Файл: Тихонов И.И. Радиоэлектроника и ее военное применение.pdf

элетронике используются практически безынерционные генераторы переменных токов, состоящие из колеба­ тельного контура и электронного прибора (радиолампы).

Такие устройства называются ламповыми генераторами.

Они преобразуют энергию постоянного тока источников питания в энергию тока высокой частоты.

Создаваемые ламповым генератором колебания вы­

сокой частоты являются незатухающими. Их частота оп­ ределяется параметрами колебательной системы (коле­ бательного контура, состящего из конденсатора и ка­ тушки индуктивности). При необходимости получения колебаний различных частот т. е. при работе радиопе­ редатчика в некотором диапазоне частот, предусматри­

вается возможность изменения параметров колебатель­ ной системы (например, изменяется величина емкости

конденсатора).

Для усиления полученных колебаний высокой часто­

ты в радиопередатчике используются усилители мощно--

сти, представляющие собой сочетание радиоламп с ко­ лебательными системами и потребляющие энергию пер­ вичных источников питания. В отличие от задающих ге­ нераторов, где создаются и поддерживаются собствен­

ные колебания, в усилитель мощности колебания посту­ пают извне, т. е. от задающего генератора или пред­ шествующих каскадов усилителей мощности. Оконеч­ ный-каскад усилителя мощности связывается с передаю­ щей антенной.

Радиолампы являются важными элементами радио­

электронной аппаратуры, определяющими ее техниче­

ские, тактические и эксплуатационные характеристики.

Они применяются не только в передатчиках, но и в дру­ гих блоках радиоэлектронных устройств. Вместо ламп в ряде случаев применяют полупроводниковые приборы, а на сверхвысоких частотах — специальные устройства, объединяющие свойства радиолампы и колебательной системы, так называемые магнетроны и клистроны.

Таким образом, важнейшие требования, которые обычно предъявляются к радиопередатчику, будут состо­ ять в следующем: он должен обеспечивать получение оп­ ределенной мощности колебаний, передаваемых в ан­ тенну. создавать заданную частоту колебаний и поддер­ живать ее с необходимой устойчивостью, а также рабо­ тать на любой частоте в заданном диапазоне.

ю

Мощность радиопередатчика непосредственно влияет на дальность действия радиоэлектронного устройства, так как при распространении радиоволн над земной по­ верхностью происходит поглощение их энергии. Поэтому мощность радиопередатчика определяют в основном ис­ ходя из тех расстояний, на которые необходимо пере­ давать сигналы устройством данного назначения. В ма­ ломощных радиопередатчиках число каскадов усиления будет небольшим и потребляемая ими энергия невелика. Радиопередатчики большой мощности будут иметь боль­

шее количество каскадов усиления и расходовать боль­ шее количество энергии источников питания. Это отра­

зится на габаритах передатчика, его весе и подвижности. Стабильность (постоянство) частоты колебаний, соз­ даваемых передатчиком, определяет возможность на­ стройки на него приемного устройства без поиска и под­ строек. Кроме того, стабильность определяет те интер­ валы по частоте, которые необходимо предусмотреть для одновременно работающих в одном диапазоне радиопе­ редатчиков с тем, чтобы они не создавали взаимных по­ мех. Она зависит от ряда факторов, связанных главным образом с изменением внешних условий, в которых ра­ ботает задающий генератор (изменения температуры,

влажности воздуха, механические сотрясения, изменение напряжения источников питания и др.).

Для повышения стабильности частоты задающих ге­ нераторов радиопередатчиков применяют различные ме­ тоды: сохранение постоянства условий, в которых нахо­ дится генератор, применение высококачественных радио­ материалов и т. п. Кроме того, широко применяется квар­ цевая стабилизация, основанная на использовании хо­ рошо известного пьезоэлектрического эффекта.

Вырезанные из кварца пластины обладают способно­

стью к собственным механическим колебаниям, возни­ кающим под влиянием приложенного к ним переменного электрического напряжения. Частота собственных коле­ баний кварца зависит от толщины' и направления среза и характеризуется высокой степенью постоянства. Поме­ щая кварцедержатель с кварцевой пластинкой опреде­ ленной толщины в колебательную систему задающего ге­ нератора, достигают высокой стабильности генерируе­ мой частоты. При работе на различных частотах квар­ цевые пластинки необходимо менять.

II

Кварцевая стабилизация применяется чаще всего в диапазоне коротких и более длинных волн, так как тол­ щина среза не может быть меньше величины, определяе­ мой механической прочностью кварца.

Для использования кварцевой стабилизации при ра­

боте передатчика на более высоких частотах прибегают к умножению частоты (удвоению или утроению). В этом случае стабилизация задающего генератора произво­ дится на более низких частотах, допускающих примене­ ние кварцевых пластинок, а последующее усиление-

энергии колебаний в усилителях мощности ведется на гармониках, т. е. частотах, кратных основной частоте, стабилизированной кварцем.

Управляющее устройство. Помимо генерирования и усиления токов высокой частоты до нужной мощности, в передатчике осуществляется управление токами путем

так называемой модуляции.

Под модуляцией токов высокой частоты по­ нимают воздействие на них телеграфным кодом, ре­ чью, сигналами телевидения или радиолокации, т. е. сиг­

налами более низкой частоты, содержащими передавае­ мую информацию. Сигналы, которые необходимо пере­ дать по радио, могут воздействовать на один из пара­

метров токов высокой частоты: амплитуду, частоту или фазу. В соответствии с этим различают амплитудную, частотную или фазовую модуляцию.

Способы управления передатчиком и формы колеба­ ний, которые при этом излучаются, будут иметь в каждом из указанных случаев свои особенности.

