2. Стабилизация частоты возбудителя. Структурная схема возбудителя.

В диапазоне метровых волн основным, а часто и единственным, видом сигнала является телефонный сигнал с частотной модуляцией, ширина спектра частот которого достигает 1618 кГц. При этом допустимая относительная нестабильность рабочих частот возбудителя достигается порядка  = 10^–4 (fнест - единицы кГц). При такой нестабильности частоты в качестве возбудителей можно использовать автогенератор, генерирующий колебания рабочих частот в заданном диапазоне и плавно перестраиваемый в этом диапазоне частот (генератор плавного диапазона). Частота такого автогенератора определяется величинами параметров задающего колебательного контура Lк и Ск

,

где f - частота генерируемого колебания; Lк - индуктивность задающего контура автогенератора; Ск - емкость задающего контура автогенератора.

Обеспечить высокую стабильность частоты задающего колебательного контура автогенератора - это, прежде всего, обеспечить стабильность его параметров Lк и Ск (отсюда - параметрическая стабилизация частоты).

Факторами, определяющими нестабильность параметров катушек индуктивности и конденсаторов, являются изменения температуры, влажности и давления окружающей среды и другие. Основным из них является изменение температуры. Это объясняется тем, что все материалы имеют вполне определённый температурный коэффициент линейного расширения, определяющий изменение геометрических размеров деталей, в том числе катушек индуктивности и конденсаторов. Изменение размеров приводит к изменению величин L и С. Для характеристики влияния изменений окружающей температуры на параметры колебательного контура введены понятия температурных коэффициентов индуктивности _L (ТКИ) и ёмкости _C (ТКЕ). Они численно равны относительным изменениям индуктивности или ёмкости при изменении температуры на 1°С :

_L = L / Lt; _С = С / Сt,

где L (С) - абсолютное изменение индуктивности (емкости) при изменении температуры на определённую величину температуры t. L(С) -номинальное значение индуктивности (ёмкости) при заданной температуре.

Для повышения стабильности частоты автогенератора необходимо стремиться к уменьшению ТКИ и ТКЕ. Это достигается технологическими путями.

Однако, применение этих методов не позволяет свести к нулю ТКИ и ТКЕ, следовательно, с изменением температуры будет изменяться и частота автогенератора, что характеризуется температурным коэффициентом частоты ТКЧ

_f = -(_L + c)/2.

Для того, чтобы свести ТЧК к 0, необходимо выполнить условие: _L= - _C. Выполнить это условие можно за счет введения в контур автогенератора конденсаторов с отрицательным ТКЕ (тикондовые конденсаторы), поскольку индуктивность с ростом температуры обычно увеличивается и ТКИ имеет положительное значение. Такой способ стабилизации частоты называется термокомпенсацией;

Рис. Примеры включения в контур тикондовых конденсаторов.

В некоторых случаях для устранения внешних влияний контуры автогенераторов или автогенераторы в целом герметизируют или помещают в термостаты, где поддерживается постоянная температура (термостабилизация).

Ослабление механических воздействий на частоту достигается жесткостью конструкции отдельных элементов и автогенератора в целом. Чем выше частота автогенератора, тем более высокие требования предъявляются к механической жесткости конструкции.

Применяются и другие способы повышения стабильности частоты автогенератора:

- применение двухконтурной схемы автогенератора с электронной связью между контурами (схема Шембеля);

- применение стабилизированных источников питания;

- меры по ослаблению влияния активного элемента автогенератора (лампы, транзистора) на режим работы каскада и других.

Весь комплекс вышеперечисленных мер параметрической стабилизации частоты позволяет получить относительную нестабильность частоты автогенератора порядка 10⁴. что является достаточным для генераторов плавного диапазона. Такие генераторы используются в качестве возбудителей в маломощных радиостанциях метрового диапазона Р-159, Р-111, Р-123, а также в качестве вспомогательных генераторов в возбудителях современных радиостанции.

Однако в возбудителях радиостанций KB - диапазона при использовании однополосной и других видов модуляции необходимо обеспечить более высокую стабильность частоты порядка 10^–6  10^–7. Такую стабильность частоты может обеспечить кварцевая стабилизация частоты.

В кварцевых автогенераторах вместо задающего колебательного контура применяют кварцевый резонатор. Кварц - это кристаллический минерал естественного или искусственного происхождения, который характеризируется постоянством свойств, высокой упругостью и большой твердостью. Пластинку, вырезанную определенным образом из кристалла кварца, помещенную между двумя металлическими электродами и закрепленную с помощью кварцедержателя, называют кварцевым резонатором. Кварцевый резонатор имеет вполне определенную резонансную частоту, на которой он эквивалентен колебательному контуру LC. Если такой кварцевый резонатор включить в схему автогенератора в качестве задающего колебательного контура, то автогенератор будет генерировать колебания с частотой, равной резонансной частоте кварцевого резонатора. Причем стабильность частоты такого колебания будет очень высокой.

Однако кварцевый автогенератор работает только на одной фиксированной частоте, поэтому без дополнительных устройств он не может быть использован в качестве возбудителя, работающего в определенном диапазоне частот и обеспечивающего большое количество рабочих частот с заданным интервалом между частотами. Поэтому современные возбудители представляют собой сложное устройство, структурную схему которого рассмотрим в следующем вопросе.

Структурная схема возбудителя.

Одной из основных функций возбудителя является преобразование первичного электрического сигнала в высокочастотный сигнал (радиосигнал). Это преобразование рассматривают как формирование радиосигналов, которое сводится к модуляции высокочастотных колебаний первичным электрическим сигналом или к линейному переносу сигнала по частотной оси.

