Радиопередатчики

Передатчик переносит информацию на новый, по каким-то причинам более удобный, носитель информации. В этом смысле и микрофон в телефонной связи можно считать передатчиком, поскольку он преобразует звуковой сигнал в электрический. Однако в этом случае более уместно говорить о преобразователе сигнала. За термином передатчик все же скрыто устройство, генерирующее некоторое колебание, информация на которое переносится посредством его модуляции.

Если носителем информации в канале связи являются радиоволны, то такое устройство принято называть радиопередатчиком. Хотя теперь за верхнюю границу радиоволн и принимают длину волны 0,2 мкм (середина ультрафиолетового диапазона), однако традиционно к радиопередатчикам относят устройства, функционирующие на волнах длиннее ~ 1 мм. Из-за существенных различий в физических принципах работы оптические передатчики выделяются в особый класс устройств. Поскольку в большинстве каналов связи используются традиционные радиопередатчики, рассмотрим их структуру более подробно.

Функционально радиопередатчик состоит из источника колебаний и модулятора.

Первые искровые радиопередатчики были очень просты по конструкции - излучателем радиоволн служил искровой разряд, а модулятором являлся телеграфный ключ[1]. С помощью такого радиопередатчика информация передавалась в кодированной дискретной форме - например, азбукой Морзе или иным сводом условных сигналов. Недостатками такого радиопередатчика была относительно высокая мощность, требуемая для эффективного излучения радиоволн искровым разрядом, а также очень широкий диапазон (спектр) излучаемых им волн. В результате изза взаимного влияния одновременная работа нескольких близко расположенных таких передатчиков была практически невозможной.

Создание в 1913 году А. Мейснером[2] электронного генератора[3], дальнейшее совершенствование и массовое производство электронных вакуумных ламп позволили устранить недостатки первых радиопередатчиков. С момента появления первого лампового передатчика его структурная схема в общих чертах остается неизменной. Дальнейшие изобретения в области связи и радиотехники (транзисторы, кварцевые резонаторы и т. п.) сопровождались только количественными изменениями параметров радиопередатчиков - уменьшением размеров и потребляемой мощности, повышением КПД и т. д.

Общий вид передатчика и набросок принципиальной схемы А. Мейснера показаны на рис. 8.11.

Ламповый передатчик А. Мейснера (а) и его принципиальная схема (б)

Рис.8.11 Ламповый передатчик А. Мейснера (а) и его принципиальная схема (б)

Современный радиопередатчик состоит из следующих структурных частей:

задающего генератора фиксированной или перестраиваемой частоты;

модулирующего устройства (модулятора), изменяющего параметры излучаемой волны (амплитуду, частоту, фазу или несколько параметров одновременно) в соответствии с сигналом, который требуется передать;

оконечного усилительного каскада (усилителя мощности), который увеличивает мощность модулированного сигнала за счёт внешнего источника энергии;

устройства согласования с антенной, задачей которого является согласование оконечного каскада с параметрами антенны во избежание неэффективного излучения радиоволн или их отражения обратно в усилительный каскад.

Иногда разделить согласующую цепь и собственно антенну трудно и тогда её также включают в состав передатчика. Структурная схема передатчика показана на рис. 8.12.

Структурная схема радиопередатчика

Рис. 8.12. Структурная схема радиопередатчика

1 - задающий генератор, 2 - модулятор, 3 - источник сигнала, 4 - усилитель мощности, 5 - согласующая цепь

Задающий генератор в общем случае - это сложное инженерное устройство. Первичные колебания возникают в автогенераторе - усилителе с положительной обратной связью.

В простых передатчиках некоторые блоки могут отсутствовать. Так амплитудную модуляцию можно получить в усилителе мощности, а частотную - в задающем генераторе. Простейший передатчик содержит только автогенератор, параметры колебаний которого модулируются непосредственным воздействием сигнала на его цепи. За простоту такого передатчика приходится расплачиваться ухудшением параметров его колебаний.

Наиболее важными параметрами передатчика являются уровень выходной мощности и стабильность частоты.

Рекордсменом по уровню мощности среди радиовещательных станций стала вступившая в строй в 1933 г. под Москвой радиостанция имени Коминтерна мощностью 500 кВт, разработанная группой специалистов под руководством А. Л. Минца[4] [5] [6] [7] [8].

Стабильность частоты - характеристика автогенератора, показывающая величину отклонения частоты генератора от первоначального или номинального её значения. Она определяется отношением А/'//, где / - первоначальное (номинальное) значение частоты. А/ - величина отклонения частоты от

номинального значения. Это соотношение на сленге могут называть как относительной нестабильностью частоты, так и относительной стабильностью частоты.

Различают кратковременную нестабильность (определяемую отклонением частоты за отрезок время меньше 1 секунды) и долговременную. На практике пользуются понятиями минутной, часовой, суточной, месячной и годовой нестабильности.

