Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. Том 2. Радиосвязь, радиовещание, телевидение.

Задание 1. Запись и воспроизведение программ звукового вещания. Приведите структурную электрическую схему магнитофона. Объясните принцип записи и назначение узлов схемы.

Описание устройства магнитной записи.

Метод магнитной записи электрических сигналов основан на способности некоторых материалов, называемых ферромагнитными, намагничиваться под действием изменяющегося магнитного поля и сохранять остаточную намагниченность продолжительное время. В качестве носителя записи чаще всего используется магнитная лента, поскольку она компактна, долговечна и проста в обращении. Лента протягивается мимо зазора магнитной головки. При этом электрические сигналы фиксируются на ленте в виде магнитного «узора» 1 по-разному намагниченных участков ленты (рис.1).

Конструктивно магнитная лента представляет собой немагнитную пластмассовую основу 2, на которую нанесен рабочий слой из магнитно-твердого материала 3. Толщина основы составляет 8...38 мкм, толщина рабочего слоя - 1...16 мкм.

Рис.1. К пояснению принципа магнитной записи электрических сигналов

Основа ленты чаще всего изготавливается из лавсана, обладающего высокими качественными показателями (прочностью, влагостойкостью, теплостойкостью), либо полиамида. Рабочий слой представляет собой слой магнитного лака, состоящего из немагнитного связывающего вещества, в котором равномерно распределены мельчайшие магнитные частицы, размером 0,1...0,5 мкм, изготовленные из чистого железа (Fe) или его окислов, феррита кобальта, либо двуокиси хрома (Сг0₂).

Записываемые на магнитную ленту электрические сигналы подводятся к головке записи, представляющей собой электромагнит тороидальной формы и содержащей сердечник 4 и обмотку 5. С конструктивной точки зрения сердечник записывающей и воспроизводящей головок имеет два зазора: рабочий 6, в области которого возникает магнитный поток рассеяния 7, намагничивающий носитель записи, и технологический 8. При его отсутствии магнитное сопротивление звена головка - лента определяется в основном магнитным сопротивлением носителя. Поэтому неравномерности в слое ленты или «дрожание», связанные с плохим прилипанием ленты, приведут к изменению амплитуды магнитного потока записи и к появлению паразитной амплитудной модуляции. Наличие дополнительного немагнитного зазора величиной 30...40 мкм стабилизирует сопротивление магнитной цепи.

Обобщенная структурная схема устройства магнитной записи электрических сигналов приведена на рис. 2. Входной сигнал подается в обмотку записывающей головки и создает в ее сердечнике переменный магнитный поток.

Рис. 2. Структурная схема аппарата магнитной записи -воспроизведения электрических сигналов

1 - лентопротяжный механизм; 2 - магнитная лента; 3 - головка стирания; 4 - записывающая головка; 5 - воспроизводящая головка; 6 -генератор высокочастотных колебаний стирания и намагничивания; 7 - входной преобразователь; 8 - усилитель записи; 9 - усилитель воспроизведения; 10 - выходной преобразователь

Для согласования параметров сигнала с характеристиками тракта записи используется преобразование входного сигнала с помощью специального преобразователя. Особенностью данного устройства является использование режима высокочастотного подмагничивания (ВЧП). Сущность записи с ВЧП заключается в том, что по обмоткам магнитной головки одновременно с записываемым сигналом пропускается ток с частотой, в 5-6 раз превышающей верхнюю частоту записываемого электрического сигнала. В этом случае каждый элемент носителя записи при прохождении мимо рабочего зазора записывающей головки испытывает несколько десятков циклов перемагничивания. Режим ВЧП устанавливается для уменьшения нелинейных искажений записываемых электрических сигналов, обусловленных природной нелинейной зависимостью остаточной намагниченности ферромагнетиков от напряженности намагничивающего поля [1].

Задание 2. Влияние атмосферы на распространение радиоволн. Приведите конструкцию антенн диапазона частот от 30 кГц до 3000 кГц, их основные характеристики и параметры

Влияние атмосферы на распространение радиоволн

Радиоволны, излучаемые антенной, распространяются в окружающее пространство. В зависимости от направленных свойств антенны радиоволны могут распространяться либо вдоль поверхности земли, либо под тем или иным углом к горизонту. Поэтому распространение радиоволн в пространстве зависит от свойств поверхности земли, а также от свойств атмосферы.

Условия распространения радиоволн вдоль поверхности земли в значительной мере зависят от рельефа местности, электрических данных земной поверхности и от длины волны.

Если бы земная поверхность была идеально проводящей, радиоволны отражались бы от нее без потерь, подобно тому, как свет отражается от идеального зеркала. Земля в этом случае оказывается экраном, препятствующим прохождению волн внутрь почвы.

Но в реальных условиях земля не является ни идеальным проводником, ни идеальным изолятором. Поэтому радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности земли, частично поглощаются ею. Поглощение энергии радиоволн зависит также от длины распространяющейся волны: чем больше длина волны Я, тем меньше поглощение энергии. Выясним также влияние атмосферы на распространение радиоволн.

Строение земной атмосферы. Атмосфера, окружающая земной шар, представляет собой газообразную оболочку толщиной 1000—2000 км. Нижний слой атмосферы — тропосфера, граница которой лежит на высоте 10—12 км.

В тропосфере происходят метеорологические явления — образование облаков, выпадение осадков, ветры и воздушные течения Состояние тропосферы характеризуется давлением, температурой и влажностью. Эти параметры уменьшаются с высотой. Но иногда температура и влажность повышаются с высотой, что влияет на условия распространения ультракоротких волн. Дальше до высоты примерно 60 км следует слой, называемый стратосферой.

С высоты 60 км на расстоянии в тысячи километров простирается ионосфера. Под действием ультрафиолетовых лучей солнца и звезд, потоков электронов, испускаемых солнцем, космических лучей происходит ионизация газа. В результате этого возникает ионосфера. Наряду с ионизацией в атмосфере происходит рекомбинация, т. е. воссоединение молекул. Ночью при прекращении действия солнечных лучей степень ионизации ионосферы уменьшается.

Рис. 3. Строение ионосферы: а — днем, б — ночью

Но степень ионизации по высоте непостоянна. На определенных высотах имеют место максимумы ионизации. Наличие этих максимумов объясняется неоднородной, слоистой структурой атмосферы. Днем образуется четыре слоя D Е, F1 и F2(рис. 3,а), ночью слои D и F1 исчезают, остаются лишь слои Е и F2 (рис. 3, б). Состояние ионосферы непрерывно меняется. При этом наблюдаются периодические и случайные, или нерегулярные, изменения. Кроме суточных изменений, наблюдаются изменения со сменой времени года. Летом ионизация слоев D, Е и F1 больше, чем зимой. Ионизация слоя F2, наоборот, больше зимой, чем летом.

Наблюдается одиннадцатилетний период солнечной активности. Дело в том, что степень ионизации связана с количеством пятен на Солнце. Пятна представляют собой гигантские воронки на его поверхности. Чем больше пятен, тем больше солнечная активность и, следовательно, тем больше степень ионизации. Годы максимума следуют в среднем через 11 лет.

Но в ионосфере наблюдаются и нерегулярные изменения. К ним относятся ионосферные бури, которые сильнее сказываются в полярных широтах. Эти бури возникают под воздействием заряженных частиц, выбрасываемых солнцем, которые устремляются к магнитным полюсам Земли и являются причиной полярных сияний. Бури могут длиться в течение месяца. Они нарушают слоистость атмосферы и могут разрушить слой F2

В ионосфере происходит поглощение энергии радиоволн. Объясняется это тем, что радиоволна, проникая в ионосферу, приводит в колебательное движение всю массу ионов. Они сталкиваются между собой и с неионизированными частицами и расходуют энергию, полученную от радиоволны, превращая ее в тепло.

Антенны декаметровых волн.

Чем короче волна, тем больше разнообразие используемых типов антенн. Для КВ проводимость почвы ухудшается, и вследствие этого возрастают потери в заземлении. Поэтому на этих волнах обычно избегают использования заземленных вибраторов. Только около больших водных поверхностей или при расположении радиостанции на сырых почвах заземленные вибраторы дают хорошие результаты.

В диапазоне декаметровых (коротких) волн (10... 100 м) отношение длины антенны к длине волны может быть получено достаточно большим. Поэтому обеспечение большого сопротивления излучения и высокого КПД не вызывает затруднений. Более актуальным при построении коротковолновых антенн является вопрос о диаграмме направленности, к которой предъявляются следующие требования:

1. Она должна быть по возможности неизменной во всем диапазоне волн, в котором поддерживается связь в течение длительного времени. Это требование вызвано тем, что по условиям распространения приходится производить смену волн даже в течение одних суток связи. Антенны, имеющие неизменные диаграммы направленности в широком диапазоне частот, называются диапазонными, в отличие от настроенных.

2. Направление максимального излучения и приема должно быть таким, чтобы число отраженных волн от ионосферы и земли было минимальным, так как каждый скачок волны сопровождается потерями энергии. Поэтому угол возвышения луча следует уменьшать по мере удлинения линии связи. Например, для линий протяженностью 600 км рекомендуется выбирать угол 30...45°, а для линий длиной 3000 км - 10...25°.

Рис. 4. Диполь С.И. Надененко

3. В связи с неустойчивостью состояния ионосферы направленное действие антенны не должно быть чрезмерно большим во избежание того, что излучаемая волна окажется вне сферы действия приемной антенны. Поэтому ширину угла диаграммы направленности коротковолновой антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях рекомендуется устанавливать равной 10...30°.

4. Для ослабления влияния промышленных помех на радиоприем максимум диаграммы направленности приемной антенны не должен быть слишком близок к земной поверхности. С этой точки зрения в коротковолновых антеннах предпочтительнее применять горизонтальные вибраторы, а не вертикальные. Однако симметричный горизонтальный вибратор не рассчитан на работу в широком диапазоне частот, так как его входное сопротивление сильно зависит от частоты, что приводит к нарушению согласования с питающим фидером.

Входное сопротивление вибратора будет изменяться в меньших пределах, если уменьшить его волновое сопротивление. Это может быть достигнуто за счет увеличения диаметра излучающих проводов. В диполе С.И. Надененко (антенны типа ВГД) плечи вибратора образованы системой из 6-12 проводов, расположенных по образующей цилиндра диаметром 1... 3 м (рис. 4).

С изменением частоты входное сопротивление такого вибратора изменяется в небольших пределах и согласование с фидером обеспечивается в более широком диапазоне частот. Рабочий диапазон волн диполя С.И. Надененко составляет (1,7...3,3)l. Эта антенна находит применение на передающих и приемных станциях, если требуется слабонаправленная диапазонная антенна.

Симметричные вибраторы широко используются как элемент более сложных антенн, состоящих из нескольких вибраторов. Такие многовибраторные антенны обеспечивают остронаправленные излучения и прием. Антенная система состоит из горизонтальных полуволновых вибраторов, расположенных рядами в несколько этажей. Расстояние между этажами 7J2 , а между вибраторами X. Если токи во всех вибраторах возбуждаются в фазе, такую антенну называют синфазной.

На рис. 5 изображена синфазная горизонтальная антенна. Рассмотрим, чем будет определяться диаграмма направленности такой антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Рис. 5. Синфазная горизонтальная антенна

Рис. 6. К пояснению влияния числа вибраторов на диаграмму направленности синфазной горизонтальной антенны в вертикальной плоскости

Для того чтобы получить остронаправленную диапазонную антенну, необходимо обеспечить без перестройки элементов антеннофидерной системы постоянство направления максимального излучения, а по возможности и всю диаграмму направленности при изменении длины волны. Это может быть успешно решено, если во всей антенной системе создать режим бегущих волн. К такому типу антенн относится ромбическая антенна, изображенная на рис. 7. Она состоит из четырех горизонтальных проводов 1-4, образующих стороны ромба. Генератор подключается к проводам 1 и 3 с помощью фидера, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению антенны. Концы проводов 2 и 4 замкнуты на активное сопротивление, также равное волновому. Таким образом, во всей антенной системе создается режим бегущих волн.

Рис. 7. Ромбическая антенна

Для получения диаграммы направленности с одним главным направлением излучения или приема рассмотрим систему, состоящую их двух вибраторов 1 и 2, удаленных друг от друга на расстояние d = 0,25λ, токи в которых равны по амплитуде, а фазы сдвинуты относительно друг друга на 90° (рис. 8, а) так, что ток вибратора 2 опережает ток вибратора 1. Следовательно, в любой момент около вибратора 2 формируется поле Е2, опережающее по фазе на 90° поле E1, излученное вибратором 1. За время прохождения полем E2 расстояния d = 0,25λ. от вибратора 2 до вибратора 1 произойдет отставание по фазе на угол 90°. Имевшееся опережение по фазе окажется скомпенсированным, и около вибратора 1 поля E1 и E2 обоих излучателей будут иметь одинаковые фазы. Таким образом, в направлении вибратора 1 будет распространяться волна с удвоенной напряженностью поля (левая векторная диаграмма на рис. 8, а).

