3.8 Выбор и расчет параметров избирательной системы тракта промежуточной частоты
Тракт ПЧ формирует сквозную полосу пропускания, обеспечивает основные избирательность и усиление радиотракта приемника. Под основной избирательностью понимают подавление мешающих сигналов станций, работающих в соседнем частотном канале.
По ГОСТ 5651–89 для радиотрактов с АМ
задается и измеряется односигнальная
избирательность по соседнему каналу
при
расстройке соседнего канала ∆fс
= ± 9 кГц.
Для радиотрактов с ЧМ односигнальное измерение избирательности недостаточно характеризует способность к подавлению помех от соседнего канала. Основным параметром здесь считается двухсигнальная избирательность. Однако проектирование избирательной системы тракта с ЧМ производится по односигнальной избирательности , которую принято задавать при расстройке соседнего канала ∆fс = ± 300 кГц [12].
В радиовещательных приемниках используется в основном два способа построения тракта ПЧ:
с распределенной избирательностью на основе двухконтурных полосовых фильтров;
с сосредоточенной избирательностью в полосовом фильтре сосредоточенной избирательности (ФСИ).
Первый способ является традиционным, классическим. Тракт с распределенной избирательностью имеет регулярную структуру с простыми однотипными резонансными цепями на основе LC–контуров, в которой избирательность и усиление последовательно увеличиваются от входа к выходу. Такому построению присущи следующие положительные свойства:
наиболее полное использование усилительного потенциала активных элементов и получение требуемого усиления при меньшем их числе;
низкий уровень собственных шумов тракта;
малые искажения огибающей модулированного сигнала благодаря подавлению гармоник fпр резонансными цепями, что важно для АМ–сигналов;
хорошая линейность фазовой характеристики (равномерность характеристики ГВЗ) при факторе связи в двухконтурном полосовом фильтре β = 0,7 ÷ 1, что важно для ЧМ сигналов.
Перечисленные свойства получаются без каких-либо специальных мер за счет регулярной структуры тракта.
При необходимости оперативная регулировка полосы пропускания осуществляется изменением связи между контурами.
К недостаткам первого способа следует отнести:
относительную сложность схемы и конструкции;
обязательное наличие процедуры настройки АЧХ;
большую зависимость АЧХ от воздействия дестабилизирующих факторов (изменение температуры, колебания питания, изменение режимов активных элементов под воздействием АРУ и прочее);
возможность появления перекрестных искажений во входных каскадах тракта при воздействии сильной помехи из-за недостаточного ее ослабления предшествующими избирательными цепями.
Отметим, что необходимая стабильность АЧХ может быть достигнута рациональным проектированием: ослаблением связи контуров с активными элементами, стабилизацией напряжения питания, выбором способа регулировки усиления без изменения режима активных элементов по постоянному току.
Тракт ПЧ с сосредоточенной избирательностью – современное технологичное решение. Функции избирательности и усиления разделены между ФСИ и широкополосным или слабоизбирательным УПЧ. ФСИ ставится в начало тракта, чтобы не усиливать помехи и побочные продукты преобразования смесителя, которые могут превышать полезный сигнал и перегружать УПЧ. При этом УПЧ должен компенсировать затухание, вносимое ФСИ в полосе пропускания. В качестве ФСИ используются многозвенные LС–фильтры, ЭМФ, кварцевые, ПКФ, ПМФ и ПАВ–фильтры. УПЧ может содержать несколько слабоизбирательных (чтобы не искажать АЧХ ФСИ) каскадов с одиночными контурами или апериодических каскадов, или быть частью полупроводниковой ИМС. Однако при повышенных требованиях к линейности, динамическому диапазону, коэффициенту шума УПЧ проектируют на дискретных БТ и ПТ.
Второй способ позволяет получить:
– более узкие полосы пропускания, большую прямоугольность АЧХ и избирательность выбором соответствующего ФСИ;
– более компактную конструкцию тракта;
– лучшую стабильность АЧХ, определяемую в основном ФСИ;
– упростить или полностью исключить процедуру настройки АЧХ.
Регулировка полосы пропускания может быть только дискретной, осуществляется путем переключения ФСИ с разными полосами пропускания, хотя в некоторых LС – ФСИ возможна регулировка полосы изменением связи между контурами.
Вместе с тем второй способ уступает первому по коэффициенту шума тракта, вследствие ослабления сигнала на входе в ФСИ и более высокого уровня собственных шумов широкополосного УПЧ, а также по искажениям огибающей, которые больше в широкополосном УПЧ. Это своеобразная плата за отказ от регулярной структуры тракта. При необходимости снизить коэффициент шума можно включением на входе тракта предварительного полосового фильтра с малым затуханием в полосе пропускания и дополнительного усилительного каскада перед ФСИ, учитывая при этом большую вероятность возникновения перекрестных искажений из-за перегрузок этого каскада сильной помехой. С точки зрения ослабления собственных шумов УПЧ и искажений огибающей целесообразно сузить его полосу, не искажая АЧХ ФСИ, и использовать слабоизбирательные резонансные каскады УПЧ, по крайней мере один каскад на выходе тракта.
ФЧХ тракта с сосредоточенной избирательностью также определяется выбранным фильтром. Подавляющее большинство известных полосовых фильтров принадлежит к классу минимально–фазовых цепей, у которых АЧХ и ФЧХ однозначно связаны друг с другом, причем более прямоугольной АЧХ соответствует более нелинейная ФЧХ. Исключение составляют ПАВ–фильтры, имеющие структуру трансверсального фильтра, у которого сигнал от входа к выходу проходит несколькими путями. Благодаря этому фильтр приобретает свойства цепей неминимальной фазы, у них нет жесткой связи между АЧХ и ФЧХ и возможно получение АЧХ близкой к прямоугольной при линейной ФЧХ в полосе пропускания. ПАВ–фильтры с нормированной характеристикой ГВЗ являются лучшими ФСИ для трактов с ЧМ.
Отметим общую особенность применения ФСИ с механическим резонансом. Они имеют крутые склоны АЧХ, высокую избирательность при малых расстройках, но в отличие от LС–фильтров не обладают монотонно возрастающей характеристикой затухания в полосе задерживания. Для них характерно наличие паразитных всплесков и подъемов АЧХ (провалов в характеристике избирательности) при больших расстройках. Указанный недостаток преодолевается включением обычно на входе и выходе (иногда только на входе) фильтра дополнительных одиночных контуров, которые одновременно обеспечивают согласование фильтра по входу и выходу, а также увеличивают избирательность тракта при больших расстройках.
С учетом вышеизложенного построение тракта ПЧ по первому способу можно рекомендовать для стационарных РП достаточно высокого класса, особенно с ЧМ. В то же время второй способ позволяет обеспечить заданные электрические характеристики тракта и реализовать технологические преимущества для РП любой сложности. Применительно к высококачественному тракту необходимо более тщательное проектирование с учетом перечисленных недостатков.
РП, рассчитанный на прием АМ и ЧМ сигналов, может иметь 2 раздельных тракта ПЧ или один совмещенный. Раздельные тракты строятся, как правило по второму способу с ФСИ, совмещенный целесообразно выполнять с распределенной избирательностью.
При выборе способа построения тракта ПЧ следует рассматривать весь комплекс электрических, конструктивных, технологических, экономических и других требований, предъявляемых к проектируемому РП.
Ниже приведены порядок расчета избирательных систем трактов с двухконтурными полосовыми фильтрами, с LС–ФСИ, а также даны рекомендации по выбору готового покупного ФСИ.
В п. 3.8 ПЗ необходимо:
– обосновать выбор способа построения тракта ПЧ;
– произвести предварительный расчет избирательной системы по п.п. 3.8.1 или 3.8.2;
– или выбрать тип и привести основные параметры и характеристики выбранного покупного ФСИ по п. 3.8.3.