WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

im. Jarosława Dąbrowskiego

­­­­­­­­­­________________________________________________________

WYDZIAŁ ELEKTRONIKI

PSI

TEORIA EMISJI I ODBIORU

Temat: Tory małej częstotliwości nadajników radiotelefonów.

Wykonali:

pchor. Łukasz OLESZKIEWICZ gr. E-35f

pchor. Paweł LITWIN gr. E-35f

Spis treści

1.Zadania stawiane nadajnikom 3

2. Ogólna budowa i zasada działania nadajników 5

3. Wymagania techniczne stawiane nadajnikom 7

4. Sposoby dostosowywania sygnału m.cz. do nadawania 8

5. Opisy nadajników radiotelefonów 10

5.1. Radiotelefon typu 3001-406 10

5.2. Radiotelefon TRA 906 firmy RACAL 14

BIBLIOGRAFIA 17

1. Zadania stawiane nadajnikom.

Do zadań nadajnika należy wytworzenie drgań elektrycznych częstotliwości nośnej odpowiedniego kanału radiowego oraz dokonanie modulacji amplitudowej lub częstotliwościowej tych drgań, zgodnie z treścią przekazywanej wiadomości, która jest doprowadzana z mikrofonu w postaci drgań o małej częstotliwości.

Otrzymane w ten sposób zmodulowane drgania muszą mieć odpowiednio dużą moc, aby po doprowadzeniu do anteny nadawczej wytworzyły fale radiowe o odpowiedniej mocy.

Drgania elektryczne wytworzone w mikrofonie, odpowiadające nadawanej korespondencji, zostają wzmocnione we wzmacniaczu mikrofonowym. Po odpowiednim uformowaniu (stłumieniu sygnału o częstotliwości poniżej 300 Hz oraz powyżej 3000Hz) drgania te zostają doprowadzone poprzez ogranicznik dewiacji do modulatora, gdzie dokonywana jest zazwyczaj modulacja fazowa.

Modulację częstotliwościową uzyskuje się pośrednio z modulacji fazowej przez zastosowanie odpowiedniego filtru (typu RC)- jako korektora charakterystyki częstotliwościowej. Do modulatora doprowadzany jest sygnał wielkiej częstotliwości, otrzymywany z generatora sterowanego rezonatorem kwarcowym.

Zmodulowany sygnał doprowadza się do kolejnych stopni wzmacniających, które spełniają role powielaczy częstotliwości. W ten sposób uzyskuje się zwielokrotnienie częstotliwości podstawowej otrzymanej z generatora oraz powielenie wartości dewiacji. Następnie sygnał jest doprowadzany do wzmacniacza mocy, który jest sprzężony z odpowiednio dopasowanym układem antenowym, pozwalającym na wypromieniowanie energii w przestrzeń.

Zasadniczą różnicą między układem nadajnika pracującego z modulacją amplitudy a układem z modulacją częstotliwościową ,jest to że dla modulacji częstotliwościowej modulacja odbywa się w stopniu końcowym lub poprzedzającym go wzmacniaczu modulowanym.

Stosowanie powielania, zarówno w przypadku modulacji amplitudowej, jak i modulacji częstotliwościowej, podyktowane jest trudnościami wynikającymi przy budowie oscylatorów na dużą częstotliwość.

2. Ogólna budowa i zasada działania nadajnika.

Schemat blokowy nadajnika został przedstawiony na rys. 3.

Sygnał akustyczny z mikrofonu jest doprowadzony do bloku m. cz. . Po wstępnym wzmocnieniu we wzmacniaczu mikrofonowym jest podawany na kompresor dynamiki, w skład którego wchodzą: preemfaza, ogranicznik i deemfaza. Ograniczenie amplitudy sygnału jest konieczne ze względu na fakt, że wzrost amplitudy sygnału modulującego powoduje wzrost dewiacji sygnału zmodulowanego, a co za tym idzie poszerzenie pasma sygnału emitowanego. Ograniczenie dewiacji pozwala na utrzymanie wymaganej szerokości pasma sygnału na wyjściu nadajnika. Zastosowanie filtrów preemfazy i deemfazy pozwala uzyskać wymaganą zrozumiałość mowy. Wynika to z faktu, że składowe widma mowy o średnich częstotliwościach mają większą moc niż składowe o częstotliwościach wyższych. Stosowanie kompresora dynamiki poprawia stosunek mocy sygnału do mocy szumów własnych nadajnika.