Рис. 8. Система из двух вибраторов:

а - вибратор с активным рефлектором; б - вибратор с пассивным рефлектором; в - вибратор с пассивным директором

При распространении в направлении вибратора 2 поле E1 вибратора 1, пройдя путь d = 0.25λ. до вибратора 2, получит отставание по фазе на угол 90° и окажется в противофазе с полем E2 вибратора 2 (φ₁ = -90°, φ₂ = +90°). Здесь поля взаимно компенсируются, и излучения в этом направлении не будет (правая векторная диаграмма на рис. 8, а). В рассмотренной системе вибратор 2 является отражателем и называется рефлектором или зеркалом. Рефлектор, который питается непосредственно от генератора, называется активным рефлектором.

Если пассивный вибратор взять короче 0.5λ. (см. рис. 8, в), то его реактивное сопротивление будет иметь емкостный характер. Теперь ток I2 будет опережать ток I1 на угол, близкий к 90°. Максимум излучения будет направлен в сторону пассивного вибратора 2. За активным вибратором поле будет ослаблено. Такой пассивный вибратор называется директором.

Отметим, что антенны, использующие вышеописанный принцип, широко применяются и в диапазоне метровых волн. Наибольшее применение они нашли в качестве приемных телевизионных антенн метрового и дециметрового диапазонов.

Задание 3. Приведите структурную электрическую схему радиопередатчика с ЧМ в задающем генераторе. Назначение каскадов. Основные показатели передатчиков.

Радиопередающие устройства

Основные функциональные узлы радиопередатчика. Схема и конструкция радиопередатчика зависят от различных факторов: назначения, диапазона рабочих волн, мощности и т.д. Тем не менее можно выделить некоторые типичные блоки, которые с теми или иными вариациями имеются в большинстве передатчиков.

Структура передатчика (рис. 9) определяется его основными общими функциями, к которым относятся:

- получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и мощности;

- модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом;

- фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых выходят за пределы необходимой полосы излучения и могут создать помехи другим радиостанциям;

- излучение колебаний через антенну.

Остановимся более подробно на требованиях к отдельным функциональным узлам радиопередатчика.

Рис. 9. Функциональная схема радиопередатчика

Генератор высокой частоты, часто называемый задающим или опорным генератором, служит для получения высокочастотных колебаний, частота которых соответствует высоким требованиям к точности и стабильности частоты радиопередатчиков.

Синтезатор преобразует частоту колебаний опорного генератора, которая обычно постоянна, в любую другую частоту, которая в данное время необходима для радиосвязи или вещания. Стабильность частоты при этом преобразовании не должна существенно ухудшаться. В отдельных случаях синтезатор частоты не нужен, например, если генератор непосредственно создает колебания нужной частоты. Однако с синтезатором легче обеспечить требуемую высокую точность и стабильность частоты, так как он, во-первых, работает на более низкой частоте, на которой легче обеспечить требуемую стабильность; во-вторых, он работает на фиксированной частоте. Кроме того, современные синтезаторы приспособлены для дистанционного или автоматического управления синтезируемой частотой, что облегчает общую автоматизацию передатчика.

Промежуточный усилитель высокой частоты, следующий за синтезатором, необходим по следующим причинам:

- благодаря промежуточному усилителю с достаточно большим коэффициентом усиления от опорного генератора и синтезатора не требуется значительной мощности;

- применение промежуточного усилителя между синтезатором и мощным усилителем ослабляет влияние на генератор и синтезатор возможных регулировок в мощных каскадах передатчика и в антенне.

Усилитель мощности (его называют генератором с внешним возбуждением) увеличивает мощность радиосигнала до уровня, определяемого требованиями системы радиосвязи. Главным требованием к усилителю мощности является обеспечение им высоких экономических показателей, в частности коэффициента полезного действия.

