1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева

Военная кафедра

Учебное пособие на групповое занятие по дисциплине: «Эксплуатация и ремонт радиоэлектронного оборудования самолетов, вертолетов и авиационных ракет» (ВУС 461300)

Тема №2 «Командные и связные радиостанции»

Занятие №6 «Связные радиостанции. Принцип работы радиостанции Р-846 по структурной схеме»

Казань 2013

В учебном пособии рассматриваются: принцип работы приёмного и передающего трактов связной радиостанции Р-846 по структурной схеме.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по ВУС-461300. Учебное пособие может быть использовано преподавателями для подготовки к проведению занятий.

Тема № 2 Командные и связные радиостанции

Занятие №6 Связные радиостанции. Принцип работы радиостанции Р-846 по структурной схеме

Учебно-воспитательная цель занятия:

1. Развитие командно-методических навыков.

2. Изучение принципа приёмо-передающего тракта связной радиостанций.

Время, отводимое на занятие: 2 учебных часа.

Место проведения занятия: класс технической подготовки.

Вид занятия: групповое.

Учебные вопросы:

Введение.

1. Передающий тракт радиостанции.

2. Приемный тракт радиостанции.

Заключение.

Введение

Формирование однополосного сигнала в радиостанциях осуществляется методом фильтрации.

В основу данного метода положено подавление колебаний несущей частоты и неиспользуемой боковой полосы частот с помощью балансного смесителя и фильтра в сочетании с последовательным проведением спектра звуковых частот до заданного значения рабочей частоты.

1. Передающий тракт радиостанции

Передающй тракт радиостанции предназначен для формирования четырёх видов сигналов: телефонного с амплитудной модуляцией (AM), телефонного с однополосной модуляцией (ОМ); телеграфного с частотной манипуляцией (ЧТ); телеграфного с амплитудной манипуляцией (AT) при различных видах работы (AM, ОМ, ЧТ, AT,), преобразование частоты в целях переноса спектра модулирующего сигнала в область заданной дискретной частоты связи, усиление сигналов по напряжению, мощности и излучение их в пространство.

Перевод радиостанции на передачу в режимах AM и ОМ происходит при нажатии тангенты или кнопки РАДИО; в режимах AT и ЧТ -- при переводе тумблера ТЛГ ПЕРЕДАТЧИК ВКЛ.--ВЫКЛ. в положение ВКЛ. (в режиме AT, кроме того, должен быть нажат телеграфный ключ). В режиме ЧТ передатчик включается также сигналами специальной аппаратуры.

Функционально в состав радиостанции (см. рис. 1) входят: антенна (А), антенное согласующее устройство (АСУ); тракт усиления высокой частоты (тракт УВЧ); возбудитель в составе: датчика опорных частот 1 (ДОЧ 1), датчика опорных частот 2 (ДОЧ 2), блока синтеза частот (БСЧ); устройство выработки режима работы (УВР).

Рис. 1 Структурная схема связной КВ радиостанции

В режиме передачи работают следующие основные функциональные элементы радиостанции: А, АСУ, тракт УВЧ (УМ и УВЧ ПРД), возбудитель (ДОЧ 1,2, БСЧ - тракт преобразования частоты в целях переноса спектра модулирующего сигнала в область заданной дискретной частоты связи), УВР - тракт формирования первичных сигналов.

В соответствии с трансиверным принципом построения радиостанции некоторые элементы передающего тракта являются общими с возбудителем и приемным трактом. Поэтому на структурной схеме радиостанции (см. рис. 1) между структурными элементами показаны двойные линии связи с противоположными направлениями стрелок.

При всех видах работы передающий тракт радиостанции вырабатывает соответствующий спектр первичного сигнала на частоте 500 кГц. Первичный сигнал независимо от его вида преобразуется в рабочую частоту связи. Это осуществляется в тракте преобразования трехкратным преобразованием частоты с помощью смесителей, фильтров и частот гетеродинов. Частоты гетеродинов (f_Г1, f_Г2, f_Г3) вырабатывает датчики опорных частот: f_Г1=2,751-2,850 МГц, преобразованная в СМ8 из второй сетки опорных частот (десятков и единиц килогерц) ДОЧ 2 в диапазоне кГц с дискретностью 1кГц, f_Г2 - колебания с частотой 30 МГц с умножителя х 30, f_Г3 - первая сетка опорных частот ДОЧ 1 в диапазоне кГц с шагом дискретности кГц. Величины их определяются выбранной частотой связи.

