Стабілізація частоти в радіо передаючих пристроях

Стабілізація частоти в радіотехніці, підтримання сталості частоти електричних коливань у автогенератора. Частота коливань автогенератора може відхилятися від первісного значення під дією дестабілізуючих факторів, як-то: зміна температури, вологості та атмосферного тиску, зміна живлячих напруг і опору навантаження, шуми електровакуумних та напівпровідникових приладів, старіння деталей, поштовхи і вібрація, радіоактивне опромінення і т. д. Відхилення (догляд) частоти призводить до небажаних наслідків, таких, як взаємні перешкоди радіотрансляції сусідніх (по частоті) радіостанцій, «догляд» (згодом) налаштування радіомовного супергетеродинні радіо на прийом станції і багато ін Заходи Стабілізація частот направлені на підвищення стійкості частоти коливань генераторів по відношенню до дестабілізуючим чинникам, тобто на зниження нестабільності частоти генерованих коливань. Остання характеризується величиною відносної нестабільності частоти (f / f, де (f - відхилення частоти від первісного значення f (нерідко (f / f називається також відносною стабільністю частоти). Розрізняють нестабільність короткочасну (яка визначається відхиленням частоти за час <1 сек) і довготривалу; на практиці користуються поняттями хвилинної, часовий, добової, місячної та річної нестабільності.

Підвищення стабільності частоти в автогенератора (зменшення (f / f) досягають збільшенням добротності коливального контуру, що задає частоту, і зменшенням його температурного коефіцієнта частоти, вибором схеми, конструкції та режиму роботи автогенератора, його термостатування, стабілізацією живлячих напруг і т.д.

Найбільш поширена кварцова Стабілізація частот, при якій в якості коливального контуру використовують електромеханічну коливальну систему - п'єзоелектричний кварцовий резонатор. Кварцові генератори створюють на транзисторах, тунельних діодах або електронних лампах; вони мають нестабільність (f / f = 10^-6-10^-10 і відрізняються малими габаритами, економічністю та надійністю. Висока стабільність частоти кварцового генератора досягається завдяки малому температурному коефіцієнту частоти кварцового резонатора, стійкості його параметрів до зовнішніх впливів і виключно високої добротності (до 10⁷, тоді як добротність звичайного коливального контуру в більшості випадків складає ~ 10²). Радіотехнічні пристрої з кварцовою стабілізацією частот широко застосовують у радіопередавача середньої та великої потужності, еталони та стандарти часу і частоти, в генераторах систем багатоканального зв'язку і т.д.; при цьому в діапазонних радіопристроях використовують декадний синтез частот.

Найвищою стабільністю частоти ((f / f = 10^-11-10^-13) мають квантові стандарти частоти, що пояснюється принципово більш високою стійкістю мікросистем (атомів і молекул) в порівнянні з макросистеми (коливальними контурами, об'ємними та кварцовими резонаторами і ін). Крім того, мікросистема, на відміну від макросистеми, не схильна до старіння і механічних впливів.

 

 

АМПЛІТУДНА МОДУЛЯЦІЯ (AM)

З якісної сторони амплітудна модуляція (AM) може бути визначена як зміна амплітуди несучій пропорційно амплітуді сигналу, що модулює (мал. 1, а). Для сигналу, що модулює, більшої амплітуди

 

Рис. 1. Амплітудна модуляція (w_м<<w_н).

а - форма сигналу; б - спектр частот.

 

відповідна амплітуда модулюючої несучої повинна бути для великих і для малих значень Ам. Ця схема модуляції може бути здійснена множенням двох сигналів: е_не_м. Як буде видно з подальшого, це є особливим випадком більше загального методу модуляції. Для спрощення наступних математичних перетворень видозмінимо рівняння (la) і (2а), опустивши довільні фази q_н й q_м:

е_н=А_нcos(w_нt) (q_н=p/2) (1б)

їм=А_мcos(w_мt) (q_м=p/2) (2б)

Добутком цих двох виражень є:

е_н їм=А_нcos(w_нt) × А_мcos(w_мt) (3)

