111Equation Chapter 1 Section 1МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева»

(СибГАУ)

РЕФЕРАТ

По дисциплине: Радиопередающие устройства

Тема: «Формирователь сигнала с ЛЧМ с усилителем мощности на ЛБВ»

Выполнил ст-т гр. БТК-01

Кретинин В.В.

Проверил Филимонов Н.П.

Красноярск, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1.СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РАДИОПЕРЕДАТЧИКА 4

2.ФОРМИРОВАНИЕ ЛЧМ-СИГНАЛА 5

2.1.Общая характеристика линейной частотной модуляции 5

2.2.Аналоговый пассивный метод формирования ЛЧМ-сигнала 8

3.УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА ЛАМПЕ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ 11

ВВЕДЕНИЕ

Любая система радиосвязи включает в себя радиопередающее устройство (РПУ), функции которого заключаются в преобразовании энергии постоянного тока источников питания в электромагнитные колебания определенной частоты (радиочастоты) и мощности, один из параметров которых (амплитуда, частота) изменяется в соответствии с передаваемой информацией (манипуляция, модуляция), которые, в свою очередь, излучаются в пространство в виде радиоволн.

Радиопередатчик очень часто используется вместе с радиоприемником и питающим устройством, вместе весь этот комплекс называется радиостанцией. Самостоятельно радиопередатчики используются в областях, где отсутствует необходимость в приеме информации в месте её передачи – сигналы точного времени, навигационные радиомаяки для определения местоположения объектов, радиовещание, дистанционное управление, телеметрия и т. д.

В данном реферате рассматривается построение радиопередающего устройства с линейно-частотной модуляцией с усилителем на основе лампы бегущей волны.

1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РАДИОПЕРЕДАТЧИКА

Радиопередающее устройство состоит из передатчика и передающей антенны. В передатчике происходят три основных процесса:

• Генерация колебаний высокой частоты, т. е. их создание;

• Управление одним из параметров колебаний (амплитудой, частотой или фазой) в соответствии с передаваемой информацией;

• Усиление сигнала до необходимой мощности.

Генерация колебаний высокой частоты осуществляется в автоколебательном генераторе. Его называют возбудителем или задающим генератором (ЗГ), так как он задает (устанавливает) несущую частоту передатчика (рис. 1).

Управление одним из параметров колебаний называется модуляцией, она осуществляется модулятором (М). В результате получаются модулированные высокочастотные колебания тока, напряжения и электромагнитного поля. При отсутствии модуляции в антенне передатчика создаются, а следовательно, и излучаются в пространство немодулированные колебания.

Усиление колебаний высокой частоты в передатчике осуществляется усилителями мощности (УМ).

Рисунок 1 – Структурная схема простейшего радиопередающего устройства

2. ФОРМИРОВАНИЕ ЛЧМ-СИГНАЛА

   1. Общая характеристика линейной частотной модуляции

Как было отмечено выше, предназначением РПУ является преобразование энергии высокочастотных колебаний и управление этими колебаниями с целью передачи информации.

Процесс управления параметрами высокоскоростного (несущего) колебания с помощью колебаний низкой частоты называется модуляцией.

Частотной модуляцией (ЧМ) называется процесс изменения частоты несущих колебаний по закону изменения амплитуды модулирующего сигнала.

Широкое распространение в средствах радиолокации получили сигналы с прямоугольной огибающей и глубокой частотной модуляцией по линейному закону – линейной частотной модуляцией (рис. 2). Для импульсов

                          22\* MERGEFORMAT ()

где - средняя частота, - девиация частоты, - длительность импульсов.

Рисунок 2 – Вид линейно-частотно модулированного импульса:

а) Закон изменения амплитуды; б) Закон изменения частоты;

в) Закон изменения мгновенного напряжения

Такой импульс имеет полную фазу

  33\* MERGEFORMAT ()

Радиоимпульс с линейной частотной модуляцией или ЛЧМ-импульс –сигнал, представляемый следующей математической моделью:

                 44\* MERGEFORMAT ()

При больших значениях базы ЛЧМ-сигнала его амплитудный спектр практически постоянен в пределах полосы с центром в точке (рис.3).

