Радиоприемные устройства

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

При емкостной перестройке изменение резонансного коэффициента передачи в диапазоне частот не превышает величины:

где kД — коэффициент перекрытия по частоте.

Избирательность ВЦ при произвольной настройке определяется выражением:

где nН0 определяется выражениями (4.39) и (4.40). nН

При проектировании ненастроенных антенн величину емкости связи принимают из условия CСВ << CА, при этом CА вн ≈ CСВ.

Выбор емкости связи производится из условия согласования при заданной избирательности, ослабления на краях полосы пропускания и допустимой расстройке контура входной цепи. Емкость связи из условия согласования имеет вид:

Емкость связи из условия избирательности и ослабления на краях полосы пропускания:

Емкость связи при условии допустимой расстройки контура входной цепи цепью с антенной:

-91-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАдИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

допустимой расстройки контура антенна может быть включена непосредственно. Из двух рассчитанных значений емкости связи выбирают ее меньшее значение.

4.1.4. входная цепь с магнитной антенной

Магнитная антенна представляет собой круглый или прямоугольный ферритовый стержень, на котором размещен каркас с катушкой входного контура (рис. 49). Контурная катушка выполняется в однослойном или многослойном секционированном исполнении. Секционирование катушки производится для уменьшения межвитковой емкости в диапазоне ДВ.

Рис. 49. Конструкция магнитной антенны

Эквивалентная схема ВЦ с магнитной антенной, используемая как индуктивность контура Lк (рис. 50, а).

Упрощенная схема ВЦ имеет параметры (рис. 50, б):

-92-

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

где Q, R0 — добротность и резонансное сопротивление ненагруженного контура с магнитной антенной; Lк — индуктивность; CL — межвитковая емкость и сопротивление потерь; rк — сопротивление потерь в катушке магнитной антенны.

Наводимая ЭДС в магнитной антенне определяется выражением (3.4). Действующая высота магнитной антенны определяется выражением:

где l — длина волны; ϖ — число витков: S — площадь одного витка, м2; μ — магнитная проницаемость магнитной антенны; dЭ — эквивалентное затухание контура входной цепи.

Коэффициент передачи ВЦ:

Избирательность входной цепи с магнитной антенной:

С учетом непосредственного воздействия напряженности поля сигнала на обмотку Lсв.н [24]:

где hд.сдв — действующая высота катушки Lсв; Lсв.н — взаимоиндуктив-

ность катушек Lсв.н и Lк.

Значение коэффициента трансформации с нагрузкой nн, необходимое для получения требуемой эквивалентной добротности, определяется выражением

-93-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

4.1.5. Входные цепи с настроенной антенной

Схема одноконтурной ВЦ с трансформаторной связью с настроенной антенной используется для приемников, работающих с фиксированной настройкой, или имеют незначительный коэффициент перекрытия по частоте (рис. 51).

ρ Ф

Ск Yн

LсвLК

Рис. 51. Эквивалентная схема входной цепи с настроенной антенной

Трансформатор используется как элемент согласования входной цепи с коаксиальной фидерной линией. Для устранения паразитной емкостной связи используют электростатический экран.

Параметры эквивалентной схемы ВЦ с настроенной антенной после пересчета сопротивления и емкости нагрузки в контур будут (рис. 52, а):

Рис. 52. Эквивалентная схема ВЦ с трансформаторной связью с настроенной антенной

-94-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

kСВ opt

1,0

0,5

Рис. 53. Зависимость оптимального коэффициента связи от добротности настроенной антенной цепи

Максимальный коэффициент передачи при оптимальной связи, с учетом сделанных допущений:

где резонансное сопротивление контура с учетом действия нагрузки:

Подставив значение (4.68) в (4.67), получим выражение KВЦ.max при заданной эквивалентной добротности:

Эквивалентная добротность Qэ рассчитывается из условия обеспечения заданного ослабления на краях полосы пропускания [1]:

QП = f0Пmin σП2 −1.

-96-

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

Как видно из (4.69), при уменьшении эквивалентной добротности контура коэффициент передачи возрастает. Это обусловлено тем, что при условии Qэ ≤ Q, собственными потерями в контуре можно пренебречь и рассматривать его как идеальный трансформатор:

Схема одноконтурной ВЦ с автотрансформаторной связью с антенной представлена на рис. 54.

