11.4 Радиоприемники синхронного приема

В этом случае детектирование сигнала происходит с помощью синхронного детектора, при этом для того чтобы осуществить прием необходимо на приемном конце восстановить точно частоту и фазу несущего колебания. Таким образом осуществляется перенос сигнала в низкочастотную область ( промежуточная частота равна нулю).

Применение избирательного детектора позволяет получить почти идеальную П-образную форму кривой избирательности приемника, тем самым увеличив избирательность приемника в десятки и сотни раз.

Структурная схема такого приемника приведена на рисунке 11.3.

Избирательный детектор

Рис. 11.3 Структурная схема синхронного приемника

С помощью цепей синхронизации частота колебаний гетеродина поддерживается точно равной несущей частоте принимаемого сигнала и обеспечивает совпадение по фазе колебаний гетеродина и несущей принимаемого сигнала.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) в избирательном детекторе служит для устранения из спектра выходного напряжения тех составляющих, которые получаются в результате детектирования биений спектральных составляющих мешающих сигналов с напряжением синхронного гетеродина.

Возможны три способа синхронизации гетеродина:

1. Выделение узкополосным фильтром напряжения несущей частоты принимаемого сигнала и использование его в качестве синхронного колебания.

2. Захватывание колебаний гетеродина несущей частотой принимаемого сигнала ( синхронизация гетеродина).

3. Применение автоматической подстройки частоты гетеродина.

Наилучшие результаты дает совместное применение методов захватывания и автоматической подстройки частоты.

Принципы синхронного приема могут быть использованы для приема двухкратной передачи с помощью фазовой селекции - разделение различных сигналов одной и той же частоты, отличающиеся по фазе.

В синхронном приемнике можно разделить сигналы двух станций с перекрывающими боковыми полосами частот. Для этого приемник должен содержать два избирательных детектора. Первый избирательный детектор служит для подавления мешающего сигнала, второй для выделения принимаемого сигнала.

Фаза колебаний первого синхронного детектора при помощи специального фазовращателя ФВ сдвигается на 90⁰ относительно мешающего сигнала. Таким образом, осуществляется подавление мешающего сигнала, так как в этом случае . Т.е. устраняется эффект детектирования мешающего сигнала. Но принимаемый сигнал оказывается сдвинутым относительно начала координат. Поэтому применяется второй гетеродин, который переносит полезный сигнал на нулевую промежуточную частоту. Таким образом, удается весьма эффективно подавить мешающую станцию.

XII. Расчет и проектирование нелинейных каскадов.

12.1. Транзисторный преобразователь частоты для диапазона умерено высоких частот.

Рассмотрим проектирование транзисторных преобразователей частоты с внешним гетеродином при простом преобразовании (рис. 12.1).

Рис. 12.1 Транзисторный преобразователь частоты с внешним гетеродином.

Смеситель построен на транзисторе Т1, который включен по схеме с общим эмиттером. Сигнал поступает на базу, а напряжение гетеродина подается на эмиттер транзистора. Фильтр Ф1 настроен на промежуточную частоту. Конденсаторы С1 и С3 – разделительные. С помощью сопротивлений R1 и R2 подается напряжение смещение на базу транзистора, необходимое для задания рабочей точки. Цепь R4C2 служит для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры окружающей среды (термостабилизация). Сопротивления R3 используется для подачи напряжения гетеродина в цепь эмиттера.

Поскольку смеситель должен обладать большими значениями частоты сигнала, крутизны и малый коэффициент шума при их проектировании выбирают те же транзисторы, что и для усилителей радиочастоты (УРЧ). Коэффициент передачи и резонансную характеристику преобразователя частоты можно рассчитывать по тем же формулам, что и УРЧ , однако нужно учитывать, что:

(12.1)

где –соответствующий параметр транзистора в режиме усиления: на частоте сигнала , а - на частоте гетеродина.

Исходный режим в цепи термостабилизации смесителя рассчитывают, как и для каскада УРЧ. Для того чтобы ослабить побочные каналы приема смеситель должен работать без отсечки коллекторного тока, т.е. при токе коллектора , напряжении гетеродина , напряжении сигнала . Коэффициент шума преобразователя должен быть в 1,53 раза больше, чем для усилителя, при одинаковом питании транзистора.

Пример. Рассчитать основные характеристики транзисторного преобразователя частоты с двухконтурным полосовым фильтром в нагрузке. Частота сигнала , промежуточная частота . Принципиальная схема преобразователя приведена на рис. 12.1.

1. Коэффициент передачи преобразователя определим по формуле :

(12.2)

где m и n–коэффициенты включения фильтра на входе и выходе, –крутизна характеристики транзистора в режиме преобразователя частоты, –характеристическое сопротивление первого контура, –резонансная частота, –коэффициент передачи двухконтурного полосового фильтра:

,

(12.3)

где –обобщенная добротность, –добротность первого контура фильтра, –добротность второго контура фильтра, –обобщенный коэффициент связи между контурами, –обобщенная расстройка.

Коэффициент передачи преобразователя на резонансной частоте ( ) при критической связи между контурами определяется:

.

(12.4)

Исходя из условия:

,

(12.5)

выбираем в качестве активного элемента смесителя транзистор ГТ313А. По характеристикам транзистора ГТ313А для схемы с общим эмиттером (для тока на частоте ) находим активную и реактивную компоненты прямой проводимости. После чего получаем:

(12.6)

Емкость первого контура фильтра:

,

(12.7)

где –емкость конденсатора контура, –выходная емкость транзистора, –емкость монтажа. Берем , , тогда , а .

Задаемся параметрами и определяем коэффициент передачи смесителя на резонансной частоте:

.

(12.8)

2. Нормированная частотная характеристика определяется по формуле:

.

(12.9)

Для случая критической связи между контурами ( ) имеем:

, где .

(12.10)

Для нахождения полосы пропускания смесителя получаем ; тогда , откуда

.

(12.11)

3. Коэффициент шума преобразователя частоты оценим приближенно по коэффициенту шума транзистора:

.

(12.12)

Из справочника находим, что , тогда . Цепи питания и термостабилизации рассчитываются так же, как для отдельного усилителя.

Напряжение гетеродина на входе смесителя полагаем равным .

4. Переходим к уточнению параметров двухконтурного полосового фильтра Ф1.