Diagramas de bloques de dispositivos transmisores de radio. Diagrama de bloques del transmisor

Contenido:

Introducción

1. Transmisores de radio basados ​​en controladores de ruta de datos digitales

2. Transmisores de radio con generación digital directa de señales de alta frecuencia.

Conclusión

Referencias

Introducción

Los dispositivos de transmisión de radio (RTD) se utilizan en los campos de las telecomunicaciones, la radiodifusión y la televisión, los radares y la radionavegación. El rápido desarrollo de la microelectrónica, los microcircuitos analógicos y digitales, los microprocesadores y la tecnología informática tiene un impacto significativo en el desarrollo de los equipos de transmisión de radio, tanto desde el punto de vista de un fuerte aumento de la funcionalidad como desde el punto de vista de la mejora de sus indicadores de rendimiento. . Esto se logra mediante el uso de nuevos principios para la construcción de diagramas de bloques de transmisores y la implementación de circuitos de sus componentes individuales, implementando métodos digitales para generar, procesar y convertir oscilaciones y señales con diferentes frecuencias y niveles de potencia.

En el ámbito de las telecomunicaciones y la radiodifusión, se pueden identificar los siguientes requisitos principales, en constante aumento, para los sistemas de transmisión de información, cuyos elementos son RPdU:

Garantizar la inmunidad al ruido en el aire radioeléctrico sobrecargado;

Aumento de la capacidad del canal;

Uso económico de recursos de frecuencia en comunicaciones multicanal;

Calidad de señal mejorada y compatibilidad electromagnética.

El deseo de cumplir con estos requisitos conduce al surgimiento de nuevos estándares de comunicación y radiodifusión. Entre los ya conocidos se encuentran GSM, DECT, SmarTrunk II, TETRA, DRM, etc.

1. Transmisores de radio basados ​​en controladores de ruta de datos digitales

En esta sección hablaremos de transmisores de radio en los que las señales de control y modulación de baja frecuencia son generadas por procesadores de señales digitales especializados, y la modulación en sí se lleva a cabo en etapas analógicas que operan a frecuencias operativas altas o intermedias. Los procesadores de señales digitales de este tipo se denominan controladores de banda base. Son circuitos integrados especializados que realizan una serie de funciones en transmisores y transceptores (transceptores), las principales de las cuales son las siguientes.

1. Convertir la información analógica (de voz) que ingresa al transmisor a formato digital con un ADC incorporado y procesarla aún más antes de enviarla al modulador: filtrado, codificación, acumulación y compresión, combinándolas en paquetes (codificación de ráfaga). Los paquetes se forman agregando información de identificación, datos de control, secuencias de sincronización, datos para verificar la exactitud del paquete recibido, etc. Todos los datos necesarios para esto se almacenan en la ROM del controlador o son obtenidos por el controlador a partir de señales recibidas de otras estaciones. . Por ejemplo, el código de autenticación "personal" del transmisor se almacena en la ROM y se transmite otro código por aire, calculado por el controlador mediante un algoritmo incorporado que utiliza el código "personal" y una solicitud de código (número aleatorio). recibido de la estación base.

2. Formación de una señal moduladora digital y conversión a forma analógica utilizando el DAC incorporado para alimentar el modulador.

3. Control de etapas del transmisor: modos CC, coeficientes de transmisión (en sistemas para control automático de potencia de señal y protección de transistores de etapa de salida), conexión de unidades de respaldo. Para ello, el controlador contiene DAC y ADC integrados y medios para intercambiar datos con DAC y ADC externos. El control de la potencia de salida del transmisor es necesario para mantener su valor constante cuando se trabaja con señales con una envolvente constante, así como para moldear la envolvente de los pulsos de RF de acuerdo con una determinada máscara de tiempo cuando se trabaja en modo ráfaga.

4. Conmutación de recepción y transmisión.

5. Control del sintetizador de frecuencia: cambiar la frecuencia de funcionamiento, ajustarla y sincronizarla para que funcione en un sistema con otras estaciones.

6. Implementación de la interfaz de usuario: intercambio de datos con la pantalla, indicadores, teclado, computadora de control externo, así como con dispositivos periféricos con control digital. Interfaz con red PSTN o RDSI.

7. Sincronización horaria para el funcionamiento en un sistema de transmisión de información con acceso múltiple como abonado o estación base. Sincronización entre sistemas. En particular, si consideramos la parte del abonado del sistema DECT como ejemplo de un transmisor digital, su funcionamiento está sujeto a tres tipos de sincronización TDMA: sincronización de ranura (con una duración de ranura de 416,7 μs, para la cual se transmiten 480 bits) , sincronización de cuadros (1 cuadro equivale a 24 ranuras) y sincronización de cuadros múltiples (160 ms).

El diagrama de bloques más generalizado de un transceptor (transceptor) con un controlador de ruta de información se muestra en la Fig. 1.1. Incluye las características enumeradas anteriormente. En la figura 1 se muestran variantes de la estructura interna del controlador de ruta de información. 1.2. Esta es una estructura simplificada del IC Phillips PCD87550, que es un controlador de la ruta de información de los transmisores de radio digitales del sistema de transmisión de datos inalámbrico Bluetooth (Fig. 1.2.a) y un diagrama de bloques del controlador de banda base AD6526, diseñado para construir Transceptores GSM/GPRS (Fig. 1.2b). El núcleo informático de estos controladores es un procesador ARM TDMI especializado que controla el controlador de comunicación, que, a su vez, controla el funcionamiento del transceptor a través de la interfaz de radio, recibe y transmite datos a través de él. Por interfaz de radio nos referimos al circuito para interconectar el controlador de comunicación digital con la parte analógica del transceptor.

