Антенно фидерные усттройства

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4

1.1. Принцип радиосвязи 4

1.2. Особенности системы радиосвязи 6

1.3. Структурная схема радиопередатчика 8

1.4. Основные технические характеристики радиопередатчика 9

1.5. Подавление (фильтрация) побочных колебаний 11

1.6. Общие сведения об усилителях радиочастоты 13

1.7. Транзисторные усилители СВЧ диапазона 14

1.8. Регулировка полосы пропускания в радиоприёмниках 14

1.9. Радиожучки 14

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 16

2.1. Схема радиотехнического устройства 16

2.2. Состав радиотехнического устройства 16

2.3. Принцип работы радиожучков 18

2.4. Анализ результатов работы устройства 19

2.5. Частота дискретизации, теорема Найквиста и наложение спектров 19

2.6. Наложение спектров (алиасинг) 19

2.7. Решение проблемы 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 23

 

ВВЕДЕНИЕ

Электросвязь — разновидность связи, способ передачи информации с помощью электромагнитных сигналов, например, по проводам, волоконно-оптическому кабелю или по радио.

В настоящее время, передача информации на дальние расстояния осуществляется с использованием таких электрических устройств, как телеграф, телефон, с использованием радио и СВЧ-связи, а также спутниковой связи и глобальной сети Интернет.

Принцип электросвязи основан на преобразовании сигналов сообщения (звук, текст, оптическая информация) в первичные электрические сигналы. В свою очередь, первичные электрические сигналы при помощи передатчика преобразуются во вторичные электрические сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с характеристиками линии связи. Далее посредством линии связи вторичные сигналы поступают на вход приёмника. В приемном устройстве вторичные сигналы обратно преобразуются в сигналы сообщения в виде звука, оптической или текстовой информации.

В конце XIX века с новаторских открытий Николы Тесла и Александра Попова началось развитие беспроводной связи. Другими первопроходцами в данной области являются: Чарльз Уитстон и Самюэл Морзе (телеграф), Александр Грэхем Белл (телефон), Эдвин Армстронг и Ли де Форест (радио), Джон Бэрд, Владимир Зворыкин,Семён Катаев (телевидение).

Целью нашей курсовой работы было разработать и собрать радиопередающее устройство, работающее на высоких частотах, тип модуляции фазовый.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Принцип радиосвязи

Электрические сигналы, непосредственно отражающие сообщения низкочастотны, включая и телевизионный сигнал 0 – 6 МГц. Такие сигналы в радиосвязи называют первичными сигналами. Электрические сигналы с низкими частотами не могут эффективно излучаться в свободное пространство, на низких частотах большие промышленные помехи (фон электросети 50 Гц, искровые помехи автотранспорта, электромоторов и пр.). Передавать сигналы низких частот непосредственно можно только по проводным и кабельным линиям связи. Для передачи информации без проводов используют специальные электрические колебания, называемые несущими. Несущие колебания не содержат информации, но хорошо излучаются и распространяются в свободном пространстве. Поэтому с их помощью информация, заложенная в первичном сигнале, переносится в свободном пространстве. Информация закладывается в один из параметров несущего колебания методом модуляции, т. е. изменения амплитуды Um, частоты ω или фазы φ, по закону изменения первичного сигнала, отображающего передаваемую информацию.

Рис.1 Структура системы радиосвязи

Элементы, входящие в структуру радиосвязи (рис.1), являются принадлежностью любой сложной системы радиосвязи. Без любого из них радиосвязь невозможна. Модулированные высокочастотные колебания относят к вторичным сигналам и называют радиосигналами. Процесс модуляции высокочастотного колебания низкочастотным первичным сигналом является по существу операцией переноса спектра первичного сигнала, отображающего передаваемое сообщение, в область радиочастот (рис.2).

 

Рис.2 Структура системы радиосвязи

Преобразователем сообщений в электрический сигнал в простейшем случае при телефонной радиосвязи может быть микрофон. Для того чтобы обеспечить требуемую дальность радиосвязи, передающее устройство имеет усилитель мощности (УМ). Как приёмные, так и передающие устройства имеют антенны. В приёмном устройстве на входе стоит избирательный усилитель, который избирает полезный сигнал из всей суммы сигналов, наводимых в антенне. Демодулятор (детектор) выделяет первичный сигнал передаваемой информации из принятого модулированного радиосигнала.

Таблица 1 Общепринятая международная классификация

диапазонов радиоволн

В таблице 1 приведена общепринятая международная классификация диапазонов радиоволн. На выбор диапазона радиоволн для конкретной системы передачи информации влияет ряд факторов, связанных с особенностями излучения и распространения электромагнитных волн, характером имеющихся в заданном диапазоне помех, параметрами сообщений, характеристиками и габаритными размерами передающих и приёмных антенн.