Po wzmocnieniu we wzmacniaczu sygnał przechodzi przez filtr dolnoprzepustowy , który eliminuje harmoniczne powstałe w ograniczniku oraz zawęża pasmo częstotliwości modulujących. Ze wzmacniacza wyjściowego bloku m. cz. Sygnał jest podawany na blok modulatora. W modulatorze sygnał w. cz. z bloku generatora jest modulowany sygnałem m. cz.. Po wzmocnieniu we wzmacniaczu częstotliwość sygnału zmodulowanego ulega potrojeniu w potrajaczu.

Separator oddziela wyjście generatora w. cz. od wejścia modulatora. W bloku generatora jest wytwarzany sygnał w. cz. Jego częstotliwość jest stabilizowana zazwyczaj kwarcem. Generator zawiera najczęściej kilka rezonatorów kwarcowych, przełączanych elektronicznie, co umożliwia pracę nadajnika na kilku kanałach radiowych.

Z bloku modulatora sygnał jest podawany na blok wzmacniaczy . Jego częstotliwość ulega jeszcze powieleniu w powielaczach, a następnie sygnał jest wzmacniany we wzmacniaczu.

Końcowym blokiem nadajnika jest blok mocy. Zawiera on wzmacniacz mocy, układ regulacji mocy oraz filtr. Układ regulacji mocy zapewnia stały poziom sygnału emitowanego z nadajnika. Filtr tłumi częstotliwości niepożądane oraz dopasowuje impedancję wejściową anteny do impedancji wyjściowej nadajnika.

3.Niektóre wymagania techniczne dotyczące nadajnika

Moc wyjściowa nadajnika

Moc wyjściowa nadajnika w zakresach częstotliwości 33 do 35 MHz i 44- 46 MHz powinna wynosić:

— w urządzeniu przenośnym — do 1 W,

•— w urządzeniu przewoźnym — do 10 W,

— w urządzeniu stacji stałej — nie więcej niż 50 W.

W zakresie częstotliwości 171-4-172 MHz moc nadajnika dla urządzeń wszystkich rodzajów (przenośne, przewoźne i stacji stałej) nie może przekraczać 0,5 W.

W zakresie częstotliwości powyżej 300 MHz moc wyjściowa na­dajnika nie powinna przekraczać następujących wartości:

• dla nadajnika przenosnego — 0,5 W,

• dla nadajnika przewoznego — 15 W,

• dla nadajnika stacji stałej — 50 W.

Wybór wartości mocy wyjściowej nadajnika zależy od warunków lokalnych, w jakich sieć radiokomunikacji ruchomej ma pracować. I tak np. w rejonach o dużym skupieniu obiekt6w przemysłowych, w kt6rych poziom zakłóceń jest dość duży, lub na terenach zalesionych, gdzie występuje duże tłumienie energii promieniowanej, stosuje się, większe moce nadajników. Jednakże w każdym przypadku dokładną moc dla urządzeń pracujących w danej sieci jest określana w zezwoleniu wydawanym przez Ministerstwo Łączności.

Charakterystyka modulacji (preemfaza)

Charakterystyka dewiacji powinna wzrastać o 6 dB na oktawę. w całym zakresie malej częstotliwości, tzn. od 300 do 3000 Hz. Odchylenia charakterystyki dewiacji mogą. leżeć w granicach +1 dB i - 3 dB. Dla urządzeń przenośnych dopuszcza się tolerancję charakterystyki mo­dulacji równą. +2 dB i ~3 dB. Przy częstotliwości modulującej 6000 Hz wartos6 dewiacji nie powinna przekraczać 20% dewiacji maksymalnej. Dla częstotliwości modulujących od 6000 Hz do 20000 Hz charakterystyka powinna opadać co najmniej 15 dB na oktawę.