Los bloques restantes mostrados en la Fig. 1.2a, no requiere ninguna explicación especial: este es un códec de voz, un DAC para controlar los modos de las etapas del transceptor, un generador de reloj interno, memoria, un temporizador de intervalos, así como una amplia selección de interfaces para comunicarse con dispositivos periféricos. (por ejemplo, una pantalla, un teclado) y una computadora de control externa.

El controlador AD6526 es más especializado, por lo que incluye bloques como interfaz de tarjeta SIM, interfaces de pantalla, teclado y retroiluminación, reloj en tiempo real, etc. Sus bloques se pueden dividir en tres grupos principales: subsistema de microprocesador de control (MCU), señal procesador de subsistema (DSP), subsistema periférico.

Para obtener señales moduladas con una frecuencia de funcionamiento en transmisores de radio con controladores de ruta de información, se utilizan varios tipos de diagramas de bloques de rutas de radiofrecuencia. Te presentamos aquí los más comunes.

1. Transmisores de modulación directa y modulación directa en cuadratura. Se caracteriza por el hecho de que un oscilador controlado por voltaje (VCO) produce oscilaciones con la frecuencia de funcionamiento del transmisor (por ejemplo, para un sistema DECT alrededor de 1900 MHz y para Bluetooth - 2,4 GHz), y la modulación se produce influyendo en el propio VCO. o su señal de salida. En transmisores con modulación directa (Fig. 1.3a), se implementan tipos de modulación con envolvente constante, por ejemplo, manipulación por desplazamiento de frecuencia (N-FSK), y en transmisores con modulación en cuadratura directa (Fig. 1.3b), es Es posible formar cualquier tipo de modulación de fase de amplitud de banda estrecha, como la modulación de amplitud de cuadratura múltiple (N-QAM). Los moduladores de microondas en cuadratura integrados se analizaron en la sección anterior.

Los esquemas con modulación directa y modulación directa en cuadratura son extremadamente simples y esta es su principal ventaja, pero con mayores requisitos de calidad (pureza espectral) de la señal del transmisor o su eficiencia, las siguientes desventajas pueden ser significativas:

· ajustar (es decir, cambiar) la frecuencia VCO al cambiar los parámetros de la carga, que es el amplificador de potencia para ella;

· Cambio de frecuencia del VCO debido a cambios en su tensión de alimentación, que puede sufrir sobretensiones cuando se enciende el amplificador de potencia;

· importante consumo energético por parte del modulador de cuadratura de microondas.

La mayoría de estas desventajas se deben al hecho de que el VCO y el amplificador de potencia funcionan a la misma frecuencia, bastante alta. El deseo de eliminar estas deficiencias llevó al desarrollo de otros tipos de modulación.

El dispositivo transmisor del radar primario determina en gran medida sus características operativas y su costo, teniendo en cuenta los costos operativos. Los radares de pulso modernos utilizan transmisores fabricados con un diseño de una o varias etapas. En un transmisor de una sola etapa, la función de etapa final y al mismo tiempo de excitador la desempeña con mayor frecuencia un magnetrón. Estos transmisores suelen tener:

· dimensiones y peso reducidos,

· alta eficiencia,

· baja estabilidad de la frecuencia y fase de las oscilaciones generadas (los parámetros de las oscilaciones dependen significativamente del modo de funcionamiento del magnetrón y de los parámetros de su carga).

La necesidad de utilizar sistemas SDC digitales en radares con un alto coeficiente de supresión de interferencias de objetos locales exige altos requisitos para la estabilidad de fase de las oscilaciones de la señal de sondeo. En este sentido, los transmisores de magnetrones encuentran actualmente un uso limitado en los radares de control del tráfico aéreo.

El circuito principal del dispositivo transmisor de un radar ATC AS prometedor es de varias etapas:

oscilador maestro

· multiplicadores de frecuencia,

· amplificadores de potencia,

· amplificador de potencia de salida.

Dignidad:

· alta estabilidad de la frecuencia y fase de las oscilaciones generadas,

· verdadero método coherente para seleccionar objetivos en movimiento.

Defecto:

· grandes dimensiones y peso,

· baja eficiencia.

Los klistrones de paso se utilizan con mayor frecuencia como amplificadores de potencia en estos transmisores.

El equipo transmisor de un radar de pulsos de doble frecuencia contiene dos dispositivos transmisores: transmisores, que se diferencian entre sí en la frecuencia portadora de las señales generadas. Cada transmisor, fabricado según un circuito de varias etapas, está diseñado para generar una secuencia de pulsos de radio de alta frecuencia emitidos por la antena del radar, así como para generar oscilaciones auxiliares:

· señal de frecuencia heterodina necesaria para el funcionamiento del convertidor de frecuencia del receptor,

· señal de la frecuencia intermedia de referencia, necesaria para el funcionamiento del detector de fase en el sistema SDC.

Si se utiliza un amplificador paramétrico de bajo ruido en la ruta de recepción, se genera otra señal auxiliar en el circuito del transmisor: una señal de bombeo para este amplificador. El diagrama de bloques de uno de los dispositivos transmisores de radar se muestra en la Fig. 1.5.

Consideremos el principio de funcionamiento del dispositivo transmisor. El oscilador maestro genera tres señales:

· señal de frecuencia heterodina en forma de oscilaciones continuas con una frecuencia F g,

· señal de frecuencia intermedia de referencia en forma de oscilaciones continuas con una frecuencia F PR = 35 MHz,

· señal modulada por impulsos de frecuencia intermedia en forma de una secuencia de impulsos de radio con una frecuencia portadora F PR, duración de 7 μs y tasa de repetición de los pulsos de la sonda de radar.

Arroz. 1.5. Diagrama de bloques de un dispositivo transmisor de radar de doble frecuencia (un canal de frecuencia)

Las etapas de amplificación del sistema de control y el amplificador de potencia del amplificador operacional final utilizan klistrones de tránsito de múltiples resonadores que funcionan en modo pulsado. Esto se logra aplicando pulsos de polaridad negativa a los cátodos de klistrón. Las señales de activación para el modulador de impulsos en el circuito del sistema de control se generan en el submodulador del transmisor. Los pulsos de modulación con una duración de 3,3 μs para el amplificador final son generados por un potente modulador de pulso M, que funciona con una fuente de alto voltaje IVN y está hecho a base de tiratrones. Los impulsos de encendido del tiratrón son generados por un submodulador, tienen una amplitud de 800 V y una duración de 4 μs.

En la salida del amplificador final se forma una secuencia de pulsos de radio con una duración de 3,3 μs con una potencia de señal promedio de 3,6 kW, que se transmite al sistema de alimentación de antena de la estación de radar.

Las conexiones eléctricas de los componentes de alta frecuencia del transmisor se realizan en forma de una ruta coaxial de alta frecuencia, lo que asegura la distribución de la potencia de las oscilaciones generadas y la salida de una pequeña parte de la potencia para monitorear el rendimiento. y ajuste del transmisor. Para garantizar las condiciones térmicas necesarias del potente klistrón del amplificador operacional, se utiliza un sistema de refrigeración líquida.

Características técnicas básicas del transmisor.

· Longitud de onda operativa de las oscilaciones generadas, cm................................................. .......... ............. 23

Potencia media de salida de las oscilaciones generadas, kW, no menos de 3,6

Duración del pulso de radio, μs 3,3 ± 0,3

· Frecuencia de repetición de pulsos, Hz.... ~ 333

· Potencia de la señal de frecuencia del oscilador local, mW, no menos................................ .... ................. 60

· Tensión de señal de la frecuencia intermedia de referencia (a una carga de 75 Ohmios), V, no menos de 1

Consideremos el funcionamiento de los principales dispositivos de la ruta de transmisión del radar.

El oscilador maestro tiene dos canales independientes. El primer canal genera oscilaciones de la frecuencia heterodina y consta de:

· del oscilador de cuarzo KG1,

· tres multiplicadores de frecuencia UMN con un factor de multiplicación total de 12,

· un amplificador de voltaje,

· tres amplificadores de potencia.

Entre KG1 y las etapas multiplicadoras de frecuencia se conectan amplificadores de tensión y potencia, que realizan las funciones de etapas intermedias.

A la salida del último multiplicador de frecuencia están conectados en serie un cabezal detector de paso para controlar la señal de frecuencia heterodina y un filtro de salida para suprimir los componentes de esta señal con frecuencias combinadas. El cabezal del detector y el filtro son elementos estructurales de la ruta de RF coaxial del transmisor.

El diagrama de bloques del dispositivo transmisor consta de los siguientes bloques: un dispositivo de control (CU), un dispositivo de almacenamiento intermedio (BN), un dispositivo de codificación, un dispositivo de generación de inicio (UFS), una unidad de alarma e indicación (BASI), un dispositivo de generación de bloques de información (UFIB), una instalación de bloque inicial (BNU), circuito clave, contador de bits transmitidos y dos generadores de impulsos de reloj (GTI).

Si alguna de las 6 fuentes está lista para transmitir datos, genera una señal de "listo", que es registrada por el dispositivo de control. Además, la información se puede transmitir simultáneamente desde una fuente. En base a esta señal, la dirección de la fuente transmisora ​​se coloca en UFIB y BASI, y la información de la fuente activa se coloca en BN. Una vez completado el llenado del BN, la unidad de control deja de recibir información de la fuente y genera una señal de "formulario", mediante la cual la dirección de la fuente y la información contenida en ella se convierten en un solo paquete de información. A la formación del bloque de información le sigue la formación de la combinación inicial. La unidad de control cambia el circuito de llave para enviar la combinación de arranque al canal de comunicación (CC) y luego para transmitir la parte de información. A continuación, el bloque de información llega al codificador y se envía al CS.

BASI es un conjunto de indicadores que muestran el funcionamiento del circuito. El BNU genera un impulso para llevar todos los demás bloques a su estado inicial. GTI 1 está diseñado para cambiar los estados de la unidad de control, GTI 2 se enciende solo mientras dura la transmisión de datos al canal de comunicación, lo que aumenta la sincronización del funcionamiento de las partes receptora y transmisora. El contador de bits transmitidos está diseñado para generar una señal para el final de la transmisión de un bloque de información.

El diagrama de bloques del dispositivo transmisor se muestra en la Figura 3.1.

Figura 3.1 - Diagrama de bloques del dispositivo transmisor

Desarrollo de un diagrama de bloques del dispositivo receptor.

El diagrama de bloques del dispositivo receptor consta de los siguientes bloques: CU, almacenamiento en búfer de datos, almacenamiento en búfer de direcciones, dispositivo de decodificación, dispositivo de detección de inicio (DDU), BASI, BNU.

El decodificador está diseñado para decodificar información que proviene del CS. Las unidades de búfer reciben datos del dispositivo decodificador. El propósito funcional de los elementos restantes es similar al propósito de los elementos del mismo nombre en el circuito transmisor.

El diagrama de bloques del dispositivo receptor se muestra en la Figura 3.2.

Figura 3.2 - Diagrama de bloques del dispositivo receptor

El algoritmo de funcionamiento del transmisor se muestra en la Figura 3.3.

Cuando se enciende el dispositivo transmisor, la señal se envía al BNU, que establece todos los demás bloques al estado inicial. Luego la unidad de control enviará una señal al BASI sobre la presencia de energía. Luego de esto, el circuito entrará en modo de espera a que una de las fuentes esté lista para transmitir información. Cuando se recibe una señal de una fuente, se muestra una señal específica en el BASI, de acuerdo con la dirección de la fuente activa.

Si el paquete no se genera, todos los bits de la dirección y la parte de información se transmiten a la UFIB, después de lo cual se genera el paquete de información.

Si se forma el paquete, mientras se transmite al CS, se detiene la lectura de información de la fuente activa.

Dado que el método de transferencia de datos es inicio-parada, antes de enviar información, la combinación inicial se envía primero al CS. Después de lo cual, el paquete de información se codifica y se envía al CS.

Figura 3.3 - Algoritmo de operación del transmisor

El UVS detecta la combinación inicial del CS, después de lo cual la unidad de control iniciará el GTI y pondrá el BNA y el BND en modo de grabación. El decodificador decodifica información procedente del canal de comunicación. La información decodificada se envía al BNA y al BND. Al finalizar los ciclos nb, la unidad de control detendrá el GTI, cambiará el BNA y el BND al modo de lectura, dará una señal de "listo" para el OOD y pasará al estado de inicio en espera.

El algoritmo de operación del receptor se muestra en la Figura 3.4.

Figura 3.4 - Algoritmo de funcionamiento del receptor

Conclusión del Capítulo 3

Como resultado de completar las tareas de este capítulo, se obtuvieron diagramas de bloques de los dispositivos SSPI transmisores y receptores, así como algoritmos para su funcionamiento, lo que permite realizar una construcción más detallada de SSPI - diagramas funcionales.

Conferencia 29

Propósito y diagrama de bloques del transmisor de radio.

Principales etapas en el desarrollo de transmisores de radio.

Los transmisores de radio son dispositivos radiotécnicos que se utilizan para generar, alimentar y modular las oscilaciones de HF y microondas suministradas a la antena y radiadas en producción.

Una señal es una vibración que transporta información.

Una señal electromagnética emitida al espacio se llama señal de radio.

Los primeros RPD desarrollados (16/03/1859 en la región de Perm) por A.S Popov y Marconi se basaron en chispas.

Fig.1.

Diagrama simplificado del receptor de radio de Popov.

Fig.2.

La esencia del oscilador era que una bobina de inducción estaba conectada a dos varillas de latón, en cuyos extremos se colocaban bolas que calentaban cargas eléctricas, creando un voltaje de varias decenas de kilovoltios. Se colocaron bolas pulidas en los otros extremos de las varillas, el espacio entre ellas (espacio de chispa) era de varios milímetros. Cuando el voltaje excedía el voltaje de ruptura, una chispa destellaba en el espacio y se excitaban oscilaciones electromagnéticas, longitud de onda = 2 yo. Dos varillas con bolas: un vibrador.

Fig.3.

Diagrama simplificado del transmisor de radio de Popov.

Fig.4.

Versión simplificada del transmisor de radio:

a – diagrama; b – gráfico de fluctuaciones.

Cuando K1 está cerrado, K2 está abierto y viceversa. Cuando K1 está cerrado, el condensador C se carga en E; cuando K1 se abre y K2 se cierra, se produce un proceso oscilatorio amortiguado en el circuito. En el transmisor de radio (Fig.4), el papel de los grupos de contactos lo desempeña un disyuntor que, cuando se presiona el brazo, crea pulsos en el devanado primario, mientras que surge un alto voltaje en el devanado secundario, que periódicamente conduce a Se produce una rotura eléctrica de la vía de chispas y se producen oscilaciones amortiguadas en el circuito de la antena. La duración del envío de los guiones y puntos correspondientes.

En la figura se muestra un diagrama simplificado del transmisor de radio de Popov. 3. Para comprender cómo se generaban las oscilaciones de HF en un transmisor de este tipo, consideremos un diagrama simplificado (Fig. 4). El transmisor de radio de A. S. Popov contiene todos los elementos necesarios que garantizan todas las funciones básicas del transmisor. La generación se lleva a cabo convirtiendo la energía de una fuente de corriente continua en energía de oscilaciones de alta frecuencia mediante un interruptor, un circuito de antena y un explosor, y la modulación se realiza mediante un interruptor.

Luego comenzaron a utilizar generadores de máquinas (frecuencia 15 kHz, potencia 2 kW).

En el futuro, hay 3 direcciones principales:

1) aumentar la potencia de las oscilaciones continuas generadas; 2) reducir la inestabilidad de la frecuencia; 3) dominar rangos de frecuencia más altos.

Estos problemas se resolvieron mediante dispositivos eléctricos de vacío, que hicieron que los transmisores de radio fueran más fiables, duraderos y de menor tamaño.