Рис. 54. Эквивалентная схема ВЦ с автотрансформаторной связью с настроенной антенной

Условие согласования входной цепи с автотрансформаторной связью с антенной определяется выражением:

где коэффициент включения фидера в контур:

n = Uвх = LA + MA .

A UK LK

Оптимальные коэффициенты трансформации, которые обеспечивают режим согласования при заданной неравномерности АЧХ:

Q ≤ ∏f σ∏2 −1.

-97-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

Выражение максимального коэффициента передачи представлено выражением (4.70), максимальный коэффициент передачи при заданной эквивалентной добротности в (4.72). Анализ условий показывает, что режим согласования некритичен к изменению коэффициента передачи вблизи значения nн / nН opt = 1. Это объясняется тем, что изменение сопротивления, вносимого в контур, компенсируется изменением коэффициента трансформации.

4.1.6. Входные цепи с электронной перестройкой по частоте

Входные цепи с электронной перестройкой частоты используются в приемниках диапазонного типа и для настройки на фиксированную частоту. Первые обеспечивают плавную перестройку частоты, вторые — подстройку в определенных дискретных точках диапазона. Наибольшее распространение получила электронная перестройка на варикапах, емкость которых зависит от величины обратного напряжения.

Достоинствами варикапов являются: малый расход мощности на управление, высокая стабильность емкости n–p перехода при изменении температуры окружающей среды, практически безынерционное изменение емкости n–p перехода, высокая добротность, широкий частотный диапазон применения варикапов, низкий уровень собственных шумов и т.д.

Недостатком варикапов является нелинейность вольтфарадной характеристики, зависящая от соотношения уровня высокочастотного воздействия и величины сигнала управления, что может приводить к нелинейным явлениям. Зависимость емкости и добротности варикапов от частоты, начального смещения и уровня воздействующего сигнала приводит к изменениям характеристик колебательного контура.

Для контура (рис. 55, а) добротность определяется выражением:

-98-

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

Добротность контура определяется добротностью индуктивной и емкостной ветвями контура (рис. 55, в). Добротность емкостной ветви контура определяется выражением:

Включение последовательного конденсатора С2 позволяет уменьшить потери, вносимые в контур варикапом, но приводит к уменьшению коэффициента перекрытия по частоте (рис. 55, в). Для устранения этого недостатка используют схему с встречно-последовательным соединением варикапов, называемой варикапной матрицей (рис. 56, б).

Рис. 55. Эквивалентные схемы ВЦ с электронной перестройкой частоты

Добротность современных варикапов, предназначенных для перестройки частоты, достигает 600 и более, а изменение емкости более десяти раз.

Вольтфарадная характеристика варикапа описывается выражением:

где ССПР — справочное значение емкости варикапа; UСПР — напряжение, при котором дано справочное значение емкости; UУПР — управляющее напряжение на варикапе; n — коэффициент, зависящий от технологии изготовления варикапа (для сплавной n = 0,33; для диффузионной n = 0,5).

Нелинейная зависимость емкости варикапа от управляющего напряжения приводит, при действии сигнала, к сдвигу резонансной частоты контура, а в спектре тока появляются высшие гармонические составляющие. Величина сдвига резонансной частоты и нуля фазы зависит от амплитуды воздействующего сигнала UmС и описывается выражением (рис. 56, а):

-99-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

Рис. 56. Схемы ВЦ с варикапом (а) и с варикапной матрицей (б)

Для улучшения линейности характеристики варикапов используется их встречно-последовательное соединение для перераспределения напряжение UmС между варикапами, уменьшая сдвиг резонанса (рис. 56, б).

Схема управления частотой настройки варикапов осуществляется изменением обратного напряжения смещения на диоде через сопротивление Rф. Значение сопротивления Rф выбирается таким образом, чтобы оно не шунтировало колебательный контур.

4.1.7. Шумовые свойства антенно-фидерной системы

Шумы ВЦ с транзисторным каскадом при ненастроенной антенне.

Реальная чувствительность приемника, работающего от открытой антенны, может быть получена из (2.7) при подстановке: k = 1,39 10-23 Дж/град; T = 290 K; tA = 1.

где NПР — коэффициент шума радиоприемника; ПШ — шумовая полоса пропускания приемника; γвых — отношение сигнал/помеха (по напряжению) на выходе радиочастотного тракта приемника.

Для приемников АМ-сигналов

γвых ≈γвых/ /mАМ ;

для приемников ЧМ-сигналов

γвых ≈ γвых/ / mАМВЧМ ,

-100-