Цифровой канал радиосвязи с разработкой РПД

;                   (22)

– сопротивление приемной антенны;

.           (23)

11) Определим  вероятность ошибки в приеме  элемента информационного сообщения:

              (24) 

12) Найдем  вероятность доведения всего  сообщения:

.              (25) 

     Полученная  вероятность доведения всего  сообщения больше чем заданная вероятность  , что удовлетворяет условиям задачи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3. Выбор структурной  и обоснование  функциональной схемы  передающего устройства метрового диапазона 

Структурная схема передатчика

       Структурная схема радиопередатчика - это графическое изображение, дающее представление о структуре радиопередатчика и состоящее из функциональных частей и связей между ними.

       Выбор и обоснование структурной схемы передатчика осуществляется с учётом его назначения и особенностей эксплуатации, а также на основе анализа технических требований, предъявляемых к радиопередатчику. На данном этапе проектирования необходимо провести анализ основных теоретических положений, относящихся к передатчику заданного типа.

       Основой для разработки структурной схемы связного радиопередатчика являются технические требования:

• к диапазону рабочих частот;
• к допустимой нестабильности частоты передатчика при заданных пределах    изменениях    времени    непрерывной    работы,    параметров окружающей среды, напряжения электропитания;
• к выходной мощности, нагрузке и их стабильности;
• к уровню побочных излучений;
• к виду формируемых в радиопередатчике сигналов и допустимым искажениям при осуществлении модуляции.

 

       Простейший  передатчик может быть построен по однокаскадной схеме. Однако такая  схема не может обеспечить стабильность и высокую мощность излучаемых колебаний. Поэтому современные радиопередатчики строятся по многокаскадной схеме. 

       Любое радиопередающее устройство должно содержать:

1. генератор электрических колебаний, автономно создающий незатухающие колебания (автогенератор АГ - в одночастотном передатчике, синтезатор сетки частот - в многокаскадном передатчике);
2. устройство для осуществления процесса модуляции - модулятор;
3. Оконечные усилители мощности, обеспечивающих заданную выходную мощность колебаний;
4. Антенно-фидерное устройство, осуществляющее излучение электромагнитной энергии в свободное пространство в заданном направлении с требуемой поляризацией электромагнитной волны;
5. Система электропитания.

Рис. 2. Структурная схема передатчика 

      Возбудитель обеспечивает формирование первичных (опорных) незатухающих гармонических  колебаний с требуемой стабильностью  частоты (это выполняет кварцевый  автогенератор) и синтез дискретного  множества частот такой же стабильности с возможностью выбора заданной частоты из этого множества (эту функцию выполняет синтезатор сетки частот). Как правило, в возбудителе устанавливается смеситель, осуществляющий преобразование f_сч ± f_м = f_рч, где f_сч - установленная частота на выходе сетки частот; f_м = 10,5 МГц - выходная частота модулятора; f_рч = (30…76) МГц - рабочая частота передатчика; знак преобразования + или – выбирается при проектировании передатчика.

       Синтезатор частоты – это устройство радиопередатчика для формирования гармонических колебаний с заданными частотами из колебаний одного или нескольких опорных генераторов. Опорный автогенератор используется для формирования сетки рабочих частот и определяет стабильность выходного сигнала возбудителя. Он фактически выполняет функции эталонного генератора с прецизионной стабильностью частоты генерируемых колебаний. Кроме синтезатора частоты в состав возбудителя могут входить устройства преобразования информации, усиления, фильтрации и коммутации.

       Модулятор обеспечивает изменение одного из параметров несущего колебания (амплитуды) по закону изменения амплитуды входного информационного  сигнала.

       Современные связанные радиопередатчики имеют  в своем составе несколько  модуляторов (по виду радиосвязи), выбор  рабочего модулятора осуществляется через  коммутатор либо вручную с передней панели передатчика, либо с использованием устройств дистанционного управления (УДУ).

       Каскады предварительного усиления и оконечный  каскад усиления мощности сигнала обеспечивает заданную мощность излучения.

       Усилитель мощности обеспечивает необходимое усиление сигналов, сформированных в возбудителе до уровня выходной мощности, обусловленной исходными данными. В основе усилителя мощности находятся один или несколько генераторов с внешним возбуждением, мощность и частота выходных сигналов, которых зависит от мощности и частоты входных сигналов.

     Схемные решения по составу усилителя мощности определяются заданными требованиями по энергетическим (мощность, КПД) и качественным (линейность усиления) показателям. В общем случае усилитель мощности состоит из одного или нескольких предварительных каскадов усиления, выходного каскада усиления и блока фильтров. Фильтры являются нагрузкой выходного каскада усилителя и предназначены для подавления всех гармоник, кроме основной – первой.

       Высокочастотный переключатель (ВЧП) обеспечивает подключение  усилителя мощности через устройство согласования и симметрирования (УСС)  к антенно-фидерному устройству или к эквиваленту антенны (ЭА), который используется для настройки  и регулировки радиопередатчика без выхода в эфир.

