Sviluppo di diagrammi a blocchi e algoritmi per il funzionamento della SSP. Schemi a blocchi dei dispositivi radiotrasmittenti

Uno schema a blocchi semplificato di un trasmettitore radio è costituito da un convertitore di frequenza, un filtro passa banda e un amplificatore di uscita (Figura 3.3).

Figura 3.3 Schema a blocchi semplificato di un trasmettitore radio

All'ingresso del dispositivo radiotrasmittente viene ricevuto un segnale modulato. IN sistemi moderni La modulazione della comunicazione viene effettuata a una frequenza intermedia standard. Ad esempio, nei sistemi di comunicazione che operano nelle bande delle microonde, la frequenza intermedia può essere 70, 140 o 820 MHz (esistono altri standard). Il compito del dispositivo radiotrasmittente in questi casi è convertire il segnale a frequenza intermedia nell'intervallo di frequenza operativa e portare la potenza del segnale al livello richiesto.

Il convertitore di frequenza è costituito da un mixer e un oscillatore principale. Il mixer è un elemento non lineare che mescola le frequenze dei segnali che gli arrivano e produce in uscita due bande di frequenza: somma e differenza (in in questo caso la somma e la differenza della frequenza intermedia e della frequenza dell'oscillatore principale).

Un filtro passa banda seleziona una delle bande di frequenza.

Per far funzionare un convertitore di frequenza sono necessari generatori altamente stabili. Qualsiasi generatore è costituito da un amplificatore e circuiti di feedback (Figura 3.4).

Con un'amplificazione del segnale sufficiente (bilanciamento dell'ampiezza) e con la fase corretta del segnale che entra attraverso il circuito di retroazione (bilanciamento di fase), nel circuito compaiono oscillazioni non smorzate, la cui forma è determinata dalle caratteristiche di frequenza dei componenti del circuito. Se le caratteristiche dell'amplificatore e del circuito di retroazione sono formate da elementi a banda stretta (circuiti o risonatori), la forma dell'oscillazione sarà prossima a quella sinusoidale. Nel caso di utilizzo di elementi a banda larga, vengono generate oscillazioni di impulsi.

Figura 3.4 Schema a blocchi del generatore

Gli oscillatori principali dei trasmettitori utilizzano oscillatori sinusoidali, la cui stabilità è determinata dalla stabilità dei circuiti o risonatori. I risuonatori al quarzo sono ampiamente utilizzati nei generatori di trasmettitori per le bande 5-9. A frequenze più elevate vengono utilizzati oscillatori a cristallo con moltiplicazione di frequenza, sintetizzatori di frequenza e, negli ultimi anni, oscillatori a risonatore dielettrico.

Gli amplificatori del trasmettitore (UHF) forniscono la potenza di uscita richiesta, che varia notevolmente tra le bande. Ad esempio, nelle gamme delle onde lunghe e medie, la potenza delle stazioni radio può essere di centinaia di kilowatt e persino megawatt, nelle gamme delle microonde - unità e frazioni di watt e nelle gamme ottiche - unità di milliwatt. Di conseguenza, gli amplificatori sono costruiti su potenti lampade, transistor e microcircuiti. Sono comparsi amplificatori microscopici a stato solido per sistemi radio che funzionano a frequenze di decine di GHz.

I trasmettitori ottici funzionano su LED e laser speciali.

GENERATORI AUTOMATICI

Generatore automatico o generatore autoeccitato, è un dispositivo che converte l'energia delle fonti di alimentazione in oscillazioni di radiofrequenza senza eccitazione esterna.

Un generatore autoeccitato è un amplificatore con un carico risonante coperto da feedback positivo (Figura 4.1a). Sia un tubo a vuoto che un transistor possono essere utilizzati come elemento attivo. Un tale circuito auto-oscillante è chiamato circuito con trasformatore feedback. Oscillazioni primarie in un circuito risonante L.C. sorgere come risultato di qualsiasi cambiamenti casuali tensioni di alimentazione (fluttuazioni), influenze di campi elettromagnetici esterni, ecc. Queste oscillazioni attraverso la bobina L St vengono fornite all'ingresso dell'amplificatore (la resistenza del condensatore C c è trascurabile). Una tensione alternata di feedback positivo upos controlla il flusso di elettroni della lampada.

Figura 4.1 Diagrammi schematici degli autooscillatori con feedback del trasformatore (a, b) e l'influenza della polarizzazione iniziale sull'autoeccitazione di un oscillatore a transistor (B)

La prima armonica della corrente anodica crea una caduta di tensione attraverso il circuito L.C. L'ampiezza delle oscillazioni libere aumenta. Vengono nuovamente trasformati nel circuito di ingresso, nuovamente amplificati, ecc. L'aumento dell'ampiezza dell'oscillazione continua fino a un certo limite, determinato dai parametri dell'auto-oscillatore. Il sistema stabilisce un equilibrio dinamico tra le perdite di energia a radiofrequenza nel circuito e il suo rifornimento a scapito della fonte di alimentazione E a. Questo è il cosiddetto modalità stazionaria (stazionaria). autogeneratore. I parametri della catena di polarizzazione automatica della rete sono selezionati in modo tale che al momento dell'accensione la tensione di polarizzazione sia minima. Quindi la lampada funziona in classe A ed è possibile amplificare oscillazioni di ampiezza arbitrariamente piccola. Mentre la tensione aumenta u villaggio La corrente di rete e il potenziale negativo sulla rete aumentano. In modalità stazionaria elemento attivo opera nelle classi Wiley C, il che facilita il regime termico dell'autogeneratore grazie alle ridotte perdite all'anodo (collettore). Questa circostanza aiuta ad aumentare la stabilità della frequenza delle oscillazioni generate. Questi ultimi, attraverso il condensatore di isolamento C p, vengono forniti allo stadio successivo del percorso a radiofrequenza: un amplificatore buffer. Allo stesso modo Si verifica l'autoeccitazione della versione a transistor dell'auto-oscillatore (Figura 4.1 6). Le caratteristiche delle correnti di base e di collettore di un triodo a semiconduttore hanno un leggero spostamento a destra rispetto all'origine (Figura 4.1). Se ci limitiamo a utilizzare solo l'autopolarizzazione, nel momento iniziale la tensione alla base sarà pari a zero (ub = 0) e le autooscillazioni primarie non causeranno la comparsa di una corrente di collettore. L'autoeccitazione non si verificherà.

Pertanto, gli oscillatori a transistor utilizzano una polarizzazione combinata, che è una somma algebrica di due tensioni; permanente E inizio e automatico, che si verifica su un resistore Rif, a causa del flusso di una componente costante della corrente di emettitore I e0 attraverso di esso:

E cm = –E inizio + I e0 R e

Quindi, nel momento in cui viene attivata la tensione di alimentazione, funzionerà E inizio, che apre il transistor. All'aumentare dell'ampiezza dell'oscillazione, la caduta di tensione ai capi Rif.

Il potenziale negativo risultante alla base diminuirà e l'elemento attivo lavorerà in classe CON. Contemporaneamente la catena R e C e stabilizzerà la modalità transistor quando la temperatura cambia ambiente.

L'autoeccitazione negli autooscillatori con feedback è possibile solo se sono soddisfatte le seguenti due condizioni:

1) come in qualsiasi amplificatore che utilizzi una lampada o un transistor, le tensioni alternate sulla griglia (base) e sull'anodo (collettore) devono essere sempre sfasate; nel circuito considerato con retroazione da trasformatore ciò si ottiene corretta inclusione estremità della bobina L St;

2) l'ampiezza della tensione di retroazione U pos non deve essere inferiore ad un certo valore minimo.

La prima condizione è chiamata equilibrio di fase, e il secondo - equilibrio di ampiezza.

Un auto-oscillatore realizzato secondo un circuito accoppiato a trasformatore non ha trovato un uso diffuso nei dispositivi di trasmissione radio a causa di una certa complessità del suo design e della generazione di oscillazioni a frequenze relativamente basse. Sono preferibili a questo proposito i generatori autoeccitati costruiti sulla base del cosiddetto schemi a tre punti.

Nella Figura 4.2 UN E B vengono mostrate due varianti di tali auto-oscillatori sui transistor: con feedback induttivo e capacitivo. In entrambi i casi, l'elemento attivo ha tre elettrodi principali (k, b E e) collegato a tre punti del circuito oscillatorio. Da qui il nome: schema a tre punti.

Nel primo di essi, la tensione di feedback positivo u villaggio rimosso da uno degli induttori del circuito (L bae), e nel secondo - dal condensatore Con Bae. Altrimenti, entrambi gli schemi sono completamente identici. Il processo di autoeccitazione e di lavoro modalità stazionaria fenomeni simili nella versione appena considerata con accoppiamento a trasformatore.

Offset iniziale rispetto alla base (E inizio) non è alimentato da una fonte separata, ma viene rimosso dal resistore R1, attraverso il quale scorre la corrente io 14. Il circuito del collettore è alimentato in un circuito parallelo. Lo scopo degli elementi rimanenti è lo stesso dei circuiti dei generatori eccitati esternamente e degli amplificatori di segnali audio.

Per semplificare l'analisi del funzionamento di questi due autooscillatori è opportuno considerare i loro circuiti equivalenti (Figura 4.2 V E G), in cui sono immagazzinati solo circuiti di corrente a radiofrequenza e teniamo conto delle resistenze dei condensatori Sr, Sb E S e hanno un valore trascurabile.

Nonostante le apparenti differenze tra questi circuiti a tre punti equivalenti, è possibile identificare per essi le condizioni generali di autoeccitazione e dimostrare che solo queste due varianti di combinazioni di elementi reattivi sono realizzabili X bk, X mib E X eq.

Figura 4.2 Circuiti schematici e equivalenti di oscillatori a transistor con feedback induttivo (AC) e feedback capacitivo (b, d)

Innanzitutto, la condizione obbligatoria per la presenza di feedback positivo in un auto-oscillatore richiede che il coefficiente di feedback β di anche c sarebbe positivo.

Quindi le reattanze X mib E X eq devono essere contemporaneamente di natura induttiva o capacitiva. In secondo luogo, la risonanza nel circuito oscillatorio di un auto-oscillatore è possibile solo a condizione

X bk + X eb + X ek= 0.

Quindi, se X mib E X eq sono quindi reattanze induttive X bk deve essere capacitivo figura 4.2 V) e viceversa (Figura 4.2 G). Qualsiasi altra combinazione di reattanza porterà a una violazione delle condizioni di autoeccitazione di cui sopra.

La pratica dimostra che questo approccio è molto fruttuoso quando si analizzano schemi circuitali di auto-oscillatori con feedback, non importa quanto siano complessi.

Tutto quanto sopra vale anche per gli oscillatori a valvole, a patto che collettore, base ed emettitore del transistor siano opportunamente sostituiti da anodo, griglia e catodo del triodo a vuoto.

Gli autogeneratori, i cui circuiti sono mostrati nella Figura 4.2, lo sono circuito singolo. Sono relativamente facili da produrre e configurare.

Alla loro svantaggio significativo Ciò dovrebbe essere attribuito alla bassa stabilità della frequenza delle oscillazioni generate, poiché l'unico circuito risonante, i cui parametri determinano questa frequenza, sono influenzati dalle fasi successive del percorso a radiofrequenza: le resistenze introdotte, il fattore di qualità del circuito, ecc. cambiare.

Questo svantaggio è stato significativamente ridotto nel cosiddetto doppio circuito autogeneratori. Uno dei circuiti, protetto dalle influenze esterne, determina quasi interamente la frequenza di generazione, e il secondo, debolmente collegato al primo, funge da carico esterno.

I circuiti auto-oscillatori discussi sopra vengono utilizzati nelle gamme di lunghezze d'onda del chilometro e del decametro. A frequenze più elevate il loro utilizzo risulta impossibile dal punto di vista progettuale, poiché le capacità interelettrodiche del tubo elettronico e le induttanze distribuite dei suoi ingressi diventano integrali componenti sistemi risonanti di generatori autoeccitati.

Pertanto, qui vengono utilizzati autogeneratori, costruiti sulla base del cosiddetto circuiti complessi a tre punti. Appartengono anche alla classe degli autooscillatori a doppio circuito, ma la connessione tra i sistemi risonanti viene effettuata non attraverso un flusso di elettroni comune, ma attraverso una delle capacità interelettrodiche del triodo.

Ciascuno dei due circuiti risulta essere stonato rispetto alla frequenza di generazione e la sua resistenza è di natura reattiva, il che rende possibile analizzare il funzionamento di tali auto-oscillatori basandosi sui già noti circuiti a tre punti.

Consideriamo le questioni relative alla stabilità della frequenza dell'auto-oscillatore. I severi requisiti per i dispositivi di trasmissione radio relativi alla costanza della frequenza delle oscillazioni emesse richiedono un'analisi dettagliata delle ragioni anche apparentemente insignificanti che influenzano questo parametro.

La relativa instabilità della frequenza dell'intero dispositivo radiotrasmittente è determinata solo dall'auto-oscillatore e, soprattutto, dai parametri del suo sistema risonante. Dalla teoria dei circuiti radio è noto che il valore esatto della frequenza delle oscillazioni libere in un circuito risonante può essere determinato utilizzando la seguente formula:

Nella stragrande maggioranza dei casi, quando si studiano i processi fisici in un circuito oscillatorio e i dispositivi di cui fa parte, a fini di semplificazione si presume che la sua resistenza alle perdite r = 0 e utilizzare la formula semplificata

Nelle questioni relative all'instabilità di frequenza, tale semplificazione è inaccettabile, poiché l'impatto delle perdite è commisurato all'impatto sul valore di ω 0 di altri fattori destabilizzanti. Pertanto, secondo la formula (4.1), la frequenza delle oscillazioni generate non dipende solo dai valori di induttanza l e contenitori CON circuito oscillatorio, ma anche dalla resistenza delle perdite, sia proprie che introdotte nel circuito.

Cerchiamo di scoprire la relazione tra questi tre parametri e i fattori destabilizzanti. A causa degli influssi meccanici (vibrazioni, essiccazione dei telai, ecc.), cambiano le dimensioni geometriche delle bobine e dei condensatori dei circuiti oscillatori degli autogeneratori.

I valori delle loro induttanze e capacità dipendono direttamente da queste dimensioni. Di conseguenza, la frequenza di generazione si discosta dal valore specificato. I cambiamenti della temperatura ambiente si riflettono anche nei cambiamenti delle dimensioni delle spirali delle bobine, delle piastre dei condensatori e dei dielettrici.

Ad esempio, entro pochi minuti dall'attivazione della tensione di alimentazione, le parti interne del generatore si riscaldano. Aumentano il diametro e la lunghezza della spirale della bobina, aumenta l'area delle piastre del condensatore e cambiano le costanti dielettriche dei materiali isolanti. La maggior parte di questi fattori causano un aumento dell'induttanza l e contenitori CON circuito oscillatorio. Di conseguenza, man mano che l'autogeneratore si riscalda, la frequenza di oscillazione diminuisce gradualmente. Questo fenomeno si osserva per 20-30 minuti e viene chiamato "superamento della frequenza".

L'instabilità della frequenza è influenzata anche dalle variazioni delle tensioni di alimentazione. Influenzano principalmente la ridistribuzione delle cariche spaziali negli spazi interelettrodici della lampada. Ad essi sono associati i valori delle capacità interelettrodiche comprese nel sistema oscillatorio dell'autogeneratore.

L'influenza delle fasi successive del percorso a radiofrequenza risiede nei cambiamenti nei componenti attivi e reattivi della resistenza introdotta nel circuito dell'oscillatore. Secondo l'espressione (4.1), ciò si riflette nella frequenza del sistema risonante.

I valori di permeabilità dei dielettrici e la loro conduttività dipendono dall'umidità e dalla pressione dello spazio circostante. Il cambiamento delle condizioni atmosferiche porta anche a uno spostamento della frequenza.

La varietà dei fattori destabilizzanti e il complesso meccanismo d'influenza sulla frequenza di generazione richiedono l'uso di tutta una serie di misure volte a indebolirli. Ciò include l'ammortamento dell'unità autogeneratrice, l'aumento della rigidità della sua struttura, ecc.

L'impatto dei cambiamenti di temperatura sulla frequenza dell'oscillatore può essere indebolito utilizzando termostato- un dispositivo all'interno del quale viene mantenuta automaticamente una temperatura costante. Sigillare il termostato impedisce che le variazioni di umidità e pressione influenzino la frequenza.

Per combattere il fattore temperatura vengono utilizzati condensatori speciali, la cui capacità non aumenta, ma diminuisce quando riscaldata, compensando così l'aumento dell'induttanza del circuito. I telai a spirale sono realizzati in radioporcellana di alta qualità. Le spirali vengono applicate bruciando filo d'argento o avvolgendo filo di rame preriscaldato.

Un autogeneratore, di regola, ha una fonte di alimentazione separata, la cui tensione in alcuni casi è stabilizzata. L'indebolimento dell'influenza sulla frequenza dell'auto-oscillatore degli stadi successivi del percorso a radiofrequenza si ottiene attivando uno stadio buffer, che funziona senza correnti di rete e, di conseguenza, ha una resistenza di ingresso costante.

L'autogeneratore è accuratamente schermato dall'influenza dei campi elettromagnetici esterni. L'uso di moltiplicatori di frequenza aiuta anche a indebolire l'influenza delle cascate più potenti sull'eccitatore.

La ricerca mostra che la stabilità della frequenza di un auto-oscillatore è in gran parte determinata dal fattore di qualità del suo sistema risonante Q. Maggiore è il suo valore, maggiore è la stabilità. Regolare circuito oscillatorio con parametri concentrati, nel migliore dei casi, ha un fattore di qualità di 250-300 unità e, tenendo conto delle resistenze introdotte, anche meno.

Pertanto, un auto-oscillatore con un tale circuito ha un'instabilità relativa piuttosto bassa - circa 10 -3 -10 -4. I cosiddetti risonatori al quarzo hanno un fattore di qualità molto più elevato, fino a diversi milioni di unità. Anche i parametri del quarzo sono poco influenzati da fattori esterni. Strutturalmente, un tale risonatore è realizzato sotto forma di una piastra tagliata da un cristallo di quarzo naturale o sintetico.

Sulla sua superficie su entrambi i lati vengono applicati sottili rivestimenti d'argento, utilizzati come elettrodi. La piastra viene posta in un contenitore di metallo, plastica o vetro, all'interno del quale solitamente viene creato il vuoto. Ciò garantisce l'isolamento della piastra dagli influssi atmosferici, danno meccanico e contaminazione della sua superficie. Inoltre, viene eliminato l'attrito della piastra vibrante sull'aria, il che consente di mantenere l'elevato fattore di qualità del risonatore. Utilizzando speciali supporti al quarzo con terminali esterni, il risonatore è collegato al circuito radio.

Come ogni corpo meccanico elastico, una lastra di quarzo è capace di oscillare in ciascuna delle tre dimensioni (lunghezza, larghezza e spessore). Le frequenze di queste vibrazioni dipendono strettamente dalle dimensioni geometriche della piastra. In pratica, gli auto-oscillatori utilizzano molto spesso oscillazioni lungo il suo spessore. In questo caso, la loro frequenza può essere determinata utilizzando la seguente formula approssimativa:

Dove f0- frequenza naturale delle oscillazioni, MHz; D- spessore della piastra, mm.

Aumentare la frequenza di risonanza F 0 è associato alla necessità di ridurre tale dimensione, che inevitabilmente comporta una diminuzione della resistenza meccanica della piastra. Per evitare la sua distruzione, non dovrebbe essere più sottile di 0,3 mm, che corrisponde ad una frequenza di risonanza di 10 MHz. Questa circostanza spiega in parte la necessità di utilizzare moltiplicatori nei percorsi di radiofrequenza dei trasmettitori di onde decametriche.

L'uso del quarzo nei dispositivi di radioingegneria è possibile grazie alla presenza di un effetto piezoelettrico: qualsiasi deformazione meccanica della piastra provoca la comparsa di cariche elettriche sulle facce opposte e viceversa. Le proprietà risonanti di una lastra di quarzo e il fenomeno dell'effetto piezoelettrico reversibile consentono di rappresentarlo sotto forma di un equivalente schema elettrico, mostrato nella Figura 4.3 a.

Figura 4.3 Circuito equivalente (UN) e risposta in frequenza (B) risuonatore al quarzo

In esso, la piastra stessa è sostituita da un circuito risonante in serie con parametri elettrici equivalenti L mq., Da piazza E r mq. La capacità del supporto del quarzo e dell'installazione è collegata in parallelo ad esso Da 0.

Nella Figura 4.3 B mostra la natura del cambiamento nella reattanza di tale circuito in base alla frequenza delle oscillazioni forzate ω. A piccoli valori di ω la resistenza della capacità C 0 può essere trascurata, poiché è grande e collegata in parallelo al circuito L kv, CON kv E r mq. Resistenza di quest'ultimo nell'intervallo di frequenza 0-ω villaggioè di natura capacitiva.

Alla frequenza ω villaggio nel circuito in serie si verificherà una risonanza di tensione. All'aumentare ulteriormente di ω la resistenza equivalente del ramo serie sarà di natura induttiva e aumenterà di valore.

Un risonatore al quarzo viene utilizzato negli auto-oscillatori in due modi: o come induttanza equivalente di alto livello nella gamma di frequenza ω villaggio -ω vapore, o come filtro a banda stretta alla frequenza ω villaggio, incluso nel circuito di feedback.

Generatore eccitato esternamente (EXG)

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introduzione

Nei sistemi digitali, i segnali vengono trasmessi sotto forma di varie combinazioni di impulsi di ampiezza costante, visualizzando ad ogni questo momento tempo (gruppi di codici).

Affinché ciascun valore del segnale possa essere convertito nel corrispondente gruppo di codici, il numero di tali valori deve essere limitato. Pertanto, solo i segnali a tempo discreto possono essere convertiti in gruppi di codici. Per poter trasmettere segnali continui nel tempo in forma digitale, ad es. sotto forma di gruppi di codici, devono prima essere convertiti in gruppi discreti.

Non è pratico trasmettere un segnale campionato sulla linea, perché è molto sensibile alle interferenze. Pertanto, nei sistemi di trasmissione digitale viene convertito in forma digitale. A tale scopo il segnale viene sottoposto a processi di quantizzazione e codifica. Poi arriva la trasformazione personaggi digitali nei segnali - modulazione.

In questo lavoro del corsoè necessario realizzare uno schema a blocchi del sistema ed uno schema funzionale del dispositivo ricevente o trasmittente. Determinare la velocità di trasmissione delle informazioni, il tipo di modulazione, il tipo di codice ridondante utilizzato data opzione e sviluppare soluzioni circuitali per dispositivi che implementano i parametri selezionati.

1. Analisi delle modalità esistenti per la trasmissione delle informazioni agli ITS

1.1 Analisi di messaggi di varia natura fisica

La scienza dell’informazione ha applicazioni in un’ampia varietà di campi. A questo proposito non esiste una definizione classica del concetto di “informazione” che sia universale per tutte le scienze. Per informazione non si intende tutta l'informazione ricevuta, ma solo quella che non è ancora conosciuta e che è nuova per il destinatario. In questo caso, l’informazione è una misura per eliminare l’incertezza. Le informazioni vengono trasmesse a distanza utilizzando un messaggio.

Il messaggio è un'informazione espressa in una forma specifica e destinata ad essere trasmessa da una fonte a un destinatario utilizzando segnali di varia natura fisica. Il messaggio può essere un telegramma, un fototelegramma, un discorso, immagine televisiva, dati all'uscita del computer, ecc., trasmessi attraverso vari canali di comunicazione, nonché segnali di varia natura fisica provenienti da oggetti.

Un segnale trasmette un messaggio nel tempo. Pertanto è sempre una funzione del tempo, anche se il messaggio (ad esempio un fermo immagine) non lo è. Se il segnale è una funzione x(t) che assume solo determinati valori discreti di x, allora viene chiamato discreto o discreto in livello (ampiezza). Allo stesso modo, un messaggio che accetta solo alcuni livelli specifici è detto discreto. Se un segnale (o messaggio) può assumere qualsiasi livello entro un certo intervallo, allora viene chiamato continuo o analogico.

Attualmente si assiste ad un continuo ampliamento dei campi di applicazione dei sistemi di trasmissione informazioni digitali e questo è tutto numero maggiore Vari tipi di informazioni analogiche tendono ad essere trasmesse in forma digitale. Questo vale per la trasmissione messaggi telefonici, immagini fotografiche, dati telemetrici, ecc. Pertanto, i messaggi discreti possono essere sia primari che secondari, ottenuti da quelli continui.

1.2 Trasmissione di messaggi continui e tipologie di modulazione

Per trasmettere informazioni a distanza, è necessario trasmettere un messaggio contenente queste informazioni. Un sistema di trasmissione delle informazioni è costituito dai seguenti elementi principali: sorgente, codificatore, modulatore, canale, demodulatore, decodificatore e ricevitore.

Il codificatore mappa il messaggio generato in una sequenza discreta. Il modulatore e il demodulatore insieme implementano operazioni per convertire il messaggio codificato in un segnale e conversioni inverse.

Il decodificatore mappa la sequenza discreta in una copia del messaggio originale.

Durante la trasmissione radio, bassa frequenza segnale informativo viene trasmesso su una frequenza portante radio e deve modificarla (modularla). La modulazione può modificare l'ampiezza, la frequenza o la fase della portante. La modulazione viene utilizzata per:

trasmettere informazioni con una distorsione minima;

effettuare trasmissione e ricezione con perdite minime;

utilizzare lo spettro di frequenza in modo efficiente.

Esistono tre tipi principali di modulazione analogica:

1. Modulazione di ampiezza (AM) - modulazione in cui le oscillazioni non smorzate cambiano in ampiezza in base alle oscillazioni di una frequenza inferiore che la modulano. AM è il modo più semplice e comune per modificare i parametri del supporto di memorizzazione, della frequenza e fase iniziale le oscillazioni sono mantenute costanti. Visualizzazione modulazione d'ampiezza presentato nella Figura 1.

Riso. 1. Modulazione di ampiezza

2. Modulazione di frequenza(FM) - modulazione in cui la frequenza portante del segnale cambia in base all'oscillazione modulante. I principali vantaggi della modulazione di frequenza sono: elevata immunità al rumore, capacità di utilizzare proprietà statistiche messaggio multicanale aumentare l'immunità al rumore, la capacità con mezzi semplici garantire la costanza dell’attenuazione residua dei canali di comunicazione. La modulazione di frequenza è mostrata nella Figura 2.

Riso. 2. Modulazione di frequenza

3. Modulazione di fase (PM): la variazione della fase portante è proporzionale ai valori istantanei del segnale modulante. Con FM, secondo la legge di modulazione dell'oscillazione uУ(t), la fase delle oscillazioni cambia:

Ф(t)= ü0t+kфм uШ(t),

dove kfm è un coefficiente di proporzionalità, numericamente uguale alla pendenza della caratteristica del modulatore di fase.

Con FM e PM, durante il processo di modulazione, viene influenzata la fase (angolo di fase) della vibrazione della portante, cioè Questi due tipi di modulazione sono variazioni della cosiddetta modulazione angolare.

1.3 Trasferimento messaggi discreti e tipologie di manipolazione

Il messaggio discreto generato dalla sorgente è una sequenza di caratteri selezionati da un set specifico. Per convertire una sequenza di caratteri di un messaggio discreto in un segnale primario, questi vengono prima codificati, ad es. ogni carattere del messaggio viene sostituito da una combinazione di un piccolo numero di caratteri standard, quindi questi caratteri standard vengono convertiti in segnali elettrici standard ui (Fig. 3).

Segnali T P S

Combinazioni di codici 00001 01101 10100

Riso. 3. Conversione dei messaggi durante la codifica

Come risultato della codifica, ogni carattere del messaggio viene rappresentato come una sequenza di simboli delle combinazioni alfabeto secondario - codice. La codifica può essere eseguita manualmente o automaticamente. Un dispositivo che esegue automaticamente l'operazione di codifica è chiamato codificatore.

L'operazione inversa, cioè Il recupero dei caratteri del messaggio dalle combinazioni di codici è chiamato decodifica e il dispositivo che esegue questa operazione è chiamato decodificatore. Tipicamente, il codificatore e il decodificatore eseguono anche le operazioni di conversione dei simboli in un segnale primario e del segnale primario in simboli; sono spesso combinati in un unico dispositivo: un codec. Il processo di conversione di un messaggio discreto in un segnale e di riconversione del segnale in un messaggio è mostrato nella Figura 4.

La modulazione discreta è un caso speciale di modulazione della portante armonica, quando il segnale modulante u(t) è discreto. Tale segnale modulante discreto è solitamente un segnale primario che rappresenta i simboli delle combinazioni di codici di messaggi discreti. La modulazione discreta è anche chiamata manipolazione.

Controllando i parametri della portante armonica utilizzando il segnale primario, è possibile ottenere una manipolazione di ampiezza, frequenza e sfasamento.

Nella fig. La Figura 5 mostra le forme d'onda in codice binario per vari tipi di modulazione discreta. Con AM, il simbolo 1 corrisponde alla trasmissione di un'oscillazione della portante durante il tempo T (invio), simbolo 0 - assenza di oscillazione (pausa). In FM, la trasmissione di un'onda portante con frequenza f1 corrisponde al simbolo 1 e la trasmissione di un'onda portante con frequenza f0 corrisponde a 0. Con PM binario, la fase della portante cambia di p ad ogni transizione da 1 a 0 e da 0 a 1.

Riso. 5. Forme d'onda in codice binario per vari tipi di modulazione discreta

Nei sistemi di trasmissione di messaggi discreti, il circuito decisionale è costituito da due parti: un demodulatore e un decodificatore.

1.4 Sistemi di trasmissione digitale dell'informazione

Le operazioni di campionamento e quantizzazione vengono utilizzate per convertire un messaggio continuo in forma digitale. La sequenza di rapporti quantizzati così ottenuti viene codificata e trasmessa su un canale discreto come un qualsiasi messaggio discreto. Dal lato ricevente viene ripristinato il messaggio continuo dopo la decodifica (con precisione variabile).

Il principale vantaggio tecnico dei sistemi di trasmissione digitale è finito sistemi continui risiede nella loro elevata immunità al rumore. Questo vantaggio è particolarmente evidente nei sistemi di trasmissione con più relè di segnale.

Con un sistema di messaggistica digitale continua, la fedeltà può essere aumentata utilizzando una codifica resistente al rumore. L'elevata immunità al rumore dei sistemi di trasmissione digitale consente comunicazioni a raggio virtualmente illimitato utilizzando canali di qualità relativamente bassa.

Consideriamo lo schema a blocchi di un canale digitale per la trasmissione di messaggi continui (Fig. 6).

Riso. 6. Schema a blocchi del sistema di trasmissione digitale

Il canale di trasmissione digitale comprende dispositivi per convertire un messaggio continuo in forma digitale - convertitore analogico-digitale(ADC) sul lato trasmittente e dispositivi per convertire il segnale digitale in forma continua - convertitore digitale-analogico(DAC) sul lato ricevente. L'output risultante ADC digitale il segnale viene trasmesso su un canale discreto. Un canale discreto contiene un codificatore, un modulatore, una linea di comunicazione, un demodulatore e un decodificatore. Sul lato ricevente, il DAC ricostruisce un segnale continuo dal segnale digitale ricevuto con precisione variabile.

In un convertitore messaggio-segnale, il messaggio continuo proveniente dall'uscita sorgente viene convertito in un segnale digitale.

La conversione analogico-digitale consiste in tre operazioni: prima, il messaggio continuo viene campionato nel tempo ad intervalli; i campioni ricevuti di valori istantanei vengono quantizzati; Infine, la sequenza risultante di valori quantizzati del messaggio trasmesso è rappresentata mediante codifica come una sequenza di simboli binari “0” e “1”.

Questa conversione è chiamata modulazione del codice a impulsi (PCM). Molto spesso, la codifica qui si riduce alla scrittura del numero del livello in forma binaria.

Il segnale PCM ricevuto dall'uscita dell'ADC viene fornito direttamente alla linea di comunicazione o all'ingresso del trasmettitore. Sul lato ricevente della linea di comunicazione, la sequenza di impulsi dopo la demodulazione e la rigenerazione nel ricevitore viene inviata a un convertitore digitale-analogico DAC, il cui scopo è quello di conversione inversa(recupero) di un messaggio continuo secondo la sequenza di combinazioni di codici ricevuta.

Il DAC include un dispositivo di decodifica progettato per convertire le combinazioni di codici in una sequenza quantistica di campioni e un filtro di livellamento che ricostruisce un messaggio continuo da valori quantistici.

La conversione di messaggi continui in forma digitale nei sistemi PCM è accompagnata dall'arrotondamento dei valori istantanei ai livelli di quantizzazione consentiti più vicini. L'errore di rappresentazione risultante è inamovibile, ma controllabile (poiché non supera la metà del passo di quantizzazione). Scegliendo un piccolo passo di quantizzazione è possibile garantire l'equivalenza dei messaggi originali e quantizzati secondo un dato criterio. L'errore di quantizzazione (errore), che è la differenza tra il messaggio originale e il messaggio ricostruito da campioni quantizzati, è chiamato rumore di quantizzazione.

2. Analisi di metodi per aumentare l'immunità al rumore dei sistemi di trasmissione delle informazioni

2.1 Codifica resistente al rumore

Qualsiasi influenza interferente esterna o interna su un segnale che causa deviazioni casuali del segnale ricevuto da quello trasmesso è chiamata interferenza. Le interferenze vengono classificate secondo i seguenti criteri: per origine, per proprietà fisiche, per natura dell'effetto sul segnale.

Per origine è necessario notare il rumore interno delle apparecchiature incluse nel canale di comunicazione: il cosiddetto rumore termico.

In base alle loro proprietà fisiche distinguono tra fluttuazione e interferenza concentrata. Il rumore di fluttuazione è una deviazione casuale delle quantità fisiche. Le interferenze concentrate nello spettro includono interferenze provenienti da stazioni radio estranee, generatori ad alta frequenza per vari scopi e interferenze transitorie da canali adiacenti di sistemi multicanale.

In base alla natura dell'impatto sul segnale, si distinguono l'interferenza additiva e quella moltiplicativa. Un additivo è un'interferenza i cui valori istantanei vengono sommati ai valori istantanei del segnale. L'interferenza additiva influisce sul dispositivo ricevente indipendentemente dal segnale e si verifica anche quando non c'è segnale all'ingresso del ricevitore.

Nei canali di comunicazione reali, di solito non c'è solo un'interferenza, ma una combinazione di esse.

L'uso di codici di correzione degli errori o codifica di correzione degli errori è mezzi efficaci aumentare l'affidabilità della trasmissione delle informazioni mantenendo la stessa velocità di trasmissione e i parametri energetici del canale di comunicazione e riducendo il rapporto segnale-rumore richiesto per garantire l'affidabilità specificata della ricezione delle informazioni. La codifica con rilevamento e correzione degli errori, di norma, è associata al concetto di ridondanza del codice, che alla fine porta a una diminuzione della velocità di trasmissione del flusso di informazioni lungo il percorso di comunicazione. La ridondanza sta nel fatto che i messaggi digitali contengono simboli aggiuntivi per garantire che ogni parola in codice sia univoca.

La seconda proprietà associata alla codifica di correzione del rumore è la media del rumore. Questo effetto è che i simboli ridondanti dipendono da diversi simboli di informazione. All'aumentare del numero di simboli ridondanti, la proporzione di simboli errati in un blocco tende al tasso di errore medio nel canale. Elaborando i simboli in blocchi, anziché uno dopo l'altro, è possibile ridurre il tasso di errore complessivo e, con una probabilità fissa di errore di blocco, la percentuale di errori che devono essere corretti. Tutti i codici attualmente conosciuti possono essere suddivisi in due grandi gruppi: a blocchi e continui. I codici a blocchi sono caratterizzati dal fatto che la sequenza caratteri trasmessi diviso in blocchi. Le operazioni di codifica e decodifica in ciascun blocco vengono eseguite separatamente. I codici continui sono caratterizzati dal fatto che la sequenza primaria di simboli che trasportano informazioni viene continuamente trasformata secondo una certa legge in un'altra sequenza contenente un numero in eccesso di simboli. In questo caso, i processi di codifica e decodifica non richiedono divisione caratteri del codice sui blocchi.