Выходная цепь служит для передачи усиленных колебаний в антенну, для фильтрации высокочастотных колебаний и для согласования выхода мощного оконечного усилителя с антенной, т.е. для обеспечения условий максимальной передачи мощности.

Модулятор служит для модуляции несущих высокочастотных колебаний передатчика передаваемым сигналом. Для этого модулятор воздействует в зависимости от особенностей передатчика и вида модуляции (амплитудная, частотная, однополосная и др.) на один или несколько блоков из числа обведенных пунктиром на рис.9. Например, частотная модуляция может получаться в синтезаторе частоты либо (реже) в генераторе высокой частоты; амплитудная модуляция получается воздействием на мощный и промежуточный усилители.

Устройство электропитания обеспечивает подведение ко всем блокам токов и напряжений, необходимых для нормальной работы входящих в их состав транзисторов, ламп и прочих электронных элементов, а также систем автоматического управления, устройств защиты от аварийных режимов и прочих вспомогательных цепей и устройств. Система электропитания содержит выпрямители, электрома-шинные генераторы с двигателями внутреннего сгорания, аккумуляторы, инверторы (преобразователи) низкого постоянного напряжения в более высокое или обратно, трансформаторы, коммутационную аппаратуру, резервные источники питания и устройства для автоматического перехода с основного источника на резервный в случае неисправностей и т.п.

На рис. 9 не показаны многочисленные объекты вспомогательного оборудования, входящие в состав передатчика (особенно мощного), например средства автоматического и дистанционного управления; контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного контроля и сигнализации; устройства защиты и блокировки, выключающие цепи высокого напряжения при аварийных режимах или опасности для обслуживающего персонала и др.

Радиопередатчики диапазонов километровых, гектометровых и декаметровых волн обычно размещаются группами на специальных предприятиях - передающих радиостанциях. При большом числе передатчиков радиостанции называются радиоцентрами. Радиовещательные передатчики метровых и дециметровых волн, как правило, размещаются вместе с передатчиками телевизионного вещания. Предприятия связи, на которых установлены эти передатчики, называются радиотелевизионными передающими станциями (центрами).

Технические показатели радиопередатчиков.

К основным показателям радиопередатчика относятся: диапазон волн, мощность, коэффициент полезного действия, вид и качество передаваемых сигналов.

В соответствии с классификацией волн различают передатчики километровых, гектометровых, декаметровых и других волн. С этим различием связаны соответствующие особенности конструкций, так как в разных диапазонах различны конструкции колебательных контуров и типов усилительных элементов. Передатчик может работать на одной или нескольких выделенных для него фиксированных волнах, либо он может настраиваться на любую длину волны в непрерывном диапазоне волн.

Мощность передатчика обычно определяется как максимальная мощность высокочастотных колебаний, поступающая в антенну при отсутствии модуляции, при непрерывном излучении. Однако этой характеристики недостаточно для оценки мощности радиопередатчика. Дело в том, что в технике радиосвязи часто приходится иметь дело с сигналами, напряжение которых изменяется в очень широких пределах и в сравнительно короткие промежутки времени может принимать значения, в несколько раз превосходящие средний уровень. Характерным примером подобного режима может служить радиолокационный передатчик, излучающий импульсы длительностью около 1 мкс, разделенные интервалами около 1 мс, т.е. в 1000 раз большей длительности. Если бы при проектировании передатчика расчет велся на то, что в моменты этих выбросов мощность излучения соответствовала бы номинальной мощности, то фактическая средняя мощность излучения была бы во много раз меньше. Передатчик был бы использован значительно слабее своих возможностей, а при необходимости обеспечить большую дальность радиосвязи потребовалось бы применить передатчик значительно большей мощности.

В системах радиовещания промежутки времени, в которые амплитуда колебаний достигает максимальных значений, занимают обычно большую часть общего времени работы передатчика (например, 10-20 %), длительность их доходит до десятков миллисекунд, но и в этом случае описанное временное форсирование передатчика возможно, хотя и в меньших пределах.

В соответствии с изложенным мощность передатчика, помимо цифры максимальной мощности, при непрерывной работе характеризуют значениями пиковой мощности, которая может быть обеспечена в течение ограниченных промежутков времени. Например, если средняя мощность передатчика при непрерывной работе 100 кВт, то она может доходить до 200 кВт, если длительность импульсов не превышает интервалов между ними.

