Классификация РПУ. Параметры и перспективы развития.

Назначение дисциплины и основные физические процессы в РПУ.

В 1899 году А.С. Попов с помощью простейшего электро-искрового передатчика перекрыл расстояние до 45 км. Принцип получения колебаний высокой частоты осуществляется с помощью искрового разряда. Отсюда название таких передатчиков – искровые. Упрощенная структурная схема радиопередатчика имеет вид:

Рисунок 1.Структурная схема радиопередатчика А.С. Попова.

Такие передатчики с быстрозатухающими колебаниями излучают колебания очень широкого спектра, что создает помехи соседним радиолиниям, поэтому для повышения добротности антенной колебательной системы позднее разрядник был перенесен в дополнительный колебательный контур, индуктивно связанный с антенным контуром.

К концу 1914 года дуговые и машинные радиопередатчики практически полностью вытеснили искровые. В дуговых передатчиках были получены незатухающие высокочастотные колебания, подключением напряжения к вольтовой дуге. Здесь использовались подающие участки ВАХ у дуги, соответствующей отрицательному сопротивлению, а дуга компенсирована в контуре генератора R_n в результате чего в контуре осуществляются незатухающие высокочастотные колебания. В 1930 году дуговые и машинные РП были вытеснены ламповыми. Первая лампа РП появилась в 1914 -1916 годах.

В развитии ламповых радиопередатчиков большую роль сыграла Нижегородская радиолаборатория.

Задачей курса РПУ является ознакомление с физическими процессами при генерации, усилении и управлении высокочастотных колебаний; с принципом построения и расчета радиопередатчиков различных диапазонов частот. Антенны, источник питания рассматриваются по другим дисциплинам. Обобщенная структурная схема современного передатчика изображена на рисунке 2.

Рисунок 2.Обобщенная структурная схема современного радиопередатчика.

Кратко рассмотрим назначение ее отдельных элементов:

Задающий генератор 1 (возбудитель), генерирует высокостабильные электрические колебания в заданном диапазоне частот. Затем эти колебания усиливаются предварительным (буферном) каскаде 2 и поступает на оконечный усилитель мощности 3.

Частот предварительные каскады передатчика работают в режиме умножения частоты высокочастотных колебаний 6. это облегчает требования к возбудителю и повышает устойчивость передатчика, т.к. усиление ведется на различных частотах. Усилитель мощности обеспечивает на выходе антенны заданную мощность высокочастотных колебаний. Антенна 4 излучает высокочастотные колебания в пространстве, она преобразует высокочастотные колебания электрического тока в свободные электромагнитные волны. Для управления высокочастотных колебаний служит модулятор 5. Если передатчик работает с амплитудной модуляцией, то модуляционное устройство воздействует на оконечный и предварительный каскады. Если с частотной модуляцией, то она осуществляется в задающем генераторе.

Устройство охлаждения ламп и контуров 8 поддерживает заданный тепловой режим передатчика, а устройство блокировки и сигнализации (УБС) 7 дает информацию о режиме работы передатчика и обеспечивает его включение и выключение, безопасность обращения с ним обслуживаемого персонала.

Источник питания 6 необходим для передачи заданных напряжений на лампы и транзисторы.

Классификация РПУ. Параметры и перспективы развития.

РПУ – это радиопередающие устройства, их можно классифицировать по: назначению, диапазону волн, мощности, роду работы и способу транспортировки.

В зависимости от назначения они делятся на: связные, радиовещательные, телевизионные, радиолокационные, радионавигационные, радиорелейные и т.д.

По мощности РПУ делятся на: маломощные (до 100 Вт), средней мощности (до 10 кВт), мощные (до 1000 кВт) и сверхмощные (свыше 1000 кВт).

По роду работы (виду излучения) различают: телеграфные, телефонные, однополосные, широкополосные, импульсные и т.д.

Виды излучений обозначаются тремя индексами: первый (буква) характеризует вид модуляции: А – амплитудная, Р – импульсная, F – частотная;

Вторая (цифра) тип передачи: 0 – излучение немодулированной несущей частоты, 1 – телеграфирование без модулирующей звуковой частоты, 2 – тональная телеграфия и т.д.

Третья (буква) определяет вспомогательные характеристики: А – одна боковая с ослабленной несущей, Н – одна боковая с полной несущей и т.д. Отсутствие третьей индекса означает обычную двухполосную модуляцию.

По способу транспортировки различают: стационарные и подвижные, автомобильные, корабельные, самолетные и т.д.

Классификация передачи по диапазону частот в соответствии с рекомендацией МККР (международного консультативного комитета по радиосвязи) приведена в следующей таблице.

Параметры любого РПУ должны удовлетворять требованиям гостов и рекомендации МККР. Одним из основных параметров, определяющих во многом дальность действия его мощности. В зависимости от назначения радиопередатчика, его мощность лежит в пределах от долей Вт до нескольких тысяч кВт (современные радиостанции).

Очень важным параметром передатчика является стабильность его частоты. Современные радиопередатчики имеют относительною нестабильность частоты около 10^-6…10^-7. Иногда требуется и более высокая стабильность частоты, например, для передатчиков, работающих в сетях синхронного радиовещания. Высокая стабилизация улучшает помехозащищенность радиолинии, т.к. позволяет сузить полосу пропускания приемного устройства, позволяет увеличивать число станций, которые могут работать в заданном диапазоне без взаимных помех.

Очень важным параметром передатчика является его коэффициент полезного действия (КПД) – отношение мощности в нагрузке к полной мощности, потребляемой от источника питания. Обычно КПД маломощных передатчиков определяет во многом его габаритные размеры и массу, а КПД мощных и сверх мощных передатчиков – также стоимость их сооружений и эксплуатации. Не менее важны электроакустические показатели радиопередатчика, такие как требования к коэффициенту модуляции (для передатчиков с АМ), индексу модуляции (для передатчиков с ЧМ и ФМ), коэффициенту нелинейных искажений, АЧХ, уровню фона и шума и т.д.

Электроакустические показатели РПУ совершенствуются в связи с ростом числа радиостанций и повышения требований качества передачи информации.

В последние годы в мощных передатчиках длинных и средних волн получен бигармонический режим усиления мощности, позволивший повысить КПД передатчиков на 10…15%. Совершенствуются и генераторные лампы. В настоящее время АМ передатчики мощностью до 1000 кВт в СЧ диапазоне 500 кВт в ВЧ диапазоне имеют лишь одну лампу в выходном каскаде. Созданы также выходные колебательные системы, обеспечивающие выполнение современных норм на побочные излучения даже в наиболее мощных передатчиках, шире используется испарительное охлаждение анодов мощных ламп. В модуляционных устройствах мощных передатчиков с АМ успешно применяются усилители класса Д. В этих усилителях активные элементы (лампы и транзисторы) работают в ключевом режиме с широтно-импульсной модуляцией и выделением на выходе усиленного модулирующего колебания. Следовательно, КПД модуляционного устройства оказывается высоким при любой глубине модуляции.

В телевизионных передатчиках широко стал использоваться автоматический контроль основных параметров выходных сигналов. Для формирования АЧХ канала изображения на промежуточной частоте стали применять фильтры на поверхностно-акустических волнах. В настоящее время широко внедряются цифровые системы передачи информации, где она передается в виде последовательности импульсов и пауз, причем амплитуда и длительность импульсов остаются неизменными. В таком импульсном режиме передающее устройство может иметь очень высокую мощность при высоком КПД, а средняя мощность будет незначительной. Аналогичные передатчики используются в радиолокационных, в радионавигационных и других устройства.