Рис. 1.1

Передатчики классифицируются по виду модуляции – с амплитудной, частотной, фазовой и комбинированными видами модуляции.

По виду используемых приборов различают передатчики ламповые, транзисторные, магнетронные, клистронные и т. д.

Требования к передатчикам

1. Нестабильность несущей частоты для беспоискового вхождения в связь и отсутствия помех соседним каналам не должна превышать f / f < 10-6 – 10-7.

2. Для уменьшения помех соседним каналам внеполосные излучения должны быть не более 25 (10-6 - 10-3) Вт.

3. Значение промышленного КПД (η = PА/P0Σ) должно быть достаточно высоким; здесь РА - колебательная (высокочастотная) мощность в антенне, Р0Σ - суммарная мощность, потребляемая каскадами передатчика от источника питания. PS - бесполезно теряемая мощность (как правило, рассеиваемая на активном приборе). Графически это показано на рис 1.1.

На рис. 1.2 изображена структурная схема передатчика.

Рис. 1.2

1 – возбудитель (может быть формирователь вида работ); 2, 3 – промежуточные каскады усиления, преобразования; 4 – оконечный каскад (ОК); 5 - цепь связи (ЦС) или согласующее устройство (СУ); 6 – модулятор; 7 – источник питания; 8 – устройства управления.

Основная часть мощности, потребляемая от источника питания радиопередатчиком, преобразуется в мощность высокой частоты оконечным каскадом. Энергетические характеристики оконечного каскада определяют энергетические характеристики всего передатчика. Учитывая это, курс начнём с анализа работы мощного усилителя высокой частоты. В радиопередатчиках его называют генератором с внешним возбуждением (ГВВ). Затем рассмотрим цепи связи (ЦС), от которых зависит, какая часть мощности ГВВ попадет в нагрузку (антенну), а также ЦС определяет уровень побочных колебаний, излучаемых передатчиком. После этого рассмотрим вопросы модуляции, автогенераторы, синтезаторы частоты и др.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение радиопередатчика в системе передачи информации?

7

2.Какой процесс называется «модуляцией»?

3.Перечислите основные технические характеристики радиопередатчиков.

4.Назовите границы диапазона «высоких частот»

5.Дайте определение понятию «КПД» радиопередатчика.

8

Глава 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ (ГВВ)

Преобразование энергии источника питания Р0 в колебательную мощность Р1 осуществляется в генераторах с внешним возбуждением и эффективность этого процесса характеризуется коэффициентом полезного действия

η = Р1 / Р0.

Рассмотрим, как происходят процессы преобразования в обычном резистивном усилителе, схема которого изображена на рис. 2.1. Вопросы температурной стабилизации режима транзистора здесь не рассматриваются.

Предположим, что напряжение на базе определяется соотношением:

		eБ = EБ+UБсos ωt,
		где ЕБ – напряжение смещения (задавае-
		мое делителем R1, R2), UБ – амплитуда напря-
		жения возбуждения.
		Ток коллектора определим с помощью
		статической характеристики iК(eБ) транзисто-
		ра (рис. 2.2).
		iК = IК0+IК1сos ωt,
		где IК0, IК1 - постоянная составляющая и
		амплитуда первой гармоники коллекторного
		тока.
	Рис. 2.1	Напряжение			между коллекто-
		ром и эмиттером еК				найдем с помо-
		щью закона Кирхгофа
		еК = (EП – IК0 RК) – IК1RКсos ωt.
		Мощность, потребляемая гене-
		ратором от источника питания:
			Р0	= IК0ЕП.				в
		Колебательная				мощность
		нагрузке усилителя Р1:
		P = 0,5I U			=	0,5I 2 R =
		1	К1 К			К1	К
		= 0,5UК2 R .
			К
		Здесь UК – амплитуда напряже-
		ния на коллекторе. Мощность, вы-
	Рис. 2.2	деляемая в сопротивлении нагруз-
		ки от протекания				постоянной		со-
		ставляющей тока, PR = I 2					R .
						К0	К

Мощность, выделяемая на коллекторе (тепловые потери в транзисторе):

9

РS = P0 – P1 – PR. Коэффициент полезного действия:

η =

P1

=

0,5IК1UК

= 1 UК

IК1

=

1

ξ

IК1

,

2

P

I

К0

Е

П

2 Е

П

I

К0

I

К0

0

где ξ = UК/ЕП – коэффициент использования напряжения источника пи-

тания.

Из рис. 2.2 видно, что IК1 < IК0, UК < 0,5ЕП, тогда КПД η < 0,25.

Пример: пусть ЕП = 50 В, IК0

= 2 А, I1 = 1,8 А, RК = 10

Ом. Из соотношений,

приведенных выше, получаем

Р0

=

100 Вт,

Р1

=

16,2 Вт, РR = 40 Вт,

РS = 43,8 Вт. Режим преобразования энергии в таком усилителе очень неэффективен, прежде всего, вследствие большой потери мощности РR в сопротивлении нагрузки.

Энергетические характеристики усилителя можно существенно улучшить. Если параллельно RК включить индуктивность Lб (рис.2.3), сопротивление кото-

рой для переменного тока ωLб >> RК, то сопротивление нагрузки генератора для переменной составляющей коллекторного тока IК1 останется равным RК, но для постоянной составляющей IК0 оно будет коротким замыканием.

	Постоянное напряжение на коллекторе транзи-
	стора теперь равно ЕП. При сохранении режима
	транзистора по базовой цепи таким же, как и на
	рис. 2.2, появляется возможность увеличить ам-
	плитуду переменного напряжения на нагрузке
	практически в два раза. Для этого следует уве-
	личить сопротивление нагрузки RК в сравнении с
	нагрузкой резистивного усилителя. Мощность, по-
	требляемая генератором от источника питания Р0,
	останется такой же, как и в резистивном усилителе,
	а колебательная Р1 возрастет почти в два раза за
	счет увеличения	амплитуды				напряжения UК
	(рис. 2.4)		P1			IК1
Рис. 2.3	Р0 = IК0 ЕК = Р0; η	=		= 0,5ξ			< 0,5.
			P0			IК0

Рис. 2.4

10

Дальнейшее повышение КПД возможно при использовании режима с отсечкой тока коллектора. При этом увеличивается соотношение между IК1 и IК0, то есть так называемый коэффициент формы импульса тока g1(θ). Временные диаграммы тока коллектора для этого варианта режима изображены на рис. 2.5, где

θ– половина ширины импульса тока коллектора в угловом измерении. Разложим периодическую последовательность импульсов в ряд Фурье:

IК(t) = IК0 + IК1 cosωt + IК2 cos2ωt +...

Величина токов IК0, IК1, IК2 зависит от высоты импульса и угла отсечки θ. Разумеется, в режиме с отсечкой коллекторного тока при использовании резистивной или комбинированной нагрузки (рис. 2.3) напряжение на коллекторе будет повторять форму коллекторного тока, только в инвертированном виде. Для генерации гармонического напряжения нагрузка усилителя должна быть избирательной. Для тока IК1 сопротивление нагрузки должно быть равным расчетному, а для постоянной составляющей IК0 и токов высших гармоник – близким к короткому замыканию. Роль такой нагрузки может играть параллельный колебательный контур (рис. 2.6).

Рис. 2.5

11