El RPD es un conjunto de cascadas y bloques individuales. Los más importantes incluyen:

Un autooscilador o generador autoexcitado es una fuente de frecuencias de RF y microondas. Dependiendo de la estabilización de frecuencia se distinguen entre cuarzo y sin cuarzo;

un generador con excitación externa o independiente es un amplificador de la señal de RF o microondas en términos de potencia. Dependiendo del PP, se distinguen generadores de banda estrecha y de banda ancha.

Multiplicador de frecuencia;

El convertidor de frecuencia está diseñado para cambiar la frecuencia de oscilación a la frecuencia requerida;

Divisor de frecuencia;

Modulador de frecuencia, diseñado para modulación de fase;

Modulador de fase;

Filtros para pasar una señal solo en una determinada banda de frecuencia. Hay filtros de paso de banda, de paso bajo, de paso alto y de muesca;

Dispositivos de adaptación utilizados para hacer coincidir la impedancia de salida de un transmisor de radio con la impedancia de entrada de la antena.

Los principales bloques formados por cascadas incluyen:

La unidad de potencia de señal de RF o microondas consta de generadores conectados en serie con excitación externa;

Bloque multiplicador de frecuencia, utilizado en el caso de un coeficiente multiplicador grande;

Sintetizador de frecuencia, utilizado para generar un conjunto discreto de frecuencias;

Un excitador que incluye un sintetizador de frecuencia, un modulador de frecuencia o de fase;

Modulador de amplitud;

Modulador de pulso;

AFU que conecta la salida del RPD a la antena y que contiene un filtro, un acoplador direccional, ferrita unidireccional y dispositivos de adaptación;

Unidades de control automático utilizadas para estabilizar los parámetros del RPD. Están construidos sobre un microprocesador.

La transición de una frecuencia a otra se realiza mediante un interruptor eléctrico. Para una gran cantidad de frecuencias operativas, el excitador es un sintetizador de frecuencia digital construido sobre la base de un gran circuito integrado (LSI).

El principio de funcionamiento de los transmisores de comunicación de despacho.

En las comunicaciones de despacho, los más utilizados son los transmisores con modulación de hardware, utilizados para la comunicación por radio en modo telefónico.

Fig.1 Diagrama de bloques del receptor de comunicaciones de despacho.

La señal recibida llega desde la antena al circuito de entrada (IC), que es un sistema oscilatorio resonante que consta de inductores y condensadores. Se sintoniza a la frecuencia de la señal "fc de la estación recibida y la pasa a un amplificador de alta frecuencia (UHF). Dicho amplificador contiene como carga un circuito oscilante, que también está sintonizado a la frecuencia de la señal fc. .

El ancho de banda del circuito oscilatorio está relacionado con su relación de factor de calidad.

2 Δ F do = F res / q

Dónde F res - frecuencia de resonancia;

Q es el factor de calidad del circuito.

La expresión (1.1) en una primera aproximación también se aplica a sistemas de bucles múltiples más complejos.

El factor de calidad Q varía poco con la frecuencia. Dentro del rango de longitud de onda permanece prácticamente constante. En la tabla se muestran los valores aproximados del factor de calidad de los circuitos para varios rangos. 2. Allí también se dan datos sobre el ancho de banda, calculado mediante la expresión (1.1) para una de las frecuencias de cada rango.

El oscilador maestro de dicho transmisor (MG) está diseñado para generar oscilaciones de la frecuencia portadora. para con alta estabilidad, lo que asegura una comunicación aleatoria. Inestabilidad relativa permitida Foh en el rango VHF es (10÷50) 10 -6, y en el rango HF no supera (0,5÷50) 10 -6. Estos valores se logran utilizando estabilización de frecuencia de cuarzo y colocando generadores en un termostato.

El establecimiento de comunicación sin búsqueda en los transmisores modernos se garantiza formando una cuadrícula discreta de frecuencias operativas en el GB con la posibilidad de seleccionar cualquiera de ellas. Esto se logra utilizando sintetizadores de frecuencia como MG. El paso de la cuadrícula de frecuencias en la parte de la gama VHF asignada para las comunicaciones por radio de despacho (118-136 MHz) es, según los estándares de la OACI, de 25 kHz, lo que permite obtener 720 ondas de comunicación fijas. En el rango de HF (2-30 MHz), el intervalo entre frecuencias de red adyacentes es de 100 Hz y el número de ondas fijas alcanza los 280 mil.

La estabilidad de la frecuencia GB depende en gran medida de la carga, cuyos parámetros pueden cambiar cuando se reconstruye el transmisor y bajo la influencia de diversos factores desestabilizadores (tensión de alimentación, temperatura, humedad del aire, etc.). Para evitar tal influencia, se instala un amplificador buffer (BU) entre el generador principal y las etapas posteriores del transmisor, que tiene una alta impedancia de entrada y representa una carga insignificante para el generador principal. En el camino, la unidad de control realiza la función de un preamplificador de alta frecuencia, desarrollando la potencia necesaria para operar el siguiente amplificador.

El amplificador de potencia (PA) está diseñado para obtener el nivel de potencia de señal requerido en la antena del transmisor. En el PA se modula la amplitud de la frecuencia portadora. Para ello, su ganancia se cambia de acuerdo con el valor instantáneo de la señal moduladora. La ganancia de PA se puede controlar de diferentes maneras. La mayoría de las veces, se utiliza la corriente de suministro de PA, cambiándola de acuerdo con la ley de la señal moduladora. Se obtiene un nivel suficiente de corriente del modulador M, que es un amplificador de baja frecuencia, cuya entrada recibe una señal del micrófono Mk.

