Радиопередатчики: применение и структурная схема
Радиопередатчик – это электронное устройство, которое используется для формирования радиочастотного сигнала, подлежащего излучению.
Радиопередающее устройство способно самостоятельно генерировать переменный электрический ток радиочастоты, который при помощи фидера подводится к передающей антенне, излучающей радиоволны. Первый радиопередатчик был построен немецким ученым Генрихом Герцем в 1887 году. Работа ранних моделей радиопередающих устройств была основана на катушке Румкорфа. Они были очень просты по своей конструкции - в колебательном корпусе устройства при помощи искрового разряда возбуждались затухающие колебания, а функцию модулятора исполнял телеграфный ключ, который замыкал и размыкал цепь питания катушки. В 1912 году начали использовать радиопередатчики с электрической дугой, которая включалась в колебательный контур. Данная модель генерировала незатухающие колебания, что делало возможной передачу голосового сигнала с амплитудной модуляцией. Пример структурной схемы современных радиопередатчиков изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Структурная схема современных радиопередатчиков. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - задающий генератор; 2 - модулятор; 3 - согласующее устройство; 4 - антенна.
Как видно из вышерасположенного рисунка основными составляющими радиопередающего устройства являются задающий генератор, согласующее устройство, модулятор, антенна, а также усилитель мощности. Задача задающего генератора заключается в задании частоты несущей волны. Модулятор изменяет параметры излучаемой радиоволны (фаза, частота, амплитуда) в соответствии с сигналом, который необходимо передать. Очень часто модулятор и задающий генератор изготавливают в одном блоке, называемом возбудителем. Функция усилителя мощности (присутствует не во всех моделях радиопередатчиков) заключается в увеличении мощности сигнала возбудителя до необходимого значения, благодаря внешнему источнику энергии. Согласующим устройством обеспечивается максимально эффективная передача мощности в антенну, которая обеспечивает излучение сигнала.
Радиопередатчики используются не только в системах радиовещания. Они являются необходимой составляющей самых разных электронных устройств, обменивающихся данными между собой по радио - мобильные телефоны, рации, беспроводные компьютерные сети, навигационные маяки и т.п. Самостоятельно радиопередающие устройства применяются в тех областях, где отсутствует необходимость в приеме данных в месте ее передачи - телеметрия, радиовещание, радиолокация, сигналы точного времени и т.п.
Этапы расчета и конструирования радиопередатчиков
Основные этапы расчета и конструирования (проектирования) радиопередатчиков могут быть следующими:
1, Определение структурной схемы. 1. Расчет транзисторного усилителя мощности, который состоит из расчета режима молчания, режима максимальной мощности и элементов принципиальной схемы. 1. Расчет нагрузочной системы. 1. Расчет предварительного усилителя мощности. 1. Расчет умножителя частоты. 1. Расчет автоматического генератора.
Расчет основных параметров радиопередатчика
При расчете структурной схемы радиопередатчика осуществляются расчеты следующих основных параметров:
- Выходная мощность.
- Диапазон рабочих частот.
- Стабильность частоты.
- Вид модуляции.
- Характеристики модулирующего сигнала.
Общий коэффициент мощности сигнала радиопередатчика рассчитывается по следующей формуле:
$Кр = Ра/КафРвозб$
Где:Ра - мощность сигнала, который поступает в антенну; Рвозб - мощность сигнала возбудителя; Каф - коэффициент передачи антенно-фидерного устройства.
Коэффициент мощности – это отношение активной мощности к полной.
Для того, чтобы выразить коэффициент мощности в децибелах, используется следующее выражение:
$Кр = 10lgPa-10/qPвозб-10/qКаф$
Общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика представляет собой произведение коэффициентов усиления отдельных каскадов. Таким образом, выбрав тип электронного прибора для каждого каскада можно составить структурную схему радиопередающего устройства.
Основными параметрами, которые характеризуют технические показатели являются диапазон частот несущих волн, количество частот внутри диапазона частот несущих волн, шаг сетки рабочих частот. Последний параметр может быть рассчитан по следующей формуле:
$Дfш = (fN - F1) / (N-1)$
где: f1...fN - диапазон частот несущих колебаний; N - число частот внутри диапазона несущих волн.
Различают относительную и абсолютную нестабильность частоты. Абсолютная нестабильность представляет собой отклонение частоты сигнала передатчика от номинального значения и рассчитывается следующим образом:
$Дfнест = fном - f$
где: f - частота, излучаемая передатчиком; fном - номинальное значение частоты передатчика.
Относительная нестабильность может быть рассчитана по следующей формуле:
$Дf = Дfнест/fном$
Выходная мощность передатчика может быть рассчитана и по другой формуле:
$Ра = Рпад-Ротр$
где: Рпад - мощность падающей волны; Ротр - мощность отраженной волны.
Коэффициент полезного действия радиопередающего устройства рассчитывается следующим образом:
$КПД = Ра/Робщ$
где: Робщ - суммарная мощность, которая потребляется радиопередатчиком от источника питания.
Параметры, которые определяют вид модуляции, для амплитудной модуляции - коэффициент глубины модуляции; для частотной - девиация фазы; для импульсной - длительность импульса.
