1.9.2. Основы радиоприема

Прием и воспроизведение радиопередач осуществляется радио­приемниками. Несмотря на внешние различия в схемах для всех радиоприемников характерны следующие основные физические процессы, выполняемые в шесть этапов:

первый — преобразование энергии электромагнитных волн в энергию электрического тока во входных цепях радиоприемника;

второй — выделение сигнала принимаемой радиостанции из множества других сигналов, улавливаемых антенной приемника; третий — усиление принятого ВЧ-сигнала; четвертый — выделение из принятого модулированного сигна­ла звуковой (низкой) частоты, несущей аудиоинформацию; пятый — усиление НЧ-сигнала до необходимой мощности; шестой — преобразование электрических колебаний в звуковые. Первый этап. Происходит прием радиоволн — процесс воз­буждения колебаний электрического тока в медном проводе ан­тенны бегущими электромагнитными волнами. Явление возбуж­дения в проводнике электрического тока переменным магнитным полем было впервые открыто Майклом Фарадеем, развито Ген­рихом Герцем и практически использовано в радиотехнике Алек­сандром Поповым.

В антенне возбуждаются ВЧ-колебания, излучаемые всеми ра­диостанциями мира. Различаются они лишь частотой колебаний и напряжением. Для воспроизведения доступны не все сигналы. Не могут быть приняты сигналы с частотой ниже чувствительности радиоприемного устройства и сигналы, находящиеся вне преде­лов принимаемых частот.

Большинство радиоприемников имеет антенны двух типов — магнитные и телескопические. Магнитная антенна представляет собой катушку с намотанным медным проводом и с ферромаг­нитным сердечником, который обладает высокой магнитной про­ницаемостью. Магнитная антенна имеет направленность приема, поэтому малогабаритные радиоприемники при настройке на ра­диостанцию рекомендуется разворачивать в направлении источ­ника сигнала. Настольные аппараты имеют встроенную враща­ющуюся антенну с приводом от ручки, расположенной на лице­вой панели. Магнитная антенна применяется в основном для при­ема в диапазонах ДВ и СВ.

Телескопическая выдвижная антенна служит для приема на KB и УКВ. Общая ее длина в развернутом состоянии достигает 1 м, в нерабочем состоянии она складывается и размещается в корпусе приемника.

Второй этап. Антенна в радиоприемнике соединена с шасси радиоприемника или, что то же самое, с землей¹, поэтому все токи, наведенные в антенне электромагнитными волнами, «сте­кают» на землю. Для выделения сигналов нужной радиостанции в цепи «антенна — земля» поставлен колебательный контур.

Колебательный контур обладает большим индуктивным сопро­тивлением переменному току, если его собственная резонансная частота не совпадает с частотой колебаний проходящего через него тока, но в то же время это сопротивление ничтожно мало, если эти частоты совпадают.

Сущность выбора сигналов нужной радиостанции заключается в настройке частоты колебательного контура на электрический резонанс с ее собственной частотой. В этом случае ВЧ-колебания настраиваемой радиостанции без сопротивления проникают в колебательный контур, а вместе с этим и на вход соединенного с ним усилителя сигналов высокой частоты. Для остальных радио­станций, частоты которых отличаются от резонансной, колеба­тельный контур представляет собой большое сопротивление и препятствует их проникновению в усилитель.

Колебательные контуры могут быть пассивные (перестраива­емые) и активные с задающим генератором высоких частот.

Пассивный колебательный контур состоит из набора катушек индуктивности и конденсаторов переменной емкости, которые позволяют изменять его собственную частоту в больших пределах. Переключением катушек индуктивности изменяют диапазоны принимаемых радиоволн (ДВ, СВ, KB и УКВ), а плавным изме­нением емкости конденсатора ручкой настройки радиоприемни­ка добиваются приема нужной радиостанции в пределах каждого диапазона. Радиоприемники с таким способом настройки называ­ют аналоговыми.

В активных колебательных контурах в качестве задающего гене­ратора используются цифровые синтезаторы частот. Синтезатор частот — это генератор электрических колебаний, основная час­тота которого задается кварцевым резонатором. С помощью спе­циальных схем (умножения и деления частоты, выделения нуж­ных гармоник) синтезатор может вырабатывать колебания любой частоты, значения которых в цифровом виде отражаются на дисплее и могут храниться в ячейках блока памяти. Радиоприем­ники с цифровым синтезатором частот называют цифровыми.

Чтобы обеспечить прием сигналов нужной радиостанции, дос­таточно нажатием кнопки или методом сканирования указать ее

' Шасси радиоприемника и земля — это, по существу, обкладки одного конденсатора, а конденсатор для переменного тока является проводником.

частоту. Микропроцессор при этом подключит к кварцевому гене­ратору колебательные цепи, частота которых будет резонировать с частотой выбираемой радиостанции.

Третий этап. Выделенный высокочастотный модулированный сигнал невелик по напряжению, поэтому он направляется на уси­литель сигналов высокой частоты.

В колебательный контур вместе с сигналами радиостанций мо­гут проникать атмосферные помехи. Чтобы освободиться от них, сигналы пропускают через электрические фильтры, настроенные на частоту 465 кГц, называемую промежуточной частотой. Так как радиостанции работают на разных частотах, отличающихся от 465 кГц, их сигналы предварительно с помощью гетеродина и смесителя преобразуют в промежуточную частоту. Гетеродин — маломощный генератор высоких частот. Конструкция гетеродина такова, что при настройке приемника на любую радиостанцию он автоматически начинает вырабатывать колебания с частотой, превышающей частоту радиостанции на 465 кГц.

В транзисторе-преобразователе происходит сложение колебаний сигнала радиостанции и гетеродина, в результате чего на выходе транзистора возникают биения электрического тока с частотой, равной разности частот радиостанции и гетеродина, т. е. 465 кГц. После такого преобразования сигналы любой радиостанции сво­бодно проходят через полосовой фильтр, а атмосферные помехи пройти не могут, так как их частоты отличаются от 465 кГц. Все радиоприемники, имеющие гетеродин, называются супергетеро­динными.

Радиоприемники без гетеродина называют радиоприемниками прямого усиления. Схемы таких радиоприемников используют в сигнальных устройствах и в игрушках. Качество их звучания очень низкое.

В связи с тем что на УКВ используется частотная модуляция сигналов, а привнесенные сигналы атмосферных помех носят ам­плитудный характер, от них легко освободиться, пропуская их через ограничитель амплитуды и отсекая тем самым ее всплески, вызванные атмосферными помехами.

Четвертый этап. На этом этапе происходит детектирование — выделение из модулированного сигнала звуковых колебаний. В ка­честве детекторов используют обычно полупроводниковые дио­ды, которые пропускают ток только в одном направлении.

Если модулированный высокочастотный сигнал (рис. 1.18, а) подать на катушку громкоговорителя, то его диффузор вследствие своей инерции «замрет» в средней точке, так как положительные и отрицательные полупериоды ВЧ-колебаний будут действовать на него практически одновременно. Выпрямленные же колебания ничем не скомпенсированы (рис. 1.18, б), поэтому катушка вмес­те с диффузором будет перемещаться в соответствии с амплиту­

дой импульсов и таким обра­зом воспроизводить аналого­вый сигнал (рис. 1.18, в).

По каналам радиосвязи с помощью полярной модуляции можно передавать и стереофо­нические сигналы.

Стереофонические радио­приемники характеризуются наличием стереодекодера и двухканального усилителя сиг­налов звуковой частоты. Стерео­сигнал вследствие полярной модуляции (см. рис. 1.17, в) несет информацию о двух зву­ковых каналах. Положительные полупериоды колебаний не­сущей частоты модулированы правым аудиоканалом, отрица­тельные — левым. Для разделения каналов в состав стереодекоде­ра входит полярный детектор, состоящий из двух диодов, вклю­ченных в обратных направлениях. Полярный детектор выделяет два сигнала, один из которых подается на усилитель сигналов зву­ковой частоты (УСЗЧ) правого канала, другой — на УСЗЧ левого канала.

Пятый этап. НЧ-сигнал доводится до необходимой мощности с помощью встроенного или автономного усилителя сигналов низкой частоты. Усилитель сигналов НЧ в радиоприемниках об­щий для ЧМ- и АМ-каналов.

Шестой этап. Электрические колебания преобразуются в зву­ковые с помощью встроенного громкоговорителя или выносных акустических систем.