Рівняння (3) показує, що амплітуда модульованої несучої буде змінюватися від нуля (коли w_мt = 90⁰, cos(w_мt)=0) до А_нА_м (коли w_мt = 0⁰, cos(w_мt)=1). Член А_мcos(w_мt) × А_н є амплітудою модульованих коливань і прямо залежить від миттєвого значення синусоїди, що модулює. Рівняння (3) може бути перетворене до виду

(4а)

Це перетворення засноване на тригонометричній тотожності

(5)

Рівняння (4a) являє собою сигнал, що складається із двох коливань із частотами w₁=w_н+w_м й w₂=w_н-w_м й амплітудами А_нА_м/2. Переписуючи вираження для модульованого коливання (4a), одержимо

(4б)

w₁ й w₂ називаються бічними смугами частот, тому що w_м звичайно є смугою частот, а не одиночною частотою. Отже, w₁ й w₂ являють собою дві смуги частот — вище й нижче несучої (мал. 1,б), тобто верхню й нижню бічну смугу відповідно. Вся інформація, яку необхідно передати, утримується в цих бічних смугах частот.

Рівняння (4б) було отримано для особливого випадку, коли модульований сигнал був результатом прямого перемножування е_н на їм. У результаті рівняння (4б) не містить компонента на частоті несучої, тобто частота несучої повністю подавлена. Такий тип модуляції з подавленої несучої іноді навмисно проектується в системах зв'язку, тому що це веде до зниження випромінюваної потужності. У більшості таких систем випромінюється деяка частина потужності на частоті несучої, дозволяючи тим самим прийомному пристрою настроюватися на цю частоту. Можна також передавати лише одну бічну смугу, тому що вона містить всю істотну інформацію про сигнал, що модулює. Прийомний пристрій потім відновлює їм по модуляції однієї бічної смуги.

Полное вираження, що представляє амплитудно-модулированное коливання в загальному виді, має вигляд

е_н їм=А_нcos(w_нt)+ А_мcos(w_нt)cos(w_мt) (6а)

Це вираження описує як непригнічену несучу (перший член у правій частині рівняння), так і добуток, тобто модуляцію (другий член праворуч). Рівняння (6a) можна переписати у вигляді

е_н їм=[А_н+ А_мcos(w_мt)]cos(w_нt)= А_нмcos(w_нt) (6б)

Останнє вираження показує, як амплітуда несучої змінюється відповідно до миттєвих значень коливання, що модулює. Амплітуда модульованого сигналу А_нм складається із двох частин: А_н — амплітуди немодульованої несучої й А_мcos(w_мt) — миттєвих значень коливання, що модулює:

А_нм=А_н+ А_мcos(w_мt) (7)

Відношення А_м до А_н визначає ступінь модуляції. Для А_м=А_н значення А_нм досягає нуля при cos(w_мt)=-1 (w_мt=180°) і А_нм=2А_н при cos(w_мt)=1 (w_мt= 0°). Амплітуда модульованої хвилі змінюється від нуля до подвоєного значення амплітуди несучої. Відношення

m= А_м/А_н (8)

визначає коефіцієнт модуляції. Для запобігання перекручувань переданої інформації — модульованого сигналу — значення m повинне бути в межах від нуля до одиниці: 0£m£1. Це відповідає А_м£Ан. (Для m=0 А_м= 0, тобто немає сигналу, що модулює.) Рівняння (6a) може бути переписане із введенням m:

е_н їм=А_нcos(w_нt)[1+m×cos(w_мt)] (6в)

На мал. 2,а показана форма модульованих коливань і коефіцієнт модуляції m виражений через максимальне й мінімальне значення її амплітуди (пікового й вузлового значень). Рис. 2,б дає подання про спектр модульованих коливань, що може бути виражений перетворенням рівняння (6):

(6г)

несуча верхня бічна смуга нижня бічна смуга

 

 

 

На мал. 2,у показаний результат модуляції з коефіцієнтом m, що перевищує 100%: m>1.

У таблиці на мал. 3 наведена амплітуда й мощьность для кожного із трьох частотних компонентів модульованого коливання.