La profundidad de modulación m depende tanto de la amplitud de la señal de audio en la entrada M como de su ganancia. Para evitar la doble modulación causada por el aumento del volumen de los sonidos frente al micrófono, se utiliza el control automático de profundidad de modulación (ADM). Su esencia radica en reducir la ganancia M al aumentar el valor medio m en la salida del transmisor y es similar al principio de funcionamiento del receptor AGC.

Estabilización de frecuencia del transmisor de cuarzo.

La formación de oscilaciones de frecuencia portadora en el transmisor está garantizada por un generador autoexcitado incluido en la unidad excitadora. Como es sabido, un generador de este tipo consta de un elemento amplificador (que se utiliza como transistor, tubo de electrones o diodo con resistencia negativa), un circuito oscilatorio y un circuito de retroalimentación.

En un circuito libre, las oscilaciones eléctricas que surgen por cualquier motivo se amortiguan debido a la disipación de energía. Estas pérdidas se pueden compensar incluyendo una resistencia negativa en el circuito, “por ejemplo, en forma de diodo túnel, o amplificando las oscilaciones y transfiriendo parte de su energía al circuito a través de un circuito de retroalimentación.

Los generadores autoexcitados utilizan ampliamente el acoplamiento capacitivo (Fig. 3), especialmente en el rango VHF.

El circuito oscilatorio consta de una bobina de inductancia Lk y una capacitancia formada por dos condensadores Ck y Csv conectados en serie. Las oscilaciones que surgen en él cuando se enciende la fuente de corriente crean un voltaje armónico en el Sov, que es amplificado por el transistor y aplicado al circuito. Si la fase de este voltaje coincide con la fase de la oscilación que provocó su aparición, y la amplitud es suficiente para la compensación.

Por tanto, la condición para la autoexcitación del generador es el equilibrio de amplitudes y fases en el circuito de retroalimentación. Se puede utilizar un resonador de cuarzo como elementos del circuito oscilatorio. Es una placa tallada en cristal de cuarzo y tiene efecto piezoeléctrico.

Arroz. 3 Capacitivo de tres puntos con estabilización de frecuencia de cuarzo.

Bajo la influencia de un campo eléctrico, se produce una fuerza mecánica en la placa de cuarzo que provoca su deformación. Cambiar la polaridad del voltaje aplicado conduce a un cambio en la dirección de la fuerza. Por lo tanto, un voltaje alterno aplicado al cuarzo lo hace oscilar, y si la frecuencia se acerca a la frecuencia de resonancia mecánica, entonces la amplitud de las oscilaciones resulta significativa. Estas oscilaciones son muy estables y el cambio que las acompaña en las cargas eléctricas en las superficies de la placa permite que se incluya en el circuito del generador (Fig.4).

El equivalente eléctrico de un resonador de cuarzo es un circuito oscilatorio (Fig. 5). Los equivalentes de pérdida de masa, elasticidad y fricción son los elementos L sq, C sq y g. La capacidad del soporte en el que se fija la placa de cuarzo está representada por el elemento C der.

Fig.4 Circuito equivalente de un resonador de cuarzo.

Fig.5 Característica de resonancia de un resonador de cuarzo.

Un circuito de este tipo tiene dos resonancias: secuencial F cortar 1 y paralelo F res2, y F res1 < f рез2 (рис.6). Между ними сопротивление эквивалентной схемы имеет индуктивный характер. Поэтому кварцевым резонатором можно заменить элемент 1к схемы генератора (см. рис.3), получая схему с кварцевой стабилизацией частоты (см. рис. 4). Практически последовательно с кварцем включают дополнительно катушку индуктивности для компенсации емкостной составляющей кварцевого контура и получения требуемых фазовых соотношений.

La pendiente de la característica del cuarzo es proporcional a su factor de calidad. Cuanto más pronunciada es la característica resonante, menos difiere la frecuencia de las oscilaciones en estado estacionario de la F res1 ya que para obtener la cantidad requerida de reactancia inductiva entre la base y el colector del transistor, se requiere un cambio de frecuencia menor.

Un aumento en la fraccionalidad conduce a un aumento en la energía de oscilación almacenada por un resonador de cuarzo en comparación con las reservas de energía en otros elementos del generador que afectan su inestabilidad (por ejemplo, en las capacitancias de las uniones p-n de un transistor). Por lo tanto, la influencia desestabilizadora de estos elementos se debilita significativamente cuando se utiliza cuarzo en un generador, cuyo factor de calidad es Q = (20÷30) mil, y si se coloca en un matraz de vacío - 500 mil.

A medida que disminuye la frecuencia de resonancia del cuarzo, aumentan los valores de los componentes reactivos de su impedancia. Por tanto, los elementos reactivos del generador, que tienen un efecto desestabilizador, tienen un efecto más débil y la inestabilidad relativa del oscilador de cuarzo disminuye.

Los osciladores de cristal pueden funcionar con el armónico fundamental en el rango de frecuencia de 4 kHz a 10 MHz. El límite de baja frecuencia se debe a la dificultad de obtener grandes placas de cuarzo. El límite de alta frecuencia está determinado por el hecho de que la placa extremadamente delgada es demasiado frágil. Se pueden generar frecuencias más altas utilizando armónicos más altos de vibraciones de cuarzo o, más comúnmente, usando vibraciones fundamentales y multiplicando la frecuencia.