Уже в 30-х годах XX в. стало ясно, что для более рационального использования доступного для радиосвязи интервала частот необходимо установить регламент их использования. Каждой радиостанции предоставлялся радиоканал на определенной частоте. Эта частота должна была воспроизводиться с заданной точность и не выходить за установленные границы в процессе работы. В дальнейшем в специальных системах связи возникла необходимость беспоискового вхождения абонентов в связь. Поэтому по мере развития радиосредств требования к стабильности частоты постоянно возрастали.

В первой половине XX в. высокой стабильности частоты (А/// = 10"6 ) удалось достичь в автогенераторах с пьезоэлектрическим резонатором. Механические резонаторы, выполненные из монокристалла кварца, обладают высокой стабильностью собственных механических колебаний. Связь механического резонатора с электрической цепыо обеспечивается пьезоэлектрическим эффектом. Первоначально кварцевые резонаторы были очень дорогими, так как для их изготовления использовали природный монокристаллический кварц (горный хрусталь). Во второй половине XX в. было освоено выращивание монокристаллического кварца (с размерами до 30x30x10 см) в промышленных масштабах. Теперь автогенераторы с кварцевым резонатором можно обнаружить в электронных часах, персональных компьютерах, микропроцессорах промышленного оборудования и даже в бытовой технике.

Наивысшей стабильностью частоты (Д/У/ = 10’" -КГ13) обладают квантовые стандарты частоты. Это позволяет использовать их в качестве эталонов частоты и времени в системах прецизионных измерений. Высокая стабильность квантовых стандартов частоты связана с высочайшей стабильностью частот квантовых переходов между энергетическими уровнями атомов и молекул. В создании таких устройств значительную роль сыграли радиоинженеры.

Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени обеспечивает измерения времени в диапазоне 10 9 -10* с или частоты - 10"9 -108 Гц с относительной случайной погрешностью <5-10 15. На рис. 8.13 показан аппаратная Российского национального стандарта времени и частоты, который расположен в г. Менделеево МО.

Аппаратный зал национального стандарта времени и частоты

Рис. 8.13. Аппаратный зал национального стандарта времени и частоты

В настоящее время квантовые стандарты входят в состав систем навигации, например, в системы GPS и ГЛОНАСС, а также в широкую гамму измерительной аппаратуры.

Эталон можно использовать в качестве высокостабильных часов. Сигналы точного времени, которые вы получаете по радиоканалу, основаны на времени национального стандарта частоты и времени, в состав которого входит молекулярный квантовый генератор. Квантовые часы ошибутся на секунду приблизительно через 6 миллиона лет.

Радиопередатчик очень часто используется вместе с радиоприёмником и питающим устройством, вместе весь этот комплекс называется радиостанцией. Самостоятельно радиопередатчики используются в тех областях, где не нужен приём информации в месте её передачи - сигналы точного времени, разнообразные навигационные радиомаяки для определения местоположения объектов, многопозиционная радиолокация, радиовещание и т.д. и т.п.

Радиопередатчик - это сложное инженерно-техническое сооружение. На рис. 8.14 показан радиопередатчик телецентра.

Радиопередатчик телевизионного вешании (СССР)

Рис. 8.14. Радиопередатчик телевизионного вешании (СССР)

Передатчик и приёмник связаны между собой линией связи. Если в роли линии связи выступает свободное пространство, то связь с ним обеспечивает антенны на выходе радиопередатчика и входе радиоприёмника.

  • [1] В автомобиле с бензиновым двигателем находится такой передатчик. Прерыватель замыкает цепь первичной обмотки катушки зажигания, и искра проскакивает в зазоре свечи. Взяв такую катушку, вы можете повторить опыты Герца.Или установить связь с соседом по подъезду.
  • [2] Александр Мейсснер (нем. Alexander Meifiner, 1883-1958) - австрийский физик. Как инженер, занимался разработкой антенн, электронных усилителей, усовершенствованием детектора.
  • [3] Первенство создания генератора незатухающих колебаний фактически принадлежит Э. Армстронгу (1912). Его приоритет оспаривался Ли де Форестом иА. Мейснером. Л. Форест проиграл процессы в 1921 г. и 1923 г., но в 1930 г., врезультате ошибки судьи, 13-ый судебный процесс Л. Форест выиграл. Научноесообщество не признало решение суда. Его современники перестали приниматьего всерьёз как изобретателя, доверять ему как коллеге.
  • [4] Александр Львович Минц (1895-1974) - видный советский ученый, один из
  • [5] создателей синхрофазотрона в Дубне. Член-корр. АН СССР (1946), академик
  • [6] АН СССР (1958), член бюро Отделения общей физики и астрономии АН СССР
  • [7] (1963). Построил несколько уникальных радиостанций. Создал научные школы
  • [8] в области радиостросния и ускорителей элементарных частиц.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >