Заняття № 8: приватні тракти прийому телефонних радіосигналів.

ТЕМА № 1: ПРИНЦИП ПОБУДОВИ ВІЙСЬКОВИХ РАДІОСТАНЦІЙ.

 

 

1. Приватний тракт прийому АМ р/сигналів —15хв.

 

Не дивлячись на те, що в останній час амплітудна модуляція практично не використовується, більшість сучасних р/приймачів передбачають можливість прийому телефонних р/сигналів АМ забезпечується можливістю р/зв’язку з р/станціями старих зразків, в яких широко використовувалися р/сигнали з АМ, а також прийом мовних р/передавачів. Структурна схема такого тракту представлена на рис.1.

 

Рис.1. Приватний тракт прийому АМ р/сигналів.

 

На виході приватного тракту ФЗВ забезпечує необхідну смугу пропускання:

де f_max—максимальна частота первинного сигналу;

f_np—абсолютна неточність установки приймача;

В ролі демодулятора АМ р/сигналів використовуються різні схеми амплітудних детекторів, які в загальному випадку являють собою нелінійні елементи —електронні лампи, транзистори, н/п діоди. Процеси, що протікають в таких детекторах, можна розглядати як окремі випадки перетворення частоти.

Спектр АМ р/сигналу має 3 складові: коливання несучої частоти (f_нч), коливання нижньої f_нб=f_нч-f і верхньої f_вб=f_нч+f бічних смуг. Ці три коливання з різними частотами, подані на нелінійний елемент. взаємодіють між собою і утворюють на його виході комбінаційні частоти:

F_вб-f_нч=(f_нч+F)-f_нч=F;

F_нч-f_нб=f_нч-(f_нч-F)=F;

На виході амплітудних детекторів включаються фільтри нижніх частот з частотою зрізу F_зр=F_тех, які забезпечують вибірність приймача по звуковій частоті.

Таким чином, після детектування кожна з бокових смуг частот НБ і ВБ перетворюється в первинні сигнали, спектр яких рівний Г. Присутність двох бокових смуг в АМ р/сигналі приводить лише до збільшення у два рази рівня сигналу на виході АД у порівнянні з рівнем, що утворюється одною смугою частот. Очевидно, що для нормального функціонування демодулятора у вигляді амплітудного детектора досить мати складові не трьох, а тільки двох компонентів приймального р/сигналу—це коливання несучої частоти(f_нч) і коливань однієї з бічних смуг: НБ (f_нч-F) або ВБ (f_нч+F).При цьому рівень первинного сигналу на виході АД буде у два рази більше, ніж при прийомі двох бічних смуг.

В реальних схемах р/приймачів в ролі АД широко використовуються послідовні діодні детектори, виконані на н/п діодах.

Рис.2. Амплітудний детектор.

В таких детекторах джерело перетворювальних АМ р/сигналів—опір навантаження детектора (резистор Rд) включенні послідовно. На виході АД включається простий фільтр нижніх частот (R_ф і C_ф) з частотою зрізу F_зр=F_max.

Звукові коливання. спектр яких F_min..F_max, з виходу АД потрапляють в тракт ПЗЧ, який підсилює їх до величини, що забезпечує нормальну роботу кінцевої приймальної апаратури. Якщо в ролі приймальної апаратури використовують головні телефони, необхідний рівень сигналу, який не перевищує 1.5 В, забезпечується 1..3каскадами підсилення. Більшістю каскадів підсилення тракту ПЗЧ, крім останнього (вихідного) каскад ПЗЧ, як правило, має навантаження у вигляді трасформаторів звукової частоти (трансформаторний підсилювач), який забезпечує узгодження кінцевої апаратури з підсилювачем. Основні вимоги, що ставляться до тракту ПЗЧ як до підсилювача р/приймача,—лінійність підсилення. Ця вимога забезпечується роботою ПЕ в класі А (без відсічки вихідного струму). У трьох випадках, коли вихідна потужність тракту ПЗЧ не може бути забезпечена в класі А, використовується двотактне включення ПЕ, кожний з яких працює в класі В (з відсічкою вихідного струму).

4. Приватний тракт прийому ОМ р/сигналу

Р/сигнали з односмуговою модуляцією широко використовуються на вихідних ділянках діапазону р/хвиль. Таке широке використання ОМ пояснюється їх високою завадостійкістю і відносно вузьким спектром. Ширина спектру ОМ р/сигналів рівна спектру первинного сигналу.

Приватні тракти прийому ОМ р/сигналів відрізняються від тракту прийому сигналів АМ смугою пропускання ФЗВ, що включені на вході трактів, і також використовуваних демодуляторів.

Рис.3. Приватний тракт прийому ОМ р/сигналів.

Включені на вході приватних трактів ОМ р/сигналів ФЗВ мають смугу пропускання, рівну спектру приймальних р/сигналів: F_om=F_max-F_min і настроєні на частоти f_фзввб=f_пч+(F_max+F_min)/2, при прийомі р/сигналів на верхній бічній смузі (ВБ) і

f_фзвнб=f_пч-(F_max+F_min)/2, при прийомі р/сигналів на нижній бічній смузі (НБ). В ролі демодулятора ОМ р/сигналів з подавленою несучою або з рівнем несучої менше 50% від рівня сигналу бічної частоти використовують перетворювачі частоти, що складаються із змішувача і генератора місцевої несучої частоти. Призначення місцевого генератора—це відтворити подавлення в передавачі несучу частоту з високою степеню точності: розходження між подавленою і відтвореною несучою не повинно перевищувати f<=f_пер-f_пр=50 Гц, а при використанні апаратури засекречення 25 Гц.

Демодуляція ОМ р/сигналів здійснюється слідуючим чином. На один з входів змішувача (сигнальний вхід) подається прийомний р/сигнал з частотою f_нч+F (ВБ) або f_нч-F (НБ). На другий вхід змішувача (гетеродинний) подаються коливання відтвореної несучої від місцевого джерела (генератора) з частотою f_мн=f_нч. На виході змішувача фільтром з частотою зрізу Fзр=Fmax виділяється резонансна частота (f_нч+F)-f_нч=F при прийомі ВБ або f_нч-(f_нч-F) =F при прийомі НБ.

Основні вимоги, поставленні до демодулятора ОМ р/сигналів—лінійність перетворення при мінімумі частотних перекручень. Лінійність перетворення забезпечується використанням кільцевих балансових змішувачів на н/п діодах. Величина частотних перекручень прийомних р/сигналів залежить від точності відтворення несучої частоти fнч: чим точніше відтворена несуча частота співпадає з подавленою, то тим менше частотні перекручення. Звичайно коливання несучої формуються методом кварцової стабілізації в синтезаторі частот, що являються джерелом частот гетеродинів загального тракту.

В таких випадках, коли здійснюється р/зв’язок з швидколетючими об’єктами, на стабільність частоти р/лінії дає вплив ефект Доплера. Доплерівський відхід частоти

V_c—радіальна (відносно наземної станції) швидкість літака,

C—швидкість світла, частота сигналу зростає, якщо літак приближається і зменшується при віддалені. Наприклад на частоті 12 МГц при Vc=3000 км/год доплерівський відхід частоти fд=33 Гц. При таких умовах використовують ОМ р/сигнали з залишком несучої частоти з рівнем близько 10 % (“пілот”—сигнал), який використовується для автоматичної підстройки частоти (звичайно фазової АПЧ) генератора місцевої несучої. Структурна схема ФАП виглядає слідуючим чином:

 

Рис.4. Структурна схема ФАП частоти генератора місцевої несучої.

 

Прийом ОМ р/сигнал f_пч+F (або f_пч-F), що має “пілот”—сигнал з частотою f_пч, подається через смуговий фільтр (УСФ) на фазовий детектор (ФД). Смуговий фільтр (УСФ) із смугою пропускання F_пф=300 Гц виділяє коливання тільки з частотою “пілот”—сигналу і затримує верхню (або нижню) бічну смугу частот. Частота “пілот”—сигналу f_нч у ФД зрівнюється з частотою місцевого генератора f_мн. Якщо порівнювальні частоти f_нч і f_мн не рівні, на виході ФД формується управляючий сигнал, який змінює частоту f_мн так. що в установленому режимі порівнювальні частоти завжди будуть рівні одна одній, тобто f_мн= f_пч, де f_пч-частота “пілот”—сигналу.

Сигнал звукової частоти з виходу демодулятора поступають в тракт ПЗЧ, який будується по тим же принципам, що і в частотному тракті прийому АМ р/сигналів. Слідує мати на увазі, що при двохканальній роботі сигналами ОМ (АЗВ) одночасно функціонують два частотних тракту прийому—тракт прийому верхньої бічної смуги частот (ВБ) і нижньої (НБ). Тому кожен з цих трактів повинен мати свій незалежний від іншого підсилювач звукових частот ПЗЧ.

 

4. Приватний тракт прийому ЧМ р/сигналів Частотно–модульовані р/сигнали широко використовуються в діапазоні

метрових хвиль (УКХ). Приватний тракт прийому таких р/сигналів відрізняється від тракту прийому АМ р/сигналів смугою пропускання ФСІ на вході тракту і типом використовуємого демодулятора.

Рис.5. Частотний тракт прийому ЧМ р/сигналів.

 

Оскільки спектр ЧМ р/сигналів, що визначаються не тільки спектром демодулюючого сигналу (F_min ... F_max), але і девіацією частоти то спектр ЧМ сигналу буде складатися з ΔF_чм=2(F_max+ Δf_чм), а це означає, що ЧМ радіосигнал являється широкосмуговим, і смуга пропускання смугового фільтра на вході тракту повинна бути не менше: F_п= ΔF_чм +2f_пр = 2(F_max+ Δf_чм+ f_пр).

В ролі демодулятора ЧМ р/сигналів використовуються різні типи частотних детекторів (ЧД), які, як правило, вимагають більш високого рівня вхідних сигналів, ніж АД. Тому тракт ППЧ приватного тракту прийому р/сигналів ЧМ звичайно має більшу кількість каскадів ніж при прийому р/сигналів АМ.

Частотний детектор, що використовується в ролі демодулятора ЧМ р/сигналів, являє собою пристрій, що перетворює ЧМ р/сигнал в первинний сигнал звукової частоти. Напруга на виході ЧД може бути пропорційною зміні частоти вхідного сигналу і не повинно залежати від його амплітуди. Для виконання цієї умови перед ЧД, як правило, включається амплітудний обмежувач (АО).

Більшість ЧД побудовані таким чином, що перетворення ЧМ р/сигналу в сигнал звукової частоти здійснюється в два етапи: на першому етапі ЧМ р/сигнал перетворюється в АМ р/сигнал (з допомогою одного чи двох коливальних контурів), який на другому етапі з допомогою амплітудних детекторів перетворюється в первинний сигнал звукової частоти.

Рис.6. Диференційний частотний детектор із разстроєними контурами.

 

Детектор складається з двох контурів L₁C₁ і L₂C₂, резонансні частоти яких відрізняються від середньої частоти f_пч на частоту Δf_пч/2. У випадку, коли на вході ЧД діє сигнал з частотою f = f_пч, напруга на обох контурах рівна, рівні і напруги на навантаженнях амплітудних детекторів. Результуюча напруга на виході детектора в цьому випадку буде рівна нулю.

при f ≠ f_пч, вихідна напруга визначається виразом:

U_вих=U_1вих-U_2вих (1)

При збільшенні частоти сигналу вона наближається до резонансної частоти другого контуру. Тому напруга Uвих збільшується, а напруга Uвих зменшується. При пониженні частоти вхідного контуру розглянуті процеси протікають в протилежному напрямку. Знак і величина результуючої вхідної напруги визначається відношенням (1).

Звукові коливання, з виходу ЧД поступають на тракт ПЗЧ.