La potencia que se puede estabilizar utilizando un oscilador de cuarzo está limitada a bajas frecuencias por el peligro de destrucción de la placa por tensiones mecánicas causadas por amplitudes de vibración importantes, y a altas frecuencias por el peligro de sobrecalentamiento del cuarzo debido a la disipación de altas temperaturas. -energía de frecuencia en él. Para lograr una alta estabilidad, el oscilador de cristal debe tener baja potencia.

Diagrama de bloques de RPDU

Se fabrican varios tipos de transmisores de radio como combinación de etapas y bloques correspondientes. En la figura 2 se muestra un diagrama de bloques generalizado de la RPDU. 2.1. El excitador sirve para formar una red de frecuencias de funcionamiento con la estabilidad requerida. Con un pequeño número de frecuencias de funcionamiento, el excitador está construido según el principio de "onda de cuarzo", lo que significa que cada frecuencia tiene su propio oscilador de cuarzo. La transición de una frecuencia a otra se realiza mediante un interruptor electrónico.

Arroz. 2.1. Diagrama de bloques generalizado de RPDU

Para una gran cantidad de frecuencias, el excitador es un sintetizador de frecuencia digital, que incluye un autooscilador de cuarzo, llamado oscilador de referencia, un divisor de relación de división variable (VDC) y un dispositivo de control automático de frecuencia. Un sintetizador de este tipo puede construirse sobre la base de un gran circuito integrado. La frecuencia de los autoosciladores de cuarzo no suele superar los 100 Hz. Por lo tanto, cuando la frecuencia del transmisor es mayor que este valor, se incluyen multiplicadores de frecuencia en el dispositivo, aumentando la frecuencia de la señal el número de veces requerido. La potencia de salida requerida del transmisor de radio se obtiene utilizando una unidad de amplificación de potencia, generadores de RF o microondas conectados en cascada con excitación externa. Cuando la potencia de salida del transmisor excede la potencia de un dispositivo, la potencia de los generadores se suma en la etapa de salida. Entre la etapa de salida del transmisor de radio y la antena se conecta un dispositivo alimentador de antena (AFD). La AFU incluye: un filtro para suprimir las emisiones no esenciales del transmisor de radio, sensores de ondas incidentes y reflejadas y un dispositivo de adaptación. Cuando se opera en el rango de microondas, en lugar de este último, generalmente se usa un dispositivo unidireccional de ferrita: una válvula o circulador. La modulación de frecuencia se realiza en el excitador del transmisor de radio, la modulación de fase se realiza en el excitador o multiplicadores y amplificadores de RF, la modulación de amplitud y pulso se realiza en amplificadores de RF. Utilizando la unidad de control automático, estabilización automática de los parámetros del transmisor de radio (principalmente condiciones de potencia y temperatura), protección en caso de violación de las condiciones normales de funcionamiento (por ejemplo, si la antena se rompe) y control (encendido-apagado, sintonización de frecuencia). ) se llevan a cabo. Al elaborar y calcular el diagrama de bloques de un transmisor de radio de transistores, partimos de su finalidad, condiciones de funcionamiento y los siguientes parámetros principales: - potencia de salida suministrada a la antena; - rango de frecuencia de funcionamiento, estabilidad de frecuencia, tipo de modulación y características de la señal moduladora.

Ganancia general de la señal por potencia del transmisor de radio

¿Dónde está la potencia de la señal que ingresa a la antena?

coeficiente de transmisión AFU; - potencia de la señal del excitador (normalmente<10... 20 МВт).

El mismo parámetro, expresado en decibelios relativos a una potencia de 1 W: (2.1)

donde , - potencia, W.

Factor de multiplicación de frecuencia general

¿Dónde está el rango de frecuencia del transmisor de radio? - rango de frecuencia del excitador.

A partir del valor igual al producto de los coeficientes de multiplicación de las cascadas individuales, se determina el número de multiplicadores, cada uno de los cuales tiene un valor = 2...3.

El factor de amplificación total de la señal, basado en la potencia del transmisor de radio, es el producto de los factores de amplificación de las distintas etapas. Eligiendo el tipo de dispositivo electrónico en cada una de las etapas y determinándolo a partir de un libro de referencia o calculando los valores de los factores de ganancia de estos dispositivos, se puede elaborar un diagrama de bloques del transmisor de radio que se está diseñando. Consideremos un ejemplo con los siguientes datos iniciales: potencia de señal transmitida a la antena = 20 W; El coeficiente de transmisión AFU es 0,8 o 1 dB; potencia del excitador = 5 MW. Según (2.1), el factor general de amplificación de la señal basado en la potencia del transmisor de radio

Por ejemplo, con la ganancia de un dispositivo electrónico igual a 10 dB, es decir 10 veces en potencia, para obtener una ganancia total de 37 dB, se necesitarán cuatro generadores de RF conectados en serie (amplificadores de potencia de RF).

2.4. Parámetros del transmisor de radio

Los principales parámetros de un transmisor de radio que caracterizan su desempeño técnico incluyen:

rango de frecuencia de las oscilaciones de la portadora;

número de frecuencias N dentro de este rango. En el caso más sencillo, el transmisor de radio puede ser monofrecuencia y luego;

paso de red de frecuencias operativas en un rango dado, determinado según la expresión

Dónde . El transmisor de radio puede funcionar en cualquiera de las frecuencias fijas dentro del rango (Fig. 2.2). Por ejemplo, el transmisor de radio del sistema de radiocomunicación de aeronaves VHF funciona en el rango de frecuencia 118...136 MHz con un paso = 25 kHz, el número total de frecuencias según (3.1) N = 721.

