Устройство для подводной связи
Инж. В. КАЖБЕРОВ, инж. А. КУЛЬГАЧЕВ, инж. Ю. ЛЕВЧЕНКО
Связь между аквалангистами и берегом осуществляется с помощью подводного и берегового комплектов аппаратуры. Для связи используются амплитудно-модулированные ультразвуковые колебания на частоте 72 кгц. Выходная мощность передатчика при отсутствии модуляции составляет около 1,3 вт. Преобразование звуковых колебании в электрические в подводном комплекте производится ларингофонами типа ЛТ-5.
Глубина модуляции достигает 80% при нелинейных искажениях, не превышающих 10%.
Модулированные колебания преобразуются в ультразвуковые при помощи пьезоэлектрического излучателя с к.п.д. около 30%. Во время приема ультразвуковых колебаний на выходе того же излучателя возникает напряжение, которое поступает на вход приемника, выполненного по схеме прямого усиления. Так как условия приема могут в значительной степени изменяться, вызывая большие колебания уровня принимаемого сигнала, приемник охвачен глубокой автоматической регулировкой усиления (АРУ), которая обеспечивает изменение уровня выходного сигнала не более чем на 6 дб при изменении входного уровня на 66 дб.
Усиленный сигнал детектируется и поступает на вход усилителя НЧ, обеспечивающего выходную мощность 0,15 вт с нелинейными искажениями около 5%. Чувствительность приемника при этой выходной мощности и при отношении сигнал - шум 9 дб составляет 4 мкв. В подводном комплекте используется телефон костной проводимости, при чем громкость приема устанавливается при налаживании комплекта.
Подводный комплект питается от трех батарей типа КБС-Л-0,5, соединенных последовательно. Потребляемый ток в режиме "прием" не более 30 ма, а в режиме "передача" около 300 ма. Вес комплекта с батареями питания, ларингофоном и телефоном около 2,5 кг.
В береговом комплекте, построенном по такой же схеме, как и подводный, предусмотрена возможность питания устройства как от внутренних батарей, так и от внешнего аккумулятора или сети переменного тока. В качестве микрофона в этом комплекте используется капсюль ДЭМШ. Передачи можно слушать, пользуясь высокоомными телефонами или встроенным громкоговорителем типа 1ГД2. В комплекте установлен контрольный блок, облегчающий наблюдение за работой устройства.
Принципиальная схема подводного устройства приведена на рис. 1.
Рис.1. Плюс питающей батареи следует
присоединить к корпусу устройства.
Передатчик состоит из задающего генератора, буферного каскада, двухтактного выходного каскада и модуляционного усилителя.
Задающий генератор собран на транзисторе Т1 по схеме, которая обеспечивает высокую стабильность частоты. Контур генератора состоит из катушки L1 и конденсаторов С2, С3, С4. Меняя сопротивление резистора R1 можно подобрать нужный рабочий участок на характеристике транзистора Т1.
В коллекторную цепь буферного каскада, выполненного на транзисторе Т2, включен трансформатор Tp1. Его обмотка I вместе с конденсатором С6 образует параллельный контур, настроенный на рабочую частоту. С концов обмотки II этого трансформатора ВЧ напряжение поступает на базы транзисторов Т3 и Т4, выходного каскада. На среднюю точку обмотки II трансформатора через фильтр Др2, С7 подается модулирующее напряжение НЧ. В передатчике применена автоколлекторная модуляция, позволяющая обойтись без мощного модуляционного усилителя.
Выходной каскад передатчика собран по двухтактной схеме на транзисторах Т3, Т4. Режим их работы подбирают, изменяя сопротивление резистора R6. В коллекторные цепи транзисторов Т3, Т4 включена обмотка I трансформатора Тр2 Его обмотка II нагружена на пьезоэлектрический излучатель Изл. Она имеет отводы для того, чтобы обеспечить наилучшее согласование с излучателем. Нагрузкой транзисторов Т3, Т4 по модулирующему напряжению Н Ч является дроссель Др3. Его индуктивность рассчитывают по формуле:
где Fнизш-низшая частота модулирующего напряжения, гц,
Ri - выходное внутреннее сопротивление транзистора для низкой частоты, ом.
Первый каскад модуляционного усилителя собран на транзисторе Т6 по схеме с общим эмиттером. Коэффициент усиления каскада можно менять при помощи резистора R10. Второй каскад модуляционного усилителя на транзисторе Т5 представляет собой эмиттерный повторитель.
Приемник устройства содержит три каскада усиления ВЧ, детектор, усилитель АРУ и двухкаскадный усилитель НЧ. Каскады усилителя ВЧ выполнены на транзисторах T7, T8, T9. Первый и третий - по схеме с контурами, настроенными в резонанс, а второй - по апериодической схеме, чтобы уменьшить опасность самовозбуждения усилителя.
Нагрузкой диодного детектора является фильтр R24 C18 C20. Постоянная составляющая продетектированного сигнала с этого фильтра подается через делитель R25R26 на базу транзистора Т10, работающего в качестве усилителя постоянного тока. Каскад на этом транзисторе усиливает напряжение АРУ. Сопротивление R25 выбирают с таким расчетом, чтобы увеличение отрицательного напряжения на базе транзистора T10 вызывало уменьшение коэффициента усиления каскада на транзисторе T7. Кремниевый стабилитрон Д2 включенный в цепь питания усилителя АРУ, обеспечивает стабильную работу транзистора T10 при изменении напряжения питающих батарей.
