Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота

Кафедра СРТС

Методические указания по выполнению лабораторной работы №1

«Исследование частотных свойств селективных цепей РПУ»

Калининград 2016

Цель работы: изучить схемы построения и основные параметры входных устройств, фильтров в составе преселектора и тракта промежуточной частоты радиоприемного устройства РПУ, экспериментально исследовать их частотные свойства и основные параметры

1. Краткие теоретические сведения

1.1. Основные термины и определения в предметной области исследования

Основные качественные показатели ПРПУ характеризуют соответствие приемника своему назначению. Различают электрические, конструктивно-эксплуатационные и экономические показатели [6].

Диапазон рабочих частот – диапазон частот, в пределах которого РПУ сохраняет свои основные качественные показатели с заданной точностью при дискретной или плавной перестройке.

Диапазон рабочих частот задается нижней и верхней граничными частотами, а также коэффициентом перекрытия:

,

где и - минимальная и максимальная частоты диапазона рабочих частот (ДРЧ).

С целью обеспечения постоянства качественных показателей по частоте весь диапазон частот разбивают на поддиапазоны со своими граничными частотами и коэффициентом перекрытия по частоте:

,

где и - минимальная и максимальная частоты поддиапазона.

Чувствительность – мера способности РПУ принимать слабые сигналы и воспроизводить их на своем выходе с заданным качеством. Количественно чувствительность оценивают минимальным уровнем сигнала в антенне: активной мощностью на выходе антенны , Вт; величиной наведенной ЭДС , мкВ; интенсивностью или удельной мощностью , Вт/Гц , при котором передаваемое сообщение воспроизводится с заданной точностью. Чувствительность РПУ тем выше, чем меньше указанные величины при одном и том же отношении сигнал/шум (ОСШ) на входе РПУ.

Избирательность – мера способности РПУ выделить полезный сигнал из спектра колебаний, поступающих на его вход. В РПУ реализуется в основном частотная избирательность – выделение частоты полезного сигнала из совокупности частот принимаемой аддитивной смеси. Классификация видов избирательности приведена на рисунке 1.1.

Р исунок 1.1 – Виды частотной избирательности РПУ

Односигнальная избирательность (ОСИ) оценивается при воздействии на вход РПУ одного или нескольких сигналов с малой амплитудой, при которых РПУ работает в линейном режиме. К характеристикам РПУ по ОСИ относят полосы пропускания по основному каналу приема и степень подавления помех по побочным и соседним каналам приема.

Многосигнальная избирательность (МСИ) определяет селективные свойства РПУ с учетом нелинейных явлений, происходящих в его каскадах при воздействии на вход мощных по амплитуде помех, затрудняющих качественный прием.

К нелинейным явлениям относят:

• блокирование (забитие) – результат взаимодействия полезного сигнала и мощной немодулированной помехи, вследствие чего уменьшается коэффициент усиления РПУ в целом;

• перекрестная модуляция – перенос амплитудной модуляции с амплитудно-модулированной внеполосной помехи на полезный сигнал;

• взаимная модуляция – явление формирования в трактах РПУ напряжения с частотой полезного сигнала в результате воздействия на вход двух или более помех, не совпадающих по частоте с частотой настройки РПУ.

Частотная точность – мера способности РПУ устанавливать и поддерживать частоту настройки приемника на заданном номинале. Количественно оценивается суммарным отклонением частоты настройки РПУ от номинала и определяется как:

,

где - первоначальная погрешность установки частоты за счет градуировки шкал и неточности отсчета по шкале в РПУ с оптическими шкалами; - нестабильность настройки РПУ во времени за счет перепада температур, механических воздействий, изменения питающего напряжения.

В РПУ супергетеродинного типа нестабильность частоты настройки определяется в основном нестабильностью частоты гетеродинов. При нескольких преобразованиях частоты она определена в виде:

Помехоустойчивость – способность РПУ воспроизводить переданное сообщение с заданным качеством при воздействии внешних и внутренних помех. Для непрерывных сообщений (аналоговый сигнал) помехоустойчивость оценивают отношением сигнал/шум на выходе демодулятора, для дискретных сообщений – вероятностью правильного приема или ошибочного приема

или ,

где ; ; - количество правильно принятых посылок, количество ошибочно принятых посылок; общее количество посылок.

