6.1. Особенности работы радиопередатчиков короткими импульсами

Рис. 6.1

В ряде областей радиотехники - в радиолокации, радионавигации, радиорелейной связи и др. - применяют импульсные методы передачи, при которых радиопередатчик работает в течение весьма коротких промежутков времени, разделенных длительными паузами. Наиболее широко используют радиоимпульсы с огибающей, форма которой приближается к прямоугольной. Последовательность таких импульсов, показанная на рис.6.1, характеризуется следующими основными параметрами: частотой высокочастотных колебаний f, длительностью импульса t, частотой повторения импульсов F (или периодом повторения Т) и амплитудой импульсов I. Большое значение для характеристики импульсного режима имеет также скважность q, которая при Т>>t равна:

Как известно, полоса частот, принимаемая за ширину спектра прямоугольного импульса, тем шире, чем короче импульс. Для хорошего воспроизведения прямоугольной огибающей радиоимпульса колебательные контуры радиопередатчика должны пропускать без искажений полосу частот . Например, при длительности импульса t=1 мкс полоса пропускания контуров должна быть не менее 2 МГц. Таким образом, импульсные радиопередатчики могут работать только в диапазоне УКВ. Последнее связано ещё и с тем, что на более длинных волнах через цепь, содержащую колебательные контуры, невозможно передать без искажений короткий импульс прямоугольной формы. Анализ переходных процессов показывает, что колебания в контуре можно считать установившимися за число периодов высокой частоты Tвч, приблизительно равное добротности контура Q, т.е. tуст = QTвч =Q/f. Так, при Q = 100 и f = 1МГц время установления tуст = 100 мкс, а при f=100МГц - 1 мкс. На рис.6.2 в качестве примера показан ток в контуре с добротностью Q = 100 при воздействии на него импульсной ЭДС с t < 100 мкс и f =2 МГц. Из рисунка видно, что в этом случае форма огибающей импульса высокочастотного тока очень далека от прямоугольной.

Рис. 6.2

При широкой полосе пропускания колебательных контуров требования к стабильности частоты передатчика могут быть снижены. Из опыта известно, что без принятия специальных мер нестабильность частоты автогенераторов УКВ оказывается порядка 10-3. Это позволяет строить передатчики радиолокационных и ряда радионавигационных систем, импульсных радиомаяков и др. по однокаскадной схеме, осуществляя модуляцию непосредственно в автогенераторе. Для генерирования метровых и дециметровых волн используются специальные импульсные генераторные лампы, а для генерирования сантиметровых волн - импульсные магнетроны и клистроны.

При импульсной работе радиопередатчиков различают мощность в импульсе Р, то есть мощность, развиваемую во время импульса, и среднюю за период следования импульсов мощность Р~ср, которая при строго прямоугольной форме импульсов равна:

При скважности порядка сотен иди тысяч единиц средняя мощность в сотни или тысячи раз меньше мощности в импульсе. Поэтому импульсные передатчики, работающие с большой скважностью, характеризуются очень большими мощностями в импульсе - от единиц до тысяч киловатт - и в то же время сравнительно небольшой средней мощностью - от единиц ватт до единиц киловатт. Это обстоятельство накладывает резкий отпечаток на условия работы и конструкцию импульсных передатчиков большой мощности. Малая средняя мощность позволяет применять сравнительно маломощные и малогабаритные источники питания, а также рассчитывать передатчик на малые мощности прогрева деталей и, в частности, на малые средние мощности, рассеиваемые на электродах ламп. Последнее наводит на мысль о возможности форсированного использования генераторной лампы за счёт повышения анодного напряжения и увеличения тока эмиссии.

Предельное анодное напряжение генераторной лампы зависит от её диэлектрической прочности и определяется главным образом состоянием вакуума. Довольно значительное увеличение анодного напряжения во время короткого импульса (в 5 - 10 раз) не создает опасности электрического пробоя.

Форсирование режима лампы по току возможно у многих современных ламп вследствие значительного недоиспользования их по эмиссии. При работе очень короткими импульсами (t<(10¸15)мкс) наиболее выгодно использовать лампы с оксидными катодами. При небольшой мощности, затрачиваемой в катодной цепи, импульсная эмиссия оксидных катодов в десятки раз больше, чем в непрерывном режиме (плотность тока катода в импульсном режиме достигает 100-150 А/см2, а в непрерывном - единиц А/см2 ). Однако при работе более длительными импульсами происходит "отравление" катода, и его эмиссионная способность резко снижается. Другим недостатком оксидных катодов является появление катодного искрения при высоких анодных напряжениях. Для работы с импульсами, длительность которых превышает 15мкс, применяются более стойкие катоды из торированного вольфрама и др., устойчиво работающие при высоком анодном напряжении.

Благодаря большим напряжениям между электродами, скорость движения электронов в лампе, работающей в импульсном режиме, гораздо больше, чем в непрерывном. Поэтому эффект инерции электронов в импульсном режиме сказывается слабее, и минимальная длина волны автогенератора, работающего в импульсном режиме, оказывается короче, чем в режиме непрерывной работы.

К недостаткам импульсных режимов работы передатчиков следует отнести увеличение потерь в диэлектриках, которые пропорциональны квадрату амплитуды напряжения, а также конструктивные трудности, связанные с повышением требований к изоляции.

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.