;/?п = 1п/1аОтъх - относительное значение тока покоя, находящееся в пределах 0,15.. .0,25. Последнее значение относится к лампам суперлинейной серии (с длинным нижним сгибом). Не следует удивляться, что средние КПД для линейных усилителей довольно низкие. Например, для усилителя с ??атах = 0,7 и /? = 0,25 при усилении сигналов одного телефонного канала (Х^ = 0,100 и X = 0,224) средний КПД равен т/а ср = 0,7 0,100/(0,224 + 0,25) = 0,147 (14,7 %). 6.4. Порядок проектирования передатчика В этой главе рассматриваются разработка структурной схемы передатчиков с ОМ и ее ориентировочный расчет, расчет режимов отдельных каскадов передатчика, расчет модуляционных характеристик усилительных каскадов и преобразователей частоты, расчет КПД в режиме максимальной мощности и среднего КПД при заданных групповых сигналах. Что же касается выбора электронных приборов, исходных данных для ориентировочного расчета структурной схемы, расчета надежности, то эти вопросы рассмотрены в гл. 1, а методики расчета элементов схем и др. - в гл. 2-4. Разработка структурной схемы проектируемого передатчика может быть начата после тщательного изучения технического задания (ТЗ). На этом этапе нужно, исходя из ТЗ и современного уровня техники, сформулировать общее представление о будущем передатчике. Нужно решить, будет передатчик ламповым, транзисторным или смешанным; возбудитель передатчика - типовой (и какой) или специальный в виде отдельного устройства или встроенный в передатчик. Если проектируется передатчик радиостанции низовой связи, то нужно решить, какие узлы передатчика будут общими с приемником. Затем следует принять решение о структуре выхода передатчика (симметричный, несимметричный, наличие симметрирующих трансформаторов и АК), о типах предварительных усилителей (резонансные, широкополосные, УРУ), о степени автоматизации передатчика и, наконец, об источниках питания и их структуре (число отдельных источников, напряжения). Результатом работы на этом этапе должна быть ориентировочная структурная схема передатчика, имеющая все необходимые функциональные узлы, число каскадов в которой уточняется на следующем этапе. При работе на этом этапе целесообразно воспользоваться материалом предыдущего параграфа и следующей литературой [1.1; 1.44; 2.1; 3.25; 6.4; 6.5; 6.7]. Исходными данными для ориентировочного расчета структурной схемы передатчика являются: диапазон рабочих частот /min- --/max; номинальная мощность передатчика, она же максимальная мощность, отдаваемая передатчиком и измеренная на входе фидера антенны (lAmax, кВт), Коэффициент нелинейных искажений на выходе передатчика {Kf3, дБ), измеренный двухтоновым методом, и, наконец, допустимая мощность побочных излучений (Рп.доп, мВт) или их ослабление (в децибелах) по отношению к мощности первой гармоники. В процессе разработки структурной схемы передатчика необходимо установить для каждого каскада: диапазон рабочих частот и необходимые полосы пропускания (частотный план), входную и выходную мощности или выходную мощность и коэффициент усиления каскада по мощности Кр (диаграмма уровней), допустимый уровень нелиней-ньх искажений К/з для всех каскадов, находящихся в тракте группового сигнала; выбрать типы электронных приборов (ЭП). Кроме того, на этом этапе устанавливается схема колебательной системы выходного каскада, уточняются необходимые источники питания и номиналы питающих напряжений. Ориентировочный расчет структурной схемы удобно начать с распределения нелинейных искажений по каскадам тракта группового сигнала, поскольку в результате этой операции появляются основания для выбора типов электронных приборов для каждого каскада и их режимов. Для оценки степени нелинейных искажений здесь и ниже будем пользоваться коэффициентом нелинейных искажений третьего порядка Л'з (см. [1.1, § 7.10; 6.4, с. 213; 1.44]). Результирующее значение 7\/зобщ, дБ, для усилителя с числом каскадов Л' можно получить из формулы А'/зобщ 20 Ig \i=i Здесь Kfzi = А3/А1 - отношение амплитуд составляющих третьего и первого порядков на выходе усилителя с номером г. Формула справедлива при Kjsi < 0,05, т.