Помехоустойчивость часто характеризуют пороговым отношением сигнал/шум – ОСШ на входе детектора, при котором достигается требуемое качество приема.

Степень искажения формы сигнала. Под искажениями формы сигнала понимают изменения закона, по которому промодулированы амплитуда, частота или фаза выходного сигнала по сравнению с формой входного сигнала, вызывающие ухудшение качества воспроизведения сообщения.

Для РПУ, принимающих АМ сигналы, наиболее критичны – амплитудно-частотные искажения, для РПУ, принимающих ЧМ или ФМ – фазо-частотные, для РПУ, принимающих импульсные сигналы, - переходные искажения, вызванные переходными процессами в цепях, содержащих реактивные (инерционные) элементы.

Нелинейные искажения проявляются в появлении на выходе приемника дополнительных гармонических составляющих в спектре, которых не было в спектре передаваемого сообщения. Их оценивают допустимым коэффициентом нелинейных искажений при заданном коэффициенте модуляции.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) – обеспечение совместной работы данного РПУ с другой аппаратурой, создающей мешающее излучение. Применительно к РПУ применяют меры по уменьшению его собственного излучения и защите приемника от влияния помех других устройств по соседним и побочным каналам приема, а также от индустриальных помех. ЭМС задается допустимым уровнем напряжения гетеродина, «просачивающегося» в антенну, на выход РПУ, в цепи питания, управления, коммутации.

Динамический диапазон РПУ по основному каналу – диапазон граничных уровней входного сигнала, при котором обеспечивается нормальное качество приема. Минимальный уровень входного сигнала ограничен уровнем собственных шумов, максимальный уровень – допустимыми нелинейными искажениями в каскадах РПУ.

,

где - максимально допустимый уровень напряжения на входе, В; - чувствительность РПУ, В; - максимально допустимая мощность на входе, Вт; - минимальная мощность на входе, Вт.

Изменение амплитуды сигналов и помех в реальных условиях может достигать 90..100 дБ и более. Для расширения динамического диапазона необходимо использовать электронные приборы с большим линейным участком ВАХ и автоматической регулировкой усиления (АРУ).

На рисунке 1.2 приведена обобщенная структурная схема РПУ. Рассмотрим основное назначение тракта высокой частоты с конкретизацией функций преселектора и тракта преобразования частоты.

Рисунок 1.2 - Обобщенная структурная схема РПУ

Тракт высокой (принимаемой) частоты или преселектор – часть схемы РПУ от входа до первого смесителя. Обеспечивает предварительное усиление и избирательность по принимаемому сигналу при работе в широком диапазоне частот.

Функциями преселектора являются:

1. Обеспечение усиления принимаемого сигнала и создание необходимого ОСШ на входе.

2. Обеспечение односигнальной избирательности – создание необходимого подавления помех по побочным каналам приема.

3. Обеспечение многосигнальной избирательности при воздействии на вход сигнала и одной или нескольких помех большой амплитуды.

4. Ослабление излучений колебаний первого гетеродина в антенну.

Назначение элементов преселектора:

1. Аттенюатор обеспечивает ослабление мощного сигнала и помех для реализации линейного режима работы РПУ.

2. Входное устройство обеспечивает согласование антенны с УВЧ, наиболее эффективную передачу энергии из антенны в УВЧ, частотную избирательность по побочным каналам приема.

3. УВЧ обеспечивает усиление входного сигнала до величины, необходимой для работы первого смесителя (Кус=6..10 дБ) и подавление помех по ПК приема за счет резонансной нагрузки.

4. Иногда перед входным устройством включают предварительный фильтр для подавления помех от близко расположенных РПДУ.

