5.2. Особенности высокочастотного тракта однополосных передатчиков

Осуществление системы с ОМ сопряжено с немалыми трудностями, главными из которых являются, во-первых, необходимость в высокой стабильности частоты несущей передатчика и частоты гетеродина приёмника, восстанавливающего эту несущую при детектировании однополосного сигнала, и, во-вторых, высокие требования к линейности усилителя мощности однополосного сигнала. Последнее обусловлено тем, что однополосный сигнал формируют на малом уровне мощности, после чего его усиливают до требуемого уровня мощности. В отличие от АМ в отсутствие сигнала информации однополосный сигнал на входе усилителя отсутствует. В процессе передачи его уровень меняется, и только при максимальной громкости он достигает пикового значения. Наибольшие трудности связаны с обеспечением линейного усиления однополосного сигнала малого уровня, когда используется нижняя часть модуляционной характеристики. При недостаточной линейности усилителя мощности появляются нелинейные (комбинационные) искажения, при этом не только искажается передаваемый сигнал, но и расширяется спектр однополосного сигнала. Причинами этих искажений являются:

  • нелинейность статических и динамических характеристик генераторных ламп:
  • нелинейность входного сопротивления ламп при работе с сеточными токами;
  • паразитные амплитудная и фазовая модуляции сигнала, которые возникают из-за изменений входной динамической ёмкости и комплексного входного сопротивления ламп на высоких частотах при изменении уровня сигнала; и др.

Главным образом уровень комбинационных искажений зависит от формы модуляционной (колебательной) характеристики, т.е. от характера зависимости первой гармоники анодного тока Ia1 от амплитуды переменного напряжения Ugm на входе лампы усилителя мощности,. Если эта характеристика нелинейна, то при модуляции несколькими частотами в спектре усиленного сигнала появляются новые, нежелательные, составляющие, непосредственно прилегающие к полезным составляющим спектра. Происхождение комбинационных искажений можно пояснить следующим образом. Если на входе лампы, характеристика которой аппроксимирована полиномом 5-ой степени вида:

ia= a0 +a1 e +a2e2 + a3e3 + a4e4 + a5e5 , ( 5.4 )

действует напряжения двух частот, w1= w0+W1 и w2 = w0 +W2 , где w0 – частота несущей, а W1 и W2 – низкие частоты сигнала, то после подстановки в (5.4) напряжения e = U1cosw1t +U2cosw2t и несложных тригонометрических преобразований получим, что члены полинома с четными степенями напряжения е дадут составляющие с частотами, расположенными за пределами полосы пропускания колебательного контура, настроенного на частоту несущей w0 . Это частоты вида 2w1= (2w0+2W1) , 2w2= (2w0+2W2) и т.п., а также вида (w1 - w2) = (W1-W2) и т.п. Члены полинома с нечетными степенями напряжения е дадут составляющие с частотами вида 2w1-w2 = w0- (2W1- W2), а также вида (3w1- 2w2) = w0 - (3W1 -2W2) и т.п., т.е. частоты, находящиеся внутри полосы пропускания контура и потому воспроизводимые при демодуляции. Первые носят название комбинационных искажений 3-го порядка, вторые – 5-го порядка. Уровень тех и других должен быть не выше –35дБ.

Если лампа работает с сеточным током, то при изменении уровня сигнала изменяется ее входное сопротивление Rвх, Поскольку каскады усилителя мощности работают в недонапряженном режиме, то при этом изменяется амплитуда воз-буждения. Во избежание этого в схеме с общим катодом между сеткой и катодом лампы включают балластный безындукционный резистор Rб, величина которого определяется неравенством Rб<< (в 10÷80 раз), при этом мощность возбуждения, требуемая от предыдущего каскада, существенно увеличивается. В схеме с общей сеткой включение Rб не требуется.

Коэффициент использования лампы по анодному напряжению x должен быть меньше критического. При использовании тетродов следует иметь в виду, что при увеличении постоянного напряжения на экранной сетке Eg2 ток управляющей сетки уменьшается, но при этом уменьшается и коэффициент использования

x=1- , а значит и КПД.

Неравенство значений несущей частоты передатчика и несущей частоты, восстановленной в приёмнике, приводит к искажениям. Для профессиональной речевой телефонной передачи допустимое расхождение между этими частотами не должно превышать ±10Гц, а для радиовещания - не более ±1-2Гц, что при радиовещании на частоте 30 МГц требует стабильности частоты порядка 10-7. Для синхронизации частот несущих, подавляемой в передатчике и восстанавливаемой в приёмнике, используют автоматическую подстройку частоты гетеродина приёмника, при этом опорной частотой является передаваемый передатчиком сигнал остатка несущей, называемый пилотсигналом. Уровень мощности пилотсигнала Рп= оценивают относительно пиковой мощности передатчика Р~max= , где Umax = Uп + Uб - наибольшая допустимая лампой амплитуда, Uп- амплитуда пилот-сигнала, Uб - амплитуда колебаний боковой частоты, При ОМ приняты обозначения:

b=, m1==

Ослабление несущей определяется формулой:

N= 10 lg дБ= 20 lgдБ=20 lg b дБ.

В настоящее время для ОМ перспективными классами излучения являются Н3Е, когда b=2, m1=1 и N=6дБ и R3E, когда b=4, N=12дБ. Излучение с полностью подавленной несущей обозначают J3E и является наиболее экономичным.

Итак, к высокочастотному тракту однополосных передатчиков предъявляются следующие требования.

  1. Высокочастотный тракт должен содержать минимальное число каскадов.
  2. Генераторные лампы должны работать без сеточных токов, а в тех случаях, когда это невозможно, между сеткой и катодом лампы усилителя мощности включают балластный безындукционный резистор, уменьшающий нелинейность входного сопротивления лампы, но снижающий ее коэффициент усиления по мощности.
  3. Маломощные предварительные каскады усилителя мощности должны работать в режиме колебаний класса А. Для нахождения оптимального режима ламп усилителя мощности, работающих с отсечкой анодного тока, используют специальные методы расчёта с использованием ЭВМ, позволяющие находить условия, при которых уровень нелинейных искажений минимальный. Методика определения приближенного значения оптимального напряжения смещения на сетке лампы, Eg opt, при котором нелинейные искажения наименьшие, приведена в Приложении 3.

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.