 

	Кутова частота	Амплітуда	Відносна амплітуда	Відносна потужність
Несуча	wн	Ан
Верхня бічна смуга	wн+wм	Ам/2	m/2	(m/2)^2
Нижня бічна смуга	wн-wм	Ам/2	m/2	(m/2)^2

Рнс. 3. Потужність й амплітуда Ам-колебаний.

Для 100%-ний модуляції (m = 1) і потужності несучої 1 квт повна потужність модульованих коливань становить 1 квт+(^1/2)² квт+(^1/2)² квт=1,5 квт. Відзначимо, що при m=1 потужність, укладена в обох бічних смугах, становить половину потужності несучої. Аналогічно при m=0,5 потужність в обох бічних смугах становить ^1/8 потужності несучої. Зазначене вище має місце лише для синусоїдальної форми AM. Амплітудна модуляція може бути використана в передачі імпульсних значень.

При звичайній модуляції із двома бічними смугами, використовуваної в радіомовленні, інформація передається винятково в бічних смугах. Для того щоб одержати, наприклад, гарна якість звуку, необхідно працювати в смузі частот шириною 2М, де М — ширина смуги високоякісного відтворення звуку (20—20 000 Гц). Це означає, що стандартне Ам-радиовещание, приміром, із частотами до 20 кгц повинне мати ширину смуги ±20 кгц (усього 40 кгц), з огляду на верхні й нижню бічні смуги. Однак на практиці ширина смуги частот за правилами ФКС обмежується величиною 10 кгц ((5 кгц), що передбачає для радіопередачі звуку ширину смуги всього лише 5 кгц, що далеко від умов високоякісного відтворення. Радіомовлення із частотною модуляцією, як це буде показано нижче, має більше широку смугу частот.

Федеральна комісія зв'язку також установлює допуски частоти всіх розподілів частот у США. Все Ам-радиовещание (535-1605 кгц) має припустимі відхилення в 20 Гц, або близько 0,002 %. Ця точність і стабільність частоти може бути досягнута шляхом використання кварцових генераторів.

Детектирование або демодуляція АМ-колебаний вимагає випрямлення модульованого сигналу, супроводжуваного виключенням несучої частоти за допомогою відповідної фільтрації. Ці дві стадії відтворення сигналу, що модулює, можуть бути продемонстровані па прикладі коливання, зображеного на мал. 2, а. Після випрямлення залишається лише половина коливання, а після фільтрації присутня лише його що обгинає, котра є відтвореним сигналом.

На мал. 4 наведені функціональні схеми передавальної й приймальні систем з амплітудною модуляцією.

 

Рис. 4. Ам-система.

а-функціональна схема передавача; б-функціональна схема приймача.

 

 

Передавач містить два джерела: сигналу модуляції - від мікрофона, програвача й т.д. і несучої - від генератора із кварцовою стабілізацією. сигнал, Що Модулює, і несуча вводяться в модулятор, що виробляє модульований сигнал, що потім передається через антену. У більшості передавачів великої потужності модуляція здійснюється в останньому каскаді системи для того, щоб уникнути необхідності підсилювати модульований сигнал. Посилення несучої й сигналу, що модулює, відбувається роздільно. Ступінь модуляції контролюється зміною амплітуди модуляції й підтримкою постійної амплітуди несучої. З тих пор як передана потужність стала лімітуватися ФКС, більшість радіомовних станцій має автоматичне керування й контроль потужності, як це показано штриховими лініями на мал. 4,а.

Приймач (мал. 4,б) містить високочастотний підсилювач, що підсилює сигнал, прийнятий антеною. Вч-усилитель настроюється; його частота настроювання може бути змінена (у діапазоні радіомовлення для Ам-приемников) для вибору потрібної станції. Термін «вибірковість», застосований до приймача, ставиться до здатності приймача вибирати окрему станцію (частоту), не приймаючи при цьому сигналів від станцій, що примикають до неї. Наприклад, якщо приймач має погану вибірковість, то при настроюванні на станцію WQXP (1560 кгц) може бути також прийнята інша, суміжна станція WWRL (1600 кгц). Ясно, що приймач із такою поганою вибірковістю є непридатним. Потрібно також пам'ятати, що Вч-усилитель повинен мати ширину смуги 5 кгц для звукових сигналів (дві бічні смуги вимагають ширину смуги (5 кгц навколо частоти несучої). Таким чином, потрібна смуга частот 10 кгц разом з високою вибірковістю, що означає дуже круті спади частотної характеристики контуру, що перебудовує, що забезпечують істотне ослаблення сигналів поблизу обраної частоти, але частот, що перебувають поза смугою, ±5 кгц.

