Радиостанции дальней связи

Введение
Вданной курсовой работе рассматривается авиационное радиосвязное оборудованиедальней связи. Оно предназначено для обеспечения двухсторонней радиосвязи междуэкипажем самолета и наземными пунктами управления, а также между разнымивоздушными судами.
Внастоящее время самолетные радиостанции дальней связи выполняютсяодноканальными, т. е. используются для передачи только одного сообщения. Ониобеспечивают оперативную, беспоисковую, бесподстроечную и двухстороннююрадиосвязь.
Данныерадиотехнические устройства должны обладать малым энергопотреблением, высокимкачеством работы, надежностью и малой стоимостью радиосистем передачи и приемаинформации.
Вкурсовой работе показаны и описаны структурные схемы комплекса связи, передатчикаи приемника радиостанции дальней связи, а также описан принцип действияосновных элементов радиостанции дальней связи.
КОМПЛЕКССВЯЗИ
Нарисунке 1 представлена структурная схема канала связи. Рассмотрим в отдельностикаждый блок.
/>
Рис.1 Структурная схема комплекса связи
РСДС– радиостанция дальней связи;
РСБС– радиостанция ближней связи;
ДУВД – диспетчерская управления воздушным движением;
АРИ– аппаратура регистрации информации;
АВС– аппаратура внутренней связи;
АСР– аварийно-спасательная радиостанция.
РСДСпредназначена для обмена информацией между абонентами (воздушных судов идиспетчерами служб управления воздушным движением), находящимися на расстояниях,превышающих дальность прямой видимости. Обычно РСДС рассчитываются на дальностьболее тысячи километров, однако при малых высотах полета воздушных судовпонятию “дальняя связь” соответствует расстояние в несколько сотен километров.
ДляРСДС выделены диапазоны гектометровых (ГКМВ) и декаметровых (ДКМВ) волн сдиапазоном длин λ = 100 … 1000 и 10 … 100 метров соответственно. РСДС, как правило, работают в режиме амплитудной модуляции (обычной илиоднополосной) и служат для передачи речевых сигналов (телефонный режим). Набольшие расстояния и при высоком уровне естественных помех используюттелеграфный режим. В этом случае достигаются лучшие характеристики каналарадиосвязи, так как сужается требуемая полоса пропускания приемника, а сигналыпередаются при максимальной мощности передатчика.
ВсеРСДС работают в симплексном режиме, т. е. обеспечивают двухстороннюю радиосвязь,при которой передача и прием на каждой радиостанции осуществляются поочередно.
РСБСобеспечивает обмен информацией между абонентами, находящимися в пределах прямойвидимости (расстояние до тысячи метров), и работают в диапазонах метровых (МВ)и дециметровых (ДМВ) волн (длины волн λ = 1 … 10 и 0, 1 … 1 метра соответственно). В РСБС используются только телефонный режим и амплитудная модуляция.
ДУВД осуществляет контроль и управление, при чрезвычайных ситуациях, воздушнымсудном.
АРИ– “черный ящик” служит для регистрации всех переговоров между членами экипажавоздушного судна при использовании АВС, а также для записи переговоров междуэкипажем воздушного судна и диспетчерами служб управления воздушным движением.
АРИимеют несколько степеней защиты, которые позволяют им оставаться целыми приаварии воздушного судна
АВСпредназначена для ведения переговоров между членами экипажа воздушного судна, атакже оповещения пассажиров и трансляции развлекательных программ внутри салонавоздушного судна.
АВСработают в сантиметровом диапазоне с длиной волн λ = 0, 1 … 0, 01 метров в режиме амплитудной модуляции и служит для передачи только речевых сигналов (телефонныйрежим) так как внутри воздушного судна нет значительных естественных помехкоторые могли бы повлиять на радиоволны на таких малых расстояниях передачисигналов.
АСРпредназначена для передачи сигналов бедствия и связи, потерпевших аварию воздушныхсудов с наземными пунктами и со спасательными средствами. АСР работают всимплексном режиме. Данные радиостанции снабжены автономными источникамиэлектропитания.
2РАДИОСТАНЦИЯ ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ
Нарисунке 2 показана структурная схема РСДС.
/>
Рис.2 Структурная схема радиостанции дальней связи
Мф– микрофон;
УНЧ– усилитель низкой частоты;
ПРД– передатчик РСДС;
ППП– переключатель прием/передача;
ПРМ– приемник РСДС;
А– антенна;
Кл– ключ;
Тел– телефон.
