Общие сведения о РПдУ. Назначение, принцип устройства и работа.

Радиопереда́тчик (радиопередающее устройство) — устройство для формирования радиочастотного сигнала, подлежащего излучению.
Функционально радиопередатчик состоит из следующих частей:

— задающий генератор (например, синтезатор с ФАПЧ или DDS);

— модулятор (например, аналоговый или DSP с применением векторной IQ модуляции);

— предварительного, предоконечного и оконечного усилителей;

— цепей согласования импедансов, фильтров, систем защит от аварийных режимов работы, измерения параметров и индикации.

Структурная схема

Современный радиопередатчик состоит из следующих конструктивных частей:

задающий генератор частоты (фиксированной или перестраиваемой) несущей волны;

модулирующее устройство, изменяющее параметры излучаемой волны (амплитуду, частоту, фазу или несколько параметров одновременно) в соответствии с сигналом, который требуется передать (часто задающий генератор и модулятор выполняют в одном блоке — возбудитель);

усилитель мощности, который увеличивает мощность сигнала возбудителя до требуемой за счёт внешнего источника энергии;

устройство согласования, обеспечивающее максимально эффективную передачу мощности усилителя в антенну;

антенна, обеспечивающая излучение сигнала.

Под радиопередающим устройством (РПдУ) понимают комплекс оборудования, предназначенный для формирования и излучения радиосигналов. Основными узлами РПдУ являются генератор несущей частоты и модулятор. В современных системах связи РПдУ содержит и другое оборудование, обеспечивающее совместную работу средств связи: источники питания, системы синхронизации, автоматического управления, контроля и сигнализации, защиты и т.д.

Первичный сигнал, подлежащий передаче, поступает на входную цепь. Входная цепь обеспечивает согласование этого сигнала с РПдУ, в конечном итоге, это определяется параметрами модулированного радиосигнала, передаваемого в линию.

Генератор несущей частоты формирует колебания несущей частоты, которые и являются переносчиками сообщения. В современных системах связи генератор несущей частоты выполняют в виде синтезатора частот. Синтезатор частот - устройство, предназначенное для формирования в заданном диапазоне частот высоко стабильных колебаний, определяемых стабильностью параметров задающего генератора.

Модулятор - узел, в котором на параметры несущего колебания накладывается передаваемое сообщение. При формировании в РпдУ радиосигналов с амплитудной или фазовой модуляцией синтезатор частоты вырабатывает колебания с постоянной частотой. При дополнительном воздействии модулирующим сигналом на частоту выходного колебания синтезатора частот можно получить радиосигналы с частотной модуляцией.

Рис. 7.9 Обобщенная структурная схема радиопередающего устройства

Усилитель мощности предназначен для увеличения уровня радиосигнала до величины, определяемой мощностью излучаемого сигнала в системе связи. Необходимое согласование РПдУ с антенной обеспечивает выходная цепь.

2. Избирательность (селективность) – способность приемника выделять полезный сигнал, ослабляя действие помех. Основное значение имеет частотная избирательность. Различают односигнальную и многосигнальную (эффективную) частотную избирательность. Односигнальная избирательность определяется амплитудно-частотной характеристикой фильтров усилительно-преобразовательного тракта приемника при действии на его входе одного малого сигнала, не вызывающего нелинейных эффектов. Она оценивается по нормированной амплитудно-частотной характеристике:

где К( f ) ─ модуль коэффициента усиления по напряжению на произвольной частоте f ,К0 - резонансный коэффициент усиления. Селективность оценивается обратной величиной: Se = K0 / K( f ) и определяет ослабление помехи при заданной расстройке Δf = f - f0 . Обычно избирательность выражается в децибелах: Se = 20 lg (K0 / K( f )) дБ.

Методом односигнальной избирательности оценивается также избирательность по побочным каналам приема супергетеродинного приемника: по зеркальному каналу, по каналу прямого прохождения, по каналам преобразования частоты, образованным гармониками частоты гетеродина. В условиях действия сильных помех, приводящих к эффектам блокирования сигнала, перекрестной модуляции и интермодуляции, используется понятие эффективной или многосигнальной избирательности. Блокированием называют уменьшение коэффициента усиления усилительно-преобразовательного тракта под действием сильных мешающих сигналов с частотами, отличающимися от частот основного и побочного каналов приема. Перекрестная модуляция проявляется в переносе модуляции помехи на несущую полезного сигнала за счет нелинейности усилительно-преобразовательного тракта. Интермодуляция заключается в том, что при воздействии на нелинейный элемент усилительно- преобразовательного тракта двух или более помех различных частот, на его выходе в спектре интермодуляционных колебаний вида m f1 ± n f2 ± p f3 ±… возникает составляющая, совпадающая либо с частотой настройки приемника, либо с частотой какого-то побочного канала приема. Количественно многосигнальная избирательность может быть оценена полосой забития сигнала, коэффициентом перекрестной модуляции или допустимым уровнем взаимомодулирующих сигналов.