Es inaceptable que un transmisor de radio emita radiación no solo fuera de su rango de frecuencia asignado, sino también en una frecuencia diferente de la cuadrícula de frecuencia fija, por ejemplo, entre frecuencias y; inestabilidad de la frecuencia de las oscilaciones de la portadora. Hay inestabilidad de frecuencia absoluta y relativa, a largo y corto plazo.

La inestabilidad de frecuencia absoluta es la desviación de la frecuencia de la señal emitida por un transmisor de radio del valor de frecuencia nominal. Por ejemplo, =120 MHz, pero en realidad el transmisor de radio emite una señal con una frecuencia de =119,9994 MHz. Por lo tanto, la inestabilidad de frecuencia absoluta

120 - 119,9994 MHz = 0,0006 MHz = 0,6 kHz. La inestabilidad de frecuencia relativa es la relación entre la inestabilidad de frecuencia absoluta y su valor nominal:

(2.4)

Según (2.4), en el ejemplo considerado, la inestabilidad relativa

=0,000005= .

Arroz. 2.2. Red de frecuencia del generador

En los transmisores de radio modernos, la inestabilidad relativa de la frecuencia no suele exceder (2...3). Pero en algunos casos, por ejemplo en los sistemas de radionavegación, se imponen requisitos aún más estrictos a este parámetro: deberían tener .

En el modo de oscilación de la portadora, el transmisor de radio emite una señal

¿Dónde está la frecuencia de las oscilaciones de la portadora?

El espectro de tal oscilación tiene un componente (Fig. 2.3, a). Con cualquier tipo de modulación (amplitud, frecuencia, fase y pulso), el espectro de la señal se vuelve lineal (Fig. 2.3, b) o continuo (Fig. 2.3, c), ocupando una determinada banda de frecuencia.

Arroz. 2.3. Espectros de portadora y oscilaciones moduladas.

Para este espectro se asigna una determinada banda de frecuencia. En este caso se debe observar la desigualdad, es decir. el espectro de la señal debe encajar en la banda que se le ha asignado. De lo contrario, las emisiones de un transmisor de radio pueden interferir con otros transmisores de radio, penetrando en sus bandas de emisión designadas.

La potencia de salida de la oscilación de la portadora es la potencia activa que viene del transmisor de radio a la antena. La antena tiene una impedancia de entrada compleja. . Por lo tanto, al medir la potencia de salida de un transmisor de radio, la antena se puede reemplazar por una resistencia equivalente. La potencia disipada en el componente activo de la resistencia es la potencia de salida del transmisor de radio emitida por la antena (Fig. 2.4, a).

La potencia se puede determinar de una segunda forma conectando directamente el transmisor de radio a la antena. Dos ondas se propagan a lo largo del alimentador que los conecta: en la dirección de avance - incidente, en la dirección opuesta - reflejada desde la antena (Fig. 2.4, b). En este caso, la potencia del transmisor de radio. (2.5)

¿Dónde está la potencia de la onda incidente? - potencia de la onda reflejada;

la potencia total consumida por el transmisor de radio desde la fuente o fuente de alimentación a lo largo de todos los circuitos,

factor de eficiencia, o eficiencia industrial, definido como la relación entre la potencia de salida del transmisor de radio y la potencia consumida: .

Tipo de modulación y parámetros que la determinan. Con modulación de amplitud, este parámetro es el coeficiente de modulación, con frecuencia - desviación de frecuencia, A con fase - desviación de fase, con pulso - la duración del pulso y su período de repetición T. Parámetros del mensaje transmitido. Dicho mensaje puede ser de voz, fax, televisión, telemetría y otra información diversa, incluida la información leída desde una computadora. El mensaje se puede transmitir en forma de señal analógica (Fig. 2.5, a) o digital (Fig. 2.5, b). En un mensaje analógico, el parámetro principal que lo caracteriza es la banda de frecuencia del espectro de la señal, en un mensaje digital, el número de bits por segundo (un bit es una unidad de información digital; en código binario es 1 o 0). Parámetros que caracterizan las distorsiones permitidas del mensaje transmitido. Como resultado del proceso de modulación, es decir. superpuestas a las oscilaciones de la portadora del mensaje original, este último sufre algunos cambios o, en otras palabras, se distorsiona. En cada caso concreto se establece el tipo y estándar de estas distorsiones. Por ejemplo, cuando se transmite un mensaje en forma de señal sinusoidal, este parámetro es el coeficiente de distorsión no lineal, que determina la aparición del segundo, tercer y siguientes armónicos en la señal original.

Arroz. 2.6. Transformaciones de señales no lineales.

En algunas frecuencias esta norma puede alcanzar -100 dB, -110 dB, etc. Normas relacionadas con el control de un transmisor de radio: el tiempo que tarda en establecer el modo de funcionamiento normal después del encendido, el tiempo que tarda en pasar de una frecuencia portadora a otra, el modo de potencia de radiación total o parcial y otros requisitos. Los estándares de confiabilidad y durabilidad, peso y dimensiones totales de un transmisor de radio se establecen de acuerdo con los estándares generales para equipos de radio. En los transmisores de radio de alta potencia, se establecen estándares especiales dictados por las precauciones de seguridad.