4. Sposoby dostosowywania sygnału m. cz. do nadawania.

Duży zakres dynamiki mowy lub innych sygnałów jest bardzo niekorzystny dla nadajnika. Przy słabych sygnałach m.cz. nie jest wykorzystywana pełna moc nadajnika i odbierany sygnał jest słaby, częściowo zgłuszony przez szumy. Ogranicza to znacznie zasięg. Przy silnych sygnałach nadajnik zostaje przesterowany i informacja jest zakłócana przez powstałe zniekształcenia intermodulacji. Dlatego stosuje się pewne środki zapewniające zmniejszenie dynamicznego zakresu sygnału można to wykonać poprzez ograniczniki amplitudy oraz zmniejszenie szerokości pasma przy nadawaniu czyli lepsze wykorzystanie pasma akustycznego. Zmniejszenie szerokości pasma może być wykonane przez filtry lub przez proste zwiększenie dolnej częstotliwości przesyłanej i zmniejszenie górnej częstotliwości przesyłanego pasma. Mogą być także stosowane bardziej złożone i lepsze metody zawężania pasma np. za pomocą wokodera.

W czasie badań stwierdzono, że mowa jest zrozumiała nawet wtedy, gdy amplitudy poszczególnych drgań są obcięte w ten sposób , że cała informacja zawarta w obwiedni zostaje skasowana. Podstawowe częstotliwości głosu i jej harmoniczne są wystarczające do zrozumienia mowy. Na skutek obcinania powstają dodatkowe zniekształcenia harmoniczne, których obecność jednak nie uniemożliwia rozpoznawania pierwotnych zależności harmonicznych dźwięku. W wyniku obcinania pewnych maksymalnych amplitud otrzymuje się zysk w poprawieniu stosunku do mocy szczytowej. Należy jednak po obcinaniu przeprowadzić wyfiltrowanie zniekształceń harmonicznych. Filtrowanie to może nastąpić dla małych lub wielkich częstotliwości.

Przykłady ograniczników:

Rys.4. Ogranicznik szeregowy m.cz

Rys.5. Ogranicznik z diodami Zenera

Przy stosowaniu ogranicznika można otrzymać kształt napięcia zbliżony do prostokątnego.

Przebieg prostokątny ma obwiednię w.cz. pokazaną na rysunku poniżej.

Rys.6. Obwiednia w.cz. prostokątnego sygnału

Należy dążyć do łagodnego ograniczania oraz stosować filtry dolnoprzepustowe, które usuwając harmoniczne łagodzą przebieg prostokątny.

Układ wzmacniacza 8 MHz z ograniczeniem o zakresie dynamicznym 80 dB przedstawiono na rys. W układzie zastosowano pięć identycznych kaskadowych stopni i wyjściowy filtr, celem zapewnienia sinusoidalnego kształtu napięcia wyjściowego. Sygnał wejściowy jest ograniczany przez odcięcie prądu kolektora. Przesunięcie fazy zmienia się tylko o 10 stopni.

Rys.7. Schemat wzmacniacza 8 MHz z ograniczeniem o zakresie dynamicznym 80 dB

5.Opisy nadajników radiotelefonów.

5.1. Radiotelefon typu 3001-40

Radiotelefon ten jest produkowany w trzech wykonaniach z przeznaczeniem do pracy w następujących zakresach częstotliwości:

wykonanie 1 31-36 MHz

wykonanie 2 35-41 MHz

wykonanie 3 40-46 MHz

Maksymalna moc wyjściowa nadajnika wynosi 10 W. Wartość mocy wyjściowej może być regulowana płynnie. Czułość odbiornika przy stosunku sygnału do szumów równych 20 dB jest ≤ 0,5 µV.

Opis zespołu nadawczo-odbiorczego

Nadajnik i odbiornik radiotelefonu są podzielone na bloki funkcjonalne, zmontowane na oddzielnych płytkach drukowanych.

Nadajnik

Nadajnik składa się z bloków funkcjonalnych oznaczonych następującymi symbolami fabrycznymi:

• blokm.cz. — 3011-1100

• blok generatora — 3011-1200

• blok modulatora — 3011-1300

• blok wzmacniaczy — 3011-1400

• blok mocy — 3011-1500

• blok filtru — 306.12.100

Schemat połączenia poszczególnych bloków przedstawiono na rys. 8.

Rys.8. Schemat połączeń poszczególnych bloków radiotelefonu

Nadajnik emituje sygnał z modulacją, częstotliwości uzyskane za pośrednictwem modulatora fazy. Częstotliwość sygnału wyjściowego nadajnika uzyskuje się w wyniku czterokrotnego powielenia częstotliwości generatora, stabilizowanego rezonatorami kwarcowymi.

