Связной радиопередатчик с частотной модуляцией (стр. 1 из 4)

Содержание

Введение

1. Общее описание связного радиопередающего устройства

2. Теоретические основы построения модуляторов

3. Расчет частотного модулятора

Выводы

Список литературы

Введение

За последнее время существенно повысился технический уровень электронной техники. Быстрое развитие требует создания все более точного и сложного автоматизированного технологического оборудования для изобретения более сложных и совершенных устройств с лучшими характеристиками и параметрами, меньшими габаритами.

Большое значение имеют средства передачи и приема информации. Сегодня существуют различные информационные системы связи: радиорелейная, оптическая, мобильная, спутниковая и другие.

Особое место в электронной технике занимают радиопередающие устройства.

Важно знать общие принципы построения таких узлов радиопередающих устройств как формирователи и преобразователи измерительных сигналов, модуляторы, демодуляторы и др., иметь основные навыки их проектирования, расчета и моделирования.

В данной расчетно-графической работе рассмотрен связной радиопередатчик с частотной модуляцией. Рассмотрены схемы его реализации и принцип функционирования. Описаны различные виды модуляции, такие как амплитудная, фазовая и частотная, а также принцип действия соответствующих им модуляторов. Также приведен расчет одного из основных блоков обработки информации в данном устройстве, а именно частотного модулятора.

1. Общее описание связного радиопередающего устройства

В основе проектирования (интегрализации) радиопередающих устройств (РПУ) на ИС лежат общие принципы проектирования микроэлектронной аппаратуры, которые приобретают некоторые особенности, связанные со спецификой передающей аппаратуры.

Отличительными чертами РПУ являются:

- аналоговый характер сигнала, его большой динамический диапазон (доли микровольт – единицы вольт);

- широкий частотный диапазон (от постоянного тока – на выходе детектора, до сотен мегагерц или десятков гигагерц – на выходе);

- большое число нерегулярных соединений;

- функциональное разнообразие узлов (блоков) при их относительно небольшом общем числе.

К функциональным блокам (каскадам) предъявляются разнообразные требования, часто зависящие от типа сигналов. В некоторых узлах должна быть обеспечена прецизионность изготовления. Часто оказывается необходимым изменять параметры элементов в процессе регулировки аппаратуры, что нежелательно при микроэлектронном исполнении.

На цифровых ИС можно реализовать практически любой алгоритм обработки сигнала, осуществляемый в приемно-усилительных устройствах, включая элементы оптимального радиоприема.

Связные РПУ с частотной модуляцией проектируются для работы на одной фиксированной частоте или в диапазоне частот. В первом случае рабочая частота стабилизируется кварцевым резонатором, а для генерации ЧМ колебаний могут быть использованы как прямой метод управления частотой, так и косвенный. Структурная схема передатчика с использованием прямого метода ЧМ изображена на рис.1.

Рис.1. Структурная схема передатчика с прямой ЧМ

Модулирующее напряжение U_W подается на варикап, с помощью которого модулируется по частоте кварцевый автогенератор (КГ). Кварцевый генератор работает на частотах 10–15 МГц, затем его частота умножается в n раз до рабочего значения, сигнал подается на усилитель мощности (УМ) и через цепь связи ЦС в антенну.

Косвенный метод ЧМ основан на преобразовании фазовой модуляции (ФМ) в частотную при помощи введения в схему интегрирующего звена, т. е. фильтра низких частот (ФНЧ). Структурная схема передатчика с использованием косвенного метода получения ЧМ изображена на рис.2.

Рис.2. Структурная схема передатчика с использованием косвенного метода ЧМ

В качестве возбудителя диапазонного передатчика с ЧМ используется синтезатор сетки дискретных частот, ведомый генератор которого управляется двумя варикапами (рис.3).

Рис.3. Структурная схема ЧМ передатчика с синтезатором частоты

На варикап VD1 подается модулирующее напряжение U_W, на варикап VD2 – управляющее напряжение системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Разделение функций управления объясняется тем, что девиация частоты под влиянием модулирующего сигнала относительно невелика (3–5 кГц) в сравнении с диапазоном перестройки ведомого генератора (ГУН) управляющим сигналом с выхода системы ФАПЧ. Поэтому варикап VD1 связан с колебательным контуром ГУНа значительно слабее, чем VD2. Шаг сетки частот на выходе передатчика в зависимости от рабочего диапазона может быть 5; 10; 12,5; 25 кГц.

Для повышения устойчивости необходимо, чтобы мощный оконечный усилитель как можно меньше влиял на работу ГУНа, поэтому производят их развязку по частоте введением в структуру передатчика умножителя частоты. В таком случае шаг сетки синтезатора уменьшается в n раз, где n - коэффициент умножения частоты умножителя.