е. при Kjs < -20 дБ, и в тех случаях, когда нелинейные искажения, возникшие в одних каскадах усилителя, не компенсируются обратными по знаку искажениями в других. В промежуточных усилителях получение низких значений Kjzi дости-J гается применением ламп с квадратичными характеристиками и полевых МДП-транзисторов и слабым их использованием (низкие значения 7*1 max/PiJv)- Для мощных каскадов Kjs выбирают компромиссное решение между уровнем нелинейных искажений и энергетическими показателями каскада. Обычно для выходного каскада принимают 7\/Зсум на 4...6 дБ меньше 7\/Зоб1ц. Оставшуюся часть искажений распределяют между остальными каскадами, задавая для каскадов меньшей мощности более низкие уровни искажений (-45 ... - 65 дБ). По полученным результатам целесообраз- / N \ аналогично тому, но построить график функции Kfz = 20 Ig Kfsj Vi=i / который показан для иллюстрации на рис. 6.4 штриховой линией для передатчика с Г/зобщ = -36 дБ. При построении графиков PiAmax и 7i/3cyM следует руководствоваться тем, что уровень сигнала на выходе типового возбудителя около 5 мВт, на выходе передатчика для конкретного случая, принятого для рис. 6.4, 80 кВт; /\/зсум на выходе типовых возбудителей можно принимать равным -55 дБ; на выходе проектируемого передатчика - по ГОСТу. Далее производится расчет диаграммы уровней. Для этой цели прежде всего необходимо установить по материалам гл. 1 ориентировочные значения ?;вкс - КПД колебательной системы ВКС и т/ст - КПД симметрирующего трансформатора СТ. Коэффициент полезного действия ВКС зависит от числа контуров в ВКС, их загрузки и определяется в результате расчета ВКС для необходимой фильтрации. Для расчета же t> HAH п>  Рис. 6,4 структурной схемы tjbkc и j/ct можно задать, руководствуясь соотношениями между PiAmax и ?7вкс. Приведенными в гл. 1, а г]ст принять равным 0,9...0,97. Найдя максимальную мощность, отдаваемую электронным прибором выходного каскада в колебательную систему: -Pi max = 7lAmax/( 7BKC HCv), следует перейти к выбору типа ЭП. Если в ТЗ нет специфических требований, из которых следует однозначный выбор, то можно руководствоваться примерными правилами: передатчик для фиксированной службы мощностью больше 5 кВт - в выходном каскаде целесообразны лампы-тетроды; передатчик подвижной службы до 1 кВт - более целесообразны транзисторы (МДП). Желательно использовать лампы суперлинейной серии с удлиненным нижним сгибом статических характеристик (ГУ-82, ГУ-84, ГУ-94П, ГУ-104А и др.). Такие лампы могут отдавать мощность, равную до 70. .. 100 % от номинальной, работая без токов управляющей сетки и обеспечивая 7/з -40 дБ. Поскольку со-временнь1е тетроды имеют номинальные мощности от 50 Вт до 1 МВт, то в коротковолновых передатчиках, связных и радиовещательных, начиная с 70-х годов применяется в выходном каскаде однотактная схема с общим катодом, а для получения заданной мощности используется подходящая по мощности лампа. В передатчиках на транзисторах целесообразны блочное построение мощнЬ1х каскадов (например, рис. 7.32 в [1.1] и рис. 1.15 в [2.1]) и двухтактные схемы в блоках. Что касается выбора номинальной мощности ЭП для выходного каскада, то можно исходить из следующих соображений: а) в передатчиках, которые должнь! длительное время работать при максимальной мощности Рдтах (например, при одноканальной передаче сигналов А1А, Fib и др.), номинальную мощность ЭП Pihom выбирают из условия Р\-яоы - (1,1 l>4)Pi max И ПО справочнику подбирают тип лампы, которая отдает такую мощность в режиме линейного усиления и желательно при отсутствии тока управляющей сетки; 6) для ламповых передатчиков, в которых Pi max достигается на очень коротких интервалах времени (многоканальный групповой сигнал), а длительная работа с излучениями А1А, F1B, F7B и др. предусмотрена с пониженной мощностью lA Рдср, целесообразнее задавать и нормировать среднюю мощность в антенне PiAcp- Критерием пригодности того или иного ЭП в этом случае является выполнение неравенства Ра.ср < Ра.доп при заданной PiAcp (Ра.ср - средняя, а Ра.доп - допустимая мощности рассеяния ЭП). Ориентировочный расчет средней рассеиваемой мощности производится в следующем порядке. 1. По известной средней мощности PiAcp определяется средняя мощность, отдаваемая ЭП, Picp = PiAcp/ 7BKC, где jjbkc - ориентировочный КПД выходной колебательной системы (см. табл, 1.12). 