Билет №3. Вопрос №1.

Основная особенность супергетеродинного приемника состоит в том, что в радиотракте помимо усиления сигнала происходит и преобразование частоты принятого радиоколебания. Структурная схема супергетеродинного приемника с однократным преобразованием частоты в радиотракте показана на рис. 1.5. На преобразователь частоты (ПрЧ) подается два колебания: с частотой сигнала с выхода УРЧ (в некоторых приемниках УРЧ может отсутствовать) и с частотой от местного генератора (Г) (гетеродина).

Выходной ток преобразователя частоты содержит помимо частотной составляющей ряд комбинационных

составляющих с частотами , из которых используется только одна – частота чаще всего . Именно на эту частоту , настроены фильтр сосредоточенной селекции (ФСС) и селективные цепи усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Таким образом, на выходе фильтра сосредоточенной селекции преобразователя частоты образуется напряжение с промежуточной частотой (или ).

Рисунок 1.5 – Структурная схема супергетеродинного приемника

При перестройке приемника одновременно с изменением частоты настройки резонансных цепей входной цепи и УРЧ изменяется частота гетеродина так, что при любой частоте , частота остается постоянной. При этом тракт промежуточной частоты, состоящий из фильтра сосредоточенной селекции и усилителя промежуточной частоты, не перестраивается.

Преимущество супергетеродинного приемника по сравнению с приемником прямого усиления состоит в том, что, во-первых, существенно упрощается его система настройки, поскольку перестраиваются только селективные цепи входной цепи, УРЧ и гетеродина. Во-вторых, в супергетеродинном приемнике можно обеспечить значительно лучшую фильтрацию сигнала от помех. Это объясняется следующими причинами. Результирующая АЧХ радиотракта приемника определяется в основном АЧХ селективных цепей тракта промежуточной частоты. Этот тракт не перестраивается, поэтому в нем можно использовать сложные резонансные цепи с АЧХ, достаточно близкой к идеальной. В-третьих, при перестройке приемника основные показатели радиотракта практически не изменяются, так как они в основном определяются показателями тракта промежуточной частоты, настроенного на постоянную частоту . В-четвертых, в супергетеродинном приемнике легче обеспечить большое усиление: обычно а на более низкой частоте паразитная обратная связь между выходом и входом усилителя проявляется слабее, что позволяет реализовать более высокое усиление без опасности самовозбуждения усилителя.

Основная особенность супергетеродинного приемника – это наличие так называемых комбинационных каналов приема. Предположим, что приемник принимает сигнал от радиостанции на частоте (рис. 1.6). Для этого в приемнике устанавливается такая частота гетеродина , при которой выполняется условие . Однако спектр выходного тока преобразователя содержит ряд комбинационных составляющих с частотами . Это приводит к тому, что напряжение с частотой , на выходе фильтра сосредоточенной селекции вызывается не только колебанием сигнала (принимаемая станция), но и колебаниями других частот. Действительно, предположим, что на входе преобразователя частоты действует колебание частотой . Для этого колебания транзисторный ПрЧ является обычным усилительным каскадом и, следовательно, оно после ПрЧ и усиления в УПЧ создает на выходе приемника помеху для принимаемой полезной информации. Через диодный ПрЧ колебание частотой проходит, как через пассивную цепь. Таким образом, возникает побочный (паразитный) канал на частоте .

Рисунок 1.6 – Комбинационные каналы приема

Теперь предположим, что на входе ПрЧ действует напряжение частотой , для которой выполняется условие . Тогда напряжение частотой на выходе ПрЧ, а следовательно, и на выходе приемника

появится одновременно как от колебания частотой так и от колебания частотой .

Побочный канал на частоте называется зеркальным, поскольку он расположен симметрично (зеркально) к каналу на частоте относительно частоты гетеродина .

Продолжая аналогичные рассуждения, можно показать, что напряжение частотой может появляться и от сигналов радиостанций, имеющих частоты ; и т.д. (см. рис. 1.6). Одним из способов борьбы с побочными каналами является использование частотно-селективных цепей во входной цепи и УРЧ, предназначенных для ослабления мешающих сигналов, попадающих в побочные каналы, что иллюстрирует рис. 1.6, где штриховой линией показана АЧХ входной цепи и УРЧ. Селективные цепи входной цепи и УРЧ, настроенные на основной канал с частотой , осуществляют фильтрацию помех по побочным каналам.

Промежуточная частота должна лежать вне диапазона принимаемых частот и обеспечивать: избирательность по зеркальному и соседнему каналам; заданную полосу пропускания линейного тракта; возможность применения контуров с реализуемой добротностью; устойчивое детектирование радиосигналов и хорошую фильтрацию сигналов ПЧ при детектировании; требуемое усиление и устойчивость работы усилителя промежуточной частоты (УПЧ); малый коэффициент

шума.

Как видим, от выбора значения промежуточной частоты зависит многое. Так как зеркальный канал отстоит по частоте от основного на , то с увеличением значения в зеркальном канале помехи отфильтровываются легче; уменьшаются шумы гетеродина, вносимые в тракт УПЧ; улучшается фильтрация напряжения ПЧ на выходе детектора; проще реализовать широкую полосу УПЧ для широкополосных сигналов. Однако при уменьшении промежуточной частоты облегчается получение заданной избирательности по соседнему каналу приема; узкой полосы пропускания для узкополосных сигналов; большого коэффициента устойчивого усиления на один каскад (ри этом уменьшается число каскадов УПЧ) и т.д.

Таким образом, выбор частоты , ограничен несколькими противоречивыми требованиями. Поэтому в ряде приемников используется многократное (чаще – двукратное) преобразование частоты. При первом преобразовании частота выбирается достаточно высокой, при этом проще отфильтровать помехи в зеркальном канале; при последующих преобразованиях эту частоту выбирают низкой, что облегчает фильтрацию сигналов соседних радиостанций.

Разработка высокостабильных синтезаторов частот, а также кварцевых и монолитных фильтров с АЧХ, близкой к прямоугольной, и с малыми уровнями побочных каналов позволила построить приемный тракт по схеме рис. 1.7. При перестройке приемника во всем диапазоне частот первая и вторая промежуточные частоты остаются постоянными, а основную селективность можно обеспечить уже в УПЧ1. Задача трактов второй промежуточной частоты – усилить принятый сигнал, что можно выполнить с помощью апериодических усилителей с соответствующей дополнительной низкочастотной фильтрацией.

Реализация этого варианта приемного тракта накладывает также жесткие требования на стабильность частот и спектральную частоту напряжений гетеродинов. Напряжение частотой гетеродина в некоторых случаях проникает в антенну приемника и излучается в окружающее пространство. При этом приемник становится как бы передатчиком, излучающим колебание с частотой гетеродина. Это излучение маломощное, но оно может оказать мешающее воздействие на близлежащие РПУ.

Рисунок 1.7 – Структурная схема приемного тракта с многократным преобразованием частоты

Кроме того, для обеспечения приема различных видов сигналов необходимо иметь в тракте первой промежуточной частоты фильтры с переменной полосой пропускания либо сменные фильтры с полосами пропускания, соответствующими различным видам принимаемых сигналов. В ряде РПУ полосу пропускания фильтра ФСС1 выбирают по самому широкополосному принимаемому сигналу. Окончательная расфильтровка обеспечивается с помощью сменных фильтров в тракте второй промежуточной частоты.

Преселектор в тракте приема с постоянным значением первой и второй ПЧ может быть как перестраиваемым, так и фильтровым. Для получения минимального коэффициента шума необходимо использовать в преселекторе малошумяшие усилительные элементы. К преселектору предъявляются высокие требования по линейности его амплитудной характеристики. Преселектор, как правило, состоит из входной цепи, аттенюатора Aт и УРЧАттенюатор, включаемый, как правило, между антенной и УРЧ приемника, обеспечивает снижение уровня входного сигнала на 30...40 дБ ступенями по 10 дБ каждая, таким способом удается существенно расширить динамический диапазон приемника при приеме сильных сигналов. Аттенюатор позволяет также ослабить сильные станционные помехи. Переключение аттенюатора может быть как ручным, так и автоматическим с управлением от цепи АРУ. Аттенюатор может состоять из реле и резисторов либо реализовываться на основе p-i-n диодов.

Для уменьшения нелинейных эффектов между антенной и первым усилительным элементом в перестраиваемом преселекторе включают двухконтурный, реже трехконтурный полосовой фильтр. Еще одну резонансную цепь (одиночный или полосовой фильтр) обычно располагают непосредственно перед преобразователем частоты. От УРЧ требуется малый коэффициент шума и высокая линейность. Для получения малого коэффициента шума в УРЧ используют малошумящие полевые и биполярные транзисторы повышенная линейность обеспечивается правильным выбором режима работы усилительного элемента и оптимальных значений сопротивлений источника сигнала и нагрузки, применением корректирующих нелинейных цепей и динамических нагрузок, введением отрицательных обратных связей (ООС), использование для компенсации нелинейных эффектов дополнительных каналов в усилителях [1].

Для уменьшения числа побочных каналов приема, а также для упрощения конструкции приемника число преобразований в нем должно быть сведено к минимуму. Преобразователи частоты все чаще делают на полевых транзисторах либо кольцевыми (диодные). Находят применение балансные и двойные балансные преобразователи на полевых транзисторах. Особенно широко используются кольцевые преобразователи на диодах Шотки.

Специфика связей в декаметровом диапазоне состоит в том, что динамический диапазон полезного сигнала на входе РПУ достигаете 80...120 дБ. Это накладывает жесткие требования на работу АРУ, в современных профессиональных РПУ она обеспечивает изменение выходного напряжения на 4...6 дБ при изменении входного напряжения на 100 дБ и более.

При работе супергетеродинного приемника в диапазоне частот необходимо обеспечить сопряженную перестройку селективных цепей входной цепи, УРЧ и гетеродина. При этом входная цепь и УРЧ по возможности должны быть настроены на частоту принимаемого сигнала , а настройка цепей гетеродина обеспечивает такое значение , при котором получалось бы требуемое значение .