       Устройство  согласования и симметрирования  выполняет следующие функции:

1. согласовывает выходное сопротивление усилителя мощности с сопротивлением антенны, т.к только при их равенстве обеспечивается максимальная мощность излучения
2. обеспечивает подключение и согласование по сопротивлению несимметричного выхода усилителя мощности (используется корпус) и симметричных антенн и наоборот

       Устройство  дистанционного управления позволяет  автоматизировать функции управления радиопередатчиком и обеспечивает:

1. установку (выбор) рабочей частоты;
2. выбор вида радиосвязи (вида модуляции);
3. установку (регулировку) выходной мощности;
4. выбор антенны или эквивалента антенны.

       Системы энергопитания (СЭП) формируют напряжение электропитания всех структурных элементов  радиопередатчика.

        

       Функциональная  схема передатчика

     На этапе разработки функциональной схемы передатчика необходимо решить следующие основные задачи:

• произвести  выбор   элементной  базы  для   основных  каскадов радиопередатчика;
• определить состав тракта радиочастоты и произвести распределение усиления между ступенями (каскадами) усилителя мощности;
• определить состав возбудителя и способ реализации заданных требований по стабильности частоты радиопередатчика;
• произвести выбор метода осуществления процесса модуляции или манипуляции в зависимости от типа проектируемого радиопередатчика;
• определить состав системы электропитания и ориентировочно оценить мощность, потребляемую радиопередатчиком.

     При разработке функциональной схемы важным этапом является выбор типа активных элементов (усилительных приборов). В настоящее время освоен выпуск мощных генераторных транзисторов, работающих в диапазоне от очень низких частот (ОНЧ) до сверхвысоких частот (СВЧ). Поэтому современные связные передатчики с выходной мощностью до нескольких киловатт выполняются полностью на транзисторах. При этом следует учитывать то, что коэффициент усиления транзисторного каскада обычно не превышает 3...5, а генерируемая мощность колебаний резко зависит от рабочей частоты. Кроме того, поскольку транзисторы очень чувствительны к перегреву, необходимо при проектировании обеспечить заданный температурный режим передатчика.

     При составлении функциональной схемы, прежде всего надо выбрать выходные параметры задающего генератора – частоту и её стабильность, а также выходную мощность сигнала. Эти параметры выбираются исходя из заданных стабильности и частоты выходного сигнала передатчика.

     Обычно при проектировании частоту задающего генератора выбирают стандартной: 100 кГц, 1МГц, 5МГц, 10МГц, 100МГц с таким расчётом, чтобы несущую частоту получить либо с минимальным общим коэффициентом умножения, либо наиболее простым преобразованием. Однако в любом случае частоту задающего генератора не рекомендуется выбирать больше 100 МГц, так как с увеличением частоты трудно обеспечить её высокую стабильность. Для нашего примера подойдёт частота задающего генератора равная 1 МГц.

     Чаще всего в качестве задающих генераторов применяются кварцевые генераторы на транзисторах и туннельных диодах. Так как стабильность существенно зависит от мощности, рассеиваемой на кварце, то обычно их выходная мощность не превышает нескольких десятков милливатт у генераторов на туннельных диодах.

     Принципиальная электрическая схема передатчика собирается из принципиальных схем отдельных его каскадов. Каждый из каскадов передатчика можно выполнить, применяя различные схемы.

     Автогенератор передатчика.

     Автогенераторы могут быть реализованы на основе следующих схем:

• RC – генераторов;
• LC – генераторов;
• LC – генераторов с кварцевой стабилизацией;
• квантовых генераторов;
• синтезаторов частот.

     Схемы LC – генераторов строятся, как автогенераторы с индуктивной связью, а также по принципу индуктивной и ёмкостной трёхточки. LC- генераторы могут работать во всём диапазоне радиочастот. Нестабильность этих схем до от основной частоты, RC- и LC-генераторы могут перестраиваться в диапазоне частот. Коэффициент перекрытия диапазона обычно от 2 до 5.

     Схемы генераторов с кварцевой стабилизацией частоты обеспечивают нестабильность … от основной частоты. Схемы таких генераторов достаточно просто реализуются и являются основными для большинства современных передатчиков.

     В нашем передатчике воспользуемся кварцевым генератором.

     Синтезатор частоты.

     Схемы синтезаторов частот в качестве задающих генераторов могут использовать схему квантового стандарта частоты. Синтезаторы частоты обеспечивают получение конечного числа фиксированных частот высокой стабильности (сетки частот). Частота на выходе синтезатора может изменяться дискретно с заданным шагом. Шаг дискретизации может очень маленьким.

     Необходимые для работы синтезатора опорные частоты формируются в схеме посредством умножителей частоты. Здесь реализуется метод прямого преобразования частоты опорного генератора на туннельном диоде.

       Рассчитаем  диапазон перестройки синтезатора  частоты:

       f_сч = f_м + f_рч

       f_сч = 10,5+ (30…76)=(40,5…86,5)МГц

     Усилители мощности.

     Усилители мощности обеспечивают получение заданной выходной мощности передатчика. Выходные и входные цепи усилителя мощности строятся таким образом, чтобы минимизировать потери высокочастотного сигнала.