Автоматические системы управления и связь

К фидерам  предъявляются следующие требования: потери энергии высокочастотных  сигналов должны быть минимальными, не должны излучать или принимать электромагнитные волны, передавать требуемую мощность без электрического пробоя.

Степень согласования фидера с антенной характеризуется  коэффициентом бегущей волны  и может изменяться от 0 до 1. В  реальных антенно-фидерных устройствах  он составляет 0,6–0,95. Нарушение согласования антенны с фидером вызывает большие  потери мощности передатчика. 

 

3.1.2. Устройство и принцип работы  радиостанций. Основные функциональные  блоки радиостанций

 

Радиостанции  состоят из передающей части (передатчика) и приёмника. Перенос низкочастотной составляющей информационного сигнала  осуществляется с помощью радиочастотных колебаний, вырабатываемых специальным  генератором в передатчике. Структурная  схема радиопередающего устройства показана на рис. 3.4 [3].

 

 

                       

Рис. 3.4. Структурная схема  радиопередающего устройства

 

Звуковые  колебания, создаваемые микрофоном, незначительны по величине, поэтому  их предварительно усиливают усилителем звуковой частоты (УЗЧ). Затем с помощью  модулятора этими колебаниями воздействуют на генератор радиочастоты, в результате чего последний изменяет свою амплитуду (при амплитудной модуляции) или  частоту (при частотной модуляции), или фазу (при фазовой модуляции).

Частота генератора определяется по формуле [3]                      

 

 

               ω₀ =                                        (3.8)

 

где С –  емкость колебательного контура; L – индуктивность колебательного контура; Q –добротность колебательного контура.

Чем меньше затухание колебаний в контуре, тем выше его качество.  
Хорошими контурами считаются контуры с Q > 150. Важным параметром для задающих генераторов является стабильность частоты вырабатываемого напряжения. Различают параметрическую и кварцевую стабилизацию частоты высокочастотных генераторов. Параметрическая стабилизация осуществляется соответствующим подбором параметров и элементов схемы.

В радиостанциях  коротковолнового (КВ) и ультракоротковолнового (УКВ) диапазона применяется, как  правило, кварцевая стабилизация, обеспечивающая простой технической реализацией  высокую стабильность частоты колебаний.

Схема кварцевого генератора представлена на рис. 3.5 [3]. На эквивалентной схеме кварцевого генератора (рис. 3.15, а) L_кв, С_кв, r_кв – индуктивность, емкость и сопротивление кварцевой пластины, а С₀ – ёмкость кварцедержателя. Добротность кварцевого резонатора достигает 10⁶–10⁷.

 

 

Рис. 3.5. Схемы включения кварцевых резонаторов: а – эквивалентная; б – с двумя резонансными частотами; в – ёмкостная трехточка

 

Для эквивалентной  схемы (рис. 3.15, б) характерны две резонансные частоты: частота, соответствующая резонансу левой последовательной цепи, состоящей из L_кв, С_кв, r_кв [3],

 

 

                                   f_кв = (2π ∙ )^–1                                         (3.9)

 

и частота, соответствующая резонансу  в параллельном контуре, состоящем  из L_кв, С_кв, С₀ [3],

 

 

                         f₀ = {2π ∙ }^–1.                          (3.10)

 

Использование кварцевого резонатора для стабилизации частоты возможно в интервале  f_кв–f₀. При высокой добротности и малых значениях коэффициентов линейного и объёмного расширения его эквивалентные параметры остаются практически неизменными при значительных изменениях температуры окружающей среды, что позволяет обеспечить высокую стабильность частоты задающего генератора. Из эквивалентной схемы автогенератора  
(рис. 3.15, в) видно, что контур подключается к усилительному элементу тремя точками, поэтому эта схема называется ёмкостной трёхточкой.