Рисунок 3 – Амплитудно-частотный спектр ЛЧМ-сигнала

Прямоугольный характер спектра широкополосного ЛЧМ-сигнала является следствием постоянства амплитуды и скорости изменения частоты в течение длительности радиоимпульса.

ЛЧМ-модуляция используется для расширения спектра сигналов как один из способов повышения эффективности передачи информации через канал с сильными линейными искажениями (замираниями).

2. Аналоговый пассивный метод формирования ЛЧМ-сигнала

Методы формирования ЛЧМ-сигналов можно разделить на аналоговые и цифровые. В свою очередь, аналоговые методы можно разделить на активные и пассивные.

Аналоговый пассивный метод основан на использовании дисперсионной линии задержек, либо недисперсионных линий задержек с отводами, к каждому из которых подключаются управляемые фазовращатели или частотно-избирательные элементы. Функции генерирования и угловой модуляции объединены. Аналоговый пассивный метод чаще используется на промежуточных частотах. При этом обеспечивается высокая стабильность формируемых колебаний, особенно если принять меры по термостабилизации, но мощность колебаний мала.

Структурная схема устройства при пассивном методе формирования ЛЧМ сигнала изображена на рис. 4. Основным элементом устройства является формирующий дисперсионный фильтр, в котором групповое время запаздывания (или фазовая скорость распространения колебаний ) изменяется с изменением частоты.

Рисунок 4 – Формирователь ЛЧМ

Конструктивно формирующий дисперсионный фильтр аналогичен сжимающему дисперсионному фильтру. Наибольшее применение находят на дисперсионных линиях задержки (ультразвуковых или акустических поверхностных волнах) с монотонной дисперсионной характеристикой. При этом используется линейный участок характеристики.

С поступлением на вод пассивного формирователя импульса запуска формируется возбуждающий импульс , длительность которого . При его воздействии на выходе полосового фильтра, настроенного на среднюю частоту формирующего дисперсионного фильтра и имеющего полосу пропускания , появляется короткий радиоимпульс длительностью . Практически все спектральные составляющие этого радиоимпульса поступают на вход линии задержки одновременно. При этом импульс на выходе дисперсионного фильтра растягивается во времени, а частота изменяется в соответствии с его дисперсионной характеристикой. За счет стробирования (строб-импульс) выходного усилителя из частотно-модулированного сигнала вырезается участок с линейным изменением частоты и девиацией . Линия задержки на входе формирователя строб-импульсов компенсирует начальную задержку дисперсионной характеристики фильтра.

Достоинства пассивного метода формирования ЛЧМ-сигнала:

• Простота реализации на сравнительно низких и промежуточных частотах;

• Высокая стабильность параметров ЛЧМ-сигналов и возможность точного согласования параметров зондирующего сигнала с параметрами оптимальной приемной системы.

Недостатки метода: малый уровень выходной мощности (большое затухание в формирующем дисперсионном фильтре); трудность получения больших девиаций частоты; сравнительно низкая частота несущих колебаний.

3. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА ЛАМПЕ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ

Лампы бегущей волны (ЛБВ) применяются для усиления и генерации электрических колебаний в диапазоне дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Принцип действия усилителей и генераторов с такими лампами основан на длительном взаимодействии замедленной бегущей волны электромагнитного поля с электронным потоком неодинаковой плотности. Время взаимодействия поля и электронного потока (луча) обычно измеряется десятками периодов высокочастотных колебаний. В любой конструкции на ЛБВ имеются следующие элементы: электронная пушка, замедляющая система, фокусирующая система, коллектор, входное и выходное устройства (если ЛБВ усилительная) и только выходное устройство (если ЛБВ генераторная).

Поскольку измерение напряжения радиоимпульсов в диапазоне сантиметровых волн производить затруднительно, а измерение их мощности не представляет собой труда, то принято указывать и измерять коэффициент усиления усилителя на ЛБВ по мощности. Обычно он бывает равен 20-30 дБ.