2.2 Sistemi di feedback

I sistemi per la trasmissione di informazioni discrete con feedback (OS) sono sistemi in cui la ripetizione delle informazioni precedentemente trasmesse avviene solo dopo aver ricevuto il segnale FE. I sistemi di feedback si dividono in sistemi con un sistema operativo decisionale e un sistema operativo informativo.

2.2.1 Sistemi con feedback decisionale

Nel ricevitore del sistema, le combinazioni accettate correttamente vengono accumulate in un accumulatore e, se dopo aver ricevuto il blocco almeno una delle combinazioni non viene accettata, allora viene generato un segnale di reinvio, uniforme per l'intero blocco. L'intero blocco viene ripetuto nuovamente e nel ricevitore del sistema vengono selezionate dal blocco le combinazioni che non erano state accettate durante la prima trasmissione. Le richieste vengono effettuate finché tutte le combinazioni del blocco non vengono accettate. Dopo aver ricevuto tutte le combinazioni, viene inviato un segnale di conferma. Dopo averlo ricevuto, il trasmettitore trasmette il successivo blocco di combinazioni (sistemi con riinterrogazione indirizzabile - ROS-AP). Questi sistemi sono per molti versi simili ai sistemi di accumulo, ma a differenza di questi ultimi, il ricevitore li genera e trasmette un segnale di ri-domanda complesso, che indica i numeri condizionali (indirizzi) delle combinazioni di blocchi non accettate dal ricevitore. In base a questo segnale il trasmettitore non ripete l'intero blocco, come in un sistema con accumulo, ma solo le combinazioni non ricevute (sistemi con trasmissione sequenziale delle combinazioni di codici - ROS-PP).

Conosciuto varie opzioni realizzazione di sistemi ROS-PP, i principali dei quali sono:

Sistemi con modifica dell'ordine delle combinazioni (ROS-PP). In questi sistemi il ricevitore cancella solo le combinazioni per le quali il dispositivo di decisione ha deciso di cancellare, e solo per queste combinazioni invia segnali di richiesta al trasmettitore. Le restanti combinazioni vengono consegnate al PI non appena arrivano.

Sistemi con ripristino dell'ordine delle combinazioni (ROS-PP). Questi sistemi differiscono dai sistemi ROS-PP solo perché il loro ricevitore contiene un dispositivo che ripristina l'ordine delle combinazioni.

Sistemi a compattazione variabile (ROS-PP). Qui il trasmettitore trasmette alternativamente combinazioni di sequenze e il numero di queste ultime viene selezionato in modo tale che al momento della trasmissione delle combinazioni il trasmettitore abbia già ricevuto un segnale OS per la combinazione precedentemente trasmessa di questa sequenza.

Sistemi con blocco del ricevitore per la durata della ricezione delle combinazioni dopo il rilevamento di un errore e ripetizione o trasferimento di un blocco dalle combinazioni (ROS-PP).

Sistemi con controllo delle combinazioni bloccate (ROS-PP). In questi sistemi, dopo aver rilevato un errore in una combinazione di codici e trasmesso un segnale di richiesta, le combinazioni h-1 successive alla combinazione con l'errore rilevato vengono monitorate per gli errori rilevati.

2.2.2 Sistemi con feedback informativo

La differenza nella logica di funzionamento dei sistemi con POS e IOS si manifesta nella velocità di trasmissione. Nella maggior parte dei casi, la trasmissione dei caratteri di servizio richiede meno energia e tempo rispetto alla trasmissione tramite canale diretto identificatori in un sistema con ROS. Pertanto la velocità di trasmissione del messaggio in avanti in un sistema con IOS è maggiore. Se l'immunità ai disturbi del canale inverso è maggiore dell'immunità ai disturbi del canale diretto, anche l'affidabilità della trasmissione dei messaggi nei sistemi con IOS è maggiore. Nel caso di un feedback completo e silenzioso delle informazioni, è possibile garantire una trasmissione senza errori dei messaggi sul canale di inoltro, indipendentemente dal livello di interferenza in esso contenuto. Per fare ciò, è necessario organizzare ulteriormente la correzione dei segnali di servizio distorti nel canale diretto. Un simile risultato, in linea di principio, è irraggiungibile nei sistemi con sistemi di distribuzione distribuita. Nel caso degli errori di raggruppamento, un ruolo significativo è giocato dalle condizioni in cui le parti di informazione e di controllo delle combinazioni di codici vengono trasmesse in entrambi i sistemi di comunicazione. Quando si utilizza IOS, spesso si verifica l'unica decorrelazione degli errori nei canali avanti e indietro.

Un ruolo importante nel confronto tra la trasmissione dei messaggi con POC e IOS viene giocato anche dalla lunghezza del codice utilizzato n e dalla sua ridondanza s/t. Se la ridondanza è piccola (s/n<0,3), то даже при бесшумном обратном канале ИОС практически не обеспечивает по достоверности преимущества перед РОС. Однако скорость передачи у систем с ИОС по-прежнему выше. Следует указать еще одно преимущество систем с ИОС, обусловленное различием в скорости. Каждому заданному значению эквивалентной вероятности ошибки соответствует оптимальная длина кода, при отклонении от которой скорость передачи в системе с РОС уменьшается. В системах с ИОС при s/n>0.3 È più vantaggioso trasmettere messaggi utilizzando codici brevi. Con l'affidabilità impostata in anticipo, la velocità di trasmissione diventa maggiore. Ciò è vantaggioso da un punto di vista pratico, poiché la codifica e la decodifica possono essere eseguite quando codici brevi Più facile. Con l'aumento della ridondanza del codice aumenta il vantaggio dei sistemi con IOS in termini di affidabilità della trasmissione anche quando i canali di andata e ritorno hanno la stessa immunità ai disturbi, soprattutto se la trasmissione di messaggi e ricevute in un sistema con IOS è organizzata in modo tale che gli errori in essi contenuti non sono corretti. Il guadagno di energia nel canale forward di un sistema con IOS risulta essere un ordine di grandezza superiore rispetto a un sistema con DOS. Pertanto, l'IOS fornisce in tutti i casi un'immunità al rumore uguale o superiore per la trasmissione dei messaggi sul canale diretto, in particolare con messaggi di grandi dimensioni e un canale inverso silenzioso. IOS viene utilizzato in modo più razionale nei sistemi in cui il canale inverso, a causa della natura del suo caricamento, può essere utilizzato per la trasmissione efficace delle informazioni di handshake senza pregiudicare altri scopi.

Tuttavia, la complessità complessiva dell'implementazione dei sistemi con IOS è maggiore rispetto ai sistemi con DOS. Pertanto, i sistemi con POC hanno trovato un'applicazione più ampia. I sistemi con IOS vengono utilizzati nei casi in cui il canale di reso può essere effettivamente utilizzato per la trasmissione delle ricevute senza pregiudicare altri scopi.

3. Calcolo delle caratteristiche dei sistemi di trasmissione delle informazioni

Durante il lavoro è necessario:

*determinare la velocità di trasferimento delle informazioni;

*selezionare il tipo di modulazione;

*selezionare un'opzione per costruire un sistema di trasmissione delle informazioni che garantisca al massimo la trasmissione di una determinata quantità di informazioni per sessione di comunicazione utilizzo efficace canali di comunicazione;

*sviluppare uno schema a blocchi del sistema;

*sviluppare un diagramma funzionale di un dispositivo ricevente o trasmittente e tracciare le caratteristiche temporali dei segnali in varie sezioni del dispositivo.

1. Determiniamo la velocità di trasferimento dati richiesta sul canale di comunicazione, a condizione che il volume informazioni ufficiali per sessione non supererà l'8%. La velocità di trasmissione delle informazioni V è uguale alla quantità di informazioni trasmesse su un canale di comunicazione per unità di tempo [bit/s]:

dove Iп è il volume delle informazioni trasmesse,

Tss - ora della sessione di comunicazione

La velocità di trasferimento delle informazioni risultante, pari a 2400 bit/s, corrisponde a GOST 17422-82.

La velocità di modulazione B è determinata dalla formula:

Calcoliamo il numero di posizioni del segnale. Sapendo questo, e sostituendo il valore originale alla larghezza di banda, otteniamo:

quelli. abbiamo un segnale a quattro posizioni. Quindi il tasso di modulazione è

2. Calcolare la larghezza di banda del filtro

La larghezza di banda del filtro non deve superare la larghezza di banda consentita di 3100 Hz. 1700 Hz? 3100Hz? È possibile utilizzare una velocità di modulazione di B = 1200 Baud.

Per modellare un segnale a quattro posizioni con una velocità dati di 2400 bps, sarà necessario utilizzare il doppio relativo codifica a spostamento di fase(DOFM).

3. Calcoliamo valore effettivo tensione di disturbo sulla banda passante del filtro?F±ф = 1700 Hz secondo la formula:

4. Potenziale immunità al rumore quando si utilizza il metodo DOPSK:

dove Ô(q) - Funzione Crump

Probabilità di errore

q - rapporto segnale/rumore

Con una velocità di modulazione B = 1200 Baud la probabilità di errore è:

5. Calcolare il valore efficace della tensione del segnale utilizzando la formula:

Livelli del segnale all'ingresso e all'uscita del canale:

Affinché il dispositivo trasmittente non si guasti, deve essere soddisfatta la seguente condizione:

dove: Psvkh - livello del segnale di ingresso,

Pmax - livello di segnale massimo consentito.

Per i canali di frequenza vocale Pmax = -13 dB.

La condizione (3.13) è soddisfatta, quindi questo tipo di modulazione può essere utilizzata per realizzare un sistema di trasmissione con questi parametri.

4. Schema strutturale e funzionale dei sistemi di trasmissione delle informazioni

codifica digitale discreta per l'immunità al rumore

1. Il sistema di trasmissione del segnale è costituito da un dispositivo di conversione del segnale di trasmissione (SCD), un canale di comunicazione e un dispositivo di conversione del segnale di ricezione (SDC).

Lo schema a blocchi del sistema di trasmissione delle informazioni è mostrato in Figura 7.

Riso. 7. Schema a blocchi del sistema di trasmissione delle informazioni

K - codificatore,

FM - modulatore del segnale di fase,

G - generatore,

PF - filtro passa banda,

OA - limitatore di ampiezza,

DF - demodulatore di fase,

LPF - filtro passa basso,

VU - dispositivo di uscita,

DK - decodificatore.

Il segnale dell'encoder entra nel modulatore, la cui uscita è una sequenza di impulsi positivi e negativi moltiplicati per un'oscillazione sinusoidale della portante creata dal generatore di impulsi G.

Il convertitore fornisce un cambiamento nella fase della frequenza portante.

Il filtro passa banda UPSper serve a limitare lo spettro del segnale trasmesso al canale di comunicazione.

Il filtro passa banda UPSpr è progettato per ridurre le interferenze provenienti dal canale di comunicazione. Limitare l'ampiezza dell'OA consente, in primo luogo, di eliminare quasi completamente l'influenza dei cambiamenti nell'ampiezza del segnale nel canale di comunicazione sulla durata dei segnali ricevuti e, in secondo luogo, di ridurre significativamente la distorsione degli elementi del segnale a causa di non- processi stazionari. Inoltre, l'OA riduce l'effetto del rumore impulsivo. Il demodulatore converte il segnale in impulsi CC. Il filtro passa-basso sopprime le armoniche più alte e i residui della portante nel segnale raddrizzato. Dispositivo di uscita La CU fornisce la forma e l'ampiezza dei segnali di uscita necessari per il normale funzionamento del ricevitore di informazioni PI.

2. Consideriamo il principio di funzionamento del sistema di trasmissione con DOPM.

Nella fig. 8. È mostrato lo schema funzionale del sistema di trasmissione delle informazioni.

Riso. 8. Schema funzionale del sistema di trasmissione delle informazioni.

La regola di codifica per DOFM è illustrata nella Tabella 1 (Raccomandazione ICITT V.26).

Tavolo. 1. Regola di codifica per DOFM.

Da quanto sopra segue che i modem DOPSK implementano la codifica su m = 4.

Con DOPSK, per la trasmissione di informazioni, ad esempio, vengono utilizzati gli sfasamenti p/2 e Zp/2 sul primo canale binario e 0 e p attraverso il secondo canale binario, il che è illustrato dai diagrammi vettoriali (Figura 9). Le linee continue mostrano le posizioni di fase dei vettori dei singoli canali e la linea tratteggiata mostra le posizioni di fase dei vettori a lavorare insieme due canali. Pertanto, qualsiasi combinazione di elementi unitari in ciascuno di canali binari corrisponde ad un certo sfasamento.