Закон формирования колебаний на выходе тракта преобразования вытекает из выражения f_С=f_Г1-f_Г2-f_Г3-f_П, где f_П -- частота первичного сигнала, равная 500 кГц.

Структура первичного сигнала определяется видом работы радиостанции и представляет в режимах (см.рис. 2,3,4,5):

а - временные диаграммы напряжений б - спектр первичного сигнала АМ

Рис. 2 Первичный сигнал в режиме AM: f_П(АМ)=500кГц±F_ЗВ,

где F_ЗВ -- спектр частот речевого (звукового) сигнала

а - временные диаграммы напряжений б - спектр первичного сигнала ОМ

Рис. 3 Первичный сигнал в режиме ОМ: f_П(ОМ)=500кГц--F_ЗВ,

где F_ЗВ -- спектр частот речевого (звукового) сигнала

а -- временные диаграммы б - спектр первичного сигнала ЧТ

Рис. 4 Первичный сигнал в режиме ЧТ: f_П(ЧТ)=500кГц±, F_СД -- сдвиг частоты при частотной манипуляции

Рис. 5 Временные диаграммы первичного сигнала в режиме AT: f_П(АТ)=500кГц

сигнал передатчик радиостанция фильтрация

В результате такой обработки тракт преобразования вырабатывает напряжение на дискретной рабочей частоте связи, выполняя роль возбудителя радиостанции. Эти колебания усиливаются в усилителе мощности (УМ) и через согласующее устройство поступают в антенну.

Рассмотрим формирование сигналов при различных видах работы передатчика.

Формирование сигнала ОМ.

Однополосный сигнал формируется фильтровым методом. В режиме однополосной модуляции речевой сигнал (напряжение звуковой частоты, см. рис.3 а) от микрофона или ларингофона (через входной трансформатор) усиливается усилителем низкой частоты (УНЧ) и подается (через выходной трансформатор) на ограничитель (и схему самоконтроля), где подвергается двустороннему амплитудному ограничению (для выравнивания составляющих речевого сигнала). Амплитудный ограничитель срезает редкие, но большие пики в напряжении речевого сигнала, то есть уменьшает пикфактор сигнала. Экспериментально доказано, что уменьшение пикфактора речевого сигнала путем амплитудного ограничения (клиппирования) приводит к незначительному ухудшению разборчивости натуральности речи. Вместе с тем применение ограничения дает возможность повысить среднюю мощность радиостанции путем более рационального использования мощности лампы выходного каскада в передатчике (Еогр=190мВ, увеличивается средний коэффициент модуляции, эффективность телефонной связи, помехоустойчивость линии связи).

Ограниченный по амплитуде речевой сигнал подается на кольцевой балансный смеситель СМ4, на который поступает также напряжение вспомогательной частоты кГц, как опорное. На выходе балансного смесителя СМ4 образуется двухполосный сигнал с подавленной несущей, который после усиления в усилителе УПЧ6 через контакты реле Р5 подается на электромеханический фильтр Ф4 (нижняя граница полосы пропускания на уровне 6 дБ должна отстоять от частоты 500 кГц не менее чем на 3400 Гц, верхняя граница полосы пропускания на уровне 6 дБ должна быть не ближе 85 Гц от частоты 500 кГц). Фильтр Ф4 пропускает только составляющие спектра нижней боковой полосы частот (см.рис.3 б). Сформированный сигнал ОМ далее усиливается в усилителе УПЧ5. Для образования несущей частоты первичного сигнала (пилот-сигнала) на катод лампы УПЧ5 с делителя напряжения (ДН) одновременно подается напряжение вспомогательной частоты 500 кГц. Таким образом, на выходе УПЧ5 формируется однополосный сигнал на НБП с ослабленной несущей (установка уровня несущей частоты производится изменением величины сопротивления резистора).

