航模基础知识-第4章 遥控伺服设备

第一节 概述

所谓遥控，就是指对被控对象，按照所预定纳意图对其内部参数、工作状态等进行远距离操纵。遥控技术对于现代工农业生产、科研、国防等领域均有非常广泛的应用，随着现代科技的发展，它们的应用也越来越普遍。

遥控技术一般应用于操作者不能或难以到达受控对象的场合。而对于移动式的受控对象，则更不得不使用遥控技术，例如在恶劣环境下作业的机器，人难以到现场操纵，就必须使用遥控技术进行远距离操纵。又如工厂里的行车、模型飞机、模型舰艇，乃至当代的无人驾驶飞机、宇宙飞船、无线电制导导弹等等，这些移动式设施就更不可缺少遥控技术了。

遥控的种类有很多，若以遥控信息传送方式区分，可以分为有线遥控和无线遥控两大类，而无线遥控又包含了红外线遥控、超声波遥控和无线电遥控二类。有线遥控和无线电遥控可以达到很远的距离、而红外线和超声波遥控只能在十几米之内，因此多用于家用电器方面。

一、 遥控系统的基本组成

一个遥控系统，一般应包括下面几个组成环节：命令(指令)输入、命令生成、命令发送、命令传输、命令接收、命令解释、命令执行等7个环节。典型遥控系统各个环节的相互关系如图4-1所示。

图4-2典型遥控系统的构成

1．遥控命令输入

遥控命令输入一般由按键、按钮、键盘等构成。人们通过该环节把预先定义的命令输入列有关电路中去，这是最常用到的一种方法。在一些简单应用或特定应用中，也有使用其他方法实现命令输入的。例如语音识别系统。 2．遥控命令生成

遥控命令生成电路用于将由键盘、按钮等输入的遥控命令通过其电路处理生成各种不同的命令。这些命令部是以电信号形式出现的。这些电信号大体上义分为两类，一类是模拟信号(音频信号)，用音频信号的不同频率或是若干种不同频率的不同组合来代表各种不同的命令；另一类是数字脉冲信号．通过不同的编码 来代表各种不同的命令。以上这两种信号在现代遥控中部经常用到。 3．遥控命令发送

遥控命令发送环节将上述电路所生成的台行命令信息的音频或数字脉冲信号转换为可以发送往接收端的信号。例如，电视遥控器将遥控命令信号通过红外发射管转

142

换成红外光线发射，无线电遥控装置把遥控命令信号转换为高频(射频)信号发送。 4．传输

传输环节把遥控命令信号传输到接收端，通常可分为有线传输和无线转输两大类。而无线传输又常分为无线电传输和纤外线传输，在一些简单控制中，有时也采用超声波传输。

5．命令接收

命令接收环节主要负责接收以有线方式或无线方式送来的遥控命令信号，并进行信号变换、放大、去除干扰等预处理。例如上述电视遥控装置，接收电路收到的是红外光脉冲信号，须先将其转换为电脉冲信号(即光／电转换)，然后才能使用电子放大电路进行放大等处理。对于有线传输方式，接收环节相对比较简单。 6．命令解释

命令解释与命令生成具有相反的过程。在时分制系统中，无论是以有线方式还是以无线方式传输信号，都是以单一通道传输的。以有线传输为例，不论有多少种复杂的命令内容，都是通过同一对线路传送的。以允线电方式传输为例，不论有多少种命令内容，都是以一个射频频率传送的。这种传输方式中的信号组成

格式，是一种称为“串行”的信号，复杂的具体命令的内容是由这些信号的不同组合情况来表达的。这种组合公专业俗语上称为 “编码”，也就是上面所称的“命令生成”过程。“命令解释”则与之相反，称为“解码”，通过解码电路，把包含有命令信息内容的 “串行”信号转换成f“并行”信号。这时，每一个命令内容都应该有一根输出线，每一根输出线控制一个相对应的动作，因此同时被控制的对象可以是多路的。

7．命令执行机构

命令执行机构通常又称为伺服机构，可实现对受控对象的具体操作与控制，其典型代表有继电器、伺服电机、电子开关等。例如一个抽水系统，继电器布遥控信号的作用下吸合或释放，从而开动或关闭抽水设备，继电器是执行机构，抽水设备是受控对象。又如遥控窗帘，依靠小型电机的转动经减速传动机构带动窗帘，窗帘是受控对象，小型电机是执行机构。 二、无线电遥控装置

模型飞机在跑道上加速滑跑，离开地面，飞向蓝天。只见它在乎飞中突然垂直上升，升到一定高度又急转180度垂直向下俯冲；它时而翻斤斗，时而又有节奏地横滚„„有个技艺高超的飞行员在驾驶它，使它作出许多准确优美的动作。当然，模型飞机上不会有飞行员，是地面的运动员通过无线电遥控方式“驾驶”它凌空翱翔的。

什么是无线电遥控呢?通俗地说，利用无线电传送控制信号，对物体或各种过程进行远距离的控制，就是无线电遥控。例如：通过无线电传送控制信号，操纵模型飞机作出各种动作，控制导弹飞向目标，对难以驾设线路的高山微波站、输道等无人管理设备工作或生产过程的控制，都有无线电遥控装置。

无线电遥控有着与无线电广播一样悠久的历史，但却只是在最近几十年才得到迅速发展，显示出它神通广大的作用。在晶体管出现以前，遥控模型的设备都是由电子

143

管组装而成的，由于受到模型的容积及载重的，通常在模型上使用的是由三或四只电子管组成的超再生式接收机。这种接收机易受外界干扰而发生误控及失控事故，因此在普及与提高方面均受到。晶体管的问世给无线电遥控模型设备的发展创造了条件，60年代初就有了全部用晶体管组装的单通道遥控设备，其接收机仅有火柴盒大小，地面控制距离在200m左右。60年代中期又出现了多通道晶体管化遥控设备。这种设备对遥控模型运动的发展起到了较大的推动作用。随着集成电路的发展，尤其是低功耗集成电路的应用，70年代中期有了由集成电路组装的时分制遥控模型设备。现在无线电遥控设备，由于采用了大规模集成电路，特别是单片机和微型封装元器件，体积只有硬币大小，仅两三克重。 无线电遥控模型飞机在飞行时，操纵者可以通过地面的无线电发射机发出各种信号，模型飞机上的接收机收到信号以后，立即通过相应的伺服机构操纵飞机的各个舵面．完成各种飞行动作。

从无线电遥控设备的通道数多少可分成单通道无线电遥控设备和多通道无线电遥控设备。从操纵动作来分，又可分为开关式和比例式两种。前者只能通过发射机操纵飞机上的一个或数个开关。后者可以按比例地把地面操纵手的操纵杆动作传递到空中飞机的舵面上去。模型飞机上开关式的无线电遥控设备几乎被淘汰，取而代之以比例式无线电遥控设备。比例操纵设备是很具有代表性的设备，用比例操纵设备控制模型，可使模型的动作准确优美，深受遥控模型爱好者的欢迎。使用不同类型的无线电遥控设备飞机所能作的动作的难易和准确程度是不同的。近年来在世界上普遍发展的是比例遥控设备，它比开关式遥控设备的操纵质量好得多。这种遥控设备几乎可以使模型飞机上的舵面按着操纵者的您愿动作，而不象开关式设备那样，只能生硬地操纵舵面偏转一个固定的角度。无线电遥控模型飞机的品种很多，常见的有：无线电遥控滑翔机，无线电遥控特技模型飞机，无线电遥控直升机和无线电遥控绕标竞速模型飞机等。

第二节 无线电遥控的基本原理

遥控技术为什么能这样神通广大呢?这就需要了解它的原理了。让我们通过无线电遥控模型飞机和无人驾驶飞机的飞行过程，看看无线电遥控是怎样实现的。 一、模型飞机的遥控过程

生活中随时会遇到这样的事情：在用收音机听广播时，如果声音太大，就要把音量关小些，反之就把音量开大些；在淋浴时在淋浴时如果水太热，就要把热水开关关小些，反之就要开大。这些调节过程实质就是控制系统的控制过程。在这里，音量或水温是被控对象；耳朵或皮肤起到测量的作用，它们将测量的结果通知大脑；大脑相当于控制命令装置，它根据测量的结果发出控制命令；手则是执行大脑命令的执行机构。其控制过程可用图4-3表示。从图中可看出，构成一个控制系统，除被控目标外，还要有测量设备、控制装置及执行机构。控制系统的控制过程，就是不断消除被控目标实际状态与预定状态之间的偏差的过程。

144

图4-4 控制系统示意图

遥控模型飞机的过程与上述的控制过程是相同的。图4-5是遥控模型飞机的示意图。图中的模型飞机是被控目标。在模型飞机上安装有接收机与执行机构，并有产生拉力的发动机和控制飞行姿态的方向舵、升降舵等机构。在地面，运动员手持发射机对模型进行操纵。运动员的眼睛相当于测量设备。当发现模型飞机的飞行姿态发生偏差后，就通过发射机发出相应的控制命令，经无线电波传送到接收机，由接收机将控制命令送到相应的执行机构。执行机构带动相应的舵面动作，修正模型飞机出现的偏差。例如：飞机偏高了，就发出“推杆”的命令，反之则发出“拉杆”的命令；飞机偏右了就发出“左舵”的命令，反之发出“右舵”的命令。

图4-6 遥控模型飞机示意图

在这里，我们把发射机、接收机及执行机构统称为无线电遥控设备，把运动员通过遥控设备发出的控制命令叫控制指令或遥控指令。

一架无线电遥控的模型飞机可以说是最简单的无人驾驶飞机。对真的无人驾驶飞机的遥控比模型飞机当然要复杂得多。图4-7是无线电遥控无人驾驶飞机的示意图。为了执行打靶、侦察等任务，无人驾驶飞机可能飞到很远的地方，用眼睛就观察不到它的飞行姿态和空中的位置了。因此，在无人驾驶飞机上除了有遥控设备外，还有无线电遥测设备。无线电遥测设备就是前面所说的控制系统的测量设备，只不过它是借助无线电信号对远方目标的参数及状态进行测量。安装在无人驾驶飞机上的遥测发射

145

机把飞机的高度、速度、发动机转速、飞行姿态等参数通过发射天线不断发送出来，地面的遥测接收机及显示设备接收并显示这些参数。遥测设备就像“千里眼”一样，使人们“看”到飞行在远方天空上的飞机。

图4-8 无人驾驶飞机示意图

在无人驾驶飞机上还有自动控制设备。飞机在飞行时，除了可以通过无线电遥控设备控制舵面及其他机构外，还可以用自动控制设备自动驾驶飞行。自动驾驶飞行与遥控飞行的基本原理是一样的。安装在飞机上的各种传感器直接感受飞机飞行姿态的各种参数，并将其变为电信号，这些电信号通过运算放大器直接加到舵机等执行电路，对无人驾驶飞机的飞行姿态进行控制。飞机上还有应答机或信标机，在地面有跟踪雷达。地面控制站根据雷达及遥测设备提供的参数，通过计算机计算，对照预定的方案确定当前的控制方案，由操纵员或计算机通过遥控发射机向无人驾驶飞机发出控制指令。飞机上的遥控接收机收到控制指令后，把各种不同的指令区分开，加到自动控制设备中的转换电路或舵机等执行电路上，实现对舵面或其他调节机构的控制，使飞机执行预定的任务。

从上面介绍可知，无论是对模型飞机还是对无人驾驶飞机的无线电遥控，都是通过无线电遥控设备发出控制指令实现的。这种遥控方式称为无线电指令遥控。指令遥控是无线电遥控的一种方式，无线电遥控还有雷达制导等方式。因为控制指令是在了解被控目标的状态后才产生的，所以指令遥控与遥测总是结合在一起，是在遥测的基础上实施的。通常把遥控及遥测设备统称为“双遥”设备。前面介绍的在国防及工业中应用的遥控设备大多是双遥设备。对于各种模型的遥控，一般都在视线距离之内，操纵者用眼睛就能观察到模型的姿态和位置，所以没有专用的遥测设备。本书下面介绍的遥控设备，主要是应用于遥控各种模型，在视距范围之内的无线电指令遥控设备。其中有些遥控设备也可用于工业生产及军事训练中，如对大型吊车、天车、挖土机和战术背景等的遥控。

二、无线电遥控设备的基本工作原理

图4-5是无线电遥控设备方框图，由发射机、接收机及执行机构三部分组成。发射机主要包括编码电路和发射电路。编码电路由操纵器(操纵开关或电位器等)控制，

146

操纵者通过操纵器，使编码电路产生所需要的控制指令。这些控制指令是具有某些特征的、相互间易于区分的电信号，例如：用频率为270Hz的正弦信号作为控制左舵的指令，用频率为350Hz的正弦信号作为控制右舵的指令，即不同频率的正弦信号代表不同的控制指令。除了可利用频率特征外，还可用正弦信号的幅度及相位特征、脉冲信号的幅度、宽度及相位特征以及码组特征等表示各种指令。

图4-5 无线电遥控设备框图

编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上去，还要将指令信号送到发射电路，使它载在高频信号(载波)上，才能由发射天线发送出去。就如同用火车、飞机等运载工具运送货物一样，指令信号相当于货物，载波相当于运载工具。我们把指令信号载到载波上去的过程叫调制，调制作用由发射电路的调制器完成。发射电路的主要作用是产生载波，并由调制器将指令信号调制在载波上，经天线将已调载波发送出去。

接收机由接收电路及译码电路组成。接收电路又包括高频部分及解调器部分。由接收天线送来的微弱信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。就像火车、飞机等运载工具到站后，把货物卸下来的情况一样，解调器的作用是从载波上 “卸”下指令信号。由于“卸”下来的各种指令信号是混杂在一起的、还要送到译码电路译码。译码电路的工作就像把卸下来的货物鉴别分类，再分别送到使用场地一样，它对各种指令信号进行到具有一定的功率，用以驱动执行机构。执行机构将电能转变为机械动作，例如电机的转动、电磁铁的吸动等，带动被控的调节机构(例如舵面)，从而实现对被控目标的控制。

三、频分制与时分制——无线电遥控设备的分类

无线电遥控设备的种类与分类方法很多。例如，以产生和区分指令信号的方法不同，可分为频分制与时分制两种类型的设备；按通道数目的不同，可分为单通道与多通道设备；以控制指令性质的不同，可分为开关型与比例型设备；以接收电路的程式不同，可分为超再生式、超外差式等类型。另外，还可以从操纵方式的不同、发射机调制方式的不同等方面分类。下面介绍几种主要的分类方法。 （一）单通道与多通道

遥控一架模型飞机，要操纵它的方向舵、升降舵等几个舵面，需要好几个控制指令。这些指令信号在接收机的译码电路中区分出来，并送到相应执行放大电路。每个指令信号都有自己的 “通道”(我们把通行指令信号的“道路”叫通道)。只有一个通道的无线电遥控设备叫单通道设备，有两个或两个以上通道的无线电遥控设备叫多通道设备。图4-6是单通道设备方框图，从图中可以看出，单通道只有一个操纵器，

147

通常只能控制一个执行机构，例如控制一个电磁铁的吸动或一个电机的转动。图4-5实际是多通道遥控设备方框图，有多个操纵器，能控制多个执行机构。

图4-6 单通道设备框图

多通道设备还可以分为单路多通道和多路多通道两种类型；在同一时间内只能传送一个控制指令，不同指令只能一个接一个地传送的多通道设备叫单路多通道设备；同一时间内能传送多个控制指令的多通道设备叫多路多通道设备。由于单路多通道设备在同一时间内只能传送一个控制指令，执行机构只能一个一个地动作。多路多通道设备可以在同一时间内传送多个控制指令，有几路则可同时发几个控制指令，使几个执行机构同时动作；这个道理可以用火车来比喻：如果只是一条铁路，各车次的火车只能一辆开出后再开出一辆；若有好几条铁路的话，就可从车站同时发出许多列火车了。很明显，多路多通道设备复杂一些，但给操纵带来方便，尤其是某些被控对象，需要几个执行机构同时配合动作，就必须用多路的遥控设备。 （二）开关型与比例型

按控制指令性质的不同，遥控设备可分为开关型和比例型两种。开关型设备的操纵器是操纵开关，其控制指令的电信号只有两种状态，例如信号的有与无、频率的高与低、脉冲的宽与窄等。因此，被控的执行机构也只有两种状态。图4-7是开关型遥控设备示意图，图中的灯泡只有亮与不亮两种状态。

图4-7 开关型遥控设备示意图

比例型遥控设备的操纵器通常是电位器，其控制指令的电信号是连续变化的(例如倍号频率或脉冲宽度的连续变化)，被控执行机构的状态也与操纵器的状态成某种比例地变化。如在图4-8所示的比例遥控设备示意图中，随着电阻器滑臂向右移动，被控的灯泡由暗逐渐变亮。由于比例遥控设备有这种特点，可以使被控模型动作准确优美。

图4-8 比例型遥控设备示意图

148

（三）频分制遥控设备

转动电视机频道开关旋钮，就可以收看到不同的节目。这是因为各电视台的频率不同，在电视机的频道开关内有选频电路，只能通过与其谐振的电视台信号，而把其他电视台的信号滤掉。频分制遥控设备区分通道的原理与电视机选台的原理是一样的。

1、频分制单路遥控设备

图4-9是频分制单路遥控设备方框图。图中发射机的音频振荡器就是前面介绍的编码电路，Sl、S2„Sn是操纵开关，C1、C2、„Cn是容量互不相等的电容，通过操纵开关，可把任意一个电容接入振荡器的振荡回路。由于接入振荡器振荡回路中不同容量的电容，振荡器会产生相应的不同频率的电信号。因此，按动不同的操纵开关，就会产生代表各种控制指令的不同频率的电信号，再经发射电路，调制在载频上，由天线发送出去。

图4-9 频分制遥控设备示意图

接收机由接收电路及起到译码电路作用的分频器组成。与电视机的频道转换器作用相同，分频器能把不同频率的指令信号区分开，送到相应的执行放大器，控制执行机构动作。

音频振荡器在同一时间内只能产生一个频率的信号，用以代表一个控制指令，只有前一个操纵开关断开后，才能接通第二个操纵开关。产生第二个频率的信号，代表另一个控制指令。因此，这种遥控设备是单路多通道设备，由于这种遥控设备电路简单，易于组装调试，是初学遥控技术的无线电爱好者最爱采用的设备。图4-9中所示的振荡器及分频器都是LC型的，除此以外，常用的还有RC型及机械振荡器与机械分频器。振荡器的频率通常在几百赫到几千赫之间。在这种设备中，指令信号对载频的调制常用调幅(AM)或调频(FM)制。调幅是使载频的幅度按指令信号的规律变化，调频是使载频的频率按指令信号的规律变化，如图4-10所示。由于调频制具有抗干扰能力强的优点，要求抗干扰性能强的遥控设备大多采用调频制。

149

图4-10 调幅波与调频波

2 、频分制多路遥控设备

图4-11是频分制多路遥控设备方框图。发射电路、接收电路与单路频分制设备相同，不同之处是编码电路由指令产生器、副载频振荡器、调制器及相加器等电路组成，译码电路由带通滤波器、解调器等电路组成。

图4-11 频分制多路遥控设备

指令产生器通常是操纵开关、电位器及由它们控制的振荡器。为了把这种电路产生的指令信号变为相互阎易于区分的电信号，要把这些指令信号调制在不同频率的信号上。这些不同频率的信号叫副载频。副载频由副载频振荡器产生。图1．10中四个副载频振荡器产生四个频率互不相同的副载频，频率范围由音频到几十千赫。被指令信号调制的副载频经相应的带通滤波器“过滤”，使其相互间不干扰，再由相加电路混在一起，对载频进行调制。最后经高频电路放大，由天线发送出去。接收机收到载频并放大、解调后，恢复了混杂在一起的各路副载频，并把它们送到带通滤波器。各个带通滤波器仅允许频率在相应规定范围内的信号通过，而把其他频率的信号滤掉。这样，混杂在一起的副载频就由带通滤波器分开了。再由解调器对副载频解调，取出副载频上载有的指令信号，送到相应的执行放大电路，控制执行机构动作。多路频分制遥控设备适于传送连续的指令信号，并能同时对各执行机构进行控制，但这种设备的路数不能太多，最多为十几路，否则会产生串路干扰。带通滤波器体积和重量都较大，路数多了也不易调试，所以在遥控模型中很少使用两路以上的频分制设备。

150

尤其近年来低功耗数字集成电路广泛应用，为时分制遥控设备的发展创造了有利条件，在遥控模型中使用的多路频分制设备已逐渐为时分制遥控设备所取代了。 （四）时分制遥控设备 1、原理

大家知道，在一条铁路上同时行驶有许多列火车。因为它们运行时间错开了，各列火车都按火车时刻表的时间正点运行，所以虽都在一条铁路上行驶却是有条不紊，不会发生堵塞、撞车等事故。时分制遥控设备的原理与上述的道理很相似，其实质就是用一套发射电路与接收电路，按着一定的时间顺序传送各种控制指令。

图4-12是时分制遥控设备示意图。除了发射电路与接收电路外，发射机的编码电路主要由指令产生器、编码分路器及同步信号产生器等电路组成。接收机译码电路主要由译码分路器、同步分离器等电路组成。

图4-12 时分制遥控设备示意图

指令产生器通常是操纵开关、电位器及由其控制的振荡电路。各指令产生器产生的指令信号是相互间不易区分的电信号。显然，只要把这些信号有规律地分配在不同的时间间隔内，接收机就能把它们鉴别出来，把指令信号分配在不同时间间隔内的工作由编码分路器完成。编码分路器象是有多个触点的旋转开关。当它以一定速度顺时针旋转时，就会产生按一定时问顺序排列的时序脉冲。这些脉冲被相应的指令信号所调制，变为载有指令电信号特征的指令脉冲。图4-12中，编码分路器在Tl时刻接通第一个触点，输出被第一路指令信号所调制的指令脉冲S1；在接通第二个触点的T2时刻，输出被第二路指令信号所调制的指令脉冲S1；接通第三触点的S3时刻，输出指令脉冲S。最后，在接通第四个触点的T4时刻，输出由同步电路产生的同步脉冲。分配器转完一周后，又开始第二周的循环，在T5时刻输出S1、T6时刻输出S2、„这样旋转下去，即可周期性地按顺序传送各路指令信号，从编码分路器的输出得到如图4-13所示的脉冲序列(图中所示为脉宽调制方式，脉冲宽度随指令信号而变，详见后文)。

151

图4-13 脉冲序列图

脉冲序列送到发射电路，对载频进行调制。经常使用的调制方式是脉冲对载频调幅或调频，与频分制遥控设备中指令信号对载频的调制方式相同。接收机的接收电路将载频放大和解调后，使脉冲序列还原，并送到译码分路器。译码分路器与编码分路器一样，也相当于一个多触点的旋转开关，但它的转动规律受同步分离电路输出的同步脉冲控制，与编码分路器同步转动。这样，从译码分路器就依次输出S1、S2、S3指令脉冲。各指令脉冲被送到相应的执行放大电路，控制执行机构运动。

从上述的时分制遥控设备的工作原理可以看出，译码分路器必须与编码分路器同步工作，否则就会出现把指令脉冲S1当作S2等“张冠李戴”的错误。完成同步工作的电路叫同步电路，同步电路是时分制遥控设备所特有的电路，其实质就是为发射机编码电路与接收机译码电路提供一个共同的时间基准和时间程序，就象火车时刻表所起的作用一样(使各列火车有条不紊地运行)。为使译码电路把同步信号从脉冲序列中鉴别出来，同步信号的特征要与各指令信号有所区别。图4-13中，同步脉冲是以宽度特征区别于各指令脉冲的。

在实际电路中，编码与译码分路器都是由脉冲分配器或移位寄存器等电子线路构成的，“旋转”的速度很快。以常用的比例遥控设备为例，每“旋转”一周的时间是20ms，即图4-13中，各指令脉冲S1、S2、S3及同步脉冲均隔20ms重复发送一次。因为各种模型的运动不会有毫秒级的突变，所以每隔几十毫秒发一个指令信号就能很好地完成对模型的控制。如同对一个周期为十分之一秒的正弦变化量，除用一条连续的曲线表示外，还可用不连续的点来表示，若每隔百分之一秒一个点，有十个点就可大致看出正弦变化的规律。另外，不同的指令信号虽然是按一定的时间间隔先后发出，但相对于模型运动，这种间隔很暂短，S1、S2、S3之间的间隔最多十几个毫秒，可看作是同时发出的，所以这种时分制遥控设备是多路遥控设备。时分控制设备能传送的路数是很多的，可达几百路，并且还不易产生各路之间的干扰。时分制遥控设备还适于使用数字集成电路。近年来使用低功耗的集成电路，以及单片机，使时分制遥控设备的体积减小，重量减轻，可靠性增强，功能更强大，因此在遥控模型中得到了广泛的应用。大家都喜爱使用的比例遥控设备就属于这一类型的设备。 2．时分制遥控设备的种类 从时分制原理中我们知道，指令信号对编码分路器产生的时序脉冲进行调制后，才产生指令脉冲。按指令信号对时序脉冲调制方式的不同，时分制遥控设备分为脉幅调制、脉宽调制、脉位调制及脉码调制等类型。脉幅调制就是脉冲幅度调制(PAM)，图4-14是调制波形图。

152

图4-14 脉冲调幅波形 图4-15 脉宽调制波形

在这种调制中，脉冲序列的幅度按指令信号规律变化。脉宽调制就是脉冲宽度调制(PDM)，在这种调制中，脉冲序列的脉冲宽度随指令信号规律变化，见图4-15。 脉位调制就是脉冲相位调制(PPM)，图4-16是其调制波形图，图中校调脉冲序列的形状不变，只是脉冲出现的时间随指令信号的规律而前后移动。

图4-16 脉位调制波形 图4-17 脉码调制波形

脉码调制就是脉冲编码调制，在这种调制中，脉冲的幅度、宽度、相位均不变，但脉冲的数目及其组合随指令信号的规律变化，见图4-17。

在上述的几种时分制遥控设备中，脉冲幅度调制设备抗干扰性能较差，脉冲编码调制设备抗干扰性能最好，但设备较复杂。因此，经常应用的是脉宽调制PDM及脉位调制PPM设备，但PCM编码设备将是以后发展的趋势。 （五）小结

153

从前面的介绍可知，无论频分制遥控设备还是时分制遥控设备，都是通过发射电路与接收电路传送各种指令信号。对于操操纵模型的时分制或频分制遥控设备，其发射电路和接收电路是基本相同的。两种设备的不同之处在于产生与区分指令信号的编码电路与译码电路。频分制遥控设备的编码电路与译码电路主要由音频振荡器以及各种选频器等组成，时分制遥控设备编码电路与译码电路主要由触发器、计数器、寄存器及脉冲分配器等逻辑电路组成。下面我们将结合这一特点介绍具体电路和各种遥控设备。

第三节 发射电路的原理

这一节介绍无线电遥控设备的发射电路部分。如果我们把控制信号看成是被运送的货物，那么，发射电路就像是运送货物的车辆。发射电路产生运送控制信号的载波，并使控制信号依附在载波上，发送到空间去。如同每个广播电台都有自己的工作频率一样，遥控设备也有其工作频率。遥控设备工作频率的选择要严格控制在国家规定的业余无线电波段范围，以免影响广播、通信等部门的工作。以前，由于没有规范的国家标准，遥控设备的频率比较乱，各种遥控模型比赛常用的业余频段有：27MHz频段，其频率范围由27MHz至38MHz；40MHz频段，其频率范围由40.2MHz至48.5MHz，72MHz频段，其频率范围由72.55MHz至74.5MHz。另外，还有150MHz频段(150.05MHz至167MHz).。由于无线电频率资源有限，为了规范管理，避免干扰造成的事故，2003年国家信息产业部颁布了遥控模型用频率，车海模在26-27MHz频段共12个频点，在40MHz频段共8个频点，空模在40MHz频段共5个频点，在72MHz颊段共10个频点。具体要求请参见本章附录。

一、发射机主要技术要求与电路组成 （一）主要技术要求

如果遥控设备失灵，会使模型摔坏，甚至出现严重的人身和财产伤害事故。其中，载波频率不稳是造成失灵的主要原因之一。目前的遥控设备，由于采用晶体稳频电路，频率稳定度达10-5—10-6，满足了使用要求，载频的频率稳定度就不再引人注意了。其实，对发射电路来说，频率稳定度仍然是重要的指标。输出功率也是对发射电路的主要要求之一。根据控制距离的不同，发射电路要输出相应的功率。功率过小，达不到要求的控制距离；功率过大，会造成浪费。遥控发射电路的输出功率一般由十几毫瓦到一瓦不等。遥控设备还要求结构牢固、维护及调试方便、便于散热等。 国家标准规定，模型用遥控器发射功率< 750Mw，对于使用26-27MHz频段的模型遥控器其频率容限<100ppm; 对于使用40MHz和72MHz频段的模型遥控器频率容限<30ppm，遥控器的杂散发射限值< 0.75mW （二）电路组成

图4-18是常用的发射电路方框图。图中主振级、中间放大级、输出级属高频电路，调制电路属低频电路。

1

图4-18 发射电路方框图

二、振荡部分 1、主振级

主振级是一个高频振荡器，用来产生最初的载波信号。中间放大级把载波放大，去推动输出级。通常这两级都是高频功率放大器，把载波放大到具有一定的功率，再由天线发送到空间。调制电路把控制信号放大，送到中间放大级对载波进行调制。根据调制方法的不同，调制也可在主振级或输出级实现。

这里所说的中间放大级不一定只有一级，为简单起见，我们把主振输出级之间的各级统称为中间放大级。例如，以起缓冲作用为主的缓冲级，起频率倍增作用的倍频级，以及为推动输出级而主要起功率放大作用的激励级等，均称为中间级。用于不同场合的遥控设备，发射电路的组成是不同的。如控制一个小玩具或家用电器，距离最多为几十米，发射电路输出10—20mW就够了，没有必要有中间级和输出级，发射电路只要有一个高频振荡器及一个调制器就可以了。

控制一个活动半径300—500m的舰船模型或飞机模型，发射电路的高频部分一般由两级组成，即在主振级之后就是输出级，这种电路的输出功率约为100mW。如果被控目标与操纵者相距约为lkm，就要用高频功率放大器，其输出功率约为1W。另外，有的调频遥控设备为得到较大频偏，加有倍频级；有的发射电路中为了进一步稳定载频频率，在主振级之后加有缓冲级。总之，发射电路的组成要视具体需要而定。 主振级可比喻为发射机的心脏，发射机的载波由它产生。如果主振级频率不稳或停振，发射机就不能正常工作。我们知道，一个具有选频电路，又有足够正反馈量的放大器，就可以成为产生正弦波的振荡器。若按频率划分，振荡器可分为高频振荡器及低频振荡器，主振级的振荡器属于高频振荡器。高频振荡器又可分为LC自激振荡器与晶体稳频振荡器。对于LC自激型振荡器，尽管我们采取各种稳频措施，但在实际制作中频率稳定度很难作到l0-4。用晶体稳频的振荡器，频率稳定度容易作到10-5以上，因此，近年来遥控设备的主振级大都用晶体稳频振荡器。下面介绍由晶体稳频振荡器组成的主振级。 2、晶体

155

晶体稳频振荡器是利用晶体代替一般LC谐振回路的振荡器。用于主振级的晶体结构及尺寸如图4-19所示。石英晶体放置在支架上，支架又起到引出线的作用，特效银电极引出。整个晶体用金属外壳密封。

图4-19 晶体结构和尺寸

晶体最重要的特性是具有压电效应。若在晶片上加交变电压。晶片会产生周期性机械振动；反之，晶片的机械变形又会导致交变电场产生。晶体本身有一固有的机械振荡频率，它与晶片的几何尺寸有关；当外加高频电压的频率与晶片的固有频率接近或相等时，由机械变形引起的交变电场最强，流过晶片的电流骤增，出现谐振现象。这种谐振特性非常尖锐，稳定振荡器频率就是利用这一特性。

晶体分为基频晶体与泛音晶体。基频晶体的振动频率是晶片的基频，而泛音晶体的振动频率是晶片振动频率的谐波，基频晶体的频率通常不高于25MHz，泛音晶体的频率可在25MHz以上。一般遥控设备的主振级大都使用泛音晶体。使用泛音晶体的振荡器都有相应的选频电路，用以抑制基频和其他谐波成分。基频晶体多用于调频制的遥控设备。在使用时要注意晶体产品标记的频率单位不同(见图2．4)，如常用的JAl2B是泛音晶体，其频率单位是MHz，JA34是基频晶体，频率单位是kHz。

图4-20 泛音晶体和基频晶体

晶体的等效电路及阻抗特性如图2．5所示。从图中可以看出晶体具有两个谐振频率，我们所见到的晶体外壳上的标称频率，是在外接规定电容时测定的频率，数值在两个谐振频率之间。对于一般模型遥控设备来说，频率的精度要求不十分高，晶体的标称频率就可以认为是振荡器的工作频率。

156

图4-21 晶体的符号、等效电路和特性阻抗

从图4-21还可看出，在频率之间时，晶体等效阻抗为感性，也就是晶体在此频率范围内等效为一个电感；在此之外，晶体呈容性，相当于一个电容。在遥控发射电路的主振级，晶体大多应用于感性区。

晶体的振荡方式主要有电容三点式振荡器和电感三点式振荡器。后者输出功率较大，但频率稳定度较差，电路不但可作主振级使用，也可作简单发射机的高频电路。 为得到较高的工作频率，发射电路的主振级可采用倍频振荡器。倍频振荡器的工作频率是晶体频率的整倍数。常用的有二倍频及三倍频振荡器。

在倍频振荡器中，集电极选频回路的Q值要高，否则会使输出信号的幅度有明显变化，其包络按基波的规律变化；倍频数越大，这种现象越明显。图4-25所示三倍频(66MHz)时的实测波形。

图4-25 倍领波形图

从图中可以看出，三倍频中含有基波的成分。为改善这种情况，就要提高集电极回路的Q值，以加强对基波的抑制能力。

三、高频功率放大器

发射电路中，主振、缓冲级以后到天线之前各级，均属高频功率放大器。主振级产生的载波经高频功率放大器放大，才能具有较大的功率，使遥控设备控制较远的距离。本节介绍用于遥控发射电路的高频功率放大器原理及调试方法。 （一）高频功率放大器原理 1、三类功率放大器

扩音机中的低频功率放大器一般工作于甲类或甲乙类状态，而高频功率放大器大多工作于丙类。为此，我们有必要先了解丙类放大器的特点。甲、乙、丙三类放大

157

器，是根据晶体管直流工作点位置的不同而区分的。图4-26是三类放大器的工作状态图。

图4-26 放大器的三种工作状态 图4-27 1．3瓦高频功率放大器电路图

放大器工作于甲类时，工作点选在晶体管转移特性直线部分的中间位置，如图4-26(a)所示，不管有无输入情号，始终有集电极电流。这种放大器效率低，但失真很小，输入正弦波，输出是放大了的完好的正弦波。乙类放大器的工作点在截止点，如图4-26(b)所示，仅在信号正半周时有集电极电流。这种放大器的效率比甲类放大器高，但失真比较严重。如果放大器的工作点比乙类放大器还低，即低于管子的截止点，这种放大器就是丙类放大器。图4-26(c)所示的为丙类放大器工作状态图，从图中可看到，丙类放大器集电极电流流通时间比乙类还短，因此效率比乙类高，但失真更为严重。

2、高频功率放大器原理

也许你有这样的疑问：丙类放大器的集电极电流是脉冲形状的电流，产生严重的失真，怎么能用来放大信号呢?图4-27是一个实用发射机的输出级电路，工作于27MHz频段，输入200mw时，能有1.3W的输出。

电路中，功放管3DA2l的基极通过线圈Ll的次级接地，发射极也接地，所以功放管偏压为零。一般硅管的截止偏压约0.6V，该电路管子的偏压低于截止偏压，因此是丙类放大器。另外，电路功放管集电极负载是由L2、C2、C3组成的调谐回路，谐振于工作频率。这样，虽然功放管3DA21的集电极是脉冲状电流，但由于LC回路的作用，把谐波滤掉了，从集电极电路输出的仍然是放大了的完好的正弦波。正因为负载是LC选频回路，而工作于丙类状态的功率放大器能放大单一频率(或窄频带)的高频信号，并且有较高的效率，所以发射电路的中间级，尤其是输出级，一般都采用丙类放大器。另外，丙类放大器适于放大等幅信号。近年来遥控设备大多用调频制，调频信号是等幅信号，这也是丙类放大器在发射电路中应用广泛的一个原因。根据电路的不同要求，甲类及乙类放大器在发射电路也要应用。一般来说甲类放大器虽然效率低，但功率增益比乙、丙类高，所需输入功率小，适于缓冲级应用；乙类放大器适合放大调幅信号，在调幅制的发射电路中应用较多。

上面介绍的高频功率放大器是零偏压的丙类放大器。为使功放级效率更高些，有的放大器还加上负偏压。常用的负偏置电路如图4-28所示。

158

图4-28 负偏置电路

图4-28(a)是利用基极电流的直流分量在Rb上的压降作为负偏置电压，图2．22(b)是利用发射极电流的直流分量在Re上的压降作为负偏置电压。这两种偏置电路都是在有输入信号时才能产生偏压，是自偏置电路。对工作频率较高的高频功率放大器，功放管的发射极直接接地有利于电路稳定工作，因此图4-28(a)电路使用较多。 （二）寄生振荡及消除办法

当放大器或振荡器出现工作信号以外的频率成分时，放大器或振荡器就有了寄生根荡。寄生振荡是发射电路常见的毛病。较弱的寄生振荡，会使输出波形畸变，有用的输出功率下降，效率变低。强的寄生振荡会使放大器变为自激振荡器；振荡幅度足够大时，超出品体管的极限参数，会使管子损坏，而且这一过程非常快，往往来不及切断电源。

怎样知道有寄生根荡呢?可以用示波器观察波形。如波形的边缘轮廓不清晰，有毛刺，镶边等现象，放大器即有寄生振荡产生(见图4-29)，

图4-29 寄生振荡波形图 图4-30 消除寄生振荡的电阻

另外，在调试放大器过程中，如果Ico或场强计变化反常，出现电流或场强的跳变，往往是有寄生振荡的反映。常遇到的寄生振荡在没有激励信号下也仍然存在，(也有的在外加激励信号下才产生寄生振荡)，因此，去除输入的激励信号后，放大器如仍有输出，则说明放大器有寄生振荡。

寄生振荡产生的原因多种多样，如输入、输出回路之间的藕合，多级放大器的级间反馈，公共电源内电阻构成的藕合，电路的分布参数(分布电容，引线电感等)及晶体管的极间电容引起的振荡等。随着形成振荡的原因不同，寄生振荡的频率也不同，在调试遥控发射电路中，较常见的是与工作频率相近的寄生振荡。消除寄生振荡可从电路及组装两方面着手。在电路方面，在发射机串入反馈电阻或在基极加入l一5欧的防振电阻，如图4-30所示。加以采取如下措施：①适当减小同一频率信号的放大级数(可使用倍频电路)，输出级的增益不宜过大。②引入适当的负反馈和防振电阻。

159

在发射极串入反馈电阻或在基极加入l一5欧的防振电阻都会使功率增益下降，因此一般只是在其他办法都不能消除寄生振荡时才采用这一措施。②采用电源去耦电路，消除放大器各级通过公共电源内阻形成的正反馈。遥控发射机所使用的电源容量有限，工作一段时间后，电压不足，内阻变大，更易引起振荡。针对这个问题，可按图4-31在每级加入电源去藕电路。图中的GZL是高扼圈，放大器工作在27MHz频段时，电感量约为30uH工作在150MHz时，电感量10uH左右即可。去藕电容C的数值原则上大些好，常用0.01一0.047uF。

图4-31 电源退褐电路图

四、调制电路

运送货物时，除了要有运输车辆外，还需把货物搬运到车上去。类似地，调制电路就是把控制信号“搬运”到载频上以便由天线发射出去的电路。把控制信号“搬运”到载波上去的过程叫调制。控制信号就是调制信号。调制分为调幅、调频与调相方式，遥控发射电路中常用的是调幅及调频方式。下面我们介绍这两种调制电路。 （一）调幅

调幅方式是让载波的振幅随调制信号而变化(见图4-18)。遥控发射电路中常用基极调幅，集电极调幅及振幅键控电路。 1．基极调幅电路

基极调幅是把调制信号加到晶体管基极，实现用调制信号控制载频的幅度。图4-32是一个基极调幅电路实例，

160

图4-32 基极调幅电路图 图4-33 基极调幅波形图

它的工作原理是这样的：编码器产生的控制信号经Cl加到调制放大器。调制放大器是由VTl、VT2组成的互补射随器，射随器虽然没有电压增益，但输入阻抗高，在这里主要起隔离编码电路与高频电路的作用。为能改变调制信号的强度，输出信号经电位器RPl送出。为防止高频信号混入调制放大器和改善调制信号的频率特性，调制放大器与高频电路之间，有R5、R4、C2组成的低通滤波器和GZLl、C3组成的带通滤波器。经过以上的电路，调制信号加到功放管VT：的基极。如果不加调制信号，VT3及Ll、L2等组成的电路就是一般的高频功率放大器。由高频振荡器来的高频倍号经L1加到管子的基极，R5、R7、R8组成的偏置电路给VT3的基极加一直流偏压。加入调制信号后，基极除了高频电压及直流偏压外，又叠加了调制电压，基极电压及电流就按调制电压的规律变化，集电极脉冲状高频电流的幅度也按这一规律变化，从而L2、C7、C8回路高频电压的幅度即随调制电压而变化，实现调幅。图4-27是上述基极调制的波形图。

基极调制电路只需较小的调制功率就能实现调制，但不宜深调制，一般最大调制度为80%。如调制度过大，不仅高频输出功率减小，调制后的波形也会有较大失真。这种电路适用于简单的近距离发射机。 2．集电极调幅电路

集电极调幅是把调制电压加到高频放大器或振荡器的集电极的调制电路。图4-34是集电极调制电路实例。

图中调制信号加在由3DG4组成的调制放大器，GZL与C2组成去藕电路，防止高频信号进入调制放大器。调制信号经调制变压器T2的次级加在3DG44的集电极，使集电极除电源电压外，又叠加一调制电压，集电极电压随调制电压的规律变化。由l输入的等幅高频信号经3DG44放大，形成脉冲状的集电极电流，电流的幅度随调制电压规律变化，因而L2输出的高频电压也随调制电压幅度而改变，输出的是已被调幅的载波。

161

与基极调制相比，集电极调制所需的调制功率要大得多，输出的调幅波功率也大。在一般的遥控设备中大多采用这种调制方式。

图4-34 集电极调幅电路图 图4-35 调制振荡器电路图

3．调制振荡器电路

上面介绍的两种电路均是对高频放大器进行调制的。在简单遥控设备中，高频部分仅有一级高频振荡器，要进行调制时，就只得对振荡器进行调制。图4-35是调制振荡器电路的实例。

图中3DG4与L1、Cl等组成晶体稳频的高频振荡器。3DG4与变压器了等组成互感式音频振荡器。音频振荡器所产生的音频信号就是调制信号。调制信号经变压器7的初级与电源电压串联，实现对3DG4集电极与基极的调制。这种把调制信号同时加在基极与集电极的电路，容易得到较深的调制度。

图4-36 幅度键控波形示意图 图4-37 幅度键控电路及波形图

4．幅度键控电路

上面介绍的调制电路大多用于频分制遥控设备，而在时分制遥控设备中，多用

162

幅度键控的调制方式。时分制遥控设备的控制信号是用“0”、“1”表示的数字信号，通常“1”表示高电平，“0”表示低电平。这种控制信号的调制可采用类似等幅电极的通信方法，用按键代表“l”，在“1”时接通发射电路的电源，有等幅的高频信号输出；拾起按键相当于“0”，电路中断，没有输出。这种方法称为幅度键控。图4-36是幅度键控波形的示意图。 在遥控发射电路中，一般是用开关管控制高频放大器的直流电路实现幅度键控。图4-37是幅度键控的电路实例。其中3DG12C是发射电路的高频中间级，其集电极供电受开关管3DK4的控制。3DK4与3DK3组成开关放大电路。

当3DK3的基极是高电平时(数码“l”)，3DK3导通、3DK4截止，3DG12C不工作，无载波输出。3DK3的基极是低电平时(数码“0”)，3DK3截止、3DK4导通，3DGl2C工作，有载波输出。这样就实现了幅度键控。图中的C3是旁路电容，构成高频通路。Cl及C2的容抗对载频来说可看成是短路，防止载频干扰开关放大器。从图2．48中的键控输出波形可看出，被键控调制的载频包迹前沿有圆角，与调制信号前沿相比有些失真。因为接收机中有相应的整形电路，这种前沿的圆角不影响正常工作。 （二）调频

调频方式是使载波的频率随调制信号而变化，其振幅是不变的(见图4-30)。因为调频设备抗干扰能力要比调幅设备强，所以性能较好的遥控设备大多采用调频方式。调频设备的抗干扰能力与频偏的大小有关，同一调制频率，频偏越大，抗干扰能

最大频偏力越强，这一性能可用调制指数mf来表示 (mf＝)，mf越大，相应的抗

最高调制频率干扰能力越强。但mf增大后，控制距离要受到影响，一般遥控发射机的mf为1-2。因为遥控发射机的频率稳定度要求较高，频偏又不大，所以一般用晶体调频振荡器产生调频波。除此以外，也有的设备采用频率键控方式产生调频波。 1．晶体调频振荡器

前面介绍过，晶体振荡器具有频率稳定度高的优点。怎样使这种振荡器产生频率偏移而得到调频波呢?下面我们通过电路实例来说明。

图4-38是一个实用的晶体稳频调频振荡器，工作在27MHz频段。振荡器部分是二倍频电路，因此晶体的频率应是振荡器工作频率的一半。稳频的晶体要用基频晶体，本电路采用JA8型基频晶体。当调制电压幅度由0.7V变到8V时，可得到4kHz频偏的调频波。电路中晶体呈感性，LC回路的频率是晶体频率的两倍；对基波来讲，LC回路可看成短路。GZL对高频信号有很大的阻抗，而调制信号却可通过它加到变容管VD上。R1R2组成变容管的偏置电路，R3、R4、R5是晶体管的偏置电阻。这样，电路的基频交流等效电路就如图4-39所示。

163

图4-38 晶体调频振荡器电路图 图4-39 等效电路图

从等效电路可看出，这是一种改进的电容三点式振荡器，通常称为克拉泼振荡器。它的特点是晶体的等效电感L1与变容管的等效电容C0串联，再接到振荡电路中，C2与C3仍然是形成反馈的分压电容。在前面说过，当晶体在振荡电路中呈感性时，振荡器的频率在f串与f并之间，具体数值与晶体的负载电容有关。电路中晶体的负载电容改变时，振荡频率也在f串与f并之间相应变化。从图4-40可看出，晶体的负载电容是CD、C2、C3的串联值，其中CD的大小是随调制电压变化的，因此振荡器的频率也就随调制电压改变，实现了调频。

变容二极管的结电容能灵敏地随反向偏压而改变。图4-40是变容管的结电容随偏压而改变的关系曲线。可以看出，反向偏压小时，CD大；随着反向偏压加大，CD变小。当变容管两端电压由零偏置变化到l0V的负偏置时，结电容相应由125pF减小到30pF。

图4-40 变容二极管的变容特性

在介绍晶体时我们说明过，晶体的f串与f并非常接近，晶体调频振荡器的最大频偏超不过晶体频率的10-3，而频偏过大与频率稳定度有矛盾，所以这种电路的频偏都很小。为了加大频偏，通常用倍频的方法将频偏扩展。可在振荡器倍频，也可在放大器倍频。为使遥控发射电路简化，通常在振荡器倍频。 2．频率键控

频率键控的方法与幅度键控的方法相似，在高电平时，发出频率为f1的等幅信号；低电平时，发出频率为f2的等幅信号，如图4-41所示。通常这种调制方式用来传送时分制的数字信号。

1

图4-41 频率键控示意图

实际上，当调制信号是数字信号时，图4-38的调频电路就是频率键控电路。有的遥控设备为得到高的频率稳定度和较大的频偏，还采用图4-42的方法实现频率键控。

图4-42 频率键控方框图

图中频率分别是fl与f2的两个信号，通过相应的开关门与放大器相接，开关门的状态受调制电压的控制。当调制信号是“1”时，开关门“1”导通，频率为fl的信号输送到放大器；调制信号为“0”时，开关门2导通，频率为f2的信号输送到放大器。这样，从放大器的输出头得到键控调频信号。开关门1与开关门2的电路完全相同。图4-43是一个用于27MHz频段的开关门电路。

图4-43 开关门电路图 图4-44 频率键控电路图

其中VDl与VD2是开关二极管，高扼圈GZL起到防止高频信号短路，构成直流通路的作用，Cl、C2、C3为隔直电容，Rl、R2构成VDl与VD2的反向偏置。当调制电压为“l”时，VDl与VD2导通，开关处于接通状态，调制电压为“0”时，VDl与VD2截止，开关处于关断状态。

对频率较低的信号键控调频，可采用图4-44所示的集成电路实现。图中门1为反相器(非门)，门2—4为与非门。当调制信号为“1”时，门2输出f1，调制信号为“0”时，门3输出f2，从门4的输出端即可得到图4-41所示的调频信号。这种电路简单，也无需调整。

165

五、天线与发射

众所周知，扬声器是扩音机的负载。发射电路输出级的负载则是天线；载频经天线形成电磁被，辐射到空间去。天线的种类很多，遥控设备使用最广泛的是鞭状天线。一根长度合适的铝管或铜管就可成为鞭状天线；为了安装和使用的方便，一般都采用可伸缩的拉杆天线(见图4-45a)。

图4-45 鞭状天线 图4-46 对称水平天线 图4-47 多匝环天线

实践证明，拉杆天线的故障率较高。为提高可靠性，有的遥控设备使用钢卷尺式的鞭状天线(见图4-45b)，还有的设备使用导电橡胶鞭状天线(见图.4-45)，这两种鞭状天线携带及使用都很方便。除了鞭状天线外，个别的遥控设备还使用对称的水平天线(见图4-46)。这种天线对空中辐射强，飞行高度很高的航模设备，例如创飞行高度记录的模型，最好用这种天线。另外多匝环天线在遥控设备中也是很有发展前景的(见图4-47)。与鞭状天线相比，多匝环天线尺寸小，效率较高，对邻近物体的敏感性也比鞭状天线小。

下面我们介绍应用最多的鞭状天线的一般原理及调试方法。 （一）一般原理

图4-48是鞭状天线的等效电路图，从等效电路可看出，天线实际是LC回路。与一般的LC回路不同的是，天线的电感与电容是分布在天线的每一部分，而一般的LC回路电感及电容都是集中的，

图4-48 鞭状天线的等效电路图

166

因此，天线也叫开路的LC回路。当高频电压接入天线后，天线内即有高频电流通过，在天线的周围就产生交变的电场与磁场，由于天线是开路的LC回路、电磁场的变化暴露在辽阔的空间，电场及磁场就由近到远的同时向外传播，形成我们所说的电磁波。 如同一般的LC谐振回路一样，天线也有其自然谐振频率和波长。鞭状天线的谐振波长(λ0)等于4倍的天线长度(L)，即λ0＝4 L。在实际使用时，要使天线的Ao等于发射机载频的波长，天线才能从输出级得最大的功率，同时也起到较好的滤波作用。按上述的公式计算，工作于27MHz的遥控设备要使用近2.8m长的鞭状天线。这样长的天线在使用中不太方便，实际应用时都采用加感的办法，在不改变天线谐振波长的前提下，把天线的尺寸缩短。天线加感有两种办法，一是把电感线圈加在天线底部，称为底部加感。另一种办法是将电感线圈放于天线中部，称为中部加感。图2.38所示是工作于27MHz频段的中部加感靶状天线。在同样高度情况下，中部加感比底部加感天线的效率高，这是由于中部加感后，天线的主要辐射部分电流辐度较大，分布较均匀(见图2.39)。

图4-49 中部加感天线(27MHz) 图4-50 加感天线的电流分布

据实验，在同等距离用接收机记录信号强度。中部加感天线比底部加感天线的增益提高14dB。但在制作时，中部加感天线比较复杂，而底部加感天线要容易得多，只要把加感线圈安装在印刷板上就可以了。因此一些简易的小遥控设备大多用底部加感天线。以天线为中心，表示天线在各方向辐射强弱的图形称为天线的辐射图。与地面垂直的鞭状天线水平辐射图是圆型，垂直辐射图如图4-51所示。

图4-51 鞭状天线垂直辐射图

从垂直辐射图可看出，天线的指向方向是辐射的“盲区”，使用时应避免被控目标在这个区域中。尤其被控目标距离较远时，不应将天线的指向方向对着目标。如果你在海面、湖面、机场草地、干燥的沙地等不同环境中都操纵过遥控模型，可能会发现同一遥控设备在不同的环境中控制距离不一样。这是由于天线效率不同所引起的。天线的效率取决于天线辐射电阻和损耗电阻，辐射电阻上的功率是真正辐射出去

167

的功率，损耗电阻上的功率是白白损耗掉的。在辐射电阻不变的情况下，损耗电阻越大，天线的效率越低。鞭状天线的损耗电阻与发射机接地状态及地面导电情况有关。若发射机有良好的地线，地面导电又良好，损耗电阻就小，天线效率高；反之则低。海面的导电性能比一般地面好，因此在海面的操纵距离比一般地面远。 （二）调试方法

为了使天线从输出级得到最大的功率，同时也起到较好的滤波作用，天线要进行调试。天线的调试分为调谐与调整，调谐就是使天线回路谐振于发射机的工作频率；调整就是通过调节输出级LC回路与天线回路之间的精合，实现天线阻抗与输出级临界电阻之间的匹配。

实践证明：便携式遥控发射机使用的鞭状天线对于周围环境的变化很敏感。例如：操纵者手持发射机的姿态不同；发射机距地面的高度不同(将发射机由桌面放到地面或操纵者由站立改为坐、卧等)；天线邻近物体的变化(天线附近有人与没有人或靠近墙壁、仪器等导体)，都将引起天线输入阻抗的变化，从而使天线失谐，造成发射功率的减弱。因此，调试天线时最好将发射机置于实际使用的环境中，不要在实验室内调试。

第四节 接收电路

接收电路的作用，是将接收天线上感应到的载波信号放大，并还原为控制信号。具体地说，接收电路要完成以下三项任务：(1)选择信号。由于空间除了有遥控发射机发出的电磁波外，还有许多其他电磁波，接收电路就要具有选择信号的作用，把我们所需要的信号选进来。(2)放大信号。电磁波经空间传播，到达接收天线时就很弱了，接收电路必须把微弱的信号放大，输出的信号才能具有足够的幅度，推动译码电路工作。(3)解调信号。在接收电路中，必须将控制信号从载波上“卸”下来，还原为控制信号，这个过程叫作解调。本章主要介绍完成上述作用的各单元电路。 要求及电路组成 一、主要要求

为使遥控设备正常工作，接收电路应具有一定性能，下面是在性能方面的主要要求。

1．要有较高的灵敏度

灵敏度表示接收微弱信号的能力；接收电路的灵敏度越高，能接收的信号越弱，遥控的距离也就越远。遥控接收电路的灵敏度是指接收机的终端正常工作时(例如终端的继电器正常吸动)，天线上所需要的最小感应电动势。对于一般的遥控设备，这个数值为1.5—5uV。要想得到高的灵敏度，接收电路的放大量就要大，但随着放大量的增加，接收机内部产生的噪声也就大了；在外来信号很弱的情况下，噪声可能把信号湮没掉，使接收机不能正常工作。因此，接收电路输出的信号电压必须比噪声电压大一定的倍数，这就是通常所说的信号噪声比S／N。在常用的频分制遥控设备中，信噪比S／N＞3；时分制遥控设的信噪比S／N比频分制还要大些。

168

2. 选择性要好

选择性表示接收电路选择工作信号，抑制其他信号干扰的能力。我们知道，收音机如果选择性不好，就会出现串台的现象。而遥控接收电路选择性不好，就会串入其他的信号干扰，产生错误动作，甚至造成事故。在前面介绍过，遥控设备的工作频率必须在业余频段，在这个频段内，要容纳许多业余爱好者的遥控设备。如果选择性不好，就有可能被他人的设备干扰。现在常用的比例遥控设备(超外差式)选择性为60dB／土10kHz；超再生式接收电路选择性差，偏离中心频率500kHz的信号，也可进入接收机造成干扰。 3. 工作要稳定

遥控设备在使用过程中，接收电路的性能(灵敏度、选择性等)会因环境温度、电源电压等因素的改变而变化，但不应变化到正常使用允许范围之外，否则就被认为是工作不稳定了。用于室外的遥控设备，对环境温度的变化要特别引起注意。炎夏时设备内的温度可达到50一60℃，冬天变为零下十几度。为了能在温度变化范围很宽的环境工作，电路应有温度稳定措施。除了上述电气性能要求外，接收机还应体积小(火柴盒大小甚至比硬币还要小)，重量轻，结构要坚固可靠，使用维修要简便 二、电路组成

用于遥控设备的接收电路有超再生式及超外差式两种。图4-52是超再生接收电路方框图，这种电路仅由一级超再生检波电路，就能完成选择信号、放大信号及解调功能。

图4-52 超再生接收电路方框图

为使信号达到一定的幅度，推动译码电路，通常在超再生检波级后还加有低放级。超再生电路简单，使用零件少，能有较高的灵敏度。其缺点是选择性太差，噪声大，常用于简易遥控装置。

现在使用最为普遍的是超外差接收电路。典型的超外差电路由高放、混频、本振、中放、检波(解调)、低放及自动增益控制电路组成，其方框图见图4-53。

图4-53 超外差接收电路方框图

图中还画出了接收单路调幅信号的波形，从这些波形可看出接收电路的工作过程。经高放级选择和放大的载频信号，送到混频级。在混频级还加有从本振级送来的

169

本振信号。由于混频级的非线性作用，得到载频与本振信号的差频信号，这个差频常称为中频信号。中频的频率虽比载频低许多，但其包络与载频的包络一样。中放级将中频信号放大，送到检波级。检波级是解调电路，将控制信号从载频中解调出来。解调出的信号再经低频放大后，输出给译码电路。

上面介绍的是调幅式超外差电路。对抗干扰性能要求较强的遥控设各，最好采用调频式超外差接收电路。图4-是调频式超外差接收电路方框图。

图4- 调频式超外差电路方框图

调频式电路与调幅式电路主要不同之处，在于对载频的解调不是用幅度检波电路，而是用鉴频器。为消除幅度干扰，一般在鉴频器前还加有限幅电路。由于调频波是靠频率变化传送信号，在调频接收电路中就没有必要用自动增益控制电路。

由上述可以看出，遥控接收电路与一般收音机电路的组成基本相同，但由于用途的不同，也有其相应的特点。下面主要介绍有特点的部分，对于收音机中常用的检波，低放等电路，就不再赘叙了。 三、 超再生接收电路 （一）工作原理

调试过再生式收音机的无线爱好者都知道，这种收音机的再生不能调得太强，否则就会产生振荡，收不到广播，而只能听到刺耳的叫声。对于超再生电路，就不存在这个问题。因为超再生电路正常工作的条件之一，就是电路要产生高频振荡。但是这种电路的高频振荡不是连续的，而是处于间歇状态。因此，电路必须具有使高频振荡处于间歇状态的控制电压，这个电压通常叫熄灭电压，频率在20一60kHz之间。处于间歇状态的高频振荡对电路中的电压波动非常敏感，当有外来载波信号时，高频振荡的振幅受载波强度的控制；无外来信号时，其振幅受电路中无规律的杂乱噪音电压的控制(见图4-55)。超再生检波级工作于非线性状态，具有检波功能。图4-55(a)所检波的是受载波信号控制的高频振荡电压，可以看出，检波后得到的波形与载波的包络是一致的。图4-55(b)所检波的是受电路内噪音控制的高频振荡电压，检波后得到的是超再生电路特有的“沙沙”噪音。细心的读者不难发现。超再生电路检波的并不是天线所收到的载波信号，而是受载波控制的，由电路自身的振荡回路产生的振荡电压，这个电压的幅度很大，因而超再生检波电路能有较高的灵敏度。

按熄灭电压来源的不同，超再生电路分他熄式与自熄式两种。图4.56所示为他熄式电路。

170

图4-55 超再生电路波形图

图4-56 他熄式超再生电路图

电路中由C2反馈，使VT2产生高频振荡。熄灭电压由VT1及T1组成的互感反馈振荡器产生，经T1次级加到VT2的基极，使高频振荡受其控制而处于间歇状态。对高频电压的检波由VT2实现，从T2输出检波后的信号。图4-57是自熄式电路，高频振荡由C1的反馈形成。由于输入电路的电容C5的数值大，使高频振荡处于间歇状态，检波后的信号由T输出。

图4-57 自熄式超再生电路图

171

这种电路没有专用以产生熄灭电压的振荡器，较图4-56的电路简单，遥控设备中一般都使用这种电路。 （二）参考电路

1、28MHz超再生接收电路

图4-58是工作于28MHs的超再生接收电路。 2、150MHz超再生接收电路

图4-59是工作于150MHs的超再生接收电路。

图4-58 28MH8超再生电路图 图4-59 150MHz超再生电路图

四、超外差接收电路

超外差式电路是遥控设备中使用最多的接收电路。下面我们介绍组成超外差接收电路的主要单元电路。 （一）高放电路

高放电路的作用是提高接收机的灵敏度，抑制中频干扰和镜频干扰。与收音机中的高放电路相比，这种高放电路仅放大单一的载频信号，调谐回路的调试比较简单。另外，遥按接收机安装在运动模型上，当模型与发射机相距很近时，输入信号可达几十毫伏至上百毫伏。高放级易进入限幅区而造成堵塞。所谓堵塞是指输入信号过强时接收机反而不能工作，这是由于晶体管进入限幅区，对调幅信号出现去调制现象，造成严重失真，甚至没有输出了。在与发射机相距很近的情况下调试接收机，有时用长天线效果不如用短天线，其原因也在于此。为解决这一问题，在调幅式遥控接收机的高放级，一般都有自动增益控制及防止堵塞的措施。 下面我们举两个较为常见的高放电路。图4-60是用于调幅式遥控设备的高放级，工作频率为40MHz。放大电路是共基极形式，稳定性好，可在较高的频率下工作。放大器的输入回路由L1、L2、C1、C2、C3组成，由于共基极放大电路的输入阻抗低，输入回路用C2与C3组成电容分压器，以实现阻抗匹配。由C6、L6组成的并联谐振回路是放大器输出回路，被放大的信号经C7输出到混频极。为使放大器工作稳定和防止大信号堵塞，放大管的基极经R3实现自动增益控制。另外，在输出回路两端并有二极管VD1和VD2，在小信号时，二极管对回路的影响不大；大信号时，回路的Q值下降，高放级增益降低，起到防止大信号堵塞的作用。图4-61电路与图4-60相似，放大器也工作在共基极状态输入回路与晶体管的匹配是用L2抽头办法实现的。输出回路由C4、L3组成，

172

经L4将放大了的载频加到混频级。这个电路用于调频式的遥控接收机，因此没有自动增益控制及防堵塞电路。按图示的线圈数据，电路工作频率为28MHz。

图4-60 40MHz高放电路图

图4-61 28MHz高放电路图

以上两个高放电路在工作时，输入及输出回路均要调谐在载频的频率上，工作电流约为lmA。

（二）混频与本振电路

超外差电路的特点是把接收的载频经变频电路变为中频信号，再进行放大。遥控接收机的变频工作由混频及本振两个电路完成。本振电路产生等幅的本振信号，其频率一般较接收的载频低465kHz左右。本振信号与载频信号均加在混频级，经混额管的非级性作用及中频变压器的选择，得到465kHz左右的中频。这个频率选得与收音机的中频相近，原因主要是为使用现成的465kHz中频变压器产品，减少自制件的工作量。也有的遥控接收机，为得到较宽的通频带，把中频选得高于465kHz。由于本振信号是固定的单一频率，并且稳定度要求很高，都用晶体稳频振荡器。这与收音机的本振电路有所不同。下面我们介绍两个较为常用的混频本振电路。

图4-62是工作在28MHz频率的变频器。本振电路用JAl2B型晶体稳频，产生低于接收频率465kHz的等幅信号，电路原理与发射机主振级完全相同，只不过用于本振时对功率输出要求不大，只要加在混频管发射极的本振电压约150mV。

173

图4-62 28MHz变频器电路图

混频管的射极与基极问除加有本振信号外，还有从高放级送来的载频信号，利用混频管b—e结的非线性特性，得到包含有载频与本振频率之和及之差的各种信号。这些信号经混频管放大，由集电极负载L2C3回路选出两个频率之差的中频信号，L2C3回路用704型中周(即中频变压器，现在常用陶瓷滤波器) 图4-63是工作于40MHz频段的变频器，与图4-62电路主要不同之处是本振信号加在基极，本振级输出功率可以很小。调试对应注意C2的值不要过大，过大时有可能损坏混频管。

图4-63 40MHz变频器电路图

（三）中放电路

174

中放电路是遥控接收机的重要组成部分。接收机的灵敏度，通频带、选择性及工作稳定性等技术指标主要取决于中放电路。虽然在电路原理、调试方法、中额频率等方面，遥控中放电路与收音机中放电路基本相同。但一些主要性能方面的要求，是有差异的。例如：遥控接收机的灵敏度一般都比较高，这就要求中放电路的增益要高，通常为70dB左右(收音机中放电路通常是60dB)。为抗邻频干扰，在选择性上要求也比收音机高，较好的遥控接收机的选择性是60dB／土10kHz，而特级收音机的选择性仅为46dB／土lokHz。因遥控接收机在波形失真方面要求不高，通频带可比收音机的窄些。

我们知道，高增益与稳定性是矛盾的，遥控中放电路的增益较高，只要有很小的输出电压正反馈到输入端，就可能引起自激。同时，当电路元器件及工作条件有变化时，放大器的增益、通频带等主要性能会有较大的变化，这些不稳定因素直接影响到接收机工作的可靠性。因此，我们在制作遥控接收机时，对中放电路的稳定性要充分重视。有的无线电爱好者在制作遥控接收机时，只注意选择一个灵敏度高的电路，忽视了电路的稳定性，使放大器产生自激，达不到放大效果。下面我们介绍用于遥控设备的中放电路原理及组装要点。

图4-是一个由两级放大器组成的中放电路。

图4- 中放电路图

第一级放大器采用共发共基电路，工作电流为0.5mA。这种电路具有共发射极电路增益高及共基极电路工作稳定的优点，工作时可不加中和电容，其增益较单管放大器提高10dB。第二级放大器是常见的共发射极电路，工作电流为1mA。两级电路的总增益为70dB左右。电路中使用的元器件均为一般元器件。L1、L2、L3用TTF型中周，配180pF云母电容器，中频频率是526kHz；如果中频465kHz，电容要改为200pF。自动增益电压加在V丁l基极；随着输入信号增强，AGC电压降低，使VTl放大倍数降低。为保证中放级工作稳定性，在电路方面不只采用共发共基电路，还加有R5、C5，R8、C8，R9、C10等组成的电源去耦电路，防止经公共电源产生正反馈。除了电路措施外，还要防止元器件及引线内的杂散电磁耦合，以及电路各级通过地线产生反馈耦台。这些耦合都会使电路的工作不稳定。因此，在组装时应特别注意以下两点：(1)中放级元

175

器件的排列切忌诽成T型或π型，应按电路的顺序排成一直线，防止产生反馈自激。在体积要求不严时，可尽量排长点。(2)印刷板的地线要尽可能宽些，最好用镀银板，以减小地线电阻。焊接时，元器件引线要尽量短；L1~L3的屏蔽罩一定要通地。 （四）自动增益控制电路

调幅式遥控接收机当输入信号过强时，会出现限幅问题，使波形失真，严重时甚至堵塞。为解决这一问题，接收机中均有自动增益控制电路(简称AGC)，其原理与收音机中的AGC电路相同。

一般接收机的AGC都是控制高坡级或中放的前级，其方法通常有二种：一是改变被控管的直流工作点，使管子β值改变，放大器的增益随之改变；另一种方法是利用晶体二极管的变阻特性，将二极管并在被控管的负载回路，或构成各种衰减器，实现对电路增益的控制。

图4-65电路的AGC是通过改变一中放管工作点来实现的，这是在收音机电路中常用的电路。遥控接收机的AGC也常用这种方法。图4-65(a)利用二极管的变阻特性实现控制。混频级到中放级之间加入二极管VD，并由及接到AGC电压。随AGC电压的改变，VD的阻值变化，使加到中放管基极的信号强度随之改变。图4-65(b)应用了两种AGC电路。由R3将AGC电压加到中放管基极，是第一种自动增益控制电路；VD、R1、R2、C组成了第二种AGC电路，利用二极管的变阻特性．改变混频级LC回路的Q值，实现对增益的控制。图4-65(c)是用于级间耦合的AGC电路，随着AGC电压的变化，VD1与VD2的等效电阻值改变，对信号的衰减程度随之变化。

图4-65 自动增益控制电路

上述电路的AGC电压，通常都是从检波后取得，如图4-所示。也有像图4-66中示出的那样，在检波后又加一级直流放大，得到AGC电压，控制效果更为理想。这个电路输出的AGC电压，可接到图4-65(a)或 (c)的AGC电压输入端，组成完整的增益控制电路。

176

图4-66 AGC电压放大器电路图

五、限幅电路

我们知道，调频制是以载频频率变比传送信号的。由于调颁发射机的寄生调幅、外来干扰及内部噪音的影响，调频波的幅度也发生变化。只有抑制调频波的幅度变化，才能去掉干扰信号，发挥调频制抗干扰性能良好的优点。限幅电路就是完成这种作用的电路(见图4-67)。

图4-67 限幅器的作用

在遥控接收机中，限幅电路通常加在鉴频级前面，由二极管或三极管完成限幅作用。图4-68是用于遥控接收机的末级中放兼限幅电路，输出的信号送到鉴频级。

图4-68 限幅电路图(二极管限幅)

在该电路中使用二极管VDl与VD2限幅。VDl与VD2接在VT2集电极与中周的抽头之间。当这两端电压高于二极管导通电压时，二极管导通，电压即被限定在二极管的导通电压值。一般硅二极管的导通电压为0.5-0.6V。电路中使用双向限幅，其输出电压被限定在1.2V(峰-峰值)以内。这种限幅方法电路简单，限幅效果也较好。用示波器从VT2集电极观察，只要由前级来的信号到一定强度，就会出现3．17图所示的被限幅的中频波形。限幅二极管VDl与VD2的质量对输出波形影响较大，制作时要选用正向电

177

阻小、反向电阻大、结电容小的二极管。

我们知道，一般的三极管放大器，当输入信号较大时，会产生饱和及截止失真，使输出幅度不能随输入信号变化。这种状态是放大器不允许的，而限幅器所需要的正是这种状态。因此，从电路来看三极管限幅器与一般的中放电路没有区别。不同的是限幅器必须在输入电平较低时就能产生限幅，其动态范围要比放大器小，通常把发射极电阻取得较大，放大器的Re一般在lkΩ以内，而限幅器的Re常在3kΩ以上。 六、鉴频电路

鉴频电路是调频接收机曲解调器。只有经过鉴频电路，调制信号才能从调频波中恢复出来。因为遥控发射机频偏不大，以常用的时分制比例遥控设备为例。频偏为3-5kHz，所以遥控设备中鉴频器的通频带(指鉴额持性上两峰点之间的频率范围)有10kHz左右就够了。另外还要求鉴频器有较大的鉴频系数，以便在频偏较小的情况下，能有较大的输出电压。 ’

图4-69是常用于遥控设备中的陶瓷鉴频器。

图4-69 陶瓷鉴频器 图4-70 电容耦合式相位鉴频器

电路中，二端陶瓷滤波器等效于一个电感，与C2构成谐振回路。当外来信号与其谐振时，Lb与C2两端电压相互抵消；外来信号频率变高时，Lb两端电压升高，频率变低时C2两端电压升高，经VDl与VD2检波后得到解调信号。这种鉴频器使用元件少，调整简单，工作也较为稳定，适于在遥控设备中应用。电路中的陶瓷滤波器用半导体收音机常用的465kHz两端陶瓷滤波器，C2用1200pF云母电容，中心频率为470kHz，通频带12kHz(见图4-69)。

如果要改变鉴频器的中心频率，可调换C2或陶瓷滤波器。改变C2时，鉴频器中心频率随之改变的情况。除陶瓷鉴频器外，遥控设备也使用LC回路组成的鉴频器。图4-70所示是遥控接收机实用的电容耦合式相位鉴频器，中心频率为485kHz，通频带为16kHz。调试时通过调Ll的磁芯改变鉴频器的中心频率，调C3改变通频带。

为得到较大的鉴频系数，就要减轻鉴频负载，为此，鉴频器后的低放电路用射极跟随器，当频率在485kHz±3kH2范围内变化时，输出电压为土4V。若改用场效应管低放电路，输出电压达±10V。

178

第五节 伺服执行机构

遥控设备中，伺服执行机构是根据控制指令产生机械动作的装置。例如操纵模型飞机时，只有经过舵机，才能将控制舵面的指令，变为舵面的转动，因此，舵机即为伺服执行机构。 一、组成

常用的伺服执行机构（以下称为执行机构）由执行电路、驱动部件及传动装置组成，如图4-71所示。

图4-71 执行机构方框图

图中是以操纵模型飞机作为例子；执行机构产生的机械运动通过连杆作用到模型的舵面，再由舵面的转动调节模型飞机的运动姿态。在这里舵面称为调节机构。 执行电路一般包括放大电路，比较电路及驱动电路等部分,它的主要作用是将指令信号放大，用以控制驱动部件。在执行电路的控制下，驱动部件(图6．1中的电动机)把电能变为机械运动。传动装置(图4-71)的齿轮及连杆)把驱动部件的运动状态变为调节机构所需要的状态。例如把电动机的连续转动，经齿轮等机构变为往复的摆动。这种摆动再由连杆传到调节机构(舵面)，实现对模型的控制。 二、要求

控制指令经发射机及接收机送到执行机构，如果执行机构不能正常地将控制指令变为相应的机械动作，就实现不了对被控目标的正常控制，因此对执行机构要有一定的要求。对执行机构的要求是多方面的，主要的要求有以下几点：

反应速度：反应速度标志着执行机构在控制信号的作用下，从一个稳态过渡到另一个稳态所需时间的长短，一般是由调节机构的动作速度来测量。例如一架特技模型飞机的方向舵满舵时为40º。由中立舵到左满舵或右满舵的时间为0.25s，这个方向舵舵机的反应速度即为40º／0.25s。对于运动速度较慢的汽车或舰船模型，执行机构的反应速度就可以慢一些。

负载能力：执行机构要有一定的负载能力，才能带动调节机构动作。对负载能力的要求取决于调节机构阻力的大小，一般模型飞机舵机的负载能力为2kg/cm，指舵机的输出力臂为1cm时，具有2kg的负载能力。

179

精度：执行机构精度的高低影响到操纵的准确性。精度是指把执行机构整定在新的平衡状态时，所产生的最大误差。例如：常用的模型飞机的舵机中立精度在1º以内，表示舵面由其他位置回到中立位置时与初始的中立舵面的误差小于lº。

除了上述的要求外，执行机构的工作必须可靠，还应有较高的效率，以减小电源的消耗，在体积及重量方面也应小而轻，安装与维护要方便。 三、种类

从动作方式区分，执行机构可分为直行式及旋转式，在旋转式执行机构中，又可分为小于360º的往复摆动式及大于360º的连续转动式。

操纵较简单的模型常用电磁式执行机构，这种机构以电磁铁作为驱动部件，利用扣合式电磁铁及转动式电磁铁分别产生直行式动作及小于360º的往复摆动式动作，其中用的较多的是直行式电磁铁。操纵较高级的模型常用如图6．1所示的电动机式执行机构。这种机构还可以带有反馈装置，其动作与控制信号成比例地变化，是比例遥控设备的重要组成部分。另外，电动—气动复合式执行机构在遥控模型上应用也较普遍。这种执行机构主要由电磁气阀及作动筒组成，由电磁气阀实现“电—气”控制的转换，再由作动筒产生直行式动作。 四、比例舵机

这种舵机是常见的模型用执行机构，它可产生与指令信号(宽度)成比例的机械位移(直行程或转角)，操纵灵活方便，是目前较好的执行机构。

图4-72是比例舵机的原理方框图。从图中可见，比例遥控舵机主要由控制电路(即执行电路)、直流电机、传动机构(减速器)及反馈机构(电位器)组成。其中控制电路包括单稳态电路、脉冲宽度比较电路、双向直流放大器等部分。比例舵机的工作原理如下：

图4-72 比例舵机原理图

加到控制电路的指令信号是宽度可变的正脉冲T+。T+的前沿又是单稳态电路的时基。单稳态电路输出的负脉中T-与T+同送到宽度比较电路，当T+＞T-时，比较电路得到正向差值；反之，得到负向差值(见图4-73)。此差值经双向直流放大器扩展并放大，驱动电机转动。电机的转动经减速机构带动舵面等调节机构。同时，它还带动反馈电位器，把舵机的角位移φ转换成直流电平U，用来控制单稳态电路，使T-随之改变。当转到T-＝T+时差值信号为零，电动机停止转动。这样就实现了舵面的角度与指令信号(宽度)成比例的动作。

180

图4-73 脉冲宽度比较

五、抑制电动机火花干扰的措施

由于模型的体积所限，接收机与执行机构相距很近，并且往往共用一组电源。当执行机构中的电动机质量不好或功率较大时，电动机产生的火花会对接收机造成干扰，使舵机跳舵。较严重的干扰使遥控设备的控制距离大为缩短，甚至还会产生失控和误控。因此，抑制这种干扰对遥控设备是很重要的。 电动机产生的干扰，主要是电刷与换向器之间接触不良形成的火花放电引起的。这种火花干扰具有以下的特点：①幅度很高，能将有用的信号完全淹没。⑨火花干扰的频率从中波段连续延伸到甚高频段，使遥控设备的工作频率难以避开。②干扰途径广，既可以经公用线送出，也可以用无线电方式辐射出去。

由于上述特点，解决这种火花干扰的方法，最好是从干扰源处消除干扰：①要保持电刷和换向器工作面的清洁，调节合适的电刷压力，以减弱火花强度，延长电刷使用寿命。②采用图4-74所示的火花抑制电路。

图4-74 抑制火花电路图

除了上面的办法，还可以加些辅助措施。例如：把接收机屏蔽、隔离；接收机与电动机不用同一电源；适当降低接收机的灵敏度及加大发射机功率等。

181

第六节 航模遥控设备的应用

遥控设备的种类和用途比较多，现在主要用的是FM（调频）PPM脉宽调制式和FM（调频）PCM脉冲编码式两种。 一、遥控设备的选择

遥控航空模型的种类很多，以所用遥控设备的不同分类，可分为单通道、多通道及比例遥控模型飞机；根据模型的不同，又可分为遥控滑翔机，特技机、伞翼机、直升机、遥控飞艇等。由于模型的性能不同，对迢控设备的要求也有所不同。但是，无论是什么模型，都要求遥控设备稳定可靠、重量轻、体积小。 1．遥控设备的可靠性

遥控模型的飞行场地一般要求在空旷地区、没有遮挡阳光的条件。夏日中午阳光的照射可使放置接收机及舵机的仓内温度在60℃以上(北京地区)，而清晨的温度较低，在同一天的飞行中温差很大。另外，航模发动机大部是二冲程的内燃机，当调试或安装不当时、振动很大。因此在温差及振动大的条件下，航模遥控设备必须能稳定可靠地工作。

目前，国内市场进口遥控设备主要有FUTABA、JR、SANwA，HITEC等品牌，经多年使用证明，这些设备均较为可靠。国内厂家生产的设备和爱好者自制的设备，限于关键部件的质量及其他因素，整机性能有时不够稳定，使用之前应仔细的做可靠性方面的实验。

①桌面观察。将设备置于桌面上，观察舵机的转动状态，缓慢搬动操纵杆，航机的摇臂应平稳缓慢地跟随操纵杆转动，不应出现间隙或抖动。再快速搬动操纵杆，舵机也应快速地同步服随，并且不应出现过冲摆动现象。松手后，操纵杆回冲，舵机的摇臂也应回到中立位置。由于普通舵机的跟随速度不低于0．2秒／60。，故在上述的过程中，不能有舵机摇臂延时转动的感觉，但应与操纵杆同时运动。如果达不到上述的要求，或者不操纵时舵机自身抖动，则不能在航模上使用，否则会在飞行中失控摔坏模型及设备。