Звуковойсигнал поступает на Мф, затем с Мф попадает на вход УНЧ. В УНЧ радиосигналнизкой частоты усиливается и на выход УНЧ поступает радиосигнал высокой частотыи передается на ПРД. С выхода ПРД радиосигнал попадает в ППП. ППП переключаетРСДС с режима передачи на режим приема и наоборот. В данном случае ПППпереключает РСДС в режим передачи. Затем радиосигнал с выхода ППП попадает на А,которая передает его на наземную радиостанцию диспетчерской службы управлениявоздушным движением или на другое воздушное судно. В свою очередь радиосигнал срадиостанции диспетчерской службы управления воздушным движением или с другоговоздушного судна передается на летательный аппарат (в данном случае самолет). Апринимает этот радиосигнал и передает его на ППП, который переключает РСДС врежим приема. После этого сигнал поступает на ПРМ. В ПРМ этот сигналпреобразуется в форму позволяющую воспринять передаваемую информацию человеку ипосле этого радиосигнал поступает на Тел.
Особыетрудности в РСДС связаны с созданием высокоэффективных передающих (приемных)антенн на воздушных судах, а также высокими требованиями к стабильности несущейчастоты (особенно при однополосной модуляции) и к избирательности приемныхустройств. Эти факторы проявляются в особенностях схем РСДС, требованиях ихарактеристиках применяемых антенн и в использовании генератора высоких частотв качестве единого источника всех частот передатчика и приемника.
СхемаРСДС предусматривает использование одних и тех же элементов как в передающем, таки в приемном трактах. Применение трансиверной схемы приводит к снижениюмассовых и габаритных характеристик радиостанции ценой усложнениякоммутационной схемы. Для достижения требуемой избирательности в приемникеприменяют многократное преобразование частоты принятого сигнала иэлектромеханические фильтры сосредоточенной селекции с высоким коэффициентомпрямоугольности амплитудно-частотных характеристик. Эти же фильтрысосредоточенной селекции используются для формирования излучаемого сигнала.
2.1 Передатчик РСДС
Нарисунке 3 приведена структурная схема передатчика РСДС с однополосноймодуляцией, в которой используется один из простейших способов формированияоднополосного сигнала – способ последовательных преобразований с фильтрацией.
/>
Рис.3 Структурная схема передатчика РСДС
Мф– микрофон;
УНЧ– усилитель низкой частоты;
БМ1,БМ2 – балансный модулятор;
ПФ1,ПФ2 – полосовой фильтр;
УМ– усилитель мощности;
ГВЧ– генератор высокой частоты;
А1– антенна;
Сигналс Мф проходит через УНЧ и поступает на БМ1. При балансной модуляции образуетсятакой же сигнал, как и при амплитудной модуляции, но с подавленной частотой f1.Частота f1 поступает с ГВЧ. ПФ1 выделяет из спектра этого сигнала верхнююбоковую полосу частот. БМ2 и ПФ2 служат для формирования излучаемогооднополосной модуляцией сигнала на частотах от fн + Fmin до fн + Fmax, где fн =f1+ f2. Полученный сигнал с однополосной модуляцией подается на УМ и излучаетсяА1. На рисунке 4 показано преобразование спектров в передатчике РСДС.
ПередатчикРСДС с однополосной модуляцией позволяет всю мощность передатчика (или большуюее долю) переносить на информационную часть спектра, что позволяет либоувеличить дальность связи при данной мощности передатчика, либо применить дляобеспечения той же дальности действия, но менее мощным передатчиком.
Кромеповышения эффективности использования мощности передатчика, при однополосноймодуляции в два раза увеличивается чувствительность приемника, так как в двараза сужается спектр сигнала, а следовательно, и полоса пропускания приемника.Оба эти фактора приводят к тому, что энергетический потенциал каналаоднополосной модуляции увеличивается в восемь раз и при одинаковой среднеймощности передатчика дальность связи при однополосной модуляции увеличивается в2, 8 раза.
Недостаткомпередатчика РСДС с однополосной модуляцией является сложность передающихустройств, связанная с подавлением несущих колебаний в передатчике, а также сдопустимым уровнем внеполосных излучений, которые создаются при недостаточномподавлении в передатчике спектральных составляющих (несущая частота, втораябоковая полоса и т. п.).
Далеена рисунке 5 показаны временные диаграммы преобразования сигналов в передатчикеРСДС.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Рис.5 Временные диаграммы преобразования радиосигнала в передатчике РСДС
/>
Рис.6 Преобразование спектров в передатчике РСДС
2.2 Приемник РСДС
Нарисунке 7 показана структурная схема приемника РСДС.