5. Тракт преобразования частоты – часть РПУ от входа первого смесителя до входа детектора. В зависимости от числа преобразований включает в себя тракты первой, второй и т.д. ПЧ, причем один из них есть тракт основной промежуточной частоты. В зависимости от требований к РПУ основная промежуточная частота может быть получена на первой, второй и т.д. ступени преобразования частоты. По отношению к тракту основной ПЧ все предыдущие тракты преобразования частоты выполняют функции преселектора по подавлению побочных каналов основного преобразования. Условие выбора номинала 1ПЧ – подавление помехи по 1ЗК в худшей точке диапазона (на верхней границе ДРЧ).

Тракт основной ПЧ – часть РПУ от входа смесителя основной ПЧ до входа детектора. Функции данного тракта: реализация основной избирательности по соседним каналам приема и усиление, необходимое для нормальной работы детектора.

1.2 Входные устройства ПРПУ

1.2.1 Назначение и классификация входных устройств.

Входным устройством (входной цепью) называется часть РПУ, связывающая антенну или антенный фидер со входом первого каскада приемника. Функции: предварительная частотная избирательность и эффективная передача сигнала на вход первого каскада.

Классификация входных устройств:

1. По диапазону рабочих частот и способу перестройки:

• с плавной перестройкой в случае приема сигналов на любой из частот в ДРЧ;

• с дискретной перестройкой в случае приема сигналов на нескольких фиксированных частотах из ДРЧ.

2. По виду избирательной системы:

• с одним резонансным контуром;

• с двумя и более резонансными контурами;

• со специальными полосовыми фильтрами.

3. По виду связи избирательной системы с антенной или антенным фидером:

• с трансформаторной связью;

• с автотрансформаторной связью;

• с емкостной связью.

На рисунке 1.3 приведены виды связи избирательной системы с антенной.

Р исунок 1.3 – Виды связи избирательной системы с антенной: а) – трансформаторная; б) – автотрансформаторная; с) – емкостная

4. По виду связи избирательной системы с первым каскадом приемника различают входные устройства с полной связью, автотрансформаторной связью, трансформаторной связью, связью через делитель (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Виды связи избирательной системы с первым каскадом приемника:

а) – полная связь; б) – автотрансформаторная связь; в) – трансформаторная связь; г) –связь через емкостной делитель

5. По симметрии входа входные устройства делят на:

• с симметричным входом при связи с симметричными антеннами или симметричными фидерными линиями;

• с несимметричным входом при связи с несимметричными антеннами или несимметричными фидерными линиями.

6. По способу подстройки входа:

• без подстройки входа при работе с одной антенной или на фиксированной частоте;

• с подстройкой входа при работе с несколькими типами антенн, когда компенсация вносимой со стороны антенны расстройки производится только при переходе от одного типа антенны к другому.

• с подстройкой входа при работе в широком диапазоне частот, когда компенсация вносимых со стороны антенн реактивных сопротивлений производится на любой частоте ДРЧ.

7. По конструктивному исполнению:

• с использованием цепей с сосредоточенными параметрами (ДВ-КВ).

• с использованием отрезков коаксиальных кабелей или полосковых резонаторов (дециметровые волны);

• с использованием объемных резонаторов (сантиметровые волны).

Обобщенная схема входного устройства как линейного четырехполюсника приведена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Структурная схема входного устройства

Входное устройство не содержит активных и нелинейных элементов и может быть представлено пассивным линейным четырехполюсником. Оно содержит резонансную систему на сосредоточенных или распределенных параметрах и элементы связи. Элементы связи обеспечивают связь антенной цепи с резонатором, а при большом количестве резонаторов - связь между ними и первым каскадом приемника.

Т1 и Т2 – трансформирующие системы, обеспечивающие связь избирательной системы с антенной цепью и со входом первого каскада РПУ. Для оценки трансформации уровней напряжений и токов на входе и выходе избирательной системы вводят понятие коэффициентов трансформации (включения) и . В общем случае они комплексные, но для простоты анализа трансформирующие системы представляют идеальными трансформаторами и рассчитывают коэффициенты трансформации в соответствии с выражениями:

1.2.2 Основные параметры входного устройства

1. Коэффициент передачи входного устройства по напряжению – отношение напряжения на входе первого каскада приемника к величине ЭДС генератора, эквивалентного величине наведенной ЭДС в антенне РПУ:

2. Коэффициент передачи входной цепи по мощности – отношение активной мощности, развиваемой на входе первого каскада радиоприемника к мощности генератора сигналов, эквивалентного антенне:

,

где - активное результирующее сопротивление входного устройства, пересчитанное к входной паре зажимов первого каскада приемника; - активное сопротивление антенны.