Важнейшими показателями радиопередатчика являются стабильность излучаемой им частоты и уровень побочных излучений. Дело в том, что если строго соблюдается присвоенная данному передатчику частота сигнала, то настроенный на эту частоту приемник начинает принимать передаваемые сигналы тотчас после включения, не требуя подстроек; это способствует удобству эксплуатации и высокой надежности радиосвязи, а также облегчает автоматизацию оборудования. Кроме того, частотные диапазоны, используемые для радиосвязи и вещания, переуплотнены сигналами одновременно работающих радиостанций, поэтому если частота передатчика отличается от разрешенного значения, то она может приблизиться к частоте другого передатчика, что вызовет помехи приему его сигналов.

По существующим международным нормам отклонение от номинала частоты передатчика для радиосвязи на гектометровых волнах не должно превышать 0,005 %; для радиовещательных передатчиков отклонение частоты в этом диапазоне не должно превышать 10 Гц. На декаметровых волнах допустимая нестабильность частоты для передатчиков мощностью более 0,5 кВт равна 15*10^-6, что соответствует в диапазоне от 4 до 30 МГц абсолютному отключению частоты от 60 до 450 Гц. Некоторые системы радиосвязи по своему принципу требуют, чтобы стабильность частоты была значительно лучше, чем предусматривается указанными нормами.

Побочными излучениями радиопередатчика называются излучения на частотах, расположенных за пределами полосы, которую занимает передаваемый радиосигнал. К побочным излучениям относятся гармонические излучения передатчика, паразитные излучения и вредные продукты взаимной модуляции.

Гармоническими излучениями (гармониками) передатчика называются излучения на частотах, в целое число раз превышающих частоту передаваемого радиосигнала.

Паразитными излучениями называются возникающие иногда в передатчиках колебания, частоты которых никак не связаны с частотой радиосигнала или с частотами вспомогательных колебаний, используемых в процессе синтеза частот, модуляции и других процессов обработки сигнала.

Известно, что при действии в нелинейной цепи, например двух ЭДС с частотами f, и f₂, спектр тока содержит, помимо составляющих с этими частотами и их гармоник, также составляющие с частотами вида mf₁ ± пf₂, где m и п - целые числа. Это явление и лежит в основе взаимной модуляции; оно обусловлено наличием в передатчике элементов, обладающих нелинейными характеристиками, главным образом транзисторов или электронных ламп.

Интенсивность побочных излучений характеризуется мощностью соответствующих колебаний в антенне передатчика. Например, по действующим международным нормам радиопередатчики на частотах до 30 МГц должны иметь мощность побочных излучений не менее чем в 10 000 раз (на 40 дБ) ниже мощности основного излучения и не более 50 мВт.

Показатели, определяющие качество передачи вещательного сигнала (электроакустические показатели), в принципе не отличаются от аналогичных параметров электрического канала вещания, что естественно, поскольку передатчик является частью канала - трактом вторичного распределения.

Некоторое отличие заключается лишь в том, что эти показатели нормируются и измеряются относительно уровня сигнала, соответствующего определенному коэффициенту модуляции, сигналом частотой 1000 Гц. Для допустимого отклонения амплитудно-частотной характеристики этот коэффициент равен 50 %.

Коэффициент гармоник определяется при коэффициенте модуляции 50, 90, а также 10 %, что обусловлено наличием в модуляторе передатчика специфических искажений вида двустороннего ограничения, заметных при большом коэффициенте модуляции, вида «центральной отсечки», заметных при малом коэффициенте модуляции. Защищенность от интегральной помехи и от псофометрического шума измеряется относительно уровня модулирующего сигнала, соответствующего 100 % модуляции. Эксплуатационный персонал часто употребляет термин «уровень шумов», который оценивается в децибелах относительно уровня модулирующего сигнала с частотой 1000 Гц, соответствующего коэффициенту модуляции 100 %. Численно он равен величине защищенности от интегральной помехи, взятой со знаком «минус».

Задание 4. Приведите структурную схему двухзвенной радиотрансляционной сети. Опешите ее особенности, возможности применения.

Рис. 10. Схема двухзвенной сети проводного вещания

Для расширения территории, обслуживаемой РТС, применяют двухзвенные сети. В таких сетях энергия сигналов вещания передается с помощью повышенного напряжения (обычно 240 В) по распределительным фидерным линиям (РФ). В местах расположения абонентов устанавливаются понижающие абонентские трансформаторы (АТ), с помощью которых осуществляется питание АУ через АЛ. Распределительные фидерные линии называют вторым, а абонентские линии - первым звеном распределения.

