1. Назначение, функции и типовые структуры рпт.

Радиоприёмный тракт предназначен для приёма (выделения) радиосиг­налов, усиления и преобразования их к удобному виду, позволяющему использовать передаваемое сообщение. Поскольку поступающий на вход РПТ сигнал мал и действует в смеси с помехами, в РПТ его необходимо выделить и усилить. При этом, учитывая, что в радиосигнале передаваемое сообщение содержится в неявном виде, РПТ может также преобразовать полезный сигнал к удобному для использования виду. Таким образом, РПТ должен выполнять ряд функций:

• и з б и р а т е л ь н о с т и (с е л е к ц и и), т.е. выделения сигнала из смеси сигнала и помех в соответствии с частотными, пространственными, поляризационными, временными, амплитудными, фазовыми и структурными различиями сигнала и помех;

• у с и л е н и я, т.е. доведения сигнала до уровня, обеспечивающего нормальную работу оконечного устройства;

• а д а п т а ц и и, т.е. изменения параметров радиоприёмного уст­ройства в зависимости от состояния электромагнитной обстановки (ЭМО), протяжённости радиоканала при частотной перестройке с целью сохранения заданного качества сигнала;

• п р е о б р а з о в а н и я, т.е. переноса области частот принимаемых сигналов в другую частотную область, предоставляющую наиболее выгод­ные условия обработки.

РПТ может выполнять также функции:

• д е м о д у л я ц и и (д е т е к т и р о в а н и я), т.е. выделения модули­рующего колебания;

• д е к о д и р о в а н и я, т.е. обработки некоторых дополнительных характеристик принимаемого сигнала, например, при приёме сигналов сте­реовещания (стереодекодер), сигналов цветности в телевизионных приём­никах и т.д.

Структурная схема детекторного РПТ содержит избирательную (входную) цепь (ВЦ), настраиваемую на частоту входного сигнала, и детектор (рис. 1.1).

Рис. 1.1

Принцип действия такой схемы наиболее прост, но имеет ряд недос­татков: чувствительность тракта практически ограничена коэффициентом передачи ВЦ и чувствительностью детектора, ширина резонансной кривой и резонансное сопротивление ВЦ изменяются при перестройке по диапазону, что приводит к существенным изменениям коэффициента передачи РПТ. Вследствие этих недостатков структура РПТ детекторного типа имеет очень ограниченное применение - при построении простейших датчиков поля.

Структурная схема РПТ прямого усиления (рис.1.2) представляет тракт радиочастоты (ТРЧ), включающий избирательные цепи, настраиваемые на частоту входного сигнала, и усилители радиочастоты. В большинстве прак­тических приложений нагрузкой РПТ прямого усиления служит детектор (Д). Работоспособность тракта поддерживают системы адаптации, управления, контроля и блок питания, которые на рис.1.2 не показаны.

Рис. 1.2

Входное устройство и усилительные каскады содержат резонансные це­пи, настраиваемые на частоту принимаемого сигнала (f_с=f_о). Селекция и усиление радиосигналов производятся в ТРЧ (см. рис.1.2), обобщенная передаточная характеристика которого показана на рис. 1.3.

Для приёма радиосигналов в диапазоне частот необходимо изменять настройку всех контуров РПТ. Возникающие при этом технические труд­ности не позволяют использовать большое число контуров или сложные резонансные системы, вследствие чего избирательность РПТ часто является недостаточной. Малое число контуров определяет и малое число каскадов усиления, а значит, и небольшое усиление ТРЧ до детектора. Таким образом, чувствительность тракта практически ограничена коэффициентом передачи ТРЧ и чувствительностью детектора. Кроме того, как и в предыдущей структуре, ширина резонансной кривой и резонансные сопротивления каждого контура изменяются при перестройке по диапазону, что приводит к существенным изменениям коэффициента передачи ТРЧ.

Рис. 1.3

П ри супергетеродинном построении РПТ (рис.1.5) используют преобра­зование частоты принимаемого сигнала в другую частоту, обычно более низкую и постоянную, которая называется промежуточной (рис.1.6). При этом в ТРЧ осуществляется подавление части помех, т.е. предварительная фильтрация, однако, как и в РПТ прямого усиления, не решается задача выделения спектра только полезного сигнала. В тракте промежуточной час­тоты (ТПЧ) осуществляется основная избирательность и усиление приня­того сигнала. Это позволяет реализовать большее усиление, и, следова­тельно, более высокую чувствительность и избирательности РПТ на любой частоте рабочего диапазона, а также их относительное постоянство.

Часть супергетеродинного ТРЧ, обеспечивающая предварительную из­бирательность сигнала, называется преселектором.

Преобразование частоты осуществляется в нелинейном звене - смеси­теле. Если на вход смесителя подать напряжение сигнала высокочастотного генератора, называемого гетеродином, с частотой /_г, то на выходе смеси­теля возникнет многочастотный сигнал вида

f_см = mf_r ±nf_c или f_см = nf_c ± mf_r, где m, n - целые натуральные числа. Колебания наибольшей интенсивности соответствуют m = n = 1.

Общая формула частот приема в супергетеродинном РПТ: , где т, n - целые натуральные числа. Знак «+» соответствует «нижнему», а «-» - «верхнему» преобразованию частоты.

Наиболее опасны:

• канал промежуточной частоты (прямой канал) f_пр = f_п.к= f_{п ч};

• зеркальный (симметричный) канал при f_пр = f_{з к} = f_с + 2f_{п ч} при «верхнем» преобразовании частоты и f_пр = f_{з к} = f_с - 2f_{п ч} при «нижнем»;

• каналы помех, образованные на своих гармониках без участия гетеродина: f_пр = f_п.к./n, (n=2,3…);

• каналы помех, преобразованные в смесителе на своих гармониках: ;

• каналы помех, образованные на гармониках гетеродина: .

Наличие прямого и зеркального каналов обусловлено самим принципом супергетеродинного радиоприёма, поэтому они называются линейными. Остальные каналы образуются вследствие технического несовершенства узлов и блоков ТРЧ и называются нелинейными.

рис. 1.6

Для подавления побочных каналов следует повышать избирательность и линейность преселектора, «чистоту» спектра колебаний гетеродина, прибли­жая его к моногармоническому.

Иногда используют двукратное, трёхкратное преобразование частоты:

РПТ инфрадинного типа (рис.1.9) работает с преобразованием частоты сигнала в частоту, превышающую максимальную частоту рабочего диапазо­на. Это супергетеродин с широкополосным преселектором и высокой f_п.ч..

Рис. 1.9

Е го особенностью является исключение диапазонных перестроек пресе­лектора или использование упрощённой перестройки путём коммутации фильтров (фильтровые преселекторы) (рис. 1.10).

Рис. 1.10

В РПУ инфрадинного типа промежуточная частота превышает макси­мальную частоту рабочего диапазона f_{п ч} >nf_{с mах} (n = 2,3...). Это обеспечи­вает вынесение побочных каналов приема из полосы пропускания преселектора и их хорошее подавление для больших величин сигналов.

К достоинствам инфрадинного РПТ относятся возможность значи­тельного подавления побочных каналов из-за высокой избирательности неперестраиваемых цепей, которые могут быть сложнее и эффективнее, чем перестраиваемые цепи, а также упрощение настройки и управления РПТ, не требующих подстройки преселектора. Основной недостаток - более вы­сокие, чем в случае перестраиваемого преселектора, требования к его ли­нейности.

РПТ синхронного типа (рис.1.11) представляет супергетеродин с f_пч = 0, т.е. преобразование частоты входного сигнала осуществляется в нулевую частоту. Преселектор обеспечивает предварительную избирательность и небольшое усиление сигнала, смеситель (См) перемножает полезный сигнал с колебанием синхронизируемого гетеродина, фильтр нижних частот (ФНЧ) выделяет спектр полезного сигнала.

Рис. 1.11

Рассмотрим механизм работы синхродина. Пусть на вход смесителя пос­тупают колебания u_c и и_Г. Тогда на выходе имеем

u_Cu_Г = U_CU_rcosω_Ctcosω_rt = 0,5U_CU_Г.[cos(ω_с + ω_r)t + cos(ω_с - ω_r)t].

Предположив, что ω_с = ω_г и между этими сигналами существует фазо­вый сдвиг φ, а сигнал модулирован по амплитуде (т.е. U_c(t) = U_c(1 + mcos)x cosω_Ct), на выходе перемножителя нетрудно получить колебание вида

U_вых (t) = cosφ + 0,5U_cU_r(l + m cos Ωt) cos(2ω_сt + φ).

Если теперь после перемножителя с помощью ФНЧ отфильтровать спектр полезного сигнала (U_выхФНЧ = 0,5U_cU_r(m cos Ωt)cosφ), то на выходе тракта обеспечивается избирательность для f_np≠f_Г.

Видно, что U_выхФНЧ = 0,5U_cU_r(m cos Ωt) cosφ зависит от φ и его значение будет max при синхронизации колебаний U_c и U_r.

Поэтому такое построение РПТ называют синхродином, а перемножи- тель с ФНЧ - синхронным детектором (СД).

Достоинством синхродина является совмещение функций преобразова­теля и детектора, что позволяет исключить ТПЧ из структуры РПТ. В таком РПТ отсутствуют зеркальный и прямой каналы. Однако помехоустойчи­вость синхродина низка, более высоки требования к линейности радиочас­тотного тракта, требуется цепь синхронизации.