3. Коэффициент шума – отношение суммарной мощности шума на входе первого каскада приемника к мощности шумов, обусловленных только собственным тепловым шумом антенны:

.

Коэффициент шума характеризует изменение ОСШ при переходе от антенны как источника сигнала к первому каскаду приемника как нагрузки.

4. Характеристика избирательности – зависимость отношения коэффициента передачи по напряжению на текущей частоте к коэффициенту передачи по напряжению на частоте резонанса входной цепи от абсолютной расстройки частоты (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Кривая избирательности селективной системы

По кривой избирательности определяют полосу мешания – ширину полосы частот, в пределах которой значение характеристики избирательности в 100 раз больше резонансного значения данной характеристики. Полоса пропускания – полоса частот, в пределах которого значение характеристики избирательности в корень из двух раз больше резонансного значения данной характеристики.

Коэффициент прямоугольности – отношение ширины полосы мешания к ширине полосы пропускания:

.

Диапазонность характеризует изменение основных качественных показателей входного устройства при его перестройки в ДРЧ и оценивается: изменением резонансного коэффициента передачи; изменением характеристики избирательности; изменением коэффициента шума.

1.2.3. Анализ обобщенной эквивалентной схемы входного устройства

Р ассмотрим входное устройство с избирательной системой в виде одного контура и представленной обобщенной эквивалентной схемой вида:

Рисунок 1.7 – Обобщенная эквивалентная схема входного устройства

Ток генератора (эквивалента тока антенны) с учетом трансформации определен в виде:

,

где - общее обозначение комплексной проводимости.

Внутренняя проводимость генератора тока с учетом трансформации:

.

Входная проводимость первого каскада приемника, вносимая во входное устройство с учетом трансформации:

.

Введем эквивалентную проводимость контура с учетом вносимых проводимостей со стороны антенны и входа первого каскада приемника:

.

Тогда напряжение на входе первого каскада приемника представимо в виде:

.

Теперь комплексный коэффициент передачи по напряжению входного устройства задается выражением:

.

Данный параметр зависит от коэффициентов трансформации на выходе и входе избирательной системы и отношения внутренней проводимости антенны и эквивалентной проводимости входного устройства.

Проводимость антенны с изменением частоты в пределах каждого рабочего поддиапазона меняется медленно, а эквивалентная проводимость на резонансной частоте минимальна, тогда резонансный коэффициент передачи по напряжению имеет ярко выраженный максимум.

Рисунок 1.8 – Обощенная эквивалентная схема входного устройства в вие параллельного колебательного контура

Пусть комплексная проводимость, вносимая в параллельный колебательный контур со стороны антенны, определена как:

.

Комплексная проводимость, вносимая в контур со стороны входа первого каскада приемника, определена как:

.

Тогда эквивалентная входная проводимость нагруженного параллельного контура определена в виде:

.

Эквивалентная индуктивность нагруженного контура может быть найдена в виде:

.

Эквивалентная емкость нагруженного контура может быть определена в виде:

,

где - емкость монтажа, паразитная емкость катушки индуктивности контура и емкость подстроечного конденсатора.

С учетом сделанных замечаний эквивалентную схему нагруженного контура можно представить в виде (рисунок 1.9):

Рисунок 1.9 - Ээквивалентная схема нагруженного контура

Эквивалентное затухание входного устройства есть величина, обратная добротности нагруженного контура:

.

Избирательность входного устройства оценивают кривой избирательности, которую можно построить в соответствии с выражением:

,

где - обобщенная расстройка частоты; - эквивалентная добротность контура; - относительная расстройка частоты; и - текущее и резонансное значение угловой частоты.