В данной расчетно-графической работе проведен анализ диапазонного передатчика с частотной модуляцией. Этот передатчик работает в диапазоне частот от 150 МГц до 160 МГц. При этом он обеспечивает выполнение ниже перечисленных характеристик, является сравнительно простым, малогабаритным и дешевым.

Характеристики передатчика:

1. Р_1макс = 500 Вт

2. f = 150 ¸ 160 МГц

3. W_Ф = 50 Ом

4. Шаг сетки частот 12,5 кГц

5. Питание сетевое – 220 В, 50 Гц

Рис.4. Структурная схема ЧМ передатчика

На рис. 4 приведена общая структурная схема передатчика с прямым получением ЧМ и с синтезатором частоты.

Модулирующий сигнал от микрофона усиливается в УНЧ. Далее осуществляется ограничение амплитуды, которое предотвращает увеличение девиации частоты за заданные пределы при ЧМ. ФНЧ, выполненный на интегрирующей RC-цепочке, ограничивает спектр сигнала до 3,5 кГц. Модулирующий сигнал, усиленный и прошедший цепи коррекции поступает на варикап ГУНа, где производится частотная модуляция несущего колебания.

ГУН выполним по схеме Клаппа, его центральная частота управляется с помощью второго варикапа, на который управляющий сигнал подается с цифрового синтезатора частоты.

Работа ГУНа происходит по сигналу опорной частоты –

МГц, задаваемой кварцевым генератором. Для шага сетки частот 6,25 кГц (до умножителя частоты) коэффициент деления опорной частоты составляет , при этом пределы коэффициента деления тракта программируемого делителя частоты составляют от до . Эти коэффициенты задаются посредством контроллера.

Промодулированный сигнал после ГУНа поступает на умножитель частоты (умножение в два раза), который переводит его в рабочий диапазон и, кроме этого, производит усиление. Далее сигнал усиливается в предварительных и предоконечном усилителях до уровня, необходимого для работы оконечного каскада. Оконечный каскад реализован в виде четырех идентичных модулей, выполненных по двухтактной схеме, причем схемы деления и сложения мощности от отдельных блоков, а также трансформации сопротивлений выполнены на отрезках длинных линий.

На выходе передатчика стоит ФНЧ, который подавляет уровень внеполосного излучения до заданного. Согласно ГОСТу этот уровень составляет -60 дБ для данной рабочей полосы и излучаемой мощности. Сигнал с ФНЧ поступает на фидерную 50-омную линию и далее в антенну.

2. Теоретические основы построения модуляторов

Модулятор в радиотехнике и дальней связи, устройство, осуществляющее модуляцию — управление параметрами высокочастотного электромагнитного переносчика информации в соответствии с электрическими сигналами передаваемого сообщения. Модулятор является составной частью главным образом передающих устройств электросвязи и радиовещания. Переносчиком информации обычно служат гармонические колебания или волны с частотой (называемой несущей или поднесущей) ~ 10⁴ — 10¹⁵ Гц. В зависимости от того, какой параметр гармонических колебаний или волн изменяется, различают амплитудную, частотную, фазовую или смешанную (например, при однополосной передаче) модуляцию колебаний. Соответственно различны и виды модулятор. При импульсно-кодовой модуляции переносчиком информации служит регулярная последовательность импульсов электрических, параметрами которых (амплитуда, ширина, частота или фаза повторений) управляют с помощью соответствующих типов импульсных модуляторов. Модулирующие электрические сигналы передаваемого сообщения могут иметь самую разнообразную форму: от простых и медленных телеграфных посылок в виде точек и тире или колебаний звукового диапазона частот при передаче речи и музыки до сложных, быстро изменяющихся сигналов, применяемых в телевидении или в многоканальной проводной и радиорелейной связи. Часто в функцию модулятора входит также усиление модулирующих колебаний.

Непременное требование к модуляции состоит в том, что модулирующее колебание должно изменяться во времени значительно медленнее модулируемого. Поэтому в любом модуляторе сочетаются взаимодействующие цепи модулируемых колебаний или волн с цепями модулирующего сигнала более низкой частоты. Определяющим в модуляторе является управляющий элемент, посредством которого сигнал воздействует на параметры модулируемых колебаний или волн. Электронная лампа как универсальный управляющий элемент сохранилась к 1974 главным образом в модуляторах мощных радиопередающих устройств (для них специально разработаны т. н. модуляторные лампы). Со временем при мощностях передатчиков ≤ 0,5 кВт лампы успешно вытеснились транзисторами и другими полупроводниковыми приборами. В устройствах, работающих на СВЧ, наряду с полупроводниковыми приборами используются клистроны, лампы бегущей волны и другие.