При формировании радиосигналов необходимо выполнить следующие требования:

- сохранить точность и устойчивость рабочих частот, определяемых синтезатором возбудителя;

- уложить спектр сигнала в пределы необходимой полосы;

- свести к минимуму нелинейные, амплитудно-частотные и фазово-частотные искажения;

- исключить засорение сигнала аддитивными помехами (флюктуационными шумами, фоном переменного тона и т.д.);

- выделение верхней боковой полосы частот (НБПЧ) и надёжное подавление нижней боковой полосы частот (ВБПЧ) при формировании однополосного сигнала.

Выполнение этих требований возможно, если радиосигналы формировать не на изменяющихся в пределах диапазона высоких частотах, а сначала на фиксированных достаточно низких частотах. Поэтому выделяют вполне определённые стандартные частоты формирования, на которых и производится первичное формирование радиосигналов всех заданных видов работ. Эта задача выполняется в устройстве формирования первичных радиосигналов (Рис.5.1.)

Сформированный первичный радиосигнал переносится на избранную рабочую частоту последовательных частотных преобразований. В целях обхода путей образования побочных колебаний сначала перенос осуществляется с одной фиксированной частоты на другую, а затем - в диапазон рабочих частот.

После нескольких преобразований уровень сигнала получается маленьким, не обеспечивающим нормального возбуждения усилителя мощности передатчика, поэтому после преобразователей частоты необходимо иметь диапазонный усилитель мощности. Таким образом, вторым элементом возбудителя является тракт переноса первичного радиосигнала на рабочие частоты диапазона и его усиления.

Для формирования первичных радиосигналов и для последовательного переноса их в рабочий диапазон необходимы высокостабильные опорные частоты, а также сетка дискретных частот с заданным шагом, формирующая рабочий диапазон частот возбудителя. Поэтому третьим элементом возбудителя является синтезатор высокостабильных опорных частот и дискретной сетки частот (в дальнейшем - синтезатор частот).

Кроме этих основных элементов возбудитель имеет устройство управления, с помощью которого осуществляются: ввод возбудителя в действие, выбор рабочей частоты, выбор вида рабочего сигнала и, если необходимо, установка выходного уровня сигнала (Рис.5.1.).

Рис.5.1. Общая структурная схема типового возбудителя.

Основным и наиболее сложным элементом возбудителя является синтезатор частот, т.е. устройство в котором формируются высокостабильные опорные частоты и дискретная сетка частот. В качестве исходного высокостабильного колебания в синтезаторе частот используются колебания опорного кварцевого генератора.

В настоящее время существует несколько способов получения дискретной сетки частот из частоты первичного опорного генератора. В большинстве случаев эта задача выполняется путём простых арифметических действий: умножения, деления, сложения и вычитания частоты.

Операция умножения частоты основана на формировании периодических колебаний несинусоидальной формы, чаще всего импульсной последовательности, обогащённых высшими гармониками, и выделении нужного номера гармоники с помощью фильтра.

Операция деления частоты в настоящее время осуществляется на основе широкого использования логических интегральных микросхем. Делители, построенные на логических элементах, называются обычно цифровыми делителями. Они представляют собой счетное устройство, формирующее на выходе импульсную последовательность с частотой, в коэффициент деления К_д меньший, чем частота следования входных импульсов.

Операция суммирования и вычитания частот чаще всего осуществляется с помощью обычных преобразователей частоты, обычно кольцевых балансных преобразователях, в сочетании с прямой фильтрацией.

Рассмотрим принцип формирования сетки дискретных частот методом прямого синтеза, использующего все 4 операции по изменению частоты, для этого обратимся к схеме формирования сетки дискретных частот методом прямого синтеза (Рис.5.2.).

Рис.5.2. формирование сетки дискретных частот методом прямого синтеза.

Из схемы видно, что 2 частоты f1_c и f2_c с выходов двух селекторов подаются на смеситель, на выходе которого с помощью фильтра выделяется суммарная частота fвых. = f1_C + f2_С.

Частота fl_c получается умножением частоты f1, равной шагу синтезируемой сетки на коэффициент m, a f2_c - умножением частоты f2, равной 10fш , на коэффициент n.

Следовательно, fвых = mfш + n10fш = fш(m + 10n).

Рассмотрим, например, получение сетки частот с ДГш = 10 кГц в диапазоне 1 ч 1,99 мГц. При таком шаге выходная частота будет равна: Гвых. = 10(т + 10п), кГц.

Последовательно изменяя коэффициент m от 0 до 9 и п от 10 до 19, получим заданную сетку частот (см. таблицу 5.1.).

Таблица 5.1.

п = 1019	m = 09	fвых. = 10(m + 10n), кГц.
10	0	1000
10	1	1010
10	2	1020
…….………..	…………….	…………….
11	0	1100
11	1	1110
11	2	1120
…………….	…………….	…………….
19	9	1990

Изменяя коэффициенты m и n можно получить сетку частот в любом другом диапазоне частот. При необходимости получить более частую сетку частот необходимо ввести в схему ещё 1 или несколько селекторов.

При таком способе синтеза сетки частот редкая сетка интерполируется (уплотняется) частой сеткой, поэтому такой способ синтеза называется интерполяционным.

Как было указано выше, применяются и другие способы получения дискретной сетки частот (показать и объяснить принцип образования сетки гетеродинных частот по блок-схеме р/ст Р-130м).

Таким образом, возбудитель представляет собой сложное устройство и в основном определяет выполнение разнообразных задач, стоящих перед передатчиками современных радиостанций.

Старший преподаватель кафедры войск связи Т и ОД

п/п-к___________И.Саламахин