3.4. Проектирование входных устройств, работающих с настроенной антенной.

3.1.1. Общие сведения.

Настроенные антенны обычно применяются в профессиональных связных приёмниках в диапазонах метровых и более коротких волн, а иногда и в декаметровом диапазоне. В радиовещательных приёмниках настроенные антенны находят применение лишь в диапазоне ультракоротких волн, как правило в стационарных приёмниках нулевой и первой групп сложности. Антенна в этом случае выполняется в виде свёрнутого полуволнового диполя, размещённого внутри корпуса приёмника, и подключается через симметричный фидер ко входной цепи. Возможно и применение вынесенной настроенной антенны, которая соединяется со входной цепью посредством коаксиального кабеля (фидера). Подключение в этом случае несимметрично.

Эквивалентная схема настроенной антенны представляется в виде чисто активного сопротивления R_А, которое должно быть равно волновому сопротивлению фидера R_Ф. Обычно такая антенна достаточно широкополосна и при настройке её на середину диапазона можно пренебречь отклонениями её сопротивления от R_А во всём диапазоне, даже если это диапазон УКВ-1, у которого коэффициент перекрытия k_g  1,15, а тем более в диапазоне УКВ-2, имеющем меньший коэффициент перекрытия.

Можно выделить три основные схемы связи контура входной цепи с настроенной антенной: трансформаторная, автотрансформаторная и ёмкостная. Трансформаторная может применяться как для симметричного, так и для несимметричного подключения, две остальные – только для несимметричного подключения (обычно в этом случае вынесенная антенна подключается через коаксиальный кабель.

Рис 3.5. Рис. 3.6.

Схема с трансформаторной связью изображена на рисунке 3.5, с автотрансформаторной – на рисунке 3.6. Схема с ёмкостной связью используется обычно на более высоких частотах и в радиовещательных приёмниках применяется редко.

В схеме 3.5 использован электростатический экран между катушками, который устраняет несимметричность фидера. Отвод от сердечника катушки связи с антенной соединён с экраном и с землёй. Если используется несимметричный (коаксиальный) фидер, экран и отвод не используются. В этом случае схема полностью эквивалентна схеме рис. 3.6.

С практической точки зрения более предпочтительна схема с трансформаторной связью, поскольку она даёт больше свободы для изменения коэффициента р₁ в процессе заводской настройки. Связь контура со входом транзистора может быть выбрана как трансформаторная, так и автотрансформаторная.

3.4.2. Расчёт элементов колебательного контура и параметров связи с антенной и транзистором.

Методика расчёта элементов колебательного контура во многом совпадает с методикой расчёта для случая с ненастроенной антенной. Как было сказано выше, связь контура с антенной предпочтительна трансформаторная. Таким образом, за основу при расчёте может быть взята схема рис. 3.3 или 3.4. Величины паразитных ёмкостей могут быть приняты согласно указаниям, приведённым в параграфе 3.3.1. Следует лишь учесть, что в этом случае С_Аср = С_{вх пр} = 0. Как правило, схема с растягивающим контуром в диапазоне УКВ не применяется, поскольку в качестве настроечного элемента всегда используют варикап, либо специальный конденсатор переменной ёмкости с небольшими значениями С_{н мин} и С_{н макс}. Наиболее просто выполнить расчёт при использовании варикапа, подобрав тип варикапа и пределы изменения напряжения на нём так, чтобы обеспечить требуемые значения С_{н мин} и С_{н макс}.

Исходя из этих соображений, за основу следует принять схему рис. 3.3. Вначале следует определить расчётные границы диапазонов (3.42) и расчётный коэффициент перекрытия k_g. Затем, в соответствии с (3.43) находят эквивалентную ёмкость схемы и монтажа, положив С_{А вн} = 0. Величины С_М, C_L, С_вн можно определить по рекомендациям, данным в параграфе 3.3.1.

Важным моментом является выбор минимальной величины ёмкости С_{К мин}, поскольку ею определяется значение характеристического сопротивления контура _к и резонансной проводимости контура g_к, которая напрямую влияет на значения коэффициентов связи контура с антенной и входом первого активного элемента. Ориентировочно можно рекомендовать, чтобы на средней частоте диапазона выполнялось соотношение

_к = (0,5…1)R_A.

При наиболее часто встречающемся значении R_A = 75 Ом можно рекомендовать выбор С_{к мин} в пределах 25…30 пФ для диапазона УКВ-2 и в пределах 35…50 пФ для диапазона УКВ-1.

Выбрав величину С_{к мин}, следует уточнить выбор значений С_{н мин}, С_{н макс}. Желательно, чтобы С_{н мин} находилась в пределах (0,3…0,4)С_{к мин}. Тогда

(3.88)

После этого определяют ёмкость С₁, включённую параллельно настроечной ёмкости (3.56). Убедившмсь, что она удовлетворяет условию (3.57), выбирают подстроечный конденсатор из условия (3.46). Его наличие желательно, поскольку в диапазоне УКВ обычно не используют подстроечные сердечники в катушках. Наконец, если необходимо, определяют величину дополнительного конденсатора C_g1 из (3.58). Проверяют правильность расчётов в соответствии с (3.59). После этого по полученным значениям С_{н мин}, С_{н макс} следует уточнить выбор варикапа и пределов изменения напряжения на нём.

Определяют величину контурной индуктивности L_K (3.54), после чего следует приступить к расчёту параметров сопряжения контура с антенной и входом первого активного элемента. Исходными данными для этого являются значение сопротивления антенны R_A или фидера _ф, определённые в техническом задании, и входная проводимость первого активного элемента g_вх. Кроме того, следует задаться конструктивной добротностью контура Q_к, которая, согласно рекомендациям, донным в главе 2, должна быть выбрана в пределах Q_к = 60…120, а также показателем ухудшения добротности D = Q_к / Q_э. При условии согласования должно выполняться неравенство D > 2. Если в качестве первого активного элемента выбран первый полевой транзистор, у которого g_вх = 0, выбирают D = 2. Для биполярных транзисторов можно выбрать D = 2,5…4.

Для условия согласования с антенной при заданной величине D известны формулы, определяющие коэффициент включения антенны в контур входной цепи р_А и коэффициент включения входа первого антенного прибора р₁ []:

(3.89)

(3.90)

Здесь g_A – проводимость антенны, определяемая выражением

, (3.91)

где – комплексное сопротивление антенной цепи,

L_АК – индуктивность катушки связи антенны с контуром.

Если во входном каскаде используется полевой транзистор, то D = 2, р_{1 согл} = 1, .

Коэффициенты включения р_А и р₁ в реальной схеме определяются значениями индуктивностей связи L_АК и L_АТ с коэффициентами магнитной связи k_АК k_КТ катушек связи с контурной индуктивностью L_К:

(3.92)

Конструктивно выполнимый коэффициент связи k для однослойных катушек без сердечника лежит обычно в пределах 0,3…0,6.

Таким образом, коэффициент включения р_{А согл} неоднозначно зависит от индуктивности связи L_АК через (3.91) и (3.92). Поэтому для упрощения расчётов обычно находят минимальное значение коэффициента связи , при котором возможно согласование. При этом индуктивность катушки связи []

(3.93)

где вместо R_А может быть подставлено сопротивление фидера _Ф, а частота _с, на которой достигается согласование, берётся равной средней частоте диапазона.

После этого можно g_А из (3.91), затем р_{А согл} и р_{1 согл} из формул (3.89), (3,90), подставив g_к = 1/Q_r_сL_К.

Выразив из (3.92), находят значение индуктивности катушки связи L_КТ

(3.94)

задавшись значением k_КТ из конструктивно реализуемых пределов.

Если по заданию требуется провести конструктивный расчёт входного контура, используют для этого формулы, приводимые в справочной литературе.