Приймач, показаний на мал. 4,б, є приймачем або прямим посиленням (суцільні лінії), або гетеродинного типу (штрихові лінії). В останньому прийнятий ВЧ-сигнал w_н змішується з коливаннями від місцевого генератора-гетеродина w_г. У результаті виникають два сигнали — із частотами w_г-w_н й w_г+w_н. Сигнал з різницевою частотою w_г-w_н підсилюється підсилювачем проміжної частоти (УПЧ) і потім підводить до детектора. На мал. 4,б штриховими лініями замість суцільних ліній між ВЧ-усилителем і детектором представлена функціональна схема гетеродинного приймача. Такий метод прийому дозволяє настроюватися на будь-яку станцію, у той час як проміжна частота залишається рівної 455 кгц і легко підсилюється підсилювачами з фіксованою частотою настроювання. Відзначимо, що для того, щоб настроїтися на станцію, потрібно змінювати w_г й w_н одночасно, і, таким чином, різниця w_г-w_н залишається незмінної. Приймач гетеродинного типу має кращу вибірковість і набагато більшу чутливість. Мінімально помітний їм сигнал становить 10 мкв на антені. Коли ми говоримо «помітний», те маємо на увазі перевищуючий рівень шумів приймача.

 

 

25. Анодна модуляція відрізняється високими якісними показниками в порівнянні з сітковою модуляцією і тому широко застосовується на радіостанціях з амплітудною модуляцією.

Анодна модуляція досягається при додаванні до постійного анодному напрузі напруги модулирующей частоти. Зміна анодної напруги призводить до переміщення динамічної характеристики лампи. У цьому випадку режим коливань першого роду також не забезпечує отримання модуляції.

Анодна модуляція - амплітудна модуляція, що здійснюється шляхом подачі модулюючого напруги на анод генераторної лампи.

Анодна модуляція - амплітудна модуляція, що здійснюється шляхом подачі модулюючого напруги на анод генераторної лампи. Внаслідок додавання модулирующего напруги з постійною напругою результуюче анодна напруга генераторної лампи змінюється відповідно до змін модулирующего напруги, що викликає зміни амплітуди модульованих коливань.

Анодна модуляція забезпечує високоякісну передачу сигналу m має широке застосування в малопотужних однокаскадних генераторах, а також в останньому (потужному) каскаді багатокаскадного генератора.

Анодна модуляція (рис. 3.2 а) полягає в тому, що напруга НЧ подається в анодний ланцюг модулируемого каскаду і впливає на амплітуду коливань ВЧ допомогою зміни анодної напруги.

Анодна модуляція забезпечує високоякісну передачу сигналу і має широке застосування в малопотужних однокаскадних генераторах, а також в останньому (потужному) каскаді багатокаскадного генератора. Сіткова модуляція застосовується зазвичай в комерційній телефонії. Схема анодної модуляції.

Анодна модуляція здійснюється зміною анодної напруги генератора високої частоти з зовнішнім збудженням відповідно до закону зміни модулюючого сигналу. В залежності від анодної напруги відбувається зміна кута відсічки і амплітуди імпульсів анодного струму. В Недонапряженіе режимі анодна напруга слабо впливає на кут відсічення, тому при анодному модуляції використовується перенапружений режим, при якому за рахунок збільшення сіткового струму посилюється вплив анодної напруги на кут відсічення анодного струму.

Анодна модуляція досягається при додаванні до постійного анодному напрузі напруги модулирующей частоти. Зміна анодної напруги призводить до зміщення динамічної характеристики лампи.

Анодна модуляція полягає в зміні зі звуковою частд-тсй анодної напруги лампи підсилювача потужності. Цей вид модуляції також можливий тільки при коливаннях другого роду. Якщо режим коливань в підсилювачі потужності встановлений правильно, то при збільшенні анодної напруги амплітуда коливань в контурі зросте, а при зменшенні напруги на аноді амплітуда коливань зменшиться. Модуляційна ха - баній, як при модуляції на сітку.