Schemat ideowy bloku m.cz. przedstawiono na rys.9 . Blok ten zawiera: wzmacniacz mikrofonowy (na tranzystorze T2), układ blokowania wzmacniacza mikrofonowego (T2) przy wysyłaniu sygnałów zgłoszenia selektywnego, wzmacniacz z układem preemfazy (T3), diodowy ogranicznik amplitudy (diody Dl, D2), układ deemfazy R_19, C₁₀, wzmacniacz — separator (T4), filtr dolnoprzepustowy (L1, L₂, C₁₂, C_13, C₁₄) oraz wzmacniacz wyjściowy (T5).

Blokowanie wzmacniacza mikrofonowego (Tl) w czasie wysyłania sygnałów zgłoszenia selektywnego następuje w wyniku doprowadzenia do punktu 4 napięcia —24 V, co powoduje stan przewodzenia tranzystora T2. Jednocześnie do punktów 5 i 6 jest doprowadzone napięcie m.cz. zgłoszenia selektywnego.

Rys.9. Schemat ideowy bloku m.cz. 3011-1100

5.2 Opis radiotelefonu TRA 906 firmy Racal

Radiotelefon TRA 906 jest bardzo nowocześnie zaprojektowanym urządzeniem. Tor odbiorczy i nadawczy są, wykonane wyłącznie na tranzystorach. Układ elektryczny będzie rozpatrywany w oparciu o schemat blokowy przedstawiony poniżej.

Rys.10. Schemat blokowy radiotelefonu TRA 906 firmy Racal

W odbiorniku zastosowano pojedyncza. przemianę. częstotliwości, co zapewnia dużą odporność odbiornika na sygnały zakłócające. Odbierany przez antenę sygnał przechodzi przez sprzęgacz antenowy SA, wzmacniacz w.cz. WF i filtr dolno-przepustowy F, przepuszczający częstotliwości pracy odbiornika (w zakresie 2 -7 MHz). Sygnał jest doprowadzony do mieszacza M, który pracuje w układzie zrównoważonym. Druga częstotliwość do mieszacza jest dostarczona z kwarcowego generatora kanałowego GK. Generator kanałowy ma 29 rezonatorów kwarcowych o bardzo małym współczynniku termicznym, co umożliwia pracę bez termostatu i zmniejsza pobór prądu z baterii zasilającej [N4],

Generator kanałowy ma możliwość płynnej (w małym zakresie) zmiany częstotliwości w celu odstrojenia częstotliwości. stabilizowanej kwarcem. Dostrojenie to ma na celu zlikwidowanie odchyłki częstotliwości między nadawaną częstotliwością nośną i odtwarzaną w odbiorniku. Częstotliwość tę koryguje operator w oparciu o jakość odbieranej mowy. Dostrojenie to jest oparte na zmianie pojemności waraktora w obwodzie generatora. Po zmieszaniu odbieranego sygnału i napięcia z generatora kanałowego otrzymuje się na wyjściu mieszacza częstotliwość pośrednią składającą się ze stłumionej nośnej 9 MHz i dwóch wstęg bocznych. Sygnał p.cz. przechodzi dalej przez filtr jednowstęgowy F-SSB, który wyodrębnia żądaną wstęgę boczną oraz tłumi niepożądaną wstęgę boczną i nośną. Zależnie od wymagań zamawiającego producent wstawia do radiotelefonu kwarcowy filtr jednowstęgowy 9 MHz górnej lub dolnej wstęgi bocznej. Wybranie tak dużej częstotliwości pośredniej zapewnia bardzo dobre tłumienie sygnałów lustrzanych.

Wyfiltrowana pożądana wstęga boczna na częstotliwości pośredniej 9 MHz jest wzmacniana przez wzmacniacz p.cz. WP i doprowadzona do demodulatora jednowstęgowego D. Demodulacja następuje za pomocą. napięcia z generatora GN na 9 MHz. Otrzymane napięcie m.cz. jest wzmacniane do mocy odpowiedniej do odbioru na słuchawki. W radiotelefonie przewoźnym jest możliwość zwiększenia mocy wyjściowej przez zastosowanie dodatkowego wzmacniacza m.cz.