С выхода УПЧ5 однополосный сигнал на НБП (см.рис.3 б) поступает на смеситель для дальнейшего преобразования в целях переноса спектра сигнала в область рабочих частот связи. Частотная характеристика должна иметь завал в диапазоне 300-1000 Гц в пределах 10-12 дБ; в диапазоне 3400-6000 Гц не менее 18 дБ; в диапазоне 1000-3400 Гц неравномерность должна быть не более 6 дБ.

Кроме сигнала ОМ на кольцевой смеситель СМЗ подаются колебания восьмой промежуточной частоты в диапазоне 2751-2850 кГц, как гетеродинные (f_Г1). В результате преобразования колебаний этих частот на выходе смесителя выделяется сигнал второй промежуточной частоты в диапазоне 3251-3350 кГц, который после усиления и фильтрации (фильтруется трехконтурным полосовым фильтром) в усилителе УПЧ2 (нагрузкой является двухконтурный полосовой фильтр) поступает на второй смеситель СМ2. На смеситель подаются также колебания с умножителя с частотой 30 МГц, как гетеродинные (f_Г2). В результате взаимодействия колебаний этих частот на выходе смесителя СМ2 образуются колебания первой промежуточной частоты в диапазоне 33251-33350 кГц (нагрузкой является четырехконтурный фильтр, настроенный на частоту 33300 кГц, с полосой пропускания 370 кГц). Сигналы первой промежуточной частоты усиливаются и фильтруются в УПЧ1 и поступают на смеситель СМ1 на который подаются также колебания дискретных частот с УКВ генератора в диапазоне кГц, как гетеродинные (f_Г1). На выходе СМ1 (нагрузкой является контур, составленный из конденсатора переменной емкости и индуктивности, соответствующей установленному поддиапазону УВЧ) выделяются колебания однополосного сигнала на верхней боковой полосе в диапазоне частот связи =2-30 МГц.

После усиления в УВЧ передающего тракта (нагрузкой является контура, составленные из конденсаторов, конденсаторов переменной емкости и соответствующей индуктивности) напряжение с частотой поступает в усилитель мощности и далее через антенное согласующее устройство (АСУ) в антенну.

Формирование сигнала AM.

В режиме AM ограничитель закрыт. Речевой сигнал после усиления в УНЧ поступает на кольцевой балансный смеситель СМ 4, на который подается также напряжение вспомогательной частоты 500кГц, как опорное. На выходе балансного смесителя (на контуре, составленном из обмотки трансформатора и конденсатора, полоса пропускания на уровне 6 дБ не менее ±3600 Гц.) выделяются составляющие спектра верхней и нижней боковых частот, а опорная частота 500 кГц подавляется. Двухполосный сигнал на НБП и ВБП, усиливается усилителем УПЧ5. В усилителе к двухполосному сигналу подмешиваются колебания вспомогательной частоты 500кГц (на пентодную сетку лампы), которые поступают с делителя напряжения для восстановления несущей частоты первичного сигнала. Уровень несущей частоты устанавливается из расчета 50% от напряжения ТЛГ. На выходе УПЧ5 образуется AM сигнал, который поступает на смеситель СМЗ и далее, так же как и сигнал ОМ, переносится в диапазон частот связи. Неравномерность частотной характеристики в диапазоне 1000-3400 Гц должна быть не более 6 дБ, завал на частоте 300 Гц относительно 3400 Гц должен быть не менее 18 дБ.

Формирование сигнала AT.

В режиме амплитудной манипуляции (амплитудной телеграфии) колебания вспомогательной частоты 500 кГц с делителя напряжения подаются на усилитель УПЧ5. Усиленный сигнал кГц поступает на смеситель СМЗ и затем обычным путем транспонируется в диапазон частот связи. Амплитудная манипуляция производится открыванием (1 при нажатии телеграфного ключа) и закрыванием (2 при отжатии телеграфного ключа) радиоламп по цепям управляющих сеток в каскадах тракта приёмопередачи и усилителя мощности с помощью телеграфного ключа (см. рис.5).