Riso. 9. Diagrammi vettoriali dei segnali DOPSK.

La sequenza di impulsi che arrivano al trasmettitore è divisa in coppie di bit, detti “dibit”. Sono possibili quattro diverse portate: 00, 01, 10 e 11. Il modulatore di fase utilizza principio dell'impulso, cioè la fase viene modificata aggiungendo impulsi nel processo di divisione della frequenza. In questo caso il salto di fase richiesto si ottiene come somma di tre salti più piccoli.

Il demodulatore DOPSK è progettato in modo tale che quando le fasi si spostano di 45° tra gli elementi dell'unità precedente e successiva, si ottengono zeri alle uscite di entrambi i canali, a? =225° -- unità, a? =135° all'uscita del primo canale - zero, il secondo - uno e a? =315° all'uscita del primo canale - uno e del secondo - zero. Con DOPSK, a parità di velocità di modulazione dell'OFM, la velocità di trasmissione effettiva è doppia, poiché ogni stato di fase corrisponde non a un bit di informazione (come con OFM), ma a due bit (uno per canale).

Conclusione

Durante il progetto del corso, ho studiato le tipologie di modulazione e individuato i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna di esse.

Come risultato di questo progetto del corso, è stato progettato un dispositivo di conversione del segnale, il cui compito principale è trasmettere segnali di dati su un canale di comunicazione con la velocità V richiesta e la probabilità di errore P0.

Per progettarlo sono stati calcolati i parametri del sistema di comunicazione. Ad un dato tasso di modulazione, DOPSK è stato scelto come il massimo modalità ottimale funzionamento, fornendo una determinata immunità al rumore a una determinata frequenza.

Per la tipologia di impianto prescelto è stato sviluppato uno schema strutturale e funzionale.

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Il dispositivo di trasmissione del radar primario ne determina in gran parte le caratteristiche prestazionali e il costo, tenendo conto dei costi operativi. I moderni radar a impulsi utilizzano trasmettitori realizzati utilizzando un circuito a stadio singolo o multistadio. In un trasmettitore a stadio singolo, il ruolo dello stadio finale e allo stesso tempo dell'eccitatore viene spesso svolto da un magnetron. Tali trasmettitori di solito hanno:

· ingombro e peso ridotti,

· alta efficienza,

· bassa stabilità della frequenza e della fase delle oscillazioni generate (i parametri di oscillazione dipendono in modo significativo dalla modalità operativa del magnetron e dai parametri del suo carico).

La necessità di utilizzare sistemi SDC digitali nei radar con un elevato coefficiente di soppressione delle interferenze provenienti da oggetti locali porta a requisiti elevati per la stabilità di fase delle oscillazioni del segnale di rilevamento. A questo proposito, i trasmettitori a magnetron trovano attualmente un uso limitato nei radar per il controllo del traffico aereo.

Il circuito principale del dispositivo di trasmissione di un promettente radar di un sistema di controllo del traffico aereo è a più stadi:

oscillatore principale

· moltiplicatori di frequenza,

· amplificatori di potenza,

· amplificatore di potenza in uscita.

Dignità:

· elevata stabilità della frequenza e della fase delle oscillazioni generate,

· metodo veramente coerente per la selezione di bersagli in movimento.

Difetto:

· grandi dimensioni e peso,

· bassa efficienza.

I klystron fly-through vengono spesso utilizzati come amplificatori di potenza in questi trasmettitori.

L'apparecchiatura di trasmissione di un radar a impulsi a doppia frequenza contiene due dispositivi di trasmissione: trasmettitori, che differiscono l'uno dall'altro per la frequenza portante dei segnali generati. Ogni trasmettitore, realizzato secondo un circuito multistadio, è progettato per generare una sequenza di impulsi radio alta frequenza, emessi dall'antenna radar, nonché per la formazione di oscillazioni ausiliarie:

· segnale di frequenza eterodina necessario per il funzionamento del convertitore frequenze del ricevitore,

· segnale della frequenza intermedia di riferimento, necessaria per il funzionamento del rilevatore di fase nel sistema SDC.

Se nel percorso di ricezione viene utilizzato un amplificatore parametrico a basso rumore, nel circuito del trasmettitore viene generato un altro segnale ausiliario: un segnale di pompa per questo amplificatore. Schema a blocchi di uno dei trasmettitori dispositivi radar mostrato in Fig. 1.5.

Consideriamo il principio di funzionamento del dispositivo trasmittente. L'oscillatore principale genera tre segnali:

· segnale di frequenza eterodina sotto forma di oscillazioni continue con una frequenza Fg,

· segnale di riferimento a frequenza intermedia sotto forma di oscillazioni continue con una frequenza F PR = 35 MHz,

· segnale modulato ad impulsi di frequenza intermedia sotto forma di una sequenza di impulsi radio con una frequenza portante FPR, con una durata di 7 μs e una frequenza di ripetizione degli impulsi della sonda radar.

Riso. 1.5. Schema a blocchi di un dispositivo di trasmissione radar a doppia frequenza (uno canale di frequenza)

IN stadi amplificatori Il sistema di controllo e l'amplificatore di potenza operazionale finale utilizzano klystron di transito multi-cavità che funzionano in modalità pulsata. Ciò si ottiene applicando impulsi di polarità negativa ai catodi klystron. I segnali di trigger per il modulatore di impulsi nel circuito del sistema di controllo vengono generati nel submodulatore del trasmettitore. Gli impulsi di modulazione con una durata di 3,3 μs per l'amplificatore finale sono generati da un potente modulatore di impulsi M, che è alimentato da una sorgente ad alta tensione IVN ed è realizzato sulla base di tiratroni. Gli impulsi di accensione del Thyratron sono generati da un submodulatore; hanno un'ampiezza di 800 V e una durata di 4 μs.

All'uscita dell'amplificatore finale si forma una sequenza di impulsi radio della durata di 3,3 μs con una potenza media del segnale di 3,6 kW, che viene trasmessa al sistema alimentatore d'antenna della stazione radar.

Connessione elettrica I nodi ad alta frequenza del trasmettitore sono progettati sotto forma di un percorso coassiale ad alta frequenza, che garantisce la distribuzione della potenza delle oscillazioni generate e l'uscita di una piccola parte della potenza per monitorare le prestazioni e la regolazione del trasmettitore. Per garantire le condizioni termiche necessarie del potente amplificatore operazionale Klystron, viene utilizzato un sistema di raffreddamento a liquido.

Caratteristiche tecniche fondamentali del trasmettitore

· Lunghezza d'onda operativa delle oscillazioni generate, cm................................................. ........................23

Potenza media di uscita delle oscillazioni generate, kW, non inferiore a 3,6

Durata dell'impulso radio, μs 3,3 ± 0,3

· Frequenza di ripetizione degli impulsi, Hz.... ~ 333

· Potenza del segnale in frequenza dell'oscillatore locale, mW, non inferiore................................ .... ...............60

· Tensione del segnale della frequenza intermedia di riferimento (con un carico di 75 Ohm), V, non inferiore a 1

Consideriamo il funzionamento dei principali dispositivi del percorso di trasmissione del radar.

L'oscillatore principale ha due canali indipendenti. Il primo canale genera oscillazioni della frequenza eterodina ed è composto da:

· dall'oscillatore al quarzo KG1,

· tre moltiplicatori di frequenza UMN con un fattore di moltiplicazione totale pari a 12,

· un amplificatore di tensione,

· tre amplificatori di potenza.

Tra KG1 e gli stadi moltiplicatori di frequenza sono collegati amplificatori di tensione e di potenza, che svolgono le funzioni di stadi buffer.

All'uscita dell'ultimo moltiplicatore di frequenza sono collegati in serie una testa di rilevamento passante per il monitoraggio del segnale di frequenza eterodina e un filtro di uscita per sopprimere le componenti di questo segnale con frequenze combinate. La testa del rilevatore e il filtro sono strutturalmente elementi del percorso RF coassiale del trasmettitore.

Schema a blocchi generalizzato di un trasmettitore radio. Classificazione dei radiotrasmettitori

La funzione distintiva di un dispositivo radiotrasmittente è la creazione di oscillazioni elettromagnetiche soggette a modulazione (manipolazione). Pertanto, con la comunicazione radio telegrafica manuale, le oscillazioni elettromagnetiche devono cambiare a seconda della pressione e. chiave (o chiavi Morse), per la comunicazione radio telefonica - secondo le vibrazioni create dal microfono, e per la comunicazione radio a stampa diretta - secondo il funzionamento dell'apparato telegrafico trasmittente.

Il dispositivo di trasmissione radio comprende: un convertitore di messaggi in un segnale elettrico primario (la parte trasmittente dell'apparecchiatura terminale), un trasmettitore radio e un sistema di alimentazione dell'antenna.

Parte trasmittente dell'apparecchiatura terminale converte il messaggio in un segnale elettrico primario. Questi dispositivi (microfono, telefono, chiave telegrafica, apparecchio telegrafico, ecc.).

Sistema alimentatore d'antenna assicura la trasmissione dei segnali generati nel trasmettitore radio all'antenna e quest'ultima emette questi segnali nello spazio circostante. Le antenne irradiano energia elettromagnetica in modo abbastanza efficiente solo se le dimensioni della parte irradiante dell'antenna sono commisurate alla lunghezza d'onda della vibrazione emessa. Da un lato è difficile realizzare antenne le cui dimensioni superino diverse centinaia di metri e addirittura poco pratiche per le stazioni radiomobili. Pertanto, per le stazioni radiomobili sono largamente utilizzate antenne di dimensioni non superiori alle centinaia di metri (solitamente decine e qualche metro). Per tali antenne, le frequenze delle oscillazioni eccitate solitamente superano le centinaia di kilohertz. A partire dai segnali elettrici primari CON(T) occupano solitamente una banda di frequenza relativamente stretta adiacente all'inizio dell'asse della frequenza, quindi vengono utilizzate oscillazioni ad alta frequenza che eccitano l'antenna come portatore di messaggi .

A questo scopo, uno o più parametri ad alta frequenza, vibrazione del portatore deve essere modificato in base alla legge sul segnale CON(T). Questo processo viene eseguito utilizzando dispositivi speciali ‒ modulatori . Pertanto, l'oscillazione della portante ad alta frequenza deve riflettere le proprietà del messaggio trasmesso e, con l'aiuto di un'antenna, essere convertita in onde elettromagnetiche che si propagano nell'ambiente.

Di conseguenza in ogni radiotrasmettitore, indipendentemente dalla tipologia dei messaggi trasmessi, essa deve essere effettuata tre processi fisici che costituiscono la base del suo lavoro:

Creazione (generazione) di oscillazioni armoniche della portante di radiofrequenza;

Controllo (modulazione) delle oscillazioni della portante per modificarne i parametri secondo la legge primaria segnale elettricoCON(T) ;

Amplificazione ottenuta nel processo di modulazione delle oscillazioni ad alta frequenza e di conversione in onde elettromagnetiche (onde radio).

La struttura effettiva del circuito del trasmettitore è determinata dallo scopo previsto e dai requisiti ad esso imposti. Questi ultimi sono formulati in base ai requisiti dell'emittente radiofonica nel suo insieme. Lo schema a blocchi generalizzato del trasmettitore comprende i seguenti elementi principali (Fig. 1).

Riso. 1 Schema a blocchi generalizzato del trasmettitore

Patogenoè la fonte delle vibrazioni del portatore. In esso viene eseguito il processo di modulazione, ad es. Vengono generati tutti i tipi di segnali tranne quelli pulsati e modulati in ampiezza.

I segnali modulati in impulso e ampiezza vengono solitamente generati negli stadi di uscita. Nei moderni trasmettitori militari non vengono generati segnali modulati in ampiezza, bensì segnali a banda laterale singola con portante non soppressa.

Per compensare parzialmente l'attenuazione residua lungo il percorso della comunicazione radio, le oscillazioni dell'eccitatore vengono solitamente amplificate fino ad ottenere la necessaria potenza fornita all'antenna trasmittente. Questa funzione del trasmettitore è implementata in percorso di amplificazione. In questo percorso viene prestata particolare attenzione all'ultimo stadio, che fornisce una determinata quantità di potenza in uscita ai trasmettitori. Vengono chiamati tutti gli stadi collegati tra l'eccitatore e lo stadio di uscita stadi di preamplificazione.