Odbiornik charakteryzuje się dużą odpornością na blokowanie sygnałami zakłócającymi. Jest to jego bardzo ważna zaleta, szczególnie występująca przy dużym zagęszczeniu częstotliwości w zakresie krótkofalowym. W danych technicznych tego radiotelefonu podano, ze sygnał zakłócający odstrojony tylko o 20 kHz od sygnału pożądanego powinien mieć poziom o 50 dB większy, aby spowodować na wyjściu odbiornika zmianę odbieranego sygnału o 1 dB. Tak dobrą odporność na blokowanie osiągnięto przez zastosowanie filtru jednowstęgowego już w torze pierwszej częstotliwości pośredniej. Wzmacniacz w.cz. ma optymalnie wybrane wzmocnienie tak, aby napięcie dostarczone do mieszacza nie było za duże ze względu na jego liniową pracę i aby osiągnąć wysoką. czułość. Osiągnięto czułość odbiornika równą 1 µV przy odstępie sygnał/szum 15 dB.

Układ elektryczny nadajnika

Sygnał m.cz. z mikrofonu lub z generatora (przy Al) jest doprowadzony do modulatora jednowstęgowego, pracującego w układzie zrównoważonym. W modulatorze następuje zmieszanie sygnału z częstotliwością generatora pomocniczej nośnej GN o częstotliwości 9 MHz. Na wyjściu modulatora otrzymuje się sygnał dwuwstęgowy ze stłumioną częstotliwością nośną 9 MHz. Sygnał ten za pomo­cą filtru jednowstęgowego F-SSB na 9 MHz zostaje przekształcony na sygnał jednowstęgowy. Podobnie jak w odbiorniku, zależnie od ustawionego przez producenta typu filtru, jest wyodrębniona górna lub dolna wstęga boczna. Po wzmocnieniu w wzmacniaczu WP na 9 MHz sygnał jest doprowadzony do mieszacza M pracującego w układzie zrównoważonym. Na wyjściu mieszacza jest włączony filtr dolno-przepustowy w.cz. F, którego zadaniem jest wytłumienie częstotliwości 9 MHz, która jest większa od maksymalnej częstotliwości pracy radiotelefonu. Po wyfiltrowaniu sygnał w.cz., który może się znajdować w zakresie 2—1 MHz jest wzmacniany przez stopień wzbudzający W i liniowy wzmacniacz mocy WM. Liniowy wzmacniacz mocy daje na wyjściu moc szczytową w.cz. wynoszącą 5W (PEP). Jest ona wydzielona na rezystancji 50 ohm, którą zapewnia sprzęgacz antenowy. Sprzęgacz antenowy kompensuje reaktancję anteny i dopasowuje jej rezystancje, do 50 ohm rezystancji wyjściowej liniowego wzmacniacza mocy dla wszystkich 29 częstotliwości pracy radiotelefonu.

Bibliografia:

1. Janulis R.: Jednowstęgowy system łączności. WKiŁ, Warszawa 1970.

2. Rotkiewicz W., Rotkiewicz P., Zaleski B.: Technika odbioru radiowego. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1973.

3. Wodzyński B.: Radiotelefony. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1978.

4. Pawłowski J.: Podstawowe układy elektroniczne- nieliniowe układy analogowe. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1979.

5. Żurawski M., Bogacz Z.: Ćwiczenia laboratoryjne z techniki emisji i odbioru. WAT, Warszawa 1986.

6. Żurawski M.: Nadajniki radiowe. Tom I i II. WAT, Warszawa 1988

11

Wzmacniacz mokrofonowy

Filtr pasmowy

Wzmacniacz m. cz.

Stopień końcowy

Modulator

Układ antenowy

Generator stabilizowany rezonatorem kwarcowym

Powielacze częstotliwości

Rys.1. Układ blokowy nadajnika pracującego z modulacją amplitudy

Wzmacniacz mikrofonowy

Generator stabilizowany rezonatorem kwarcowym

Powielacze częstotliwości

Ogranicznik dewiacji

Modulator

Wzmacniacz mocy

Układ antenowy

Rys.2. Układ blokowy nadajnika pracującego z modulacją częstotliwościową

Wzm.mikrofonowy

Preemfaza

Wzm. m.cz.

Ogranicznik ampli.

Deemfaza

Wzm. m.cz.

Filtr

Wzm. m.cz.

Przełącznik kanałów

Gen. w.cz.

Potrajacz

Wzm.

Modulator

Separator

Filtr

Ukł. reg. mocy

Wzm. mocy

Wzm.

Podwajacz

Potrajacz

Blok m.cz.

Blok modulatora

Blok generatora

Blok mocy

Blok wzmacniaczy

Rys. 3. Układ blokowy nadajnika

---