2. Приёмный тракт радиостанции

Приемный тракт радиостанций Р-846 предназначен для приема, селекции, усиления четырех видов сигналов: телефонных сигналов с амплитудной модуляцией (AM) и однополосной модуляцией (ОМ), телеграфных сигналов с частотной манипуляцией (ЧТ) и амплитудной манипуляцией (AT) и выделения передаваемой информации. Приемник построен по супергетеродинной схеме с тройным преобразованием частоты. В режиме приема преобразование частоты происходит в обратном порядке по сравнению с режимом передачи.

Для перевода радиостанции в режим приёма необходимо переключатель ПЕРЕДАТЧИК в приборе П16 поставить в положение ВЫКЛ. (при телеграфном виде работы) и отпустить тангенту СПУ (при телефонном виде работы).

Основными функциональными элементами (см. рис. 1), принимающими участие в работе приемного тракта, являются: А, АСУ, тракт усиления УВЧ ПРМ) и преобразования, тракты основной селекции (БСЧ) и формирования первичных сигналов (УВР) и датчик опорных частот (ДОЧ1, ДОЧ2, х30).

Принятый антенной А высокочастотный сигнал f_c поступает через согласующее устройство АСУ и переключатель ПРИЕМ -- ПЕРЕДАЧА (через контакты реле Р1), а затем по фидеру на вход УВЧ приемника и далее в тракт усиления и преобразования. В тракте усиления и преобразования происходит усиление принятого сигнала и тройное преобразование по частоте.

После усиления (2 каскада) и селекции (катушки связи, контур, составленный из конденсатора переменной емкости и индуктивности, соответствующей выбранному поддиапазону) в УВЧ ПРМ радиосигнал поступает на первый смеситель СМ1 (на управляющую сетку). На этот же смеситель подается напряжение (на пентодную сетку) соответствующей опорной частоты f_Г3 в диапазоне с ДОЧ 1. В нагрузке смесителя СМ 1 (4-х контурный фильтр, настроенный на частоту 33300кГц, с полосой пропускания 370кГц) выделяется напряжение первой промежуточной частоты в диапазоне 33251--33350кГц. Это напряжение после усиления и фильтрации в УПЧ1 поступает на смеситель СМ2, на который также подаются колебания от умножителя частоты с частотой МГц, как гетеродинное f_Г2. В смесителе СМ2 происходит преобразование напряжения первой промежуточной частоты в напряжение второй промежуточной частоты (на двухконтурном полосовом фильтре выделяется вторая промежуточная частота) в диапазоне 3251--3350 кГц.

После усиления в УПЧ2 напряжение второй промежуточной частоты поступает на кольцевой смеситель СМЗ. На смеситель СМЗ подается также напряжение восьмой промежуточной частоты, как гетеродинное f_Г1=2,751-2,850 МГц, формирование которого было рассмотрено при работе станции в режиме передачи. На выходе смесителя СМЗ выделяется напряжение третьей промежуточной частоты: кГц. На третьей промежуточной частоте производится основное усиление и с помощью электромеханических фильтров осуществляется основная селекция принимаемых сигналов по видам работы.

Дальнейшее прохождение преобразованного сигнала будет зависеть от выбранного режима работы. Схемой управления будут включены следующие электромеханические фильтры:

в первом усилительном канале (в анодной цепи лампы):

при AM - фильтр с полосой пропускания 7,8 кГц, обеспечивающий прохождение двухполосного амплитудно-модулированного сигнала;

при ОМ - фильтр с полосой пропускания 3,5 кГц, выделяющий нижнюю боковую частоту;

при ЧТ - фильтр с полосой пропускания 1,1 кГц (при работе с разносом 500 Гц) или фильтр с полосой пропускания 0,6 кГц (при работе с разносом 250 Гц);

во втором усилительном канале (в анодной цепи лампы):

при ОМ и АТузк - фильтр с полосой пропускания 300 Гц;

при АТ_ШИР - фильтр с полосой пропускания 3 кГц.

