1.2. Основы радиоприема
1.2.1. Состав и назначение элементов приемника
Радиоприемное устройство является последним звеном линии радиосвязи. В общем случае любое радиоприемное устройство (рис. 1.8) состоит из антенно-фидерного устройства (АФУ), приемника и оконечного устройства (ОУ).
Рис. 1.8. Структурная схема радиоприемного устройства
Антенна принимает энергию электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве, преобразует ее в энергию токов высокой частоты, которая с помощью фидера подводится ко входу приемника.
Приемник предназначен для выделения нужного радиосигнала из всего множества сигналов, поступающих на его вход (эта функция приемника называется избирательностью), усиления выделенного слабого сигнала, его детектирования (т. е. выделения из радиосигнала первичного сигнала, изменяющегося по закону передаваемой информации).
Оконечное устройство предназначено для воспроизведения или регистрации переданного сообщения. В качестве оконечного устройства могут выступать телефоны, громкоговорители, буквопечатающие телеграфные аппараты и т. п.
Для приема слабых сигналов приемник должен обладать высокой чувствительностью. Количественно чувствительность приемника оценивается той наименьшей ЭДС сигнала, которую надо подать на вход приемника для обеспечения нормальной работы оконечного устройства. Чтобы оконечное устройство (ОУ) работало нормально, надо подать на него сигнал определенной мощности и обеспечить необходимое превышение напряжения сигнала над напряжением шумов.
Современные приемники военной радиосвязи имеют чувствительность, равную единицам и даже долям микровольта при отношении напряжения сигнала к напряжению шумов на выходе приемника не менее 3:1.
Кроме высокой чувствительности современный приемник должен обладать хорошей избирательностью, т. е. способностью выделять полезный сигнал в условиях, когда одновременно работает большое количество радиостанций. Основное отличие между различными радиосигналами—это отличие по частоте. Поэтому избирательность приемника определяется наличием в нем элементов, способных различать радиосигналы по частоте. Такими элементами являются колебательные контуры. Чем больше их количество и выше качество, тем лучше избирательность приемника. Современные приемники военной радиосвязи имеют такую избирательность, что при одинаковой амплитуде полезного сигнала и помехи последняя ослабляется по сравнению с полезным сигналом в тысячи и даже десятки тысяч раз.
Рис 1.9. Структурная схема приемника прямого усиления
По принципу построения различают приемники прямого усиления и приемники супергетеродинного типа.
Структурная схема приемника прямого усиления приведена на рис. 1.9.
Входная цепь связывает антенну с первым каскадом усилителя радиочастоты (УРЧ*) и предназначена для наиболее эффективной передачи радиосигнала, принятого антенной на вход приемника, а также для осуществления предварительной избирательности.
Выделенный входной цепью сигнал слишком слаб. Его усиливают с помощью УРЧ, который, кроме того, осуществляет избирательность, так как в его состав входят колебательные контуры.
Для настройки приемника на частоту полезного сигнала колебательные контуры входной цепи и УРЧ перестраиваются, что показано на структурной схеме (рис. 1.9) наклонными стрелками. Причем перестройка осуществляется сопряженно, т. е. с помощью одной ручки, что показано на схеме штриховой
линией, соединяющей наклонные стрелки.
Детектор преобразует модулированные колебания радиочастоты в колебания звуковой частоты, т. е. осуществляет демодуляцию (операцию, обратную модуляции).
УЗЧ** (усилитель звуковой частоты) усиливает колебания звуковой частоты, выделенные детектором, до величины, достаточной для нормальной работы оконечного устройства.
* Ранее вместо термина «усилитель радиочастоты (УРЧ)» применялся термин «усилитель высокой частоты (УВЧ)». ГОСТ 24375—80.
** Ранее вместо термина «усилитель звуковой частоты (УЗЧ)» применял-
ся термин «усилитель низкой частоты (УНЧ)». ГОСТ 24375—80.
Схема приемника прямого усиления проста, однако в силу того, что практически все усиление и избирательность осуществляет УРЧ, такой приемник обладает рядом недостатков.
Во-первых, при усилении на достаточно высоких частотах УРЧ не может иметь большого коэффициента усиления ввиду своей склонности к самовозбуждению. Поэтому приемник прямого усиления не обеспечивает высокой чувствительности.
Рис. 1.10. Структурная схема супергетеродинного приемника
Во-вторых, так как количество колебательных контуров УРЧ ограничено, а сами они перестраиваемые, невозможно получить высокую избирательность.
В-третьих, при перестройке приемника изменяются параметры колебательных контуров. Это приводит к изменению избирательности и коэффициента усиления УРЧ, а следовательно, и чувствительности приемника.
Таким образом, приемник прямого усиления не обладает высокой чувствительностью и избирательностью и не обеспечивает постоянства этих параметров при перестройке приемника в диапазоне рабочих частот. Поэтому такие приемники в военной радиосвязи не применяются.
Недостатки приемника прямого усиления могут быть устранены в приемнике супергетеродинного типа. Структурная схема такого приемника приведена на рис. 1.10.
Сущность супергетеродинного приемника состоит в том, что любой радиосигнал независимо от его частоты преобразуется в сигнал относительно низкой и постоянной для данного приемника промежуточной частоты. Это преобразование осуществляется в преобразователе частоты, который состоит из смесителя и гетеродина (маломощного автогенератора).
На смеситель воздействуют одновременно два высокочастотных колебания: колебание с частотой радиосигнала fС, выделенное входной цепью и УРЧ, и колебание гетеродина с частотой fГ . На выходе смесителя выделяется колебание промежуточной частоты fПР, равной, как правило, разности fГ и fС. Закон модуляции в процессе преобразования не меняется. Постоянство промежуточной частоты обеспечивается путем сопряженной перестройки колебательных контуров входной цепи, УРЧ и гетеродина.
С преобразователя сигнал промежуточной частоты поступает на вход УПЧ (усилителя промежуточной частоты), в котором осуществляются основное усиление и избирательность приемника. Благодаря тому что промежуточная частота сравнительно низка, УПЧ обеспечивает большой коэффициент усиления. При этом приемник будет иметь высокую чувствительность. Постоянство же промежуточной частоты позволяет применить в УПЧ сложные неперестраиваемые колебательные системы, что обеспечивает высокую избирательность приемника. Кроме того, так как основное усиление и избирательность осуществляются на промежуточной частоте, которая постоянна, чувствительность и избирательность приемника Также остаются неизменными при его перестройке.
Во входной цепи и УРЧ супергетеродинного приемника осуществляются лишь предварительное усиление и предварительная избирательность полезного сигнала. В связи с этим входную цепь и УРЧ в таких приемниках называют преселектором.
Детектор и УЗЧ в супергетеродинном приемнике выполняют те же функции, что и в приемнике прямого усиления.
Таким образом, супергетеродинные приемники имеют высокие качественные показатели, которые не могут быть получены с помощью приемника прямого усиления. Поэтому все приемники военной радиосвязи строят по супергетеродинной схеме. Рассмотрим более подробно каждый из элементов структурной схемы супергетеродинного приемника.