3.Импульсная модуляцияприменият в радиолокации, радионавигации, радиорелейных линиях связи и т.п. при этом передатчик вырабатывает мощность за интервалы времени Ʈи, разделенные паузами (рис 21.16,а). Виды ИМ харак-ся скважностью q:

q=ТП/ Ʈи

где ТП – период повторения импульсов. ДЛя радиолокации типична работа передатчика в режиме формирования коротких радиоимпульсов с большими периодами и скважностью q≈1000, для радиорелейных многоканальных линий связи характерны импульсы со скважностью q=2...10.

Режим АЭ при ИМ описывают импульсными значениями Iвых и, Р1и и др., а также средними значениями Івых ср, Р 1ср, и др. Для прямоугольных импульсов эти величины связаны соотношениями

Средняя мощность определяет тепловой режим передатчика,. Обычно передатчики с ИМ при той же длине линии связи, что с АМ или ЧМ , имеют значительно меньшие размеры. Это объясняется не только уменьшением средней мощности по сравнению с импульсной в q раз, но также явлением импульсной эмиссии катода и повышенной электрической прочностью электронных АЭ и радиодеталей. Так , например, номинальная мощность лампы в импульсном режиме может быть в 100... 1000 раз больше, чем в непрырывном.

ИМ можно реализовать, запирая входной электрод АЭ на время паузы и открывая его импульсом напряжения от модулятора на время Ʈп (рис 21,17,а). Кроме того, высокое напряжение действует на электродах АЭ непрерывно, что снижает электрическую прочность и импульсные мощности. Достоинство метода состоит в влзможности получить импульсную модуляцию при маломощном модуляторе, поэтому его применяют в промежуточных каскадах (рис 21.16.в). все последующие каскады при этом работают в режиме усиления или умножения частоты радиоимпульсов, что позволяет для каждого изборов СВЧ выбрать соответствующие оптимальные условия работы, например для пролетного клистрона при оптимальном группировании, для ЛБВМ – при максимальном значении коэффициента усиления и т.д.

Амплитудно-импульсная модуляция ( АИМ) - вид импульсной модуляции ( см.), при которой от воздействия передаваемых сигналов изменяется величина ( амплитуда) импульсов. [1] по сравнению с другими видами импульсной модуляций обладает меньшей помехозащищенностью. [3

Частотно-импульсная модуляция (англ. Pulse-Frequency Modulation, PFM) - вид импульсной модуляции, при которой необходимое значение выходного параметра добивается путём изменения частоты поступления импульсов (фиксированной амплитуды и длительности) на входе ключевого элемента.

Фазово-импульсная модуляция ( ФИМ) - вид импульсной модуляции ( см.), при которой амплитуда импульсов высокочастотных колебаний и их длительность остаются неизменными, а передаваемый сигнал изменяет положение ( фазу) импульсов. Обладает наивысшей помехозащищенностью по сравнению с другими вида-ми модуляции, поскольку носителем информации здесь является не какой-либо параметр импульса, а сам факт его появления в определенный момент времени. Наложение помех может изменить амплитуду и ширину импульса, но полное уничтожение импульса или же появление помехи с идентичными импульсу параметрами маловероятно.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — управление средним значением напряжения на нагрузке путём изменения скважности импульсов, управляющих ключом.

Билет

Что такое радиосигнал?

Электромагнитное излучение, создаваемое радиопередатчиком.

Радиосигнал-это колебания электромогнитного поля. Передающая антенна эти колебания излучает, приемная принимает.Сигнал — символ (знак, код), созданный и переданный в пространство (по каналу связи) одной системой, либо возникший в процессе взаимодействия нескольких систем. Смысл и значение сигнала появляются в процессе дешифровки его второй (принимающей) системой.

Сигнал (в теории информации и связи) — материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи. Сигнал может генерироваться, но его приём не обязателен, в отличие от сообщения, которое рассчитано на принятие принимающей стороной, иначе оно не является сообщением. Сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемым сообщением. В радиотехнике альтернативой сигналу, который несёт полезную информацию, является шум — обычно случайная функция времени, взаимодействующая (например, путём сложения) с сигналом и искажающая его. Основной задачей теоретической радиотехники является извлечение полезной информации из сигнала с обязательным учётом шума.