Прием сигналов ОМ.

При установке на пульте управления переключателя видов работы в положение ОМ в усилителе УПЧ5 включается электромеханический фильтр Ф4 (в анодной цепи) с полосой пропускания 3,5кГц, настроенный на нижнюю боковую полосу относительно несущей частоты 500кГц (нижняя граница полосы пропускания на уровне 6 дБ должна отстоять от частоты 500 кГц не менее чем на 3400 Гц, верхняя граница полосы пропускания на уровне 6 дБ должна быть не ближе 85 Гц от частоты 500 кГц). На выходе фильтра Ф4 выделяется однополосный сигнал на НБП с f_ПР3 = 500 кГц--F_зв (см.рис.6 б).

Рис. 6 Обработка сигнала с однополосной модуляцией ОМ: а - диаграмма напряжения на выходе приемного тракта; б - спектр сигнала

Одновременно напряжение третьей промежуточной частоты поступает на лампу в анодную цепь которой включен электромеханический фильтр Ф1. Выделенное этим фильтром напряжение пилот-сигнала после усиления подается на схему АРУ (диод Д1).

Однополосный телефонный сигнал усиливается усилителем УПЧ6 и подается для демодуляции на кольцевой балансный смеситель СМ4, а также схему АРУ (на диод Д2). На СМ4 с блока делителя частоты подаются также колебания вспомогательной частоты 500кГц, выполняющие функцию колебаний восстановленной несущей. Для того чтобы процесс демодуляции не сопровождался заметными нелинейными искажениями, амплитуда напряжения восстановленной несущей должна в 10--20 раз превышать амплитуду напряжения однополосного сигнала.

Частота колебаний на выходе кольцевого балансного смесителя СМ4 равна разности частот принимаемых боковых колебаний и колебаний несущей частоты 500кГц f_П--f_ПР = 500 кГц - (500 кГц - F_3B) = F_3B, то есть такой детектор, по существу, выполняет функции преобразователя частоты. На нагрузке (трансформаторная обмотка) смесителя СМ 4 с помощью фильтра нижних частот выделяется спектр звуковых частот - речевой сигнал (напряжение звуковой частоты соответствующее модулирующей частоте первичного аналогового электрического сигнала), который усиливается в усилителе низкой частоты и поступает на телефоны (см.рис.6 а).

Таким образом, в режиме «ОМ» в приёмнике происходит перенос спектра сигнала из области частот связи в область боковых частот с сохранением его полосы частот и закона распределения уровней составляющих.

Прием сигналов AM.

При установке переключателя видов работы в положение AM в усилителе УПЧ5 включается электромеханический фильтр Ф3, имеющий полосу пропускания 7,8 кГц (полоса пропускания на уровне 6 дБ не менее ±3600 Гц). После выхода из фильтра AM сигнал (см. рис.7 - несущая с ВБП и НБП) усиливается в УПЧ 6 и поступает на амплитудный детектор Д. На выходе детектора выделяется речевой сигнал (см. рис.7а), который усиливается в УНЧ и поступает на телефоны.

Рис. 7 Обработка амплитудно-модулированного сигнала АМ: а - диаграммы напряжения на выходе приемного тракта; б - спектр сигнала

Прием сигналов AT.

При приеме телеграфных сигналов с амплитудной манипуляцией (AT) сигнал на выходе тракта усиления и преобразования представляет собой третью промежуточную частоту 500 кГц, манипулированную по закону телеграфной азбуки (см.рис. 8).

Рис. 8 Обработка телеграфного сигнала АТ

Прием амплитудно-манипулированных сигналов осуществляется методом гетеродинного детектирования, что обеспечивает помехоустойчивость приёма. Для приема амплитудно-манипулированных сигналов в усилителе УПЧЗ включаются:

электромеханический фильтр Ф1 с полосой пропускания 300Гц -- при приеме AT сигналов от радиостанций с относительной нестабильностью частот связи не хуже (при работе АТ_УЗК: чувствительность 100-150 мкВ, полоса пропускания на уровне 6 дБ не менее ±75 Гц.);

электромеханический фильтр Ф2 с полосой пропускание 3кГц -- при приеме AT сигналов с относительной нестабильностью порядка , а также в случае, если относительная нестабильность опорного генератора собственной радиостанции хуже (при работе АТ_ШИР: чувствительность 200-300 мкВ, полоса пропускания на уровне 6 дБ не менее ±1200 Гц).

