8.2. Радиопередающие устройства

Радиопередающие устройства предназначены для генерирования электрических колебаний высокой частоты, управления этими колебаниями с целью передачи необходимой информации и излучения с помощью антенны модулированных колебаний в виде электромагнитных волн.

Основными техническими характеристиками радиопередающих устройств, которые влияют на дальность действия канала связи, служат его мощность и рабочий диапазон частот.

Несмотря на значительное разнообразие конструкций радиопередатчиков, принцип их действия одинаков и может быть сведен к обобщенной структурной схеме, изображенной на смотреть статью под номером 8.1.

Первоначальное генерирование высокочастотных колебаний осуществляется задающим генератором (автогенератором). Поскольку постоянство рабочей частоты всех каскадов передатчика зависит от стабильности работы автогенератора, его выполняют низкочастотным и маломощным. Этим предотвращается нагревание его радиотехнических элементов и, как следствие, изменение их параметров.

С целью получения колебаний требуемой высокой частоты в передатчике предусматривается умножитель частоты, принцип действия которого основан на выделении второй или третьей гармоники колебаний задающего генератора. Требуемая гармоника выделяется из всех остальных колебательной системой, настроенной на соответствующую частоту. В некоторых передатчиках роль задающего генератора и умножителей частоты может выполнять специальный датчик опорных частот. Он представляет собой сложное устройство, вырабатывающее колебания с широкой сеткой стабильных частот.

Требуемая мощность для необходимой дальности радиосвязи повышается одним или несколькими каскадами усилителей мощности высокой частоты.

Для передачи информации необходимо определенным образом управлять высокочастотными колебаниями. Информация в зависимости от необходимости может передаваться телефонным или телеграфным способом.

Речевое сообщение состоит из слов и фраз, а те, в свою очередь, — из звуков. Звуки речи имеют сложную структуру и состоят из ряда колебаний низких частот. Органы речи человека производят звуки, составляющие частот которых находятся в диапазоне практически от нуля до 7 кГц. Экспериментально установлено, что если с помощью фильтров срезать в спектре речи составляющие нижних частот от нуля до 300 Гц и от 3 кГц — все верхние частоты, то разборчивость речи полностью сохраняется. Поэтому для авиационной радиосвязи принято использовать диапазон звуковых частот от 300 до 3000 Гц. Сужение полосы частот речевого сигнала уменьшает ширину канала связи, а следовательно, улучшает качество приема в условиях помех.

Чтобы передать необходимую информацию с помощью радиопередатчика, следует преобразовать звуковые колебания в электрический ток. Изменение его амплитудных значении должно строго соответствовать изменениям амплитуды звуковых колебаний. С этой целью в авиационной радиосвязной технике используют ларингофоны и микрофоны. Они представляют собой угольные преобразователи звуковых колебаний в пульсирующий ток.

На смотреть статью под номером 8.2, а показана конструкция капсулы ларингофона типа ЛА5. Капсула состоит из корпуса 1 с крышкой 4, ампулы 9, пружинных токоведущих контактов 5, двух крепежных 2 и двух клеммных 3 винтов.

Ларингофон в сборе имеет две последовательно соединенные капсулы. Они смонтированы в кожаном чехле и имеют шнур с вилкой быстроразъемного соединения. Капсулы располагаются по обе стороны горла члена экипажа и удерживаются в нужном положении прорезиненным ремешком. Во время разговора колебания голосовых связок человека вызывают синхронные колебания текстолитовой деки 7 и скрепленных с ней мембраны 6 и электрода 8. В результате этого происходит изменение электрического сопротивления угольного порошка 10, заполняющего внутренний объем ампулы.

Ларингофоны последовательно включаются в цепь первичной обмотки повышающего трансформатора Тр (смотреть статью под номером 8.2, б). Изменяющееся в процессе передачи сообщений электрическое сопротивление порошка в капсулах ларингофона приводит к возникновению в обмотке LL пульсирующего напряжения звуковой частоты, которое с помощью обмотки L2 трансформируется в повышенное переменное напряжение U3B такой же частоты.

Полученные таким образом электрические колебания, несущие речевую информацию, находятся в области низких частот. Между тем радиосвязь возможна лишь на высоких частотах. Поэтому для передачи информации с помощью радиосредств необходимо ее предварительно перенести в область радиочастот. Процесс такого преобразования при радиотелефонном режиме работы передатчика называется модуляцией.

Генерируемые передатчиком высокочастотные электрические колебания характеризуются максимальной амплитудой тока 1т0 или напряжения Um0, несущей циклической частотой со0 и начальной фазой ф„. Воздействуя на один из этих параметров управляющими сигналами звуковой частоты, можно осуществлять соответственно амплитудную, частотную или фазовую модуляцию. Этот процесс происходит в специальном устройстве передатчика, называемом модулятором.

В авиационных линиях связи наибольшее практическое применение получили методы амплитудной и однополосной модуляции.

Математически процесс наиболее распространенной амплитудной модуляции можно представить следующим образом.

При включенном передатчике и при отсутствии сигналов из ларингофонов или микрофона мгновенное значение амплитуды н тока, называемого током несущей частоты 0, определяется выражением (смотреть статью под номером 8.3).

Таким образом, даже'при т= 1 величина'амплитуд боковых составляющих спектра в >два раза меньше амплитуды колебаний несущей частоты. Следовательно, половина мощности приходится на несущую, а по четверти — на каждую.;из боковых частот. Вместе с "тем передаваемая информация (сигнал с частотой F) заложена именно в боковых составляющих спектра колебаний.

При модуляции высокочастотных колебаний речевым сигналом с полосой частот от Fx до F.z спектр радиосигнала состоит из несущей 0, нижней и верхней боковых полос (смотреть статью под номером 8.5). Если из подобного спектра удалить несущую и одну из боковых полос, на выходе передатчика получим сигнал с однополосной модуляцией на верхней или на нижней боковой полосе (БП).

Линии связи с однополосной модуляцией по сравнению с подобными линиями с амплитудной модуляцией имеют следующие преимущества:

—           вся мощность передатчика расходуется на создание электрических колебаний только одной боковой полосы частот, что позволяет значительно повысить выходную мощность (при т = 1 в 16 раз);

—           полоса пропускания в два раза уже, что позволяет уменьшить мощность шумов на входе приемника, т. е. повысить его помехоустойчивость;

—           в установленном диапазоне рабочих частот можно разместить в два раза больше телефонных каналов связи;

—           в режиме отсутствия передачи информации передатчики потребляют незначительную мощность, так как не требуется затрачивать энергию на излучение колебаний несущей частоты.

Управление высокочастотными колебаниями при телеграфном способе называется манипуляцией. Оно осуществляется телеграфным ключом. При нажатии на ключ происходит, например, включение питающего напряжения на задающий генератор. Передатчик работает, обеспечивая генерирование высокочастотных колебаний в цепях приемника. При отжатии ключа излучение прекращается. Сочетание серии продолжительных и коротких нажатий на Ключ в соответствии с принятым кодом обеспечивает телеграфную передачу информации.

В связи с тем, что при телеграфном режиме практически вся мощность передатчика используется для излучения сигнала, дальность связи увеличивается в 1,7 . 2 раза по сравнению с дальностью при радиотелефонной связи.