/>
Рис.7 Структурная схема приемника РСДС
УВЧ– усилитель высокой частоты;
См1,См2 – смеситель;
УПЧ– усилитель промежуточной частоты;
УНЧ– усилитель низкой частоты;
Гет1,Гет2 – гетеродин;
ПФ– полосовой фильтр;
А2– антенна;
Тел– телефон.
Вприемном устройстве путем гетеродинирования осуществляется перенос спектрасигнала из высокочастотной области в область звуковых частот. С этой цельюпринятый А2 сигнал и усиленный в УВЧ подается на См1 вместе с частотой f2 отГВЧ 1. После усиления в УПЧ однополосный сигнал подается на См2, в котором спомощью частоты f1 производится преобразование сигнала в область звуковыхчастот. Затем этот сигнал усиливается в УНЧ и выдается потребителям.
Нарисунке 8 показано преобразование спектров в приемнике РСДС.
/>
Рис.8 Преобразование спектров в приемнике РСДС
Приоднополосной модуляции чувствительность приемника увеличивается в два раза.
Недостаткомприемника с однополосной модуляцией является сложность схемы устройства, связаннаяс последующим восстановлением несущих колебаний в приемнике.
Далеена рисунке 8 показаны временные диаграммы преобразования сигналов в приемникеРСДС.
/>
/>
/>
/>
/>
Рис.9 Временные диаграммы преобразования радиосигнала в
приемникеРСДС
Рассмотренныйпроцесс соответствует полному подавлению несущей частоты и требует для воспроизведениясигнала с допустимым уровнем разборчивости взаимной расстройки частот fн впередатчике и приемнике, не превышает ± (150 … 250) Гц, а при наличии помех(обычных в каналах радиосвязи на ДКМВ) не более ± (50 … 100) Гц. Если считать, чтонестабильность поровну распределяет между передатчиком и приемником, тоотносительная нестабильность ГВЧ передатчика и приемника должна на наибольшейчастоте (30 МГц) быть не хуже 10-6. Если невозможно обеспечить такое качествоГВЧ, то применяют неполное подавление не сущей частоты в передатчике иавтоподстройки частоты в приемнике.
3ФИЗИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ БЛОКОВ РСДС
3.1 Балансный модулятор
Балансно-модулированнымколебанием называется амплитудно-модулированное колебание, в котором отсутствуетколебание несущей частоты.
Примодуляции гармонических колебаний балансно-модулированное колебаниеопределяется уравнением
/> (1)
Дляосуществления балансной модуляции применяется балансный модулятор (БМ)электрическая схема которого показана на рисунке 10.
/>
Рис.10 Электрическая схема диодного балансного модулятора
БМпринято называть само устройство, в котором осуществляется модуляция, тогда какпри обычной амплитудной модуляции модулятором называют усилитель звуковойчастоты, применяемый для амплитудной модуляции.
/>     Рис. 11 Напряжение на выходе балансного модулятора в режиме линейноймодуляции
ВБМ можно осуществить либо режим линейной модуляции, либо режим коммутации(переключений).
Нарис. 12 показана структурная схема устройства, позволяющего выделить однубоковую составляющую. На вход 2 подается радиочастотное, а на вход 1 –модулирующее колебания.
/>

/>
Вых.  

/>
Рис.12 Структурная схема устройства для получения колебания с одной боковойчастотой
Навыходе БМ 1 напряжение
/> (2)
Навыходе БМ
/> (3)
Сложениенапряжений от двух модуляторов дает результирующее напряжение
/> (4)
Аналогичноможно осуществить выделение колебаний разностной частоты.
3.2 Смеситель
Смеситель(См) является нелинейным элементом и служит для преобразования принятогосигнала в другой, более удобный для усиления и обеспечения хорошейизбирательности.
Электрическаясхема простейшего См показана на рисунке 13.
/>
Рис.13 Электрическая схема смесителя
Преобразованиесостоит в изменении частоты несущей при сохранении закона модуляции сигнала. Нарисунке 14 показан входной сигнал См с несущей частотой fc и гармоническимзаконом модуляции с частотой F. Спектр этого сигнала будет иметь вид, изображенныйна рисунке 15.
/>
/>
    Рис. 14 Входной сигнал смесителя с несущей частотой fc и гармоническимзаконом модуляции с частотой F
/>
Рис.15 Спектр входного сигнала смесителя с несущей частотой fc и гармоническимзаконом модуляции с частотой F
Вкачестве нелинейных элементов в См используют транзисторы, лампы, диоды. Дляболее подробного объяснения работы См воспользуемся графической зависимостьюколлекторного тока транзистора от напряжения между базой и эмиттером показанномна рисунке 16.
Проводимостьпрямой передачи транзистора, связывающая изменение коллекторного тока сизменениями входного напряжения, приложенного между базой и эмиттером (Uбэ), определяетсяотношением приращения этих величин при постоянном напряжении на коллекторе Uкэ:
Y21= ΔIк / ΔUбэ (5)
Штриховойлинией на рис. 16 показана зависимость проводимости Y21 от напряжений Uбэ. Прибольшом отрицательном напряжении Uбэ зависимость коллекторного тока от этогонапряжения приближается к линейной, а проводимость прямой передачи почтидостигает своего наибольшего значения. Именно в этой области выбирают рабочуюточку транзистора Y при использовании его в усилительном режиме, так как приэтом обеспечивается наибольшее усиление при малом уровне нелинейных искажений.Обозначим проводимость, соответствующую этой точке, Y21y. По мере сниженияотрицательного напряжения Uбэ крутизна характеристики коллекторного токауменьшается, что приводит к соответствующему уменьшению проводимости Y21. Длявысокочастотных дрейфовых транзисторов в интервале входных напряжений от 0, 2до 0, 4 В проводимость прямой передачи практически линейно увеличивается сростом входного напряжения. При выборе рабочей точки в середине этого участка(точка П на рис. 20) изменение проводимости прямой передачи будет почти линейнозависеть от входного напряжения, если оно не выходит за пределы отмеченногоинтервала. В этом случае действующее между базой и эмиттером переменноенапряжение гетеродина
uг= Uгm · sinωг · t (6)
будетизменять проводимость прямой передачи по закону
Y21(t) ≈ Y21n + Y21m · sinωг · t (7)
Графическиэта зависимость показана в правой части рис. 18.
Включимв ту же цепь база – эмиттер источник сигнала с напряжением
uс= Uсm · sinωс · t (8)
Будемполагать, что амплитуда сигнала гораздо меньше амплитуды напряжения гетеродина:Uсm
Ik= Y21 · Uбэ = (Y21n + Y21m · sinωг · t) · (Uбэ. п + Uсm · sinωс · t) (9)
Посленесложных тригонометрических преобразований формулу (9) можно переписать так:
Ik= Y21n · Uбэ. п + Y21m · Uбэ. п · sinωг · t + Uсm · Y21n · sinωс · t –0, 5 · Y21m · Uсm · соs(ωг – ωс) · t + 0, 5 · Y21m · Uсm ·соs(ωг + ωс) · t (10)
Следовательно,при выборе рабочей точки на криволинейном участке вольт – ампернойхарактеристики (точка П на рис. 16) и подведении к транзистору двух переменныхнапряжений (гетеродина и сигнала) коллекторный ток будет иметь постояннуюсоставляющую Y21 · Uбэ, составляющие с частотами гетеродина и сигнала, а такжесоставляющие с разностной и суммарной частотами. Две последние составляющие врадиотехнике называют комбинационными, поскольку их частоты определяютсякомбинациями (суммарной и разностной) частот входных сигналов нелинейного элемента,каковым являются См.
Припостоянной амплитуде напряжения гетеродина амплитуда Y21m будет неизменной(рис. 18). Поэтому амплитуды разностной и суммарной составляющих прямопропорциональны амплитуде сигнала.
НагрузкуСм делают избирательной и настраивают ее на разностную или на суммарнуючастоту. Благодаря этому на выходе См выделяется напряжение только однойсоставляющей тока, называемой полезной составляющей промежуточной частоты.
Заключение
Вданной курсовой работе, в соответствии с поставленным заданием, быларассмотрена радиостанция дальней связи, ее принцип работы и назначение. Построенывременные диаграммы и частотные характеристики сигналов и проведен их анализ.Также были описаны основные блоки, входящие в состав РСДС, такие как: балансныймодулятор и смеситель.
Список литературы
АйсбергЕ. Радио и телевидение?… это очень просто – М.: Энергия, 1975.
БогдановичБ.М. Радиоприемные устройства – Минск: Высшая школа, 1991,
БолдинВ.А., Горгонов Г.И. и др. Радиоэлектронное оборудование – М.: Воениздат, 1990.
ЖеребцовИ. П. Радиотехника – М.: Связь, 1965.
КаплунВ.А., Браммер Ю.А. и др. Радиотехнические устройства и элементы радиосистем –ФГУП «Издательсво «Высшая школа», 2002.
СеменовК. А. Радиоприемные и усилительные устройства – М.: Советское радио, 1965.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта referat.ru/