Le migliori condizioni per trasferire la potenza in uscita dallo stadio finale all'antenna vengono create includendo nel circuito il cosiddetto dispositivi corrispondenti(dispositivo di adattamento dell'antenna). La necessità di questo dispositivo è dettata dall’insufficiente adattabilità dei parametri elettrici dell’antenna, principalmente la sua impedenza di ingresso, al circuito elettrico dello stadio di uscita.

La potenza specificata dei segnali radio nei trasmettitori è fornita dall'energia delle fonti di alimentazione, primaria e secondaria.

A seconda dello scopo previsto, tutti i dispositivi di trasmissione radio sono classificati in radiodiffusione, comunicazione, radar, ecc. La classificazione dei trasmettitori di comunicazione è mostrata in Fig. 2. La classificazione sopra riportata non è esaustiva poiché non copre tutte le caratteristiche distintive dei trasmettitori (stazioni radio).

Riso. 2 Classificazione dei trasmettitori di comunicazione

Requisiti per i trasmettitori radio

Per lo sviluppo di successo di qualsiasi dispositivo di trasmissione radio, è necessario giustificarlo correttamente e formularlo rigorosamente requisiti tecnici a lui. Se i requisiti non sono completamente formulati, il dispositivo sviluppato non soddisferà pienamente il suo scopo. Al contrario, requisiti eccessivamente severi portano a ulteriori difficoltà indesiderate durante lo sviluppo, allungano i tempi di sviluppo, rendono il dispositivo ad alta intensità di manodopera per la produzione e la regolazione, meno affidabile nel funzionamento, ecc.

Tutti i requisiti possono essere suddivisi in due gruppi: requisiti per le caratteristiche elettriche e requisiti generali.

Diamo prima un'occhiata ad alcuni requisiti elettrici.

1. Potenza

Il parametro più importante del trasmettitore, che determina la portata e l'affidabilità delle comunicazioni radio, è potenza di uscita trasmettitore. Ecco perché questa caratteristica è inclusa nelle caratteristiche della stazione radio nel suo insieme. La quantità richiesta di potenza del trasmettitore è determinata dal calcolo energetico della linea di comunicazione radio, tenendo conto della sua attenuazione, della sensibilità del ricevitore radio, della classe di radiazione e delle condizioni di ricezione, in particolare dell'ambiente di interferenza, delle possibilità di utilizzo determinate antenne e le proprietà direzionali delle antenne utilizzate.

In alcuni casi, la potenza del trasmettitore si riferisce alla massima potenza oscillatoria ricevuta dalla lampada (transistor) dello stadio di uscita. IN quest'ultimo caso questa potenza potrebbe non coincidere con la potenza fornita all'antenna, ad esempio a causa di perdite nel dispositivo di adattamento.

I trasmettitori sono classificati in base alla loro potenza secondo la tabella. 1.

Tabella 1

Classificazione	Poteri del trasmettitore
	comunicazioni, telefonia mobile	trasmesso, stazionario
Piccolo 1 gruppo energia	R ≤ 1 W
	1 W< Р≤ 10 Вт
	10 W<Р≤100 Вт
Potenza media	100 W<Р≤ 1 кВт	100 W< Р ≤ 10 кВт
Potente	–	10 chilowatt < P ≤ 1000kW
Ad alta potenza	P >1kW	–
Robusto	–	P > 1000kW

2. Gamma di frequenza operativa

Gamma di frequenza operativa Fmin.— FMassimo. assegnato al trasmettitore è determinato dalle condizioni per l'organizzazione delle comunicazioni radio, dalla sua portata e dall'effettiva occupazione di alcune sezioni dello spettro delle radiofrequenze servizi speciali(radiodiffusione, televisione, radionavigazione, ecc.), l'efficienza dei dispositivi di antenna e le loro dimensioni, la larghezza di banda del segnale radio, il numero richiesto di frequenze operative, ecc.

Requisito di sovrapposizione vasta gamma frequenze complicano notevolmente la progettazione del trasmettitore. Nonostante ciò, negli ultimi anni si è tendenza a costruire trasmettitori radio a largo raggio nelle gamme dei decametri e dei metri con coefficiente di sovrapposizione della frequenza:

Il valore di questo coefficiente dovrebbe essere fino a 20 o più.

Valore K F a seconda dello scopo previsto del trasmettitore, può essere piccolo, nell'ordine di 1,1-2, ad esempio, per ripetitori radio, trasmettitori troposferici e satellitari, stazioni radio portatili. Sono possibili trasmettitori solo per poche frequenze. Intero intervallo Fmin.— FMassimo possono sovrapporsi senza problemi, mentre il trasmettitore può essere sintonizzato su qualsiasi frequenza (anche di prova) o in modo discreto con passaggi discreti Δ F Con. In quest'ultimo caso le frequenze sono fisse. Numero di frequenze fisse è determinato dall'espressione:

Valore Δ FCon può essere 10, 5, 2, I, a volte 0,1 e persino 0,01 kHz nella gamma di frequenze del decametro. Nell'intervallo del misuratore, un possibile insieme di valori Δ FConè composto da 200, 100, 75, 50, 25, 1 kHz. Negli intervalli decimetrici e centimetrici, il valore di Δ FCon può raggiungere diversi megahertz.

3. Stabilità della frequenza

Sebbene il numero esatto di trasmettitori (compresi quelli militari) operativi sul globo sia attualmente sconosciuto, il numero stimato è di milioni. A causa delle gamme di frequenza radio limitate, ciascuna stazione radio deve irradiare uno spettro dell'ampiezza minima richiesta, determinata dalla natura del messaggio trasmesso. Inoltre, per ridurre le interferenze reciproche, è opportuno mantenere una frequenza operativa dedicata delle oscillazioni emesse alto grado precisione e coerenza.

L'instabilità della frequenza delle oscillazioni in uscita del trasmettitore è completamente determinata dall'instabilità della frequenza dell'eccitatore.

Elevata stabilità della frequenza delle oscillazioni emesse è dettata anche dai requisiti di non-ricerca di ingresso nella comunicazione e di non-aggiustamento della comunicazione. I requisiti più severi per la stabilità della frequenza sono imposti ai trasmettitori a banda laterale singola e ai trasmettitori con possibilità di funzionamento multicanale. I problemi più difficili da risolvere sono i problemi di stabilizzazione della frequenza nei trasmettitori di grandi dimensioni Kf. e alle alte frequenze.

Deviazione della frequenza di oscillazione all'uscita del trasmettitore radio F H per un certo periodo di tempo relativo alla frequenza impostata (valore nominale Fnom.) chiamato assoluta instabilità della frequenza del radiotrasmettitore:

Δ F=F N - F nom.

Poiché le stazioni radio operano su un'ampia varietà di frequenze, i requisiti per la stabilità della frequenza sono espressi in unità relative:

Questa quantità si chiama relativa instabilità frequenze.

L’implementazione dei requisiti di stabilità della frequenza diventa più difficile man mano che questi requisiti diventano più rigorosi. A questo proposito, rappresentano un compromesso tra ciò che si desidera e ciò che è fattibile in un dato stadio dello sviluppo tecnologico o ciò che è economicamente giustificato. Questi requisiti sono sempre specificati in relazione a determinate categorie di emittenti radiofoniche. Sono sempre più severi per gli apparecchi fissi ufficiali e si indeboliscono quando si passa ad apparecchiature di serie, alle stazioni radiomobili che operano in condizioni operative difficili.

Le elevate esigenze poste alla stabilità della frequenza dei trasmettitori sono determinate dalla necessità di garantire una comunicazione senza ricerca e senza sintonizzazione. Allo stesso tempo, le azioni dell’operatore nel controllo della stazione radio sono semplificate e l’intero spettro della vibrazione utile emessa deve rientrare completamente nella banda passante della selettività principale del ricevitore del corrispondente.

Riso. 3 Fornire la larghezza di banda del ricevitore necessaria

A loro volta, si sforzano di restringere il più possibile la larghezza di banda necessaria del ricevitore del corrispondente per ridurre il livello di rumore e interferenze durante la ricezione radio. La larghezza di banda minima del ricevitore non può essere inferiore a:

Δ F segnale +Δ F n ep. ,

dove Δ F segnale – banda di frequenza occupata dal segnale radio;

Δ F n ep. ‒ la massima deviazione possibile della frequenza del radiotrasmettitore associata alla sua imprecisione.

Banda Δ F segnale può essere considerata una banda utile, all'interno della quale è contenuta la maggior parte della potenza del trasmettitore (spesso 98...99%). Valore Δ F n ep. (Fig. 2.3) è un inutile ampliamento della banda di frequenza del ricevitore, a causa della quale aumenta il livello di interferenza. Pertanto, la diminuzione di Δ F n ep. è equivalente al guadagno di potenza del trasmettitore. Questo guadagno è tanto maggiore quanto più pronunciata è la disuguaglianza Δ F segnale >>Δ F n ep. Questa condizione mostra che i requisiti per la stabilità della frequenza aumentano quando si utilizzano tipi di segnali radio a banda stretta, quando Δ F segnale - è piccolo e diminuisce quando si utilizzano tipi di trasmissione a banda larga.

Inoltre, i maggiori requisiti di stabilità della frequenza sono talvolta associati ad altri fattori, ad esempio la distorsione delle informazioni ricevute dovuta all'asincronismo dell'oscillazione della portante durante la trasmissione radio a banda laterale singola.

Ecco perché il requisito più importante all'oscillatore principale (eccitatore). alta precisione e costanza della frequenza delle oscillazioni generate.

4. Coefficiente di efficienza (efficienza)

L'efficienza del trasmettitore è definita come il rapporto tra la potenza di uscita del trasmettitore R E a tutta la potenza consumata dal trasmettitore R consumo :

Questo valore, a seconda della potenza del trasmettitore e della sua complessità (nonché base dell'elemento), può variare da pochi punti percentuali a diverse decine di punti percentuali. Quindi, per trasmettitori da 200 watt η =20-30%, per trasmettitori con portata decametrica 30-50 kW η =40-50%.

La Figura 4 mostra la distribuzione approssimativa di tutto il consumo energetico R consumo

Fig.4 Distribuzione approssimativa del consumo energetico totale R consumo

Le quantità R A e η influenzare in modo significativo la potenza (o la capacità) delle fonti di energia primarie. A questo proposito, è particolarmente importante aumentare l'efficienza dei trasmettitori delle stazioni radio portatili e portatili, poiché l'intensità energetica degli alimentatori è strettamente limitata dal peso e dalle dimensioni delle stazioni radio. L'aumento dell'efficienza è importante in qualsiasi trasmettitore anche perché, a parità di consumo energetico, si riducono le perdite all'interno del trasmettitore sotto forma di calore. A questo proposito, il regime termico è facilitato (cosa particolarmente importante per i trasmettitori a transistor), il sistema di raffreddamento è semplificato, il che consente di ridurre le dimensioni e il peso del trasmettitore e ha un effetto benefico sul miglioramento delle caratteristiche prestazionali.

5. Emissioni minori

Quando si effettua una comunicazione radio, l'uscita del dispositivo di trasmissione radio dovrebbe avere solo principali radiazioni , cioè. radiazione nella banda di frequenza richiesta.

Banda di frequenza richiesta ‒ è la banda di frequenza minima del segnale sufficiente affinché una data classe di radiazione trasmetta un messaggio nel sistema con la velocità e la qualità richieste.

Purtroppo, a causa dell'imperfezione del trasmettitore radio, quest'ultimo è una sorgente emissioni minori , il cui spettro è al di fuori della banda di frequenza richiesta. Di conseguenza, alle frequenze di queste emissioni il trasmettitore fungerà da fonte di interferenza. Nel contesto del progressivo aumento del numero di apparecchiature radioelettroniche funzionanti contemporaneamente per vari scopi, la necessità di combattere le radiazioni non essenziali, in particolare regolando il livello di queste radiazioni, sembra del tutto naturale.

Tutte le emissioni non tradizionali sono convenzionalmente suddivise in emissioni spurie e fuori banda (Fig. 5).

Emissioni fuori banda trasmettitore - questa è una classe di emissioni non tradizionali in bande di frequenza adiacenti alla banda di radiazione richiesta, derivanti dal processo di modulazione mediante rumore o segnale primario.