Резонансная частота механических колебаний  кварцевой пластины зависит от её толщины. При работе на частотах свыше 15 МГц толщина этой пластины должна быть менее 0,3 мм, механическая прочность  – ниже допустимой. Поэтому для  обеспечения работы радиостанций, используемых в пожарной охране в диапазоне 140–174 МГц, задающие генераторы передатчиков проектируются на более низкие частоты, а повышение рабочей частоты  осуществляется с помощью умножителей  частоты.

На выходе передатчика стоит усилитель  мощности, с которого через согласующее  устройство электрические сигналы  поступают в антенну, где происходит преобразование высокочастотных (промодулированых сигналами, несущими информацию) электрических колебаний в радиоволны.

Излучаемые  передающей антенной радиоволны, достигнув  приёмной антенны, наводят в ней  эдс. Её частота равна частоте тока передающей антенны. Мощность колебаний в приёмной антенне, как правило, невелика. Принимаемые колебания усиливаются с помощью усилителя.

Различают радиоприёмники, приёмники прямого  усиления и супергетеродинные. Наиболее простым является радиоприёмник  прямого усиления. Структурная схема  радиоприёмника прямого усиления показана на рис. 3.6 [3].

 

 

 

 

 

 

 

                        

 

Рис. 3.6. Структурная схема радиоприёмника прямого усиления: 1 – входное устройство; 2 – усилитель радиочастоты; 3 – детектор; 4 – усилитель звуковой частоты; 5 – громкоговоритель

 

Входное устройство приёмника связывает  вход первого каскада приёмника (усилителя высокой частоты) с  антенной. Для выделения полезного  сигнала из совокупности сигналов, принимаемых антенной приёмника, используется колебательный контур, настраиваемый  на частоту полезного сигнала.

Супергетеродинный приём заключается в преобразовании принятых колебаний радиочастоты в  колебания промежуточной частоты. Промежуточная частота, как правило, ниже частоты приходящих сигналов, что облегчает построение схем усиления.

Для преобразования частоты сигнала f_с в промежуточную f_пр в приёмнике маломощный генератор опорных колебаний, частота которого ниже частоты приходящего сигнала (гетеродин), генерирует вспомогательные колебания с частотой f_г, которые в смесителе суммируются.

Наиболее  важными характеристиками приёмника  являются чувствительность, избирательность  и диапазон принимаемых частот.

Чувствительность  приёмника – это его способность  принимать слабые сигналы, развивая при этом необходимую выходную мощность. Например, при телефонном приёме амплитудно-модулированного  сигнала чувствительность выражается величиной эдс несущей частоты на входе приёмника, которая обеспечивает на выходе развитие реализуемой мощности (громкости звучания).

Избирательность приёмника характеризуется его  способностью выделять полезный сигнал из совокупности сигналов других радиостанций, работающих на частотах, близких к  частоте полезного сигнала.

Диапазон  принимаемых частот представляет собой  область частот, на которые может  настраиваться приёмник. При работе на любой частоте в этом диапазоне  чувствительность, избирательность  и другие показатели приёмника не выходят за пределы норм, установленных для приёмников данного класса.

 

3.1.3. Радиостанции, применяемые в пожарной  охране, их тактико-технические данные

 

В пожарной охране применяются  радиостанции коротковолнового и ультракоротковолнового диапазонов.

Радиосвязь предназначена:

– для обеспечения оперативного управления силами и средствами гарнизона пожарной охраны;

– связи с  пожарными автомобилями и подразделениями  пожарной охраны;

– взаимного  обмена сообщениями между подразделениями  на месте пожара;

– дублирования (резервирования) проводных каналов связи.

В настоящее время  в подразделениях пожарной охраны для  организации связи находят применение следующие радиостанции: «Гроза-2», «Полоса-2», ВЭБР, «Заря Н-2» и ряд  других. Для сокращения обозначения  типов радиостанций введены условные обозначения [3], в которых указываются: регистрационный номер, сокращённая  запись телефонной радиостанции, верхняя  граница выходной мощности диапазонов (300, 50, 5, 0,5), класс радиостанции (1-й  или 2-й), вид модуляции, шифр станции. Запись 30РТ 5–2–ОМ «Гроза-2» означает: радиотелефонная радиостанция, имеющая  регистрационный номер 30, выходная пиковая мощность 5 Вт, 2-го класса с  однополосовой модуляцией, шифр «Гроза». Радиостанции могут иметь дуплексный или симплексный режим. Дуплексный режим – это радиосвязь, при которой каждая из двух осуществляющих связь радиостанций ведёт одновременно радиопередачу и радиоприём. Симплексная радиосвязь – это двусторонняя радиосвязь, при которой в каждом из пунктов передача и приём производятся поочерёдно.

Радиостанция  «Гроза-2» (30РТ 5–2–ОМ) предназначена  для организации симплексной  телефонной и телеграфной радиосвязи. Выпускается в двух вариантах:

– «Гроза-2С» (стационарная – для работы в стационарных условиях);

– «Гроза-2П» (переносная –  для работы в полевых условиях).

Радиостанция «Гроза-2»  имеет четыре фиксированные рабочие  частоты, но в стационарном варианте используется сетевой блок питания, а в переносном варианте радиостанция работает от аккумуляторной батареи 4Х2НКП-20У2 или электрического агрегата ГИП-5ХЛ2. Основные технические характеристики радиостанции «Гроза-2» представлены в табл. 3.1[5].

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.1

 

Основные технические  характеристики радиостанции «Гроза-2»  

 

Диапазон фиксированных  частот	1,6–8 МГц
Число фиксированных частот	4
Классы излучений	USB, CW
Выходная мощность передатчика	Не менее 3 Вт
Приёмник: – чувствительность – выходная мощность усилителя низкой частоты (УНЧ)	Не хуже 3 мкВт 0,5 Вт
Потребляемая мощность: – в режиме «передача»   – в режиме «приём»	35 Вт от аккумуляторного  блока; 100 Вт от сети 1,5 Вт от аккумуляторного  блока; 30 Вт от сети

 

По своим  тактико-техническим характеристикам  радиостанция 28РТ 50–2 ОМ «Полоса-2»  наиболее полно удовлетворяет требованиям  организации радиосвязи в пожарной охране на большие расстояния [3]. Она  используется для осуществления  связи между гарнизонами либо подразделениями одного гарнизона, находящимися на расстоянии от 50 до 500 км друг от друга. Данная радиостанция предназначена для обеспечения  симплексной или дуплексной телефонной и телеграфной связи на четырёх  фиксированных частотах и может  использоваться как в стационарных, так и в полевых условиях. В  стационарных условиях питание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В, в полевых – от аккумуляторной батареи типа НКН-60 напряжением 24 В. Основные технические характеристики радиостанции «Полоса-2» представлены в табл. 3.2 [6].

В пожарной охране широко используются радиостанции 56РТМ–А2–ЧМ «Пальма», обеспечивающие беспоисковую, бесподстроечную симплексную телефонную радиосвязь с соответствующими стационарными радиостанциями на среднепересечённой местности. Дальность связи радиостанций серии «Пальма» может составлять:

– между  стационарными радиостанциями 15–30 км;

– между  стационарной и возимой радиостанцией 15–20 км;

– между  возимыми радиостанциями 8–15 км.

Основные  технические характеристики радиостанции типа «Пальма» приведены в табл. 3.3 [7]. 

 

Таблица 3.2

 

Основные  технические характеристики радиостанции «Полоса-2»

 

Диапазон частот	300–8000 кГц
Класс излучения	USB
Выходная мощность	Не менее 30 Вт
Чувствительность	Не хуже 3 мкВт
Выходная мощность УНЧ	Не менее 100 мВт

 

Таблица 3.3

 

Основные  технические характеристики радиостанции типа «Пальма»

 

Диапазон частот	140–170 МГц
Количество оперативно устанавливаемых  каналов	3
Токи, потребляемые радиостанцией: – в режиме «приём» – в режиме «передача»	0,3 А 0,6 А