2.  Особенности системы радиосвязи

Первая особенность систем радиосвязи заключается в том, что  в процессе распространения радиоволн из-за их рассеяния и поглощения в земной поверхности и ионосфере происходит резкое уменьшение мощности радиосигнала на входе радиоприёмников. Поэтому каналы радиосвязи в отличие от других каналов связи имеют большое затухание в среде распространения. Большинство современных радиоприёмников для уверенного приёма радиосигналов требуют на входе мощность:

Чтобы обеспечить такую мощность на входе радиоприёмника, удалённого от источника передаваемой информации на тысячи километров, используются радиопередатчики с мощностью излучения Р_Σ, измеряемой киловаттами. Отсюда следует, что затухание радиоканала может достигать величин:

Малый уровень принимаемых  радиосигналов требует большого усиления в радиоприёмнике. В большинстве  случаев для преобразования принятых радиосигналов в сообщение необходима мощность Р_вых≥1 Вт. Для обеспечения такой мощности на выходе радиоприёмников его коэффициент усиления (по мощности) К_р должен иметь величину:

Или по напряжению:

Уменьшить затухание радиоканала  можно за счёт выбора оптимальных  рабочих частот для данного времени и требуемой дальности радиосвязи, а также за счёт использования более направленных антенн как на передачу, так и на приём.

Второй особенностью радиоканала  является изменение затухания во времени в очень широких пределах. Поэтому радиоканал принято считать  каналом связи с переменными  параметрами. На величину затухания  в радиоканале влияют изменения взаимного расположения радиостанций, особенно это заметно при осуществлении радиосвязи земными волнами между подвижными объектами. В диапазонах УКВ на поглощающие свойства среды распространения сильное влияние оказывает рельеф местности и местные предметы. Всё это приводит к изменению величины затухания радиоканала и может достигать сотен децибел.

Ещё одной особенностью радиоканала  является общедоступность, т. е. возможность использовать среды распространения любыми радиотехническими средствами. Поэтому возможны помехи за счёт взаимного влияния различных радиосредств. Для уменьшения этого вида помех существует специальная служба, следящая за использованием диапазона частот. Причиной возникновения взаимных помех могут являться побочные излучения радиопередающих устройств. При проектировании новых радиопередающих устройств существуют нормы на побочные излучения и стабильность частот. Взаимные помехи часто называют станционными. Вместе с тем общедоступность среды позволяет создавать преднамеренные помехи с целью нарушения радиосвязи. Кроме станционных помех, существуют атмосферные помехи (грозовые разряды, пыльные и магнитные бури, радиоизлучения Солнца и звёзд). Промышленные помехи (электрический транспорт, электродвигатели, сварочные агрегаты, бытовые электроприборы). Все вышеперечисленные помехи происходят в среде распространения, поэтому называются внешними. Наряду с внешними помехами существуют внутренние помехи, создаваемые за счёт теплового движения заряженных частиц в элементах, передающего и приёмного трактов (дробовой эффект). Таким образом, все помехи, независимо от их происхождения, искажают принятый первичный сигнал. Степень искажения первичного сигнала определяет правильность принятого сообщения, т. е. его достоверность. Достоверность приёма дискретных сигналов оценивается вероятностью ошибочного приёма, под которой понимается отношение количества неверно принятых символов n к общему количеству принятых символов N.

Существуют определённые нормы по достоверности, которые, несмотря на искажение некоторых символов, обеспечивают логичское восстановление переданного сообщения. При приёме непрерывных сигналов (телефония) оценка достоверности производится по артикуляции (разборчивости речи). Качество телефонной связи считается отличным, если фразовая артикуляция (А_фр ≥ 0,99); хорошим, если (А_фр = 0,97 − 0,99); удовлетворительным, если (А_фр = 0,96 − 0,97). Так как качество связи зависит от уровня помех, которые имеют случайный характер, то обеспечить требуемое качество радиосвязи можно лишь с некоторой вероятностью, которая определяет надёжность радиосвязи. Под надёжностью связи Н% понимается процент времени, в течение которого обеспечивается заданное качество радиосвязи. Р_ош ≤ Р_ош.доп при Н% времени сеанса связи. Вероятно, чем больше Н%, тем выше надёжность радиосвязи, чем меньше величина Р_ош._доп, тем выше требования к надёжности радиосвязи и тем труднее их выполнить. Для улучшения качества связи необходимо Р_ош уменьшать. Это возможно за счёт увеличения отношения Р_с/Р_ш.

Итак, для повышения надёжности радиосвязи необходимо:

• осуществлять радиосвязь на оптимально выбранных по радиопрогнозам частотах, свободных от помех;
• использовать такие виды радиосигналов, которые обеспечивают требуемую надёжность радиосвязи при возможно меньших значениях Рс/Рш;
• применять направленные передающие и приёмные антенны;
• уменьшать полосу пропускания радиоприёмника до возможно меньших значений.[2]

3. Структурная схема радиопередатчика

Радиопередатчиком называется радиотехническое устройство, преобразующее первичные электрические сигналы в радиосигналы определённой мощности, необходимой для обеспечения радиосвязи на заданном расстоянии с требуемой надёжностью. В радиопередающее устройство, кроме радиопередатчика, входит и антенно-фидерное устройство. Структурная схема радиопередатчика представлена на рис.2.1.

 

Рис.3 Радиопередатчик включает следующие узлы:

Возбудитель, предназначенный для преобразования первичных электрических сигналов в радиосигналы, формирование сетки высокостабильных частот с заданным интервалом между соседними частотами, с помощью которых осуществляется перенос сформированных радиосигналов непосредственно на рабочую частоту в заданном диапазоне.

Усилитель мощности УМ предназначен для усиления радиосигналов, сформированных в возбудителе, до величины, обеспечивающей требуемую дальность связи с заданной надёжностью.

Согласующее антенное устройство САУ обеспечивает согласование УМ с передающей антенной с целью излучения антенной максимальной мощности, подводимой к ней от УМ.

Источник электропитания предназначен для преобразования энергии переменного тока частоты 50 Гц в энергию напряжений, необходимых для питания каскадов передатчика. Кроме указанных узлов, к радиопередатчику относятся дополнительные системы: управления, блокировки, сигнализации и принудительного охлаждения. Перечисленные выше узлы содержит любой радиопередатчик, независимо от его мощности и назначения.

4. Основные  технические характеристики радиопередатчика

Диапазон рабочих частот определяется двумя параметрами: граничными частотами диапазона fmin и fmax, а также коэффициентом перекрытия диапазона по частоте Kf :

 

При заданном интервале между  соседними частотами Δfрч определяется количество рабочих частот Nрч, на которые может быть настроен радиопередатчик.

 

Виды радиосигналов формируемых радиопередатчиками. Все виды радиосигналов, используемых в радиосвязи, можно разделить на три группы: телефонные, формируемые в процессе модуляции; телеграфные, формируемые в процессе манипуляции, и цифровые сигналы.

В настоящее время при  формировании телефонных радиосигналов  наиболее широко используются методы однополосной модуляции (ОМ) и частотной модуляции (ЧМ). Методы амплитудной модуляции (АМ) практически используются только в радиовещании. При работе телеграфными сигналами применяются методы амплитудного АТ, частотного ЧТ и ДЧТ и фазового телеграфирования ФТ и ОФТ. Цифровые потоки передачи данных формируются специальной аппаратурой.

Мощность радиопередатчика определяет уровень сигнала в точке приёма,

и, следовательно, дальность радиосвязи и её надёжность.

Для всех видов телефонных радиосигналов (кроме ОМ) средняя мощность измеряется при отсутствии первичного сигнала, т. е. в режиме молчания.

Для телефонных радиосигналов  с ОМ мощность радиопередатчика определяется пиковой мощностью радиосигнала при максимальном значении первичного модулирующего сигнала.

При работе радиопередатчика телеграфными и цифровыми радиосигналами мощность оценивается средней мощностью, подводимой к антенне при передаче токовой (положительной) посылки или символа «единицы» первичного электрического сигнала.

 

В выражениях (2.3; 2.4; 2.5):

Ι_А – амплитуда тока радиосигнала на входе передающей антенны; r_А– активная составляющая входного сопротивления антенны.

Стабильность частоты  излучения радиосигналов определяет устойчивость и надёжность радиосвязи, мешающие воздействия на соседние по частоте каналы связи, обеспечивает вхождение в связь без поиска корреспондентов и ведение радиосвязи без подстройки радиоприёмника по сигналу корреспондента. Количественно стабильность частоты оценивается либо абсолютной, либо относительной нестабильностью. Под абсолютной нестабильностью частоты понимается разность между текущими (измеренными) значениями частоты f и её номинальным значением f₀.

Положительное значение абсолютной нестабильности свидетельствует об увеличении, а отрицательное – об уменьшении частоты передатчика относительно номинального значения f₀. Абсолютная нестабильность частоты Δf не позволяет сравнивать передатчики, работающие в различных диапазонах частот, по стабильности их частот. Поэтому стабильность частоты передатчиков оценивается относительной нестабильностью, под которой понимается отношение абсолютной нестабильности к номинальному значению частоты f₀, на которой осуществляется измерение.

Чем меньше величина относительной  нестабильности δ, тем выше стабильность частоты передатчика. Стабильность частоты современных радиопередатчиков достигает величин δ=10-6 – 10-7 и выше.

5. Подавление  (фильтрация) побочных колебаний