Анодна модуляція з успіхом застосовується при використанні як генераторних ламп тріодів, променевих тетродов і пентодів. При звичайних тетродах вона не придатна, оскільки анодна напруга в деякі моменти буде менше напруги екрануючої сітки і виникне динатронний ефект, який внесе сильні спотворення.

Анодна модуляція полягає в зміні зі звуковою частотою анодної напруги лампи підсилювача потужності. Вона також можлива тільки при коливаннях другого роду. Якщо режим підсилювача потужності встановлений правильно, то при збільшенні анодної напруги амплітуда коливань зростає, а при зменшенні напруги на аноді амплітуда коливань зменшується.

 

 

Анодна модуляція відрізняється високими якісними показниками в порівнянні з сітковою модуляцією і тому широко застосовується на радіостанціях з амплітудною модуляцією.

Анодна модуляція досягається при додаванні до постійного анодному напрузі напруги модулирующей частоти. Зміна анодної напруги призводить до переміщення динамічної характеристики лампи. У цьому випадку режим коливань першого роду також не забезпечує отримання модуляції.

Анодна модуляція - амплітудна модуляція, що здійснюється шляхом подачі модулюючого напруги на анод генераторної лампи.

Анодна модуляція - амплітудна модуляція, що здійснюється шляхом подачі модулюючого напруги на анод генераторної лампи. Внаслідок додавання модулирующего напруги з постійною напругою результуюче анодна напруга генераторної лампи змінюється відповідно до змін модулирующего напруги, що викликає зміни амплітуди модульованих коливань.

Анодна модуляція забезпечує високоякісну передачу сигналу m має широке застосування в малопотужних однокаскадних генераторах, а також в останньому (потужному) каскаді багатокаскадного генератора.

Анодна модуляція (рис. 3.2 а) полягає в тому, що напруга НЧ подається в анодний ланцюг модулируемого каскаду і впливає на амплітуду коливань ВЧ допомогою зміни анодної напруги.

Анодна модуляція забезпечує високоякісну передачу сигналу і має широке застосування в малопотужних однокаскадних генераторах, а також в останньому (потужному) каскаді багатокаскадного генератора. Сіткова модуляція застосовується зазвичай в комерційній телефонії. Схема анодної модуляції.

Анодна модуляція здійснюється зміною анодної напруги генератора високої частоти з зовнішнім збудженням відповідно до закону зміни модулюючого сигналу. В залежності від анодної напруги відбувається зміна кута відсічки і амплітуди імпульсів анодного струму. В Недонапряженіе режимі анодна напруга слабо впливає на кут відсічення, тому при анодному модуляції використовується перенапружений режим, при якому за рахунок збільшення сіткового струму посилюється вплив анодної напруги на кут відсічення анодного струму.

Анодна модуляція досягається при додаванні до постійного анодному напрузі напруги модулирующей частоти. Зміна анодної напруги призводить до зміщення динамічної характеристики лампи.

Анодна модуляція полягає в зміні зі звуковою частд-тсй анодної напруги лампи підсилювача потужності. Цей вид модуляції також можливий тільки при коливаннях другого роду. Якщо режим коливань в підсилювачі потужності встановлений правильно, то при збільшенні анодної напруги амплітуда коливань в контурі зросте, а при зменшенні напруги на аноді амплітуда коливань зменшиться. Модуляційна ха - баній, як при модуляції на сітку.

Анодна модуляція з успіхом застосовується при використанні як генераторних ламп тріодів, променевих тетродов і пентодів. При звичайних тетродах вона не придатна, оскільки анодна напруга в деякі моменти буде менше напруги екрануючої сітки і виникне динатронний ефект, який внесе сильні спотворення.

Анодна модуляція полягає в зміні зі звуковою частотою анодної напруги лампи підсилювача потужності. Вона також можлива тільки при коливаннях другого роду. Якщо режим підсилювача потужності встановлений правильно, то при збільшенні анодної напруги амплітуда коливань зростає, а при зменшенні напруги на аноді амплітуда коливань зменшується.