На рисунке 1.10 приведены кривые избирательности входного устройства в виде параллельного одиночного контура с разными значениями эквивалентной добротности.

Рисунок 10 – Кривая избирательности и определение полосы пропускания по уровню 1,41 для входного устройства в виде параллельного нагруженного колебательного контура

Полосы мешания на уровнях 10 и 100 определены выражениями:

Определим резонансные параметры входного устройства:

1. Резонансная циклическая частота:

.

2. Волновое сопротивление:

.

3. Модуль комплексного коэффициента передачи напряжения на резонансной частоте:

.

где - резонансная проводимость нагруженного параллельного колебательного контура.

Для генератора тока как эквивалента антенны сам контур, нагруженный на вход первого каскада приемника, является нагрузкой.

Тогда введем обозначение вида:

Теперь для резонансного значения коэффициента передачи напряжения можно записать выражение вида:

.

Из курса электротехники известно, что условием максимальной передачи мощности от генератора в нагрузку является равенство вещественной составляющей комплексной внутренней проводимости генератора и вещественной составляющей комплексной проводимости нагрузки. Тогда согласующее значение коэффициента трансформации имеет вид:

.

С учетом данного коэффициента трансформации имеем:

.

Если приемная антенна настроена в резонанс, то реактивная составляющая ее внутренней комплексной проводимости равна нулю. Тогда:

Теперь введем параметр вида , который называется коэффициентом рассогласования. Тогда отношение резонансного и согласующего значений коэффициента передачи напряжения определено как

.

Построим график данной зависимости и сделаем выводы.

Рисунок 11 – Зависимость отношения резонансного коэффициента передачи напряжения к значению коэффициента передачи напряжения при согласовании от параметра а

Выводы:

1. При значении параметра связи значение отношения коэффициентов передачи изменяется от максимального всего на 20%. Тогда в некоторых случаях допускается рассогласование без существенного изменения коэффициента передачи.

2. Режим слабой связи (слабого согласования) при используется для уменьшения влияния внутренней проводимости антенны на полосу пропускания и настройку входного контура.

3. Режим сильной связи (при ) используется для создания режима оптимального рассогласования с целью уменьшения коэффициента шума.

Рассмотрим изменение затухания и полосы пропускания входного устройства при изменении связи с антенной. Затухание будет определено в виде:

.

Таким образом, затухание увеличивается в два раза по сравнению с случаем, когда антенна рассогласована. При отключении антенны от контура затухание определено выражением:

.

В относительных единицах имеем:

.

На рисунке 1.12 приведена графическая зависимость отношения эквивалентного затухания к величине от параметра связи а.

Из приведенной зависимости следует, что при согласовании антенны с контуром полоса пропускания расширяется в два раза. При слабой связи ( ) полоса пропускания расширяется не более, чем на 25%, при сильной связи – в пять и более раз. Таким образом, входное устройство во многом определяет основные качественные показатели РПУ.

Рисунок 1.13 - Графическая зависимость отношения эквивалентного затухания к величине от параметра связи а

1.2.4 Входные устройства с различной связью с антенной

По типу связи избирательной системы с антенной и УВЧ различают входные устройства со следующими типами связи:

1. индуктивной (трансформаторной и автотрансформаторной) связью;

2. емкостной связью;

3. комбинированной связью.

В зависимости от величины коэффициентов трансформации рассматривают основные режимы работы входного устройства с настроенной и ненастроенной антенной.

При работе РПУ с настроенной антенной последняя представляется источником ЭДС с величиной задающей ЭДС и внутренним сопротивлением, которое носит чисто активный характер , в этом случае антенна вносит во входное устройство чисто активную проводимость и полоса пропускания РПУ расширяется. Для обеспечения этого режима работы в антенную цепь может быть введен специальный орган настройки в виде перестраиваемой емкости или индуктивности. Данный режим работы осуществляется при работе РПУ на одной частоте или в очень узком диапазоне частот, когда геометрические размеры антенны обеспечивают активное входное сопротивление.

Входное устройство (ВхУ)с емкостной связью с антенной. Данный вид связи используется в простых РПУ, т.к. параметры входного устройства сильно зависят от частоты настройки РПУ.

На рисунке 1.14 приведена принципиальная схема входного устройства с емкостной связью с антенной.

Рисунок 1.14 - Принципиальная схема входного устройства с емкостной связью с антенной

Изменяя величину емкости , можно регулировать степень связи ВхУ с антенной. Настройку входного устройства на несущую частоту принимаемого сигнала осуществляют изменением величины емкости . Коэффициент передачи входного устройства по напряжению, степень влияния параметров антенны на полосу пропускания и сдвиг частоты настройки колебательного контура зависят от соотношения данных емкостей.

Основные параметры входного устройства с емкостной связью с антенной:

1. Резонансная частота: .

2. Волновое сопротивление: .

3. Резонансный коэффициент передачи входного устройства по напряжению: .

Таким образом, при перестройке контура по частоте за счет изменения емкости и емкостном характере сопротивления антенны резонансный коэффициент передачи по напряжению будет возрастать при прочих постоянных параметрах так, как показано на рисунке 1.15.

Рисунок 1.15 - Зависимость резонансного коэффициента передачи по напряжению от частоты настройки входного устройства

Если весь ДРЧ разбит на поддиапазоны, то такой характер изменения данного параметра ВхУ сохранится в рамках каждого поддипапазона, однако при переходе от одного поддиапазона к другому скачкообразно уменьшается величина , следовательно, скачкообразно изменится и величина . Для выравнивания по поддиапазонам изменяют коэффициент трансформации до значений, при которых значения резонансного коэффициента передачи по напряжению в нижних точках всех поддипазонов не будет одинаковым.

При изменении частоты настройки входного устройства будет изменяться и полоса пропускания: .

При уменьшении резонансного коэффициента передачи по напряжению полоса пропускания сужается как следует из рисунка 1.16.

Рисунок 1.16 – Изменение резонансного коэффициента передачи в ДРЧ

Связь колебательного контура с антенной зависит от величины емкости . Чем она меньше, тем больше сопротивление конденсатора и тем слабее влияние антенны на контур. Поэтому величину выбирают, исходя из следующих соображений:

• расширение полосы пропускания входного устройства за счет внесения активной проводимости со стороны антенны не должно превышать 25 %;

• сдвиг частоты настройки контура за счет внесения реактивной проводимости со стороны антенны не должен превышать допустимого значения.

Связь с антенной выбирают так, чтобы обеспечить максимум резонансного коэффициента передачи по напряжению и уменьшить влияние антенны на параметры входного устройства.

Достоинства рассмотренного входного устройства: простота схемы, простая регулировка связи с антенной.

Недостатки рассмотренного входного устройства: резкое изменение резонансного коэффициента в ДРЧ.

Входное устройство с трансформаторной связью. Входное устройство (рисунок 1.17) представляет собой одиночный параллельный колебательный контур, настраиваемый на частоту принимаемого сигнала путем перестройки либо конденсатора С либо катушки индуктивности L. Антенна через фидер присоединена к катушке связи . Если антенно-фидерный тракт несимметричный, то и вход приемника должен быть несимметричным. Для перехода с несимметричной антенны на симметричный вход приемника или наоборот может быть применен симметрирующий трансформатор (балун).

Рисунок 1.17 – Входное устройство с трансформаторной связью

Степень связи с антенной реализуется путем подбора величины и взаимной индуктивности М. Коэффициент связи может быть рассчитан в соответствии с выражением: . Для простейших однослойных катушек коэффициент связи меньше или равен величине 0,4-0,5; для многослойных – 0,6-0,8.

В общем случае резонансный коэффициент передачи по напряжению задан в виде:

где -параметр связи, характеризующий связь входного устройства с антенной; - частоты настройки антенной цепи и входного устройства.

