Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. Сиверса А.П. 1976г

с кодово-импульсной (КИМ) и с дельта-модуляцией (ДМ). Для передачи сообщений по радиолиниям модулированные видео­ импульсы скачкообразно меняют частоту, амплитуду или фазу не­ сущего колебания, образуя радиоимпульсы. При этом вместо фазо­ вой манипуляции может применяться относительно фазовая мани­ пуляция (ОФТ).

Сигналы, передаваемые радиоимпульсами, кодируются двумя группами букв, причем первая из них обозначает вид модуляции ви­ деоимпульсов, а вторая — вид модуляции несущего колебания.

Рис. 2.26. Схема приемника многоканальных сигналов с временным уплотне­ нием (ВУ).

Например, различают сигналы АИМ-АМ, КИМ-ФМ и т. д. Передача радиоимпульсами позволяет создавать многоканальные радиолинии с временным уплотнением каналов, по которым сообщения различ­ ных каналов передаются последовательно в различные интервалы времени.

Время передачи делится на тактовые периоды Tw, в течение ко­ торых передается по одному импульсу каждого канала (или по одной кодовой комбинации импульсов при использовании КИМ), и им­ пульс синхронизации. Частоту тактовых периодов FB = 1/Ти сле­ дует выбирать выше максимальной частоты спектра сигналов сооб­ щений Fmax по крайней мере в два раза, а обычно от двух с поло­ виной до пяти раз.

Приемник многоканальных сигналов с временным уплотнением (рис. 2.26) должен преобразовать радиоимпульсы в видеоимпульсы; разделить видеоимпульсы, служащие для передачи сообщений по различным каналам, и преобразовать видеоимпульсы, следующие с тактовой частотой, в модулирующие напряжения (сигналы сооб­ щений). После линейного тракта радиоимпульсы промежуточной частоты через ограничитель (О) подводятся к демодулятору ДРИ, который преобразует их в видеоимпульсы. При приеме радиоим­ пульсов с несущей с изменяющейся амплитудой, частотой или фазой в качестве демодуляторов используются импульсные амплитудные, частотные и фазовые детекторы соответственно.

72

При приеме сигналов с АИМ-АМ ограничитель должен ослаблять импульсные помехи, при приеме остальных видов сигналов ограни­ читель должен служить и для борьбы с гладкими помехами.

Радиоимпульсы синхронизации также преобразуются ДРИ в видеоимпульсы. Импульсы синхронизации обычно имеют большую длительность, чем импульсы сигналов сообщений, передаваемых по каналам. Они отделяются от канальных импульсов с помощью ин­ тегратора (И) и пороговой схемы (ПС) и запускают ждущий мульти­ вибратор МВ1. При этом открывается каскад совпадения КС1 на

Сигнал ошибки

7+1

приеме сигналов с КИМ) 1-го канала, и этот импульс проходит через КС1 на демодулятор видеоимпульсов ДМ1. Срез импульса мульти­ вибратора МВ1 запускаетМВ2 (который открывает КС2 и пропускает к ДМ2 импульс 2-го канала) и так продолжается до срабатывания последнего мультивибратора МВп и пропускания через КСп к ДМп импульса последнего n-го канала. Затем проходит следующий импульс синхронизации и процесс повторяется. Конечно, кроме описанной возможны и другие схемы разделения каналов с помощью импульсов синхронизации.

Демодуляторы ДМ1, ...» ДМп преобразуют последовательности импульсов в сигналы сообщений каналов. Тип демодулятора соот­ ветствует виду модуляции видеоимпульсов.

Помехоустойчивость канала синхронизации важна для прием­ ника многоканальных сигналов с временным уплотнением, так как под влиянием помех на этот канал нарушается работа всех каналов приема сообщений. Желательно, чтобы помехоустойчивость канала синхроимпульсов была выше, чем у каналов сообщений. Для этого можно увеличивать энергию синхроимпульсов (за счет их длитель­ ности или амплитуды) или заменять их кодовыми комбинациями.

Для снижения нестабильности и подавления синхроимпульсов помехами можно использовать инерционную синхронизацию. При

73

этом синхроимпульсы приемника вырабатываются местным гене­ ратором, частота и фаза которого управляется принимаемыми син­ хроимпульсами с помощью системы ФАПЧ (рис. 2.27). В этой си­ стеме выделенные интегратором (И) и пороговой схемой (ПС) синхро­ импульсы поступают на фазовый детектор (ФД) вместе с импульса­ ми местного генератора (МГ). Полученный на выходе ФД сигнал ошибки через 7?С-цепь и управитель фазовой автоподстройки (УФАП) воздействует на МГ, обеспечивая синхронность и синфазность принимаемых и выработанных им синхроимпульсов. Вырабо-

помех при приеме сигналов

с ШИМ с помощью двусторон­

него ограничителя.