Fig.5 Emissioni minori

Emissioni spurie sono causati da processi non lineari che si verificano quando correnti ad alta frequenza fluiscono attraverso elementi non lineari del circuito elettrico del trasmettitore. Di norma, la loro comparsa non è associata al processo di modulazione.

A causa della natura specifica della comparsa di radiazioni spurie, si dividono in:

Radiazioni accese armoniche(frequenze multiple della frequenza della radiazione principale);

Radiazioni accese subarmoniche(frequenze i cui valori sono un numero intero di volte inferiore alla frequenza della radiazione principale), caratteristici dei trasmettitori in cui le frequenze della radiazione principale sono ottenute moltiplicando frequenze inferiori;

- combinatorio emissioni caratteristiche dei trasmettitori con
la cosiddetta stabilizzazione al quarzo della frequenza dell'eccitatore;

-intermodulazione radiazione che si verifica nei casi in cui le oscillazioni di uscita di un trasmettitore ricadono (per la presenza di un collegamento funzionale o costruttivo tra trasmettitori funzionanti contemporaneamente) nello stadio di uscita di un altro, mentre si creano oscillazioni sugli elementi non lineari presenti negli stadi di uscita con frequenze diverse dalle frequenze dei principali trasmettitori funzionanti di radiazioni.

6. Classi di segnali emessi

L'uso di una particolare classe di radiazioni è determinato dall'immunità al rumore del sistema di comunicazione radio con un determinato tipo di modulazione, nonché dallo scopo previsto del trasmettitore (stazione radio). In particolare, la stazione radio progettata deve fornire la capacità di lavorare con stazioni radio di progettazione precedente.

I trasmettitori di comunicazione a bassa potenza funzionano molto spesso con uno, due o meno spesso tre tipi di segnali emessi. I trasmettitori radio di media e alta potenza, di norma, sono universali in termini di tipi di radiazioni: hanno una vasta gamma di segnali sia telefonici che telegrafici.

Ogni classe di radiazioni ha la propria banda di radiofrequenza. Secondo le raccomandazioni dell'ICCR larghezza di banda di emissione occupata - si tratta di una banda di frequenza, oltre i cui limiti inferiore e superiore, le potenze medie emesse rappresentano ciascuna lo 0,5% della potenza media totale emessa da un dato trasmettitore.

Il CCIR è il Comitato consultivo internazionale per le radiocomunicazioni, uno degli organi permanenti dell'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU), un'agenzia specializzata delle Nazioni Unite.

Se l'emissione principale all'interno della banda di frequenza richiesta contiene il 99% e le emissioni fuori banda - l'1% della potenza di emissione media totale del trasmettitore, la larghezza di banda di emissione è considerata uguale alla banda di frequenza richiesta. In questo caso parliamo di radiazione perfetta (Fig. 6,a). Più spesso, l'ampiezza della radiazione supera la banda richiesta (Fig. 6b), ad es. il trasmettitore ha una radiazione imperfetta. Talvolta, a causa della diminuzione della qualità del segnale trasmesso, è possibile realizzare una radiazione più stretta che perfetta (Fig. 6c).

Fig.6 Larghezza di banda della radiazione occupata

Con l'obiettivo di miglior utilizzo spettro delle radiofrequenze e riduzione delle emissioni fuori banda Il CICR raccomanda l'uso di segnali a banda stretta che forniscano la larghezza di banda minima richiesta delle emissioni, in particolare, il massimo utilizzo di segnali a banda laterale singola e garantendo l'arrotondamento dei fronti di segnali telegrafici durante le comunicazioni radio telegrafiche.

7. Requisiti generali

In genere al progettista viene data la libertà di scegliere il design del trasmettitore. Nelle specifiche tecniche sono specificate solo le condizioni per il posizionamento del trasmettitore, in particolare il tipo di base di trasporto (o condizioni stazionarie), peso e dimensioni e condizioni climatiche.

Il problema del peso e delle dimensioni è particolarmente serio quando si progettano trasmettitori radio indossabili e trasmettitori installati su aeromobili (aerei, veicoli spaziali), veicoli blindati, ecc. In questi casi vengono solitamente utilizzate soluzioni circuitali più semplici, vengono utilizzati materiali e design speciali e viene pensata un'installazione compatta con l'uso simultaneo, se necessario, di misure di raffreddamento forzato. Tutto ciò non dovrebbe essere fatto a scapito della riduzione dell’affidabilità.

Requisito di affidabilità ‒ uno dei più importanti di sempre, e soprattutto per i trasmettitori mobili. La sua attuazione si realizza, in particolare:

Resistenza elettrica e meccanica dei componenti e dell'intera struttura;

Utilizzo di materiali di alta qualità;

Inammissibilità di condizioni di servizio gravoso (asportazione di calore insufficiente, funzionamento di dispositivi elettronici con correnti e tensioni prossime ai valori limite, ecc.);

Semplificazione dello schema al disegno.

Per i trasmettitori mobili e portatili l'implementazione è di grande importanza pratica climatica e meccanica requisiti. Pertanto questi trasmettitori devono mantenere la loro funzionalità nell'intervallo di temperatura da -40 a +50°C con umidità relativa fino al 98% e una diminuzione pressione atmosferica fino a 350 mmHg. Arte. L'indipendenza dalle condizioni climatiche si ottiene sigillando le parti, utilizzando guarnizioni a prova di umidità, materiali con coefficienti di temperatura bassi e compensazione termica. I requisiti meccanici per questi trasmettitori sono estremamente severi e devono essere rispettati funzionamento affidabile in condizioni di vibrazione e scuotimento.

Per i trasmettitori fissi, i requisiti di cui sopra sono generalmente notevolmente meno rigidi.

L'indicatore di affidabilità comprende anche la manutenibilità e, se necessario, deve essere previsto un sistema di ridondanza.

A causa della crescente complessità delle apparecchiature, stanno diventando più rigorosi requisiti ergonomici ai trasmettitori. Questi includono, in particolare:

Il numero di controlli necessari all'operatore per eseguire le operazioni elencate;

Disponibilità e semplicità di un sistema di monitoraggio delle prestazioni integrato;

Tempo di disponibilità al lavoro dopo l'accensione;

Tempo di transizione (sintonizzazione) da una frequenza all'altra;

Tempo di transizione dal lavoro telefonico a quello telegrafico (e viceversa), ecc.

Pertanto un adeguamento a lungo termine non è accettabile per trasmettitori nei quali, a causa delle condizioni operative, è necessario modificare frequentemente le frequenze operative, ad esempio nel caso di funzionamento nei cosiddetti sistemi di comunicazione radio adattativi.

Il sistema adattivo si adatta automaticamente alle mutevoli condizioni di comunicazione, ad esempio, passa rapidamente a una nuova frequenza operativa quando la frequenza precedente è influenzata da interferenze (adattamento della frequenza).

I requisiti elencati sono ampiamente soddisfatti dall'utilizzo di sistemi di automazione. A questo proposito, il circuito diventa più complesso e l'indicatore di affidabilità del trasmettitore diventa più rilevante.

Strettamente legati ai requisiti ergonomici sono i requisiti sicurezza personale di manutenzione, operatori. Quanto più potente è il trasmettitore, tanto più elevate saranno le gradazioni di tensione di alimentazione che utilizza. Raggiungono diverse decine di kilovolt e rappresentano un serio pericolo per l'uomo. Pertanto, tutte le parti e i cavi del trasmettitore si trovano all'interno di armadi (blocchi), i cui schermi metallici (involucri) devono avere una messa a terra affidabile (nei trasmettitori a terra) o un collegamento allo scafo di una nave e di un aereo (in navi e trasmettitori aerei). Nei trasmettitori con tensioni superiori a 300 V, le condizioni tecniche richiedono l'uso di due interblocchi indipendenti: elettrico e meccanico.

Pertanto, quando si apre la porta (rimuovendo i blocchi), le alte tensioni dovrebbero essere automaticamente disattivate; l'accesso a potenti raddrizzatori è possibile solo dopo aver scaricato i condensatori del filtro sull'alloggiamento, ecc. In molti casi viene utilizzata una segnalazione aggiuntiva, iscrizioni speciali ecc. Quanto più potente è il trasmettitore, tanto più ramificato è il suo sistema di controllo, blocco e segnalazione (UBS).

Lezione 29

Scopo e schema a blocchi del trasmettitore radio

Principali fasi dello sviluppo dei trasmettitori radio

I radiotrasmettitori sono dispositivi radiotecnici utilizzati per generare, alimentare e modulare le oscillazioni HF e microonde fornite all'antenna e irradiate in produzione.

Un segnale è una vibrazione che trasporta informazioni.

Un segnale elettromagnetico emesso nello spazio è chiamato segnale radio.

I primi RPD sviluppati (16/03/1859 nella regione di Perm) da A.S. Popov e Marconi erano basati su scintille.

Fig. 1. Schema semplificato del ricevitore radio di Popov

Fig.2. Oscillatore Hertz

7 maggio 1895 All'Università di San Pietroburgo, Popov dimostrò per la prima volta il suo sensibile rilevatore di gas, che riceveva oscillazioni emesse da un oscillatore Hertz modificato. Questo giorno è celebrato come il Giorno della Radio. Più tardi il 24 marzo 1896 Ha dimostrato il radiotrasmettitore Spark da lui creato, che trasmette il primo radiogramma al mondo su una distanza di 250 m da un edificio all'altro in codice Morse. È stato registrato su un nastro telegrafico (“Heinrich Hertz”)

L'essenza dell'oscillatore era che una bobina di induzione era collegata a due aste di ottone, alle cui estremità erano attaccate sfere che riscaldavano cariche elettriche, creando una tensione di diverse decine di kilovolt. Le sfere lucidate erano attaccate alle altre estremità delle aste, lo spazio tra loro (spark gap) era di diversi millimetri. Quando la tensione superava la tensione di rottura, nell'intercapedine lampeggiava una scintilla e venivano eccitate oscillazioni elettromagnetiche, lunghezza d'onda = 2 l. Due aste con sfere: un vibratore.

Fig.3. Schema semplificato del trasmettitore radio di Popov

Fig.4. Versione semplificata del trasmettitore radio:

a – diagramma; b – grafico delle fluttuazioni.

Quando K1 è chiuso, K2 è aperto e viceversa. Quando K1 è chiuso, il condensatore C viene caricato su E; quando K1 è aperto e K2 è chiuso, nel circuito si verifica un processo oscillatorio smorzato. Nel trasmettitore radio (Fig. 4), il ruolo dei gruppi di contatti è svolto da un interruttore che, quando si preme il braccio, crea impulsi nell'avvolgimento primario, mentre nell'avvolgimento secondario si forma un'alta tensione, che periodicamente porta a nel circuito dell'antenna si verificano guasti elettrici allo spinterometro e oscillazioni smorzate. La durata dell'invio dei trattini e dei punti corrispondenti.

Riso. 3, come onda elettromagnetica, Popov ha utilizzato un oscillatore Hertz (Fig. 2), in cui la generazione di oscillazioni HF è una conseguenza di una scarica di scintilla, e come registratore, un coherer migliorato - un tubo di vetro lungo 70 mm e 10 mm di diametro, riempiti per metà con limatura di ferro. Due piastre sottili, larghe 2 mm, erano fissate alle pareti interne del tubo con uno spazio di 2 mm. Il coherer reagiva alle scariche elettriche chiudendo un circuito di relè elettromagnetici, i cui contatti chiudevano il circuito di attivazione del campanello.

Dopo ogni ricezione di un segnale, il Cogerer doveva essere scosso in modo che le piastre di ferro diventassero nuovamente sensibili alle cariche elettriche. Lo scuotimento avvenne automaticamente; con l'aiuto di una campana, un martello colpì il tubo Kogerer. Popov collegò un lungo filo al Cogerer per aumentare la sensibilità. Pertanto, il dispositivo ha iniziato a rispondere ai tuoni (da cui il nome).

Uno schema semplificato del trasmettitore radio di Popov è mostrato in Fig. 3. Per comprendere come è avvenuta la generazione delle oscillazioni HF in un tale trasmettitore, considerare un diagramma semplificato (Fig. 4). La radiotrasmittente di A. S. Popov contiene tutto elementi necessari, fornendo tutte le funzioni di base del trasmettitore. La generazione viene effettuata convertendo l'energia di una fonte di corrente continua nell'energia delle oscillazioni HF utilizzando un chopper, un circuito d'antenna e uno spinterometro, e la modulazione viene eseguita utilizzando un interruttore.

