Радиоприемные устройства

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

Таблица 14

Параметры простейших настроенных антенн

В дециметровом и менее длин волн находят применение апертурные антенны (зеркальные, линзовые, рупорные), спиральные антенны, фазированные антенные решетки, активные антенные решетки и др. Настроенная антенна может быть удалена на значительное расстояние от приемника, а соединение антенны осуществляется через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 или 50 Ом. Эквивалент антенны в КВ и УКВ в узком диапазоне представлен на рис. 31, а, б соответственно.

Рис. 31. Эквиваленты антенн радиоприемников в диапазоне КВ и УКВ

Ненастроенная антенна используется для работы радиоприемника в широком диапазоне частот, в границах которого резонансная частота антенной цепи не совпадает с частотами принимаемых сигналов. Сопротивление антенны в диапазоне частот имеет комплексный характер и зависит от типа антенны, размеров, диапазона принимаемых частот (рис. 32).

В узком диапазоне частот ЭА представляется цепью с сосредоточенными параметрами (рис. 33, а) [11, 15]. Эквивалентная схема ненастроенной антенны, используемая при испытаниях радиовещательных приемников (ГОСТ 9783-71) представлена на рис. 33, б. Для ДВ и СВ

-71-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

диапазонов может использоваться упрощенный ЭА (рис. 33, в), а для рамочной или ферритовой антенны (рис. 33, г).

Z• А = RА + jXА

Рис. 32. Схемы эквивалентов ненастроенной антенны

Рис. 33. Эквиваленты ненастроенных антенн радиоприемных устройств

Комплексное сопротивление ЭА, для радиовещательных приемников, для активной и реактивной составляющих, имеет вид (рис. 33, б) [11]:

устройства, кГц.

-72-

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

Радиовещательные приемные устройства работают с открытыми комнатными антеннами, действующая высота которых не превышает 5 м (рис. 34, а). Радиоприемные устройства, установленные на движущихся средствах (автомобилях, поездах), используют антенну в виде вертикального штыря длиной 1,5 м (рис. 34, б) [11].

Рис. 34. Эквиваленты комнатной (а) и автомобильной (б) антенны для диапазона длинных и средних волн

Величина действующей высоты открытой антенны, при длине волны lС, в три и более раз больше резонансной длины волны l0А антенны будет:

где h — геометрическая высота антенны, м; l — геометрическая длина антенны, м.

Для симметричного вибратора действующая высота равна половине геометрической длины вибратора:

Полное сопротивление симметричного вибратора при условии λl ≤1:

где RA = RS = RПОТ — сумма сопротивления излучения антенны и сопротивления потерь в антенне;

тора антенны;

-73-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАдИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

RΣ ≈ 80 π2 hλД 2 ≈ 800 hλД 2 .

Для симметричного полуволнового вибратора действующая высота:

Для вертикальной антенны, у которой отсутствует горизонтальная часть, действующая высота равна половине геометрической высоты.

Действующая высота заземленной антенны типа «наклонный луч» определяется выражением:

где a — угол, образуемый антенной с вертикалью к поверхности Земли. Расчет действующей высоты ненастроенных антенн различных

типов приведен в табл. 15 [35].

Таблица 15

Формулы расчета действующей высоты ненастроенных антенн

Примечание: k = 2λπ — волновое число.

-74-

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

Для различных климатических условий параметры эквивалентной модели могут изменяться. Для радиовещательных приемников эта величина может достигать 50 %. Подробная информация изложена в [35].

4.1.3. Основные определения и соотношения из теории колебательных контуров в радиоприемных устройствах

Колебательные контуры могут быть выполнены в виде последовательного (рис. 35, а) или параллельного соединений индуктивности Lк и емкости Cк (рис. 35, б). Потери в контуре определяются сопротивлением rк.

Рис. 35. Эквивалентные схемы последовательного (а) и параллельного (б) колебательных контуров

Качество резонансного контура определяет добротность:

Q= 2π Эзап ,

кЭпотр

где Эзап — запасенная энергия в течение одного колебания; Эпотр — потребляемая энергия от источника