тайные МГ импульсы подаются на мультивибраторы МВ (рис. 2.26). Медленные уходы принимаемых синхроимпульсов компенсируются

фазовой автоподстройкой, а быстрые пропадания их сглаживаются /?С-цепью.

Для демодуляции видеоимпульсов с АИМ при малой скважности q = Ги/т (где т—длительность импульсов) можно просто пропустить видеоимпульсы через ФНЧ с граничной частотой 0,5^ >■ FB >

>■Ртах, где Ртах — высшая частота спектра сигналов сообщений. При большой скважности нужно подать видеоимпульсы с АИМ

на пиковый детектор (ПД), чтобы избежать последующего большого усиления сигналов. Для устранения нелинейных искажений при демодуляции и получения значительной амплитуды сигналов сооб­ щений можно использовать «расширители импульсов», которые пре­ образуют серии коротких импульсов одной полярности в серии более длинных импульсов противоположной полярности, показанные на рис. 2.28. ФНЧ на выходе расширителя импульсов отделяют сиг­ налы сообщений от высокочастотных составляющих напряжения.

Для демодуляции сигналов с ШИМ можно пропустить видео­ импульсы через фильтр нижних частот ФНЧ с граничной частотой FB, где 0,5FH > FB > Fmax. Для ослабления помех во время прие­ ма импульсов и пауз нужно использовать двусторонний ограничи­ тель (ДО), действие которого поясняется рис. 2.29, или электронное реле, которое будет перебрасываться во время прохождения напря­ жения сигнала через порог ограничения Uaos. Уровень ограничения следует выбирать из условия

74

где Ua — амплитуда видеоимпульсов. В этом случае уровень огра­ ничения попадает на участок наибольшей крутизны фронта импуль­ сов и действие помех станет минимальным. Двусторонний ограничи­ тель включают между ДРИ и КС, тем самым уменьшая необходимое число активных элементов (рис. 2.30),

Для демодуляции сигналов с ВИМ нельзя ограничиться пропус­ канием сигнала через ФНЧ с О.бАц > FB > Гщах, так как в спектре видеоимпульсов с ВИМ амплитуды составляющих частот сообще­ ний малы. Поэтому сигналы с ВИМ следует преобразовать в сигна­ лы с ШИМ (реже в сигналы с АИМ) (рис. 2.31). Селекторные им-

Рис. 2.33. Схема приемника сигналов с дельта-модуляцией и AM (ДМ—AM).

пульсы запускают электронное реле, которое дает импульсы иа с длительностью Т. Импульсы напряжения ив открывают усилитель­ ный каскад, который работает, начиная от момента приема сигналь­ ного импульса К до конца импульса иа. Таким образом, импульсы К с ВИМ превращаются в импульсы К' с ШИМ. Сигналы с ШИМ демодулируются описанным ранее способом. Для борьбы с помехами за счет увеличения крутизны фронта порог срабатывания двусто­ роннего ограничителя выбирается равным

Преобразование ВИМ в АИМ труднее совместить с селектированием и борьбой с помехами.

Демодуляция сигналов с КИМ ведется путем преобразования их

всигналы с АИМ по схеме рис. 2.32, если «вес» импульсов нарастает

сУдалением от начала кодовой комбинации. Каждый импульс кодо­

75

вой комбинации заряжает конденсатор С через электронное реле (ЭР), увеличивая напряжение Uc на фиксированную величину Еа. За время паузы между соседними импульсами конденсатор С разря­ жается через резистор R и напряжение на нем падает в два раза. В конце приема кодовой комбинации из п импульсов селектор кана­ ла открывает считывающее устройство (СУ) и подает остаточное на­ пряжение i/p с конденсатора С на вход демодулятора сигналов с АИМ. Остаточное напряжение

т. е. равно уровню напряжения, который передается данной кодо­ вой комбинацией. После считыва­ ния <7Р конденсатор С разряжается и начинается прием следующей ко­ довой комбинации.

Демодуляция сигналов с ДМ-AM реализуется по схеме на рис. 2.33. Как показано на рис. 2.34, при передаче сигналов ДМ-АМ модулирующее напряжение и0 срав­ нивается со ступенчатым напря­ жением иот с постоянной длитель­ ностью Тс и высотой Диот ступень­ ки. Если ис < ыст (в моменты вре­

чатого напряжения; если uc > ист (при <5, /6, /7 и/8 рис. 2.34, а) — то положительный перепад. Видео­ импульсы с фиксированной ам­ плитудой, длительностью и часто­ той, показанные на рис. 2.34, б, поступают на вход модулятора пе­ редатчика лишь тогда, когда на­ пряжение uc > ucu как показано на рис. 2.34, в, и лишь в эти мо­ менты передатчик будет излучать радиоимпульсы с постоянной ам-

Рис. 2.34. Эпюра напряжений при пере­ даче сигналов с ДМ—АМ,

76

плитудой и несущей частотой. Приемник рис. 2.33 состоит из линейнбго тракта, детектора ДРИ, преобразующего радиоимпульсы в видеоимпульсы, и пороговой схемы, которая устраняет действие шумов в паузах между приемом видеоимпульсов, как показано на рис. 2.34, гид. Сигналы и2 с помощью переключателя полярности импульсов (ППИ) изменяют полярность видеоимпульсов и3, выра­ батываемых генератором калиброванных видеоимпульсов (ГВИ), синхронизированных с импульсами передатчика (рис. 2.34, б).

На выходе ППИ получаем двусторонние видеоимпульсы и4, ко­ торые с помощью ГСН преобразуются в ступенчатое напряжение и5. ФНЧ преобразует ступенчатое напряжение в сигнал по форме, подобный напряжению и0 передатчика.

При передаче сигналов с ДМ шумы квантования больше, чем при передаче сигналов с КИМ, что вынуждает брать частоту следования на порядок выше, чем при КИМ.

При ДМ-ЧМ и ДМ-ФМ передача радиоимпульсов ведется скачко­ образным изменением частоты и фазы несущей передатчика соот­ ветственно.

2.10. РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫЕ ПРИЕМНИКИ

Звуковое радиовещание служит для передачи речевых и музы­ кальных монофонических и стереофонических программ. Здесь рас­ сматриваются только приемники наиболее распространенных моно­ фонических передач. При приеме радиовещательных программ нуж-

Уель АРУ

Рис. 2.35. Типовая схема радиовещательного приемника IV класса.

на высокая точность воспроизведения сигналов, так как важно правильное отображение не только смысловой информации, но и ха­ рактера передачи (тембра голоса и т.д.).

Радиовещательные приемники должны быть дешевыми, иметь несложную схему и простое управление, поскольку они рассчитаны на массовое производство и служат для индивидуального пользо­ вания. Чувствительность их должна быть относительно малой (де­ сятки и сотни микровольт), так как мощности радиовещательных передатчиков значительны. Многие радиовещательные приемники позволяют также воспроизводить звукозапись электропроигрыва­ телем.

77

Стандартные приемники делятся на 5 классов, качественные показатели которых должны удовлетворять ГОСТ 5651—64. Типо­ вая схема приемников IV класса показана на рис. 2.35, приемников III класса — на рис. 2.36, приемников I и II классов на рис. 2.37.

Радиовещание ведется на длинных (километровых), средних (гектаметровых), коротких (декаметровых) и ультракоротких (метро-

Рис. 2.36. Типовая схема радиовещательного приемника III класса.

вых) волнах. Вещанию в СССР отведены участки: на длинных волнах 150—408 кГц; на средних волнах 525—1605 кГц; на ультракорот­ ких волнах 65,8 — 73 МГц. На коротких волнах вещанию отведено 7 узких участков: 3950 — 4000 кГц (75-метровый); 4750 — 4995 кГц (тропический); 5005—5060 кГц (тропический); 5950—6200 кГц (49-

Рис. 2.37. Типовая схема радиовещательного приемника I и II классов.

метровый); 7100—7300 кГц (41-метровый); 9500—9775 кГц (31-ме­ тровый) и 11 700—11 975 кГц (25-метровый). На УКВ применяется частотная модуляция (ЧМ), а на остальных волнах — амплитудная модуляция (AM). На один радиовещательный канал с AM отводится полоса частот 10 кГц; на один канал с ЧМ — 300 кГц.