2. Из всех заданных для проектируемого передатчика видов работ по табл. 6.1, выбираем такой, для которого отношение Х /Х минимально, i 3. Приняв ориентировочно максимальный КПД анодной цепи усилителя ?7атах = 0,7 И коэффициент /?п равным 0,15...0,25, найдем для i выбранного вида работы средний КПД анодной цепи оконечного усилителя ?7а.ср = 7атах/( + Ра) И затем среднюю мощность, рассеиваемую на аноде, Да.ср = Plcp(l - 7а.ср)/?а.ср- По Plcp и Ра.ср выбирают подходящие типы ламп. Окончательное решение о пригодности выбранной лампы производится после полного расчета усилителя. Выбор типов транзисторов для КВ передатчиков, в которых транзисторы работают в недонапряженном режиме с ОМ, может проводиться аналогичным образом (см. выше п. 1), однако соотношение между номинальной мощностью транзисторов и максимальной отдаваемой транзисторами мощностью принимается в виде 1ном так как в транзисторных усилителях перегрузка ЭП недопустима. Число и выбранный тип ламп или транзисторов указывают на составляемой структурной схеме (рис. 6.4). Для определения максимальной отдаваемой мощности предоконеч-ным каскадом необходимо установить коэффициент усиления по мощности КР для выходного каскада и КПД колебательной системы предоконечного каскада тукспром- Для ориентировочного расчета структурной схемы передатчика с ОМ значения Кр = Np = Pi max/Рстах можно установить по табл. 1.12, где эта величина обозначена через Np. Выбор ?7кСпром обусловлен степенью снижения напряжения возбуждения при возникновении тока в цепи управляющей сетки (или базы) ЭП выходного каскада, а значит, нелинейными искажениями. Для того чтобы не увеличивать заметно общий уровень нелинейных искажений, 7/КСпром принимают В пределах 0,1...0,5. Большая цифра относится к малым сеточным (или базовым) токам (icmax < O.Oliamax)- Ориентировочная отдаваемая мощность предоконечного каскада ДхтахПОК = Д1тахОк/( 7КСпромЛГр). По этой мощности выбирают тип ЭП предоконечного каскада. Приведенные выше для предоконечного каскада расчеты повторяются последовательно для каждого предварительного каскада ЛУ. При этом следует иметь-в виду, что для сравнительно маломощных каскадов в целях достижения низких значений Kf3 допускают весьма слабое использование ЭП ( 0,7.. .0,5) и работу в классе А без сеточных токов для ламповых и с малыми токами базы для транзисторных усилителей. После выбора типов ЭП для всех каскадов уточняют номинальные значения питающих напряжений, которые указывают на структурной схеме. Целесообразно также указать на схеме рабочие частотные диапазоны для каждого узла схемы, т.е. составить частотный план передатчика. Все данные, полученные при ориентировочном расчете структурной схемы, следует рассматривать как основные пункты ТЗ для детального проектирования каждого каскада. Для проверки ориентировочного расчета структурной схемы передатчика целесообразно построить диаграмму уровней мощности в передатчике, принимая за нулевой уровень 1 мВт на сопротивление 600 Ом и откладывая в децибелах уровни сигналов на выходе каждого каскада. В некоторых узлах тракта передатчика (диодные БМ, фильтры, сумматоры на активных сопротивлениях и др.) имеет место ослабление группового сигнала. При составлении диаграммы уровней можно принять следующие приблизительные значения этих ослаблений в децибелах; Диодный БМ, амплитудный детектор ............................ 4. ..12 Кварцевые канальные фильтры .................................. 8. ..12 Механические канальные фильтры .............................. 6. ..14 Катушечные ФСС................................................ 6. ..10 Сумматоры резистивные ....................................... Свыше 20 При использовании в проектируемом передатчике типовых возбудителей расчет структурной схемы производится для всех каскадов, включая первый после возбудителя каскад. На рис. 6.4 для примера приведена диаграмма уровней для передатчика мощностью 80 кВт (непрерывная линия - выходные мощности каскадов, штриховая - уровни нелинейных искажений /\7зсум). Эта диаграмма дает ясное представление о распределении усиления в тракте, а также показывает точки с малым уровнем сигнала, где наиболее вероятно возникновение помех при недостаточной экранировке. В начале следующего этапа проектирования необходимо разработать или выбрать принципиальные схемы проектируемых каскадов. Для этой цели можно использовать следующие схемы:  Рис. 6.5 схемы выходных каскадов на тетродах, см. [1.1, рис. 3.2; 3.23; 3.24 й 7.36], а также рис. 6.5 данной главы; схемы выходных усилителей с распределенным усилением (УРУ) [1.1, рис. 3.14; 6.8, рис. 6.23; 6.24; 6.27]; схемы усилителей с общей сеткой [1.1, рис. 2.26; 3.27]; транзисторные усилители с вилкой фильтров [1.1, рис. 2.62]; структурные схемы оконечных каскадов рис. 1.15 и [1.1, рис. 7.32];; схема двухтактного усилителя [1.1, рис. 3.33]; усилители с ООС по ВЧ [1.1, рис. 7.37]; структурная схема усилителя с ООС по огибающей [1.1, рис. 7.38]. Наконец, можно воспользоваться рис. 6.5,0, где представлена схема' мощного предоконечного усилителя на транзисторах, схема суммирова- ния мощности четырех транзисторных блоков. На рис. 6.5,6 показано) искажение напряжения возбуждения при работе лампы оконечного каскада с токами в цепи первой сетки. Из этого рисунка следует, что при увеличении мгновенного напряжения Сс > О возникает сеточный ток, резко падает входное сопротивление и вершина импульса снижается, достигая значения вест вместо бетах- После разработки принципиальных схем каскадов можно переходить к техническому расчету. 6.5. Технический расчет параметров режима ВЫХОДНОГО каскада Технический расчет каскада, состоящий из расчета параметров ре-жимаЭП по заданной отдаваемой мощности, расчета средних значений электрических величин, расчета элементов схемы и расчета ВКС, ведется по ТЗ, сформулированному при проектировании структурной схемы передатчика (отдаваемая ЭП мощность Pi max или Picp, тип и число ЭП, диапазон рабочих частот, способ охлаждения ЭП, номинальные напряжения питания, коэффициент нелинейных искажений и др.). Расчет параметров режимов ламп и транзисторов усилительных каскадов можно выполнять по традиционным методикам, изложенным в [1.1, гл. 2; 1.44 и 2.1], а также в гл. 2-4. При этом для расчета коэффициентов нелинейных искажений следует воспользоваться одной из методик из [6.6, гл. 3]. Более точный и полный расчет энергетических параметров режима и нелинейных искажений можно выполнить на компьютере, используя разработанные для этой цели программы LUARA и TETROD. В этих программах применяются реальные статические характеристики ламп и полевых транзисторов. Пояснения к использованию этих программ имеются в [6.11]. Для усилителей на биполярных транзисторах рассчитываются только энергетические показатели, а для достижения малых нелинейных искажений следует использовать рекомендации, имеющиеся в гл. 2, а также в [1.1, гл. 2 и 3; 1.44; 2.3]. Расчет параметров режимов тетродов в усилителе сигналов с ОМ. Исходные данные для расчета: 1) отдаваемая лампами только максимальная мощность Pi max. кВт, или (и) средняя мощность Picp, кВт; в обоих случаях расчет ведется и для максимальной расчетной мощности Pi max! 2) тип ламп; 3) напряжение анодного питания Еа, 4) параметры группового сигнала; 5) коэффициент нелинейных искажений К/зри- Напряжение питания анодной цепи Е^ выбирают по рекомендациям гл. 2, а также [1.1, гл. 2 и 7], напряжение питания экранирующей сетки Ес2 обычно выбирают равным номинальному. Расчет производится по статическим характеристикам ламп. Для иллюстрации на рис. 6.6 приведены анодные характеристики для современных тетродов. На характеристиках в том месте, где их линейная часть переходит в изогнутую, отмечаются точки а, ai, аг, з- и через них проводят прямую а, Сашап. отделяющую область линейного усиления от области, где усиление будет сопровождаться заметными искажениями. Напряжение смещения Е^ = Есопт, при котором нелинейные искажения имеют минимум (рис. 6.7), можно для современных Генераторных тетродов с протяженным нижним сгибом статических характеристик (СХ) анодного тока определить следующим образом. Из семейства сеточных характеристик 4 = /(е<;) (рис. 6.8) выбирают три, снятые при ба = fiamin. Еа/2 И Е^.. На Характеристиках при Са = Camin и Еа/2, отмечают точки о и б', значения тока 4 для которых равно а = 7атах = SPi/J/amax И = 7amax/2. Через ТОЧКИ а \Л б Прово- Дят прямую до пересечения с осью абсцисс в точке в. Напряжение на управляющей сетке для точки в равно Е^ w сопт! расстояние между точками виг равно амплитуде напряжения возбуждения Сметах, а отрезок вд соответствует току покоя 7п. 1 ... 21 22 23 24 25 26 27 ... 33 |