Задание 5. Приведите структурную электрическую схему супергетеродинного радиоприемника с двойным преобразованием частоты. Его достоинства и недостатки. Назначение каскадов.

Усилитель радиочастоты, осуществляющий усиление радиосигналов с различными несущими частотами, при наличии неизбежной паразитной обратной связи (например, через источники питания или паразитные емкости) может самовозбудиться и превратиться в автогенератор. Вероятность самовозбуждения растет с ростом частоты и коэффициента усиления. Для повышения устойчивости работы УРЧ его коэффициент усиления приходится ограничивать. Поэтому чувствительность приемника прямого усиления оказывается относительно низкой. Например, для того чтобы УРЧ обеспечил на входе детектора необходимое для линейного детектирования напряжение около 0,1 В, напряжение на его входе, характеризующее чувствительность, должно быть не менее 1000 мкВ. Плохая избирательность и низкая чувствительность, изменяющиеся в рабочем диапазоне частот, являются существенными недостатками приемника прямого усиления, ограничивающими его использование.

Рис. 11. Структурная схема супергетеродинного приемника

От указанных недостатков свободен супергетеродинный приемник (рис. 11). Его отличительной особенностью является использование в нем преобразователя частоты, состоящего из смесителя (С) и гетеродина (Г). На выходе преобразователя мы получаем промежуточную частоту, усиливаемую в дальнейшем усилителем промежуточной частоты (УПЧ).

Следовательно, при перестройке супергетеродинного приемника достаточно изменить резонансные частоты входной цепи, УРЧ и гетеродина. Перестраивать УПЧ при этом не требуется. Поскольку УПЧ не перестраивается, то его характеристики не меняются. При этом частотная характеристика контуров УПЧ может быть получена достаточно близкой к прямоугольной, так как в нем могут быть использованы фильтры любой степени сложности. Именно по этой причине супергетеродинные приемники обеспечивают высокую избирательность.

Поскольку УПЧ работает на существенно более низкой частоте, чем УРЧ, он может обеспечить существенно большее усиление, так как усилительные свойства элементов улучшаются по мере понижения частоты. Кроме того, при снижении частоты уменьшится влияние паразитных обратных связей, что способствует повышению коэффициента устойчивого усиления УПЧ. Это позволит обеспечить высокую чувствительность супергетеродинного приемника (около 1 мкВ).

Недостатком супергетеродинных приемников является наличие в них побочных каналов приема, главным из которых является зеркальный.

Однако при высокой промежуточной частоте уменьшается коэффициент устойчивого усиления УПЧ и расширяется его полоса пропускания, что приводит к снижению чувствительности приемника и его избирательности по соседнему каналу. Как видно, требование к величине промежуточной частоты довольно противоречиво.

Другим побочным каналом является канал, частота которого равна промежуточной. Сигнал такой частоты, поступающий на вход преобразователя, без каких-либо изменений попадает на УПЧ. Для его устранения радиовещательные станции не должны работать на промежуточной частоте, а случайные помехи с частотами, близкими к промежуточной, должны быть подавлены соответствующими фильтрами на входе приемника.

В бытовых радиовещательных приемниках несущая частота составляет 465 кГц, т.е. она расположена в «окне» между границами радиовещательных диапазонов ДВ и СВ - 285,5... 525 кГц.

В приемниках, работающих на магистральных линиях радиосвязи, требуются более высокие чувствительность и избирательность как по соседнему, так и по зеркальному каналам. Это невозможно выполнить при выборе одной промежуточной частоты, поэтому в таких приемниках применяют двойное преобразование частоты. При двойном преобразовании частоты первую промежуточную частоту выбирают достаточно высокой (около 1 МГц), за счет чего обеспечивается высокая избирательность по зеркальному каналу. Вторая промежуточная частота выбирается достаточно низкой (около 100 кГц), что позволяет получить высокий коэффициент устойчивого усиления в каскадах УПЧ и таким образом повысить чувствительность приемника при высокой избирательности по соседнему каналу.

Список литературы:

Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. Том 2. Радиосвязь, радиовещание, телевидение.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: