Назначение, классификация и основные параметры радиопередатчиков

Радиопередающие устройства (РПдУ) применяются в сферах телекоммуникации, телевизионного и радиовещания, радиолокации, радионавигации. Стремительное развитие микроэлектроники, аналоговой и цифровой микросхемотехники, микропроцессорной и компьютерной техники оказывает существенное влияние на развитие радиопередающей техники как с точки зрения резкого увеличения функциональных возможностей, так и с точки зрения улучшения ее эксплуатационных показателей.

Это достигается за счет использования новых принципов построения структурных схем передатчиков и схемотехнической реализации отдельных их узлов, реализующих цифровые способы формирования, обработки и преобразования колебаний и сигналов, имеющих различные частоты и уровни мощности.

Радиопередающие устройства (радиопередатчики) предназначены для: формирования колебаний несущей частоты; модуляции их по закону передаваемого сообщения и излучения полученного радиосигнала в пространство или передачи его по физическим линиям связи.

 Радиопередающие устройства классифицируют:

1) По назначению: вещательные (радиовещательные, телевизионные), связные, радиолокационные, навигационные, телеметрические и др.

2) По диапазону рабочих волн (километровые, гектометровые, декаметровые, метровые и т.д.).

3) По средней излучаемой мощности передаваемых сигналов:

Под мощностью передатчика понимают мощность, отдаваемую в антенну. Она является одним из наиболее характерных показателей, определяющих дальность действия и надежность работы радиолинии.

По величине мощности передатчики могут быть очень малой (менее 3 Вт), малой (3..100 Вт), средней (0,1…10 кВт), большой (10…100 кВт), сверхбольшой (более 100 кВт) мощности.

4) По виду модуляции сигнала.

5) По условиям эксплуатации: стационарные, бортовые (космические, корабельные, самолетные, автомобильные) и переносные (портативные).

Основными узлами РПдУ являются (рис. 15.1) генератор несущей частоты и модулятор. В современных системах связи РПдУ содержит и другое оборудование, обеспечивающее совместную работу средств связи: источники питания, системы синхронизации, автоматического управления, контроля и сигнализации, защиты и т.д.

Преобразования, выполняемые радиопередающими устройствами:

• получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и мощности;
• модуляция высокочастотных колебаний сигналом, поступающим от источника информации;
• фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых выходят за пределы необходимой полосы излучения и могут создать помехи другим радиостанциям;
• излучение модулированных, отфильтрованных и усиленных колебаний через антенну.

Рис.15.1

Задающий генератор – синтезатор служит для получения высокочастотных колебаний, частота которых соответствует высоким требованиям к точности и стабильности частоты радиопередатчиков.

 Наличие синтезатора позволяет проводить преобразование частоты задающего генератора, которая обычно постоянна, в любую другую частоту, которая необходима для обеспечения радиосвязи или вещания. 

Синтезатор позволяет создавать ряд частот с высокой точностью и стабильностью, та как стабильность обеспечивается  на фиксированной низкой частот а ВЧ колебания формируются с использованием системы Фазовой автоподстройки частоты.( ФАПЧ).

Современные синтезаторы также выполняются с возможностью дистанционного или автоматического управления синтезируемой частотой.

Усилитель мощности позволяет увеличить мощность радиосигнала до заданного уровня. Одним из основных показателей также является высокий коэффициент полезного действия. Выходная цепь усилителя мощности выполняет функции согласования выхода мощного оконечного усилителя с антенной, фильтрации высокочастотных колебаний и передачи усиленных колебаний в антенну. Для существенного повышения мощности используют метод сложения мощностей активных элементов, соединяя их параллельно или последовательно с нагрузкой. Иногда производят сложение в нагрузке мощности от отдельных блоков, общей нагрузкой которых является промежуточный контур, связанный с антенной, так как получить большую мощность от одного каскада усиления даже на мощных транзисторах зачастую невозможно.  При сложении одной из важных задач является наличие взаимной связи через нагрузку и источник возбуждения, которая ослабляется при использовании мостовых схем сложения мощности.

Модулятор служит для модуляции несущих высокочастотных колебаний передатчика передаваемым сигналом. В зависимости от назначения передатчика и вида модуляции (амплитудная, частотная, однополосная и др.) процесс модуляции может происходить по разному.

Рис.15.2

Например, амплитудная модуляция (рис.15.2) может производиться до усилителя мощности на низком уровне сигнала или же ы усилителе мощности на высоком уровне сигнала, частотная модуляция может получаться в синтезаторе частоты либо (реже) в генераторе высокой частоты.

Параметры любого радиопередающего устройства должны удовлетворять требованиям ГОСТов и рекомендациям МСЭ.

Технические показатели радиопередатчиков определяются  рядом параметров, в зависимости от назначения:

1. Диапазон частот несущих колебаний f₁,…, f_N.

2. Количество рабочих частот N внутри этого диапазона.

3. Шаг сетки рабочих частот, определяемый согласно выражению

Df_ш = (f_N – f₁) / (N – 1), где N ³ 2.

Радиопередатчик может работать на любой из фиксированных частот внутри диапазона f₁,…, f_N .

4. Нестабильность частоты несущих колебаний. Различают абсолютную и относительную нестабильность частоты.

Абсолютной нестабильностью частоты называется отклонение частоты f излучаемого радиопередатчиком сигнала от номинального значения частоты f_ном. Относительной нестабильностью частоты называется отношение абсолютной нестабильности частоты к ее номинальному значению D_f = Df_нест / f_ном . По существующим международным нормам отклонение от номи­нала частоты передатчика для радиосвязи на гектометровых волнах не должно превышать 0,005 %.

5.Выделенная полоса частот излучения.

6. Выходная мощность несущих колебаний – это максимальная активная мощность высокочастотных колебаний, поступающая в антенну при отсутствии модуляции, при непрерывном излучении. , помимо цифры максимальной мощности, при непрерывной работе характери­зуют значениями пиковой мощности, которая может быть обеспечена в течение ограниченных промежутков времени.

       7. Суммарная мощность, потребляемая передатчиком от источника или блока питания по всем цепям.

8. Коэффициент полезного действия или промышленный КПД – определяется как отношение выходной мощности радиопередатчика к потребляемой им мощности.

9. Вид модуляции и определяющие его параметры.

10. Параметры передаваемого сообщения.

11. Параметры, характеризующие допустимые искажения передаваемого сообщения.

12. Побочные излучения радиопередатчика - излучения на частотах, расположенных за пределами полосы, которую занимает передаваемый радиосигнал. К побочным излучениям относятся гар­монические излучения передатчика, паразитные излучения и вредные продукты взаимной модуляции.