Если параметры постоянны, то получаем два варианта зависимости резонансного коэффициента передачи напряжения входного устройства от частоты настройки:

1) если , то говорят о работе с понижением частоты;

2) если , то говорят о работе с повышением частоты. Антенная цепь настраивается на одну постоянную частоту, лежащую за пределами ДРЧ входного устройства с целью получения равномерного коэффициента передачи по напряжению (см. рисунок 1.18).

Рисунок 1.18 – К пояснению режимов работы входного устройства и антенной цепи

При коэффициент передачи напряжения имеет максимальное значение и резко падает за указанными пределами.

Связь входного устройства с антенно-фидерной системой определяет возможность передачи энергии сигналов от АФС к входному устройству и влияет на полосу пропускания и настройку входного устройства. Величины и М выбирают так, чтобы связь была максимальной, но не превышала допустимых значений с точки зрения:

1. допустимого расширения полосы пропускания контура за счет вносимой в него активной проводимости со стороны антенно-фидерной системы;

2. допустимой величины сдвига настройки входного устройства за счет вносимой реактивной проводимости со стороны АФС.

Достоинства трансформаторной схемы:

1. возможность управления зависимостью резонансного коэффициента передачи напряжения от частоты настройки (возрастающий или падающий характер);

2. легко обеспечить режим согласования с антенно-фидерным трактом;

3. возможность работать как с несимметричными, так и симметричными антеннами.

Недостатки: трудность в реализации связи на высоких частотах из-за необходимости уменьшения числа витков катушки связи.

При работе с настроенной антенной цепью наиболее часто используются входные устройства с автотрансформаторной связью (рисунок 1.19).

Рисунок 1.19 – Простая схема с автотрансформаторной связью

В настоящее время в приемниках используют три вида таких схем: простая; двойная; схема с последовательным включением индуктивности.

Антенна подключается через фидер к части витков катушки индуктивности входного устройства . Схема используется в НЧ, СЧ и ВЧ диапазонах.

Коэффициент включения или трансформации определен в виде:

.

Общий коэффициент трансформации входного устройства: .

На рисунке 1.20 приведена схема ВхУ с последовательным включением индуктивности.

Рисунок 1.20 - Схема ВхУ с последовательным включением индуктивности

В данной схеме двойная трансформация производится в емкостной ветви контура. Это обусловлено тем, что на частотах выше 200 – 300 МГц индуктивность обращается в одни виток и отводы реализовать практически невозможно.

На рисунке 1.21 приведена эквивалентная схема ВхУ с последовательным включением индуктивности.

Рисунок 1.21 – Эквивалентная схема ВхУ с последовательным включением индуктивности

Из схемы следует, что антенна подключается к конденсатору , а вход первого каскада к конденсатору . Величины данных емкостей учитывают паразитные емкости, вносимые со стороны антенны и первого каскада. Емкостная ветвь контура состоит из последовательно соединенных емкостей и и параллельно подключенной к ним паразитной емкости катушки индуктивности . Общая емкость контура определена как:

.

Коэффициенты трансформации данной схемы заданы выражениями:

.

Для резонансного коэффициента передачи напряжения можно записать выражение:

.

Результирующее затухание контура определено:

.

Проанализируем характер изменения резонансного коэффициента передачи напряжения от частоты настройки. Данный коэффициент может быть рассчитан по выражению: .

Коэффициенты трансформации и не зависят от частоты настройки контура. Если предположить, что эквивалентная добротность и активное сопротивление антенны - постоянные величины в пределах ДРЧ, то перестройка емкости контура ведет к увеличению коэффициента передачи напряжения с ростом частоты настройки (рисунок 1.22).

Достоинства автотрансформаторных схем: простота изготовления и настройки.

Недостатки простой и двойной схем:

• невозможность реализовать малые коэффициенты трансформации, особенно при связи с антеннами с малыми волновыми сопротивлениями;

• при перестройке контура конденсатором переменной емкости можно получить только нарастающий характер резонансного коэффициента передачи напряжения.