Усилитель НЧ выполнен на транзисторах Гц, T11, T12, T13 по стандартной схеме с двухтактным выходным каскадом. Он охвачен отрицательной обратной связью, напряжение которой подается с обмотки II трансформатора Tp4 через резистор R36 на эмиттер транзистора T11. Регулятором громкости служит потенциометр R27. Усилитель нагружен телефонами костной проводимости с сопротивлением обмотки постоянному току 80 ом.
Схема контрольного блока и сетевого выпрямителя для берегового комплекта приведена на рис. 2.
Puc.2
В устройстве использован цилиндрический пьезоэлектрический излучатель промышленного изготовления из титаната бария с размерами:
внутренний диаметр - 10 мм, наружный - 19,5 мм, длина - 10 мм. Выбор цилиндрической формы преобразователя вызван необходимостью создать равномерную диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Чтобы избежать сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости, длина преобразователя не должна превышать длину волны излучаемых колебаний.
Средний радиус Rср (м) цилиндрического излучателя определяет его резонансную частоту, а следовательно, и рабочую частоту связи. Эту частоту можно определить по формуле:
Рабочую частоту, на которой можно достигнуть максимальной дальности связи с учетом шумов моря рассчитывают по формуле:
Электрический сигнал подается на обкладки излучателя, нанесенные методом напыления серебра на внешнюю и внутреннюю поверхности цилиндра. К обкладкам при помощи легкоплавкого припоя припаивают гибкие проводники, которые далее соединяются с приемопередатчиком устройства при помощи экранированного кабеля. Для уменьшения наводок оболочку кабеля необходимо соединять с наружной обкладкой излучателя. При монтаже следует помнить, что нагревать титанат бария выше 130°С нельзя.
Излучатель помещают в резиновую оболочку и затем все ее пустоты заполияют глицерином, который обеспечивает необходимый акустический контакт с резиновой оболочкой и предотвращает деформацию ее при погружении в воду. Затем кабель с оболочкой герметизируют.
Приемо-передатчик смонтирован на двух платах из стеклотекстолита (рис. 3).
Puc.3
Между платами размещаются батареи питания. Так как на выходных транзисторах передатчика рассеивается значительная мощность, они помещены на радиаторах площадью 30 см2, выполненных в виде двух секторов. Для лучшего теплоотвода радиаторы при помощи пружин, через изолирующие прокладки прижимаются к корпусу устройства. Намоточные данные катушек и трансформаторов сведены в таблицу.
|
Обозначение по схеме |
Сердечник |
Обмотки |
Число витков |
Провод: марка |
|
L1 |
Кольцо из феррита 1000НН типоразмер К10Х4Х4.5 |
- |
100 |
ПЭЛШО 0,12 |
|
L2 |
" |
- |
120 |
" |
|
L3 |
На том же кольце, что и L2 |
- |
20 |
" |
|
L4 |
Кольцо из феррита 1000НН типоразмер К10х4х4,5 |
- |
120 |
" |
|
L5 |
На том же кольце, что и L4 |
- |
60 |
" |
|
Др1 |
Кольцо из феррита 1000НН типоразмер К10Х4х4,5 |
- |
200 |
" |
|
Др2 |
" |
- |
100 |
ПЭЛШО 0,15 |
|
Др3. |
Трансформаторная сталь Ш12х16 |
- |
до заполнения каркаса |
ПЭЛ 0,59 |
|
Tp1 |
Кольцо из феррита 1000HH типоразмер К10х4х4,5 |
I II |
65+35 20+20 |
ПЭЛШО 0,12 " |
|
Тр, |
Пермаллой 79НМ Ш5х8 |
I II |
50+50 |
ПЭЛ 0,51 |
|
Тр2 |
Пермаллой 79НМ Ш5,5х8 |
I II |
2100 |
ПЭВ 0,09
|
|
Тр3 |
" |
I II |
450+450 |
"
" |
Все отводы указаны, считая от нижнего (по схеме) вывода.
Вся конструкция подводного комплекта размещена в герметичном корпусе (рис. 4) выполненном из отрезка дюралюминиевой трубы диаметром 70 мм, длиной 450 мм и толщиной стенок 2 мм. На одном конце корпуса находится герметизированный переключатель П1 рода работы, а из другого конца выведены шланги с кабелями ларингофона, телефона и излучателя. Подводный комплект крепится между баллонами акваланга при помощи бандажей. Излучатель устанавливают на стальной пружине так, чтобы его ось была направлена под углом 90° к оси приемопередатчика. Пружина обеспечивает некоторую гибкость крепления излучателя, что предохраняет его от поломки при возможных ударах. Конструкция корпуса подводного комплекта обеспечивает полную герметичность при погружениях на глубину до 50 метров.
Puc.4
Береговой комплектразмещен в брызгозащищенном корпусе размером 280Х200Х150 мм, на передней панели которого находятся все органы управления, стрелочный прибор и встроенный громкоговоритель, Здесь же расположены разъемы микрофона, телефона и излучателя.
РАДИО, N 10 1970г., с.42-44.