Приемники IV класса принимают сигналы лишь на длинных и средних волнах (ДВ и СВ) с AM и имеют линейный тракт без УРЧ. Приемники III класса принимают сигналы на ДВ и СВ с AM и на УКВ с ЧМ. Линейный тракт приемника сигналов с AM состоит из ВЦ — AM, смесителя С-AM с гетеродином Г-AM и УПЧ-АМ. Для

78

магнитные антенны, на УКВ — штыревые, телескопические или петлевые (шлейф-вибраторы Пистолькорса). В переносных при­ емниках применяют встроенные магнитные антенны для приема на ДВ, СВ (а в некоторых приемниках и на КВ), штыревые телескопи­ ческие — для приема на КВ и УКВ и наружные антенны для приема на ДВ, СВ и УКВ. В автомобильных приемниках обычно исполь­ зуют штыревые телескопические антенны.

Особенности составления схемы линейного тракта

Входная цепь ВЦ и усилитель радиочастоты УРЧ должны обес­ печить заданную чувствительность приемника, ослабление дополни­ тельных каналов приема, снижение внеполосных помех и излуче­ ния гетеродина. Для уточнения схемы ВЦ и УРЧ сначала опреде­ ляем шумовую полосу линейного тракта:

ментированы ГОСТ 5651—64. Затем при приеме AM сигналов рассчи­ тываем требуемое отношение сигнал/шум на входе приемника:

где та — коэффициент модуляции сигнала, увых— отношение сиг­ нал/шум на выходе приемника.

При принятой методике испытаний приемников синусоидаль­ но модулированным генератором та = 0,3 и k0 = 1^2". После этого подсчитываем требуемый коэффициент шума по (1.7) или (1.8) и ре­ шаем вопрос о введении УРЧ согласно рекомендациям гл. 1.

При приеме ЧМ сигналов

где Вчд и Вчф—выигрыши в отношении сигцал/шум, даваемые си­

При принятой методике испытаний приемников с помощью сину­ соидально модулированного сигнала kn — 1,4. Для радиовещания эыбирают тф — 50 мкс; тч = Д/тч/Лпах. где Д/тч = 75 кГц —

80

максимальная девиация частотно-модулированного сигнала; /тах— граничная частота спектра модуляции передатчика. Для обеспечения работы частотного детектора в надпороговом режиме и получении выигрыша Вчд согласно (2.65) нужно иметь

временно соотношения (2.64) и (2.67). Затем нужно найти Мд из (1.7) и решить вопрос о целесообразности введения УРЧ согласно рекомендациям, изложенным в § 1.3. Обычно на ДВ и СВ не тре­ буется УРЧ, на КВ не нужно более одного каскада УРЧ и на УКВ не нужно более двух каскадов УРЧ.

Далее следует выбрать число и схему резонансных контуров преселектора и УПЧ. Эти контуры должны обеспечить заданное ослабление зеркального канала Se3K и такую неравномерность ре­ зонансной характеристики в полосе пропускания преселектора Senp и УПЧ SenB, которая позволит получить заданную кривую верности приемника. Помехи на промежуточной частоте ослабля­ ются режекторными фильтрами в антенной цепи, а побочные каналы относительно не опасны и с ними можно не считаться при выборе числа каскадов преселектора и УПЧ.

При приеме сигналов на УКВ с ЧМ минимальная полоса линей­ ного тракта П определяется не частотными, а нелинейными искаже­ ниями. Согласно ГОСТ 5651--64 П = 0,12...0,18 МГц. Поэтому частотные искажения, определяемые только громкоговорителем УНЧ и детектором, должны быть не более 14 дБ для заданной Fmax.

Наименьшее ослабление зеркального канала Se8K, даваемое од­ ним резонансным контуром,

что достаточно для всех классов приемников. Выбираем из конст­ руктивных соображений апериодическую входную цепь и первый каскад УРЧ с одиночным резонансным контуром.

Ослабление, даваемое преселектором на границе полосы SeaP

Ойо настолько мало, что с ним можно не считаться при выборе ре­ зонансных контуров УПЧ.

При подсчете SeaK и Senp по формулам (2.68) и (2.69) принято со­ гласно ГОСТ 5651—64 /от1п = 65,8 МГц; fOm„ = 73 МГц; fa = = 6,5 МГц и допущено, чтоф,р = 0,008.

Перейдем к выбору схем резонансных контуров УПЧ. Согласно ГОСТ 5651—64 ширина ската Псб характеристики УПЧ на уровнях

от 6 до 20 дБ должна составлять ПСб = (26—6) дБ/Sr дБ/кГц « «80... 120 кГц. Эго значит, что коэффициент прямоугольности