Quindi iniziarono a utilizzare generatori di macchine (frequenza 15 kHz, potenza 2 kW).

In futuro, ci sono 3 direzioni principali:

1) aumentare la potenza delle oscillazioni continue generate; 2) ridurre l'instabilità di frequenza; 3) padroneggiare le gamme di frequenza più elevate.

Questi problemi furono risolti dai dispositivi di aspirazione elettrica, che resero i trasmettitori radio più affidabili, durevoli e di piccole dimensioni.

L'RPD è un insieme di singole cascate e blocchi. Quelli più importanti includono:

Un auto-oscillatore o generatore autoeccitato è una sorgente di frequenze RF e microonde. A seconda della stabilizzazione della frequenza si distingue il quarzo o senza quarzo;

un generatore con eccitazione esterna o indipendente è un amplificatore del segnale RF o microonde in termini di potenza. A seconda del PP, si distinguono i generatori a banda stretta e a banda larga.

Moltiplicatore di frequenza;

Il convertitore di frequenza è progettato per spostare la frequenza di oscillazione alla frequenza richiesta;

Divisore di frequenza;

Modulatore di frequenza, progettato per la modulazione di fase;

Modulatore di fase;

Filtri per far passare un segnale solo in una determinata banda di frequenza. Esistono filtri passa banda, passa basso, passa alto e notch;

Dispositivi di abbinamento utilizzati per abbinare l'impedenza di uscita del trasmettitore radio impedenza di ingresso antenne.

I principali blocchi costituiti da cascate comprendono:

L'unità di alimentazione del segnale RF o microonde è costituita da generatori collegati in serie con eccitazione esterna;

Blocco moltiplicatore di frequenza, utilizzato nel caso di un coefficiente moltiplicatore elevato;

Sintetizzatore di frequenza, utilizzato per generare un insieme discreto di frequenze;

Un eccitatore comprendente un sintetizzatore di frequenza, un modulatore di frequenza o di fase;

Modulatore di ampiezza;

Modulatore di impulsi;

AFU che collega l'uscita RPD all'antenna e contiene un filtro, un accoppiatore direzionale, unidirezionale in ferrite e dispositivi di adattamento;

Unità di controllo automatiche utilizzate per stabilizzare i parametri RPD. Sono costruiti su un microprocessore.

Il passaggio da una frequenza all'altra viene effettuato tramite un interruttore elettrico. A elevato numero L'eccitatore di frequenze operative è un sintetizzatore di frequenza digitale costruito sulla base di un grande circuito integrato(BRI).

Il principio di funzionamento dei trasmettitori di comunicazioni di spedizione.

Nelle comunicazioni di dispacciamento, i più utilizzati sono i trasmettitori con modulazione hardware, utilizzati per le comunicazioni radio in modalità telefonica.

Fig.1 Schema a blocchi del ricevitore di comunicazione di dispacciamento

Il segnale ricevuto proviene dall'antenna al circuito di ingresso (IC), che è un sistema oscillatorio risonante costituito da induttori e condensatori. È sintonizzato sulla frequenza del segnale "fc della stazione ricevuta e lo trasmette ad un amplificatore ad alta frequenza (UHF). Tale amplificatore contiene come carico un circuito oscillante, anch'esso sintonizzato sulla frequenza del segnale fc .

La larghezza di banda del circuito oscillatorio è correlata al suo rapporto di fattore di qualità.

2 Δ F C = F ris / Q

Dove F ris - frequenza di risonanza;

Q è il fattore di qualità del circuito.

L'espressione (1.1) in prima approssimazione si applica anche a sistemi multi-loop più complessi.

Il fattore di qualità Q varia poco con la frequenza. All'interno dell'intervallo di lunghezze d'onda rimane praticamente costante. I valori approssimativi del fattore di qualità dei circuiti per varie gamme sono mostrati nella tabella. 2. Qui vengono forniti anche i dati sulla larghezza di banda, calcolati utilizzando l'espressione (1.1) per una delle frequenze di ciascuna gamma.

L'oscillatore principale di tale trasmettitore (MG) è progettato per generare oscillazioni della frequenza portante fo con elevata stabilità, che garantisce una comunicazione casuale. Instabilità relativa ammissibile Fo nella gamma VHF è (10÷50) 10 -6, mentre nella gamma HF non supera (0,5÷50) 10 -6. Questi valori si ottengono utilizzando la stabilizzazione della frequenza al quarzo e posizionando i generatori in un termostato.

L'instaurazione della comunicazione senza ricerca nei moderni trasmettitori è garantita dalla formazione di una griglia discreta di frequenze operative nel GB con la possibilità di selezionarne una qualsiasi. Ciò si ottiene utilizzando sintetizzatori di frequenza come MG. Il passo della griglia di frequenza nella parte della gamma VHF assegnata alle comunicazioni radio di invio (118-136 MHz) è di 25 kHz secondo gli standard ICAO, il che consente di ottenere 720 onde di comunicazione fisse. Nella gamma HF (2-30 MHz), l'intervallo tra le frequenze della griglia adiacenti è di 100 Hz e il numero di onde fisse raggiunge 280mila.

La stabilità della frequenza GB dipende in gran parte dal carico, i cui parametri possono cambiare durante la ricostruzione del trasmettitore e sotto l'influenza di vari fattori destabilizzanti (tensione di alimentazione, temperatura, umidità dell'aria, ecc.). Per evitare tale influenza, tra il generatore principale e gli stadi successivi del trasmettitore è installato un amplificatore buffer (BU), che ha un'elevata impedenza di ingresso e rappresenta un carico insignificante per il generatore principale. Lungo il percorso, l'unità di controllo svolge la funzione di preamplificatore ad alta frequenza, sviluppando la potenza necessaria per far funzionare l'amplificatore successivo.

L'amplificatore di potenza (PA) è progettato per ottenere il livello di potenza del segnale richiesto nell'antenna del trasmettitore. L'ampiezza della frequenza portante è modulata nel PA. Per fare ciò, il suo guadagno viene modificato in base al valore istantaneo del segnale modulante. Il guadagno PA può essere controllato in diversi modi. Molto spesso viene utilizzata la corrente di alimentazione PA, modificandola in base alla legge del segnale modulante. Un livello sufficiente di corrente si ottiene dal modulatore M, che è un amplificatore a bassa frequenza, il cui ingresso viene fornito con un segnale dal microfono Mk.

La profondità di modulazione m dipende sia dall'ampiezza del segnale audio all'ingresso M che dal suo guadagno. Per evitare la doppia modulazione causata dall'aumento del volume dei suoni davanti al microfono, viene utilizzato il controllo automatico della profondità di modulazione (ADM). La sua essenza sta nel ridurre il guadagno M all'aumentare del valore medio m all'uscita del trasmettitore ed è simile al principio di funzionamento del ricevitore AGC.

Stabilizzazione della frequenza del trasmettitore al quarzo

La formazione di oscillazioni della frequenza portante nel trasmettitore è assicurata da un generatore autoeccitato incluso nell'unità eccitatrice. Come è noto, un tale generatore è costituito da un elemento di amplificazione (che viene utilizzato come transistor, tubo elettronico o diodo con resistenza negativa), un circuito oscillatorio e un circuito di retroazione.

In un circuito libero, le oscillazioni elettriche che si verificano per qualsiasi motivo vengono smorzate per dissipazione di energia. Queste perdite possono essere compensate includendo una resistenza negativa nel circuito, “ad esempio, sotto forma di un diodo tunnel, oppure amplificando le oscillazioni e trasferendo parte della loro energia al circuito attraverso un circuito di retroazione.

I generatori autoeccitati utilizzano ampiamente l'accoppiamento capacitivo (Fig. 3), specialmente nella gamma VHF.

Il circuito oscillatorio è costituito da una bobina di induttanza Lk e da una capacità formata da due condensatori collegati in serie Ck e Csv. Le oscillazioni che si verificano in esso quando si accende la sorgente di corrente creano una tensione armonica sul Sov, che viene amplificata dal transistor e applicata al circuito. Se la fase di questa tensione coincide con la fase dell'oscillazione che ne ha causato la comparsa e l'ampiezza è sufficiente per la compensazione.

Pertanto, la condizione per l'autoeccitazione del generatore è l'equilibrio di ampiezze e fasi nel circuito di feedback. Un risuonatore al quarzo può essere utilizzato come elementi del circuito oscillatorio. È una lastra tagliata da un cristallo di quarzo e ha un effetto piezoelettrico.

Riso. 3 Tre punti capacitivi con stabilizzazione della frequenza al quarzo

Sotto l'influenza di un campo elettrico, nella lastra di quarzo si forma una forza meccanica che porta alla sua deformazione. La modifica della polarità della tensione applicata comporta un cambiamento nella direzione della forza. Pertanto, una tensione alternata applicata al quarzo lo fa oscillare e se la frequenza si avvicina alla frequenza di risonanza meccanica, l'ampiezza delle oscillazioni risulta significativa. Queste oscillazioni sono altamente stabili e il conseguente cambiamento delle cariche elettriche sulle superfici della piastra ne consente l'inclusione nel circuito del generatore (Fig. 4)

L'equivalente elettrico di un risuonatore al quarzo è un circuito oscillatorio (Fig. 5). Gli equivalenti di massa, elasticità e perdite per attrito sono gli elementi L sq, C sq e g. La capacità del supporto in cui è fissata la lastra di quarzo è rappresentata dall'elemento C der.

Fig.4 Circuito equivalente di un risuonatore al quarzo

Fig.5 Caratteristica di risonanza di un risuonatore al quarzo

Un tale circuito ha due risonanze: sequenziali F tagliare 1 e parallelo F res2, E F res1 < f рез2 (рис.6). Между ними сопротивление эквивалентной схемы имеет индуктивный характер. Поэтому кварцевым резонатором можно заменить элемент 1к схемы генератора (см. рис.3), получая схему с кварцевой стабилизацией частоты (см. рис. 4). Практически последовательно с кварцем включают дополнительно катушку индуктивности для компенсации емкостной составляющей кварцевого контура и получения требуемых фазовых соотношений.

La pendenza della caratteristica del quarzo è proporzionale al suo fattore di qualità. Quanto più ripida è la caratteristica di risonanza, tanto meno differisce la frequenza delle oscillazioni stazionarie F res1 poiché per ottenere la quantità richiesta di reattanza induttiva tra base e collettore del transistor, è necessario uno spostamento di frequenza minore.

Un aumento della frazionalità porta ad un aumento dell'energia di oscillazione immagazzinata da un risonatore al quarzo rispetto alle riserve di energia in altri elementi del generatore che ne influenzano l'instabilità (ad esempio, nelle capacità delle giunzioni p-n di un transistor). Pertanto, l'effetto destabilizzante di questi elementi è significativamente indebolito quando si utilizza il quarzo in un generatore, il cui fattore di qualità è Q = (20÷30) mila, e se posto in una beuta da vuoto - 500 mila.

Al diminuire della frequenza di risonanza del quarzo aumentano i valori delle componenti reattive della sua impedenza. Pertanto, gli elementi reattivi del generatore, che hanno un effetto destabilizzante, hanno un effetto più debole e diminuisce l'instabilità relativa dell'oscillatore al quarzo.

Gli oscillatori a cristallo possono funzionare all'armonica fondamentale nella gamma di frequenze da 4 kHz a 10 MHz. Il limite di bassa frequenza è dovuto alla difficoltà di ottenere lastre di quarzo di grandi dimensioni. Il limite dell'alta frequenza è determinato dal fatto che la piastra estremamente sottile è troppo fragile. Frequenze più elevate possono essere generate utilizzando armoniche più elevate delle vibrazioni del quarzo o, più comunemente, utilizzando vibrazioni fondamentali e moltiplicando la frequenza.

La potenza stabilizzabile utilizzando un oscillatore al quarzo è limitata alle basse frequenze dal pericolo di distruzione della piastra da sollecitazioni meccaniche causate da notevoli ampiezze di vibrazione, e alle alte frequenze dal pericolo di surriscaldamento del quarzo dovuto alla dissipazione di elevate -energia di frequenza in esso. Per ottenere un'elevata stabilità, l'oscillatore a cristallo deve avere una bassa potenza.