Рассмотрим кратко сущность передачи сообщений по линиям радиосвязи с использованием телеграфной и те­

лефонной аппаратуры.

В простейшем случае при передаче по проводам те­ леграфных сообщений пользуются телеграфным ключом.

Нажатием и отжатием ключа осуществляется посылка в линию импульсов тока определенной продолжительно­ сти (точек и тире), соответствующей коду Морзе. На приемном конце проводной линии связи в моменты при­

хода токовых посылок срабатывает электромагнит и на ленте производится запись точек и тире передаваемого текста.

При осуществлении телефонных переговоров по про­ водам в линию посылаются токи звуковых частот, полу­

12

чаемые в микрофонной цепи, которые, воздействуя на приемном конце на обмотки электромагнитов телефонов,

заставляют колебаться мембраны, воспроизводя речь, произносимую перед микрофоном. При этом известно,

что спектр низких частот, которые необходимо передать

для того, чтобы речь была разборчива, должен включать частоты от самых низких (десятков герц) до частот по­

рядка 2500-4-3000 гц.

Амплитудная модуляция как способ управления коле­ баниями высокой частоты в радиотелефонии была при­ менена раньше других способов. Она и сейчас находит широкое применение при радиотелефонной передаче, особенно на средних и коротких волнах. При этом спо­ собе изменение амплитуды тока (напряжения) высокой частоты происходит в соответствии с напряжением пер­

вичного сигнала звуковой частоты. На рис. 2 показаны графики изменения амплитуды тока высокой частоты под воздействием управляющего напряжения одной звуковой частоты. Амплитуды тока высокой частоты постоянны до тех пор, пока отсутствует управляющее напряжение зву­ кового сигнала. При наличии управляющего сигнала ам­ плитуды тока высокой частоты изменяются по закону

колебания звуковой частоты.

Модуляция по амплитуде осуществляется в нелиней-

нение амплитуды под воздействием управляющего сигнала

13

ном элементе, которым обычно служит радиолампа, и представляет собой сложный процесс взаимодействия колебаний высокой и низкой частот. В результате ампли­

тудной модуляции колебаний высокой частоты f0 одним тоном низкой частоты F возникает три высокочастотных

ром по обе стороны от первоначальной высокой часто­ ты fo, называемой несущей частотой, симметрично рас­

положены боковые частоты (fo+-0 и (fo—F), отстоя­

щие от несущей на .звуковую модулирующую частоту

F (рис. 3).

При передаче .речи, которая, как отмечалось выше, состоит из спектра низких частот от нескольких десятков герц до 3000 гц, радиопередатчик будет излучать, помимо несущей частоты, две боковые полосы частот, так как каждый тон создает пару боковых частот. Ширина всего спектра частот передаваемой речи при амплитуд­ ной модуляции будет определяться разносом боковых частот, создаваемых самым высоким из ..модулирующих

тонов. Так как мы условились, что для передачи речи

необходимо иметь спектр частот до 3000 гц, то ширина

спектра излучаемых передатчиком частот составит:

f макс— Л<ин — (fo 4~ макс) — (fo Fмин) = 2Fмакс = 6000 Щ.

Рис. 3. Спектр .и полоса высоких частот при модуляции:

и — несущая и боковые составляющие модулированного тока (при модуляции одним тоном); б — полоса частот (спектр) звуковых колебаний сложного звука; в — спектр высокочастот­ ных колебаний, возникающих при. модуляции по амплитуде несущей частоты (/о), сложным звуком

14

При .радиотелеграфии, т. е. передаче сигналов по ра­

дио с помощью телеграфного ключа и восприятии тек­ ста радиограмм путем приема на слух, также происхо­

дит изменение амплитуды высокой частоты (от нуля до

максимума) в соответствии с формой первичного сигна­

ла (кодом Морзе) и скоростью передачи от руки. И в этом случае в пространство будет излучаться спектр вы­ соких частот, ширина которого будет определяться ско­

ростью, с которой ведется передача текста. При ручной

работе со скоростью 30 слов в минуту полоса частот со­

ставляет около 100 гц, а при применении буквопечатаю­ щих аппаратов, передающих 50 и более слов в минуту,

полоса излучаемых частот составит 150 гц и более.

Следовательно, каждый вид сообщений, передавае­ мых по радиолиниям, требует соответствующего радио­

канала, т. е. полосы частот электромагнитных колеба­

ний, применяемой для передачи сигналов от радиопере­ датчика к радиоприемнику. Так, например, если при пе­ редаче сигналов связи буквопечатающим радиотелегра­

фом полоса частот в канале составляет несколько сотен герц, а при радиотелефонии — несколько килогерц, то

для передачи телевизионного изображения требуется ка­ нал с полосой частот в несколько миллионов герц (Мгц). Отсюда ясно, что возможность обеспечения таких кана­

лов для работы многих одновременно действующих ра­ диолиний без взаимных помех между ними будет суще­ ственно зависеть от частотной вместимости того диапа­ зона волн, в области которых осуществляется выбор

радиоканала (см.табл. 1). С другой стороны, выбор вида модуляции (амплитудная или частотная) также связан с создаваемыми спектрами частот в канале связи. Так, например, частотная модуляция в радиотелефонии при­ меняется в диапазоне ультракоротких волн и не приме­ няется на коротких и более длинных волнах, так как

требует наличия более широкой полосы частот, чем при амплитудной модуляции.

Из приведенных рассуждений о необходимой полосе частот для передачи различных сигналов становится по­ нятной возможность использования радиолиний для ра­

боты различной аппаратуры на ее конечных пунктах. Так, если радиопередатчик рассчитан на передачу речи,

то его вполне можно использовать для передачи одного

15