Рисунок 1.22 – характер изменения резонансного коэффициента передачи по напряжению в ДРЧ при перестройке емкости контура

Многоконтурные входные устройства. Сложные избирательные системы используется в качестве входных устройств приемника, если к нему предъявляются повышенные требования селекции помех до входа первого каскада. Эти требования выражаются в необходимости получения относительно узкой полосы пропускания при малом коэффициенте прямоугольности. Выполнение требований возможно, если использовать двух или трехконтурные системы или многозвенный полосовой фильтр.

Связанные резонансные системы, содержащие два, три и более резонансных контуров, применяются во входных устройствах приемников, перестраиваемых в диапазоне частот. Повышение избирательности достигается за счет уменьшения коэффициента передачи и как следствие увеличение коэффициента шума и ухудшения чувствительности.

Многозвенные полосовые фильтры применяют в приемниках, работающих на одной или нескольких фиксированных частотах, а также в профессиональных приемниках, диапазон которых перекрывается несколькими полосовыми фильтрами.

При работе на фиксированных частотах переключатся элементы фильтра или на каждой частоте подключается свой фильтр.

При работе в диапазоне частот, как правило, используются неперестраиваемые фильтры, полоса пропускания которых равна ширине поддиапазонов.

На рисунке 1.23 изображены различные схемы двухконтурного входного устройства.

Рисунок 1.23 – Избирательные системы двухконтурного входного устройства: а) с использованием трансформаторной связи; б) – внутриемкостной; с) – внешнеемкостной связи

Первый контур трансформаторно, автотрансформаторно или с помощью емкостной связи соединяется с антенной или фидером, а второй контур полностью или с помощью трансформаторной, автотрансформаторной связи или через емкостной делитель соединяется со входом первого каскада.

С учетом этого, параметры контуров можно представить в виде:

емкости:

проводимости и затухания:

.

Связь между контурами оценивается коэффициентом связи и параметром связи: .

Коэффициент связи при неидентичных и идентичных контурах:

а) при трансформаторной связи: ;

б) при использовании внутриемкостной связи:

в) при использовании внешнеемкостной связи:

.

Модуль коэффициента передачи напряжения избирательной системы имеет вид:

.

При параметре связи все слагаемые подкоренного выражения больше 0, знаменатель растет с ростом обобщенной расстройки частоты, коэффициент передачи избирательной системы падает. При нулевой обобщенной расстройке частоты имеет место один максимум в АЧХ и для него значение коэффициента передачи составляет:

.

Характеристика избирательности в рассматриваемом случае определяется выражением:

.

При критической связи между контурами характеристика избирательности определена в виде:

.

Форма кривой избирательности при критической связи наиболее благоприятна, так как имеет наиболее широкую уплощенную часть при достаточно хорошем коэффициенте прямоугольности.

При параметре связи, большем единицы, второе слагаемое в подкоренном выражении отрицательно при любом знаке обобщенной расстройки и с ростом обобщенной расстройки знаменатель вначале уменьшается, а затем растет. Поэтому коэффициент передачи избирательной системы вначале растет, а затем падает. АЧХ имеет два максимума при . Кривая избирательности в данном случае имеет два минимума и определена выражением:

.

На рисунке 1.24 приведены кривые избирательности двухконтурной резонансной системы при различной степени связи между контурами.

Рисунок 1.24 – Кривые избирательности двухконтурного входного устройства при различном параметре связи

Коэффициент передачи двухконтурного входного устройства с учетом коэффициента передачи избирательной системы задан в виде:

,

где - проводимость нагрузки, пересчитанная к антенне как источнику сигнала; - результирующая проводимость первого контура.

Коэффициент передачи двухконтурного устройства на резонансной частоте:

.

При использовании на входе приемника многозвенных полосовых фильтров, неперестраиваемыми в диапазоне частот, необходимо проводить согласование антенны как источника сигнала с входными параметрами фильтров (рисунок 1.25). Это согласование осуществляется выбором коэффициента трансформации . Со стороны выхода фильтр должен быть нагружен на характеристическую проводимость . Входная проводимость первого каскада УРЧ обычно отличается от характеристической, и тогда между выходом фильтра и входом первого каскада ставят трансформатор сопротивлений.

Рисунок 1.25 – Вариант построения многоконтурного входного устройства