Применение этих фильтров дает возможность осуществлять прием сигналов AT на широкой полосе при работе с радиостанциями с низкой стабильностью (нестабильность хуже 110^-6). Прием на узкой полосе дает возможность повысить помехоустойчивость приема.

AT сигналы с выхода фильтра Ф1 или Ф2 усиливаются в УПЧ4 и затем поступают на смеситель СМ5, куда одновременно подаются колебания от тонального гетеродина (ТГ), частоту которого можно плавно изменять относительно колебаний кГц на величину кГц, то есть .

На выходе смесителя СМ5 с помощью фильтра низких частот выделяются колебания разностной частоты (колебания биений), . Выделенное напряжение биений звуковой частоты, соответствующее частоте телеграфных посылок усиливается в УНЧ (усилитель низкой частоты, предоконечный усилитель низкой частоты, оконечный усилитель низкой частоты - 3 каскада) и поступает на телефоны (через трансформатор на ПУ переключатель в положение АРУ или РРУ на СПУ). Изменение громкости в телефонах производится общей ручкой ГРОМКОСТЬ на ПУ.

В целях уменьшения паразитного влияния тонального гетеродина на усилительные каскады, настроенные на частоту 500кГц тональный гетеродин генерирует колебания с частотой кГц в смесителе СМ5 используется его вторая гармоника Изменяя частоту тонального гетеродина, можно менять высоту тона биений до частот наиболее благоприятных для слухового восприятия (750--1500Гц).

Система автоматической регулировки усиления.

В приемнике применена усиленно-задержанная система АРУ. Регулировка усиления производится изменением напряжения смещения на управляющих сетках ламп каскадов УВЧ, смесителя СМЗ и блока основной селекции (изменяется усиление каскадов, для качественного приёма).

Управляющее напряжение АРУ в зависимости от вида принимаемых сигналов образуется в различных цепях:

при приеме сигналов AM используется детектор АРУ2, на вход которого поступает напряжение с частотой кГц с выхода УПЧ6;

при приеме сигналов AT используется детектор АРУ1, на выходе которого образуется управляющее напряжение под воздействием напряжения с частотой кГц, поступающего с выхода УПЧ4;

при приеме сигналов ОМ используются оба детектора (АРУ1 и АРУ2). В этом случае пилот-сигнал усиливается в УПЧ3, на выход которого включается электромеханический фильтр Ф1. После усиления в усилителе УПЧ4 пилот-сигнал подается на детектор АРУ1. Одновременно однополосный сигнал после усиления в УПЧ5 (с включенным на его выходе фильтром Ф4) усиливается в УПЧ6 и поступает на детектор АРУ2. Образующиеся на нагрузках детекторов АРУ1 и АРУ2 управляющие напряжения через УПТ и фильтры АРУ поступают на управляющие сетки ламп регулируемых каскадов. В паузах по пилот-сигналу работает только детектор АРУ1. Постоянная времени фильтров АРУ выбирается достаточно малой (с), чтобы система АРУ смогла реагировать на быстрые изменения уровня сигнала, вызванные замираниями.

Заключение

Преимущество радиостанций с однополосной модуляцией относительно радиостанций, в которых производится амплитудная модуляция, может быть реализовано в снижении мощности передатчика, если задаваться одинаковым качеством связи, и в снижении пикового значения напряжения в антенне.

Литература

1. Вертоградов В.И. «РЭО летательных аппаратов» Часть 1. М. Воениздат, 1979.

2. Брицын М.И. «Авиационные радиоэлектронные средства». Часть 1. М. Воениздат, 1978.

3. Техническое описание, инструкция по эксплуатации на Р-846, руководство по технической эксплуатации «Ядро-I».

Размещено на Allbest.ru