②振动实验。将经桌面试验正常的设备安装在模型上，启动发动机，并不断改变发动机的转速，按第①条的办法，观察模型的舵面转动是否正常。

③温度实验。温度范围由实际使用的环境温度而确定，可以用温箱及冰箱制造相应的温度，将遥控设备放入，拿出后尽快按第①条的方法试验。

④距离实验。在无视线阻碍的空旷地区，将发射机天线全部拉出，接收机的软天线固定在模型上，模型放在地面上，观察舵面的工作。在舵面没有轻微抖动之前的距离，是遥控设备的控制距离。实验时，不要将发射机天线指向模型。 2．通道数的确定

常用的遥控设备有单通道、两通道直至十通道。具体使用几通道、由模型的种类及用途而定。转为简单的单通道、两通道的设备，一般用来控制练习机、滑翔机，采用一定措施后，也可以用来控制小特技飞机及动力滑翔机。遥控特技飞机则最少需四个通道，分别控制水平舵、方向舵、副翼及油门。(见图9．10)较为完善的特技飞机还需控制襟翼，收起落架等，至少需要六个通道。

182

图4-75 操纵杆与舵面对应图

在选择时，需根据模型的实际需要，不要盲目选择通道多的遥控设备。例如，操纵动力滑翔机需要控制方向舵、升降舵及动力电机，应该用3个通道、但是也可以用升降舵的舵机联动一个开关控制动力电机；使用两通道就可以了。这样，不仅降低了成本，在操纵方面也简化了，很适合初学者。 3．遥控距离

遥控距离的确定仍然需视模型的种类和用途而定。对于近距离飞行的小模型，例如练习机、小特技飞机等，选用地面有200m距离的设备就够用了，对于舵模靶机，飞艇或大的模型、有时在空中要飞出2~3km，就要选用地面至少有1km距离的设备。 4．重量及体积的要求

遥控航模的发动机由操纵者手持，接收机、舵机及电源安装在模型上。对于安装在模型上的设备，在体积及重量方面必须达到要求。现在，较小的遥控模型起飞总重量不超过l00g。对于这种模型的遥控设备，就应尽量地减轻重量，即使是1g的重量也要想办法减少。也有起飞重量为十几公斤的遥控模型、同样需要控制遥控设备的重量，以使模型的性能提高。由于模型上能放置设备的机仓容积都不大，还需放入减振海绵等物品。因此，在选择设备时要注意体积。

影响机上设备重量的因素主要是电池。对电池的选用要根据设备的耗电及飞行时间来定。一般的模型接收机工作电压为5—6V，电流为15mA左右，舵机的动态耗电l50mA左右，大多用4节5号镍铬电池供电，电池重量为100g如需减轻重量，可换用较小容量的电池。容量小了以后，要掌握飞行时间不要过长。对于连续飞行时间长，机上设备耗电大的模型，如靶机或飞艇，大多用1号镍铬电池供电。

遥控模型一般用2个以上的舵机，舵机对模型的总重量也有较大的影响。舵机可分为超小舵机、普通舵机及强力舵机三大类。在选用时，除考虑力矩、速度、性能外，还要注意重量与体积。在前两个指标符合要求的前提下，尽量用重量轻、体积小的舵机。现在的超小型舵机可以做到2克，常用的是9克小型舵机。

普通的模型飞机上可供操纵的有方向舵、升降舵、副翼及发动机油门等调节机构，如图4-75所示。

183

图4-75 模型飞机的调节机构示意图

二、遥控设备在航模上的控制、安装与调试

1、模型飞机的控制方法：指模型飞机飞行时，人们控制其飞行的方法。常用的有程序自动控制、无线电操控等。 2、无线电遥控设备的使用

无线电遥控设备是一种比较高级、精密的电子设备。因此在使用相操纵时必须力求正确合理，否则会造成一些不必要的损坏。在拿到一套设备后，首先应认真阅读说明书，严格地按照说明书的要求使用，这是最重要的。

（1）舵机在模型飞机上的安装：舵机有三种固定方法：①用螺钉通过减振橡胶垫固定在机身上。②卡在硬质泡沫塑料的槽中。②用双面胶布胶在模型飞机上。一般第②、③种方法是的合使用的。总之在固定舵机时要注意如下两点：当受到冲击时，舵机要能得到保护；舵机在固定状态下，应没有不必要的受力。

（2）操纵连杆的安装：操纵连杆的任务是把舵机的动作传递到舵面上去。这连杆必须有一定的刚性，而且越轻越好。在安装时一定要使动作平滑，不能有摩擦或卡死的现象。

（3）接收机的安装：接收机在飞机上必须得到很好的保护，外面应用橡胶海绵包好，放在模型里不受冲击的位置。一定不能放在电池的前面，因为电池的重量大，撞击时电池会把接收机压坏。接收机天线的安装一定要正确。要平顺的拉到模型飞机不能缠绕。

（4）飞行前要作一系列的检查和实际拉开距离进行操纵，以检查遥控设备工作是否正常。

（5）飞行中要保持天线的正确位置，以得到最有利的工作条件，使接收设备处在最佳场强方位。

安装上述设备后，如果模型的重心位置不对，则应适当前后移动电池和接收机等部件的位置，使重心达到要求，重心位置应在翼弦的30％至35％位置处。

184

3、试飞前的调试

调试好的接收机及执行机构安装在模型上以后，还要联调后才能试飞。试飞前的联调主要包括控制距离实验、振动实验及舵面反应速度的调整。 控制距离实验是测试发射机能可靠地控制模型舵面的最远距离。作距离实验时，发射机由操纵者手持，模型飞机放置在地面上，发射机与模型之间应是无障碍物且平坦的开阔地。因本模型较小，飞行距离不太远，在地面做距离实验时有300m的控制距离即可。如果地面控制距离不够，就应再调试发射机或接收机。

振动实验是发动机开动后，在振动条件下，看遥控设备能否正常工作，如果发现有“跳舵”等不正常现象，就要改进接收机及气阀等部件的减振措施。 经过距离及振动实验的遥控设备，试飞前还要调试操纵杆与舵面(包括发动机的油门)之间的关系，检查连杆、摇臂等机械结构是否牢固。如果模型的重心位置不对，还要移动电池或接收机的位置。首先应检查舵的转动方与发射机操纵杆的动作方向是否一致。不一致时，可改变舵机摇臂的输出方向，或者通过调节发射机上的通道倒顺开关使其方向一致。发射机上的通道极性开关一般在机壳下部或面板上。

舵量的大小要符合设计要求，否则也要调整。一般模型的舵角为±35。左右。改变连杆在摇臂上的插孔位置即可进行舵量调整。当舵量偏小时，将连杆由舵盘靠近中心的孔移到远一些的孔，反之，则移更近一些。有些档次较高的发射机具有舵角范围调整功能，可用这一功能准确地调到所需的范围。

此外，还要检查舵面是否回中。如不回中，可通过改变连杆的长度使舵面回到中立位置。调中立位置时，要将发射机的操纵杆及微调柄都置于中间位置。最后，应检查舵机、摇臂、连杆及电源开关等机械结构的安装是否牢固，摇臂及连杆在动作过程中摩擦力是否过大。

调试工作完成后，在试飞前，还应检查试飞场地有无工业干扰、如高频热合机、高压输电线等。还要查看有无相同频率的遥控设备或通信设备。以上调试结束后，在模型及发动机均已调好的情况下，就可以试飞了。

应该注意的是：在调试、试飞及日常飞行的过程中，PPM遥按设备均应先开发射机，后开接收机。而PCM设备则无所谓。

185

关于规范无线电模型遥控器使用的通知

体航管字［2003］215号

各省、自治区、直辖市、计划单列市体育局办公室，各行业体协：

为促进我国遥控模型运动的发展，为模型运动提供安全、有序的活动环境，提高我国模型运动竞技水平。根据信息产业部《关于无线电模型遥控器使用频率的通知》，特对模型遥控器的使用规定如下：

一、各类模型遥控器的使用频率及技术指标必须符合信息产业部《关于无线电模型遥控器使用频率的通知》（附件）的规定。

二、凡生产、进口各类型模型遥控器的企业，其产品必须经信息产业部无线电监测中心检测合格，并取得信息产业部核发的《无线电发射设备型号核准证》。

三、凡进口的各类模型遥控器必须获得《机电产品进口许可证》。

四、凡在中国内地市场销售遥控器的生产企业、国外品牌中国代理企业需将从业证明文件的复印件（营业执照、税务登记证、法人代码证、国外品牌中国代理的授权证明等）及《无线电发射设备型号核准证》、《机电产品进口许可证》提交中国航空运动协会、中国航海模型运动协会、中国车辆模型运动协会备案并进行资格认证后方可进行遥控器的生产销售。

五、中国航空运动协会、中国航海模型运动协会、中国车辆模型运动协会对取得资格认证企业生产、销售的模型遥控器，印发“模型遥控器认证证书”，并应在模型遥控器出厂前将设备认证标志粘贴在指定位置。

六、现使用的模型遥控器，经中国航空运动协会、中国航海模型运动协会、中国车辆模型运动协会核准后印发认证标志，核发认证的工作截止到2004年底，该类设备使用有效期至2006年底。

七、自2004年起，国内各级模型比赛将对参赛运动员的遥控器进行检验，没有认证标志的模型遥控器不能参加各级比赛。

八、本规定自颁布之日起执行。

二ＯＯ三年七月二十四日

186

各省、自治区、直辖市无线电管理机构，全军无委办公室:

信部无[2003]53号

为促进我国遥控模型运动的发展，为模型运动提供安全、有序的活动环境，有利于国际竞赛和交流，提高我国模型运动水平，根据我国无线电频率划分规定，并参考国际上通用的技术指标,现将我国无线电遥控模型使用频率的有关规定通知如下:

一、各类型模型遥控器使用频率:

(一)在26-27MHz频段，海模/车模频率为:

26.975MHz, 26.995MHz, 27.025MHz, 27.045MHz, 27.075MHz, 27.095MHz, 27.125MHz, 27.145MHz, 27.175MHz，27.195MHz，27.225MHz，27.255MHz， 共12个频点。

(二)在40MH，频段，海模/车模频率为:

40.6lMHz, 40.63MHz, 40.65MHz, 40.67MHz, 40.69MHz, 40.7lMHz, 40.73MMHz, 40.75MHz, 共8个频点。

(三)在40MHz频段，空模频率为:

40.77MHz, 40.79MHz, 40.8lMHz, 40.83MHz, 40.85MHz. 共5个频点。

(四)在72MHz颊段，空模频率为:

72.13MHz, 72.15MHz. 72.17MHz. 72.19MHz. 72.2lMHz, 72.79MHz, 72.81MHz. 72.83MHz. 72.85MHz, 72.87MHz. 共10个频点。

二、各类型模型遥控器的主要技术指标:

(一)射功率:< 750mW.

187

(二)频率容限：对于使用26-27MHz频段的模型遥控器 < 100ppm; 对于使用4OMHz和72MHz频段的模型遥控器，< 30ppm。

(三)杂散发射限值: < 0.75mW。

三、模型遥控器必须为单向控制器，禁止在模型上设置无线电发射设备。

四、为保证航空无线电台(站)电磁环境的要求，禁止在以机场跑道中心点为圆心、半径5000米的区域内，使用各类型模型遥控器。

五、模型遥控器不得发射语音通信信号。

六、在国家有关部门发布无线电管制命令的期间、区域内，应接要求停止使用模型遥控器。

七、模型遥控器按照微功率(短矩离)无线电发射设备进行管理。

八、以往文件凡与本通知不一致处，以本通知为准。

特此通知

二ＯＯ三年一月三十一日

188

1

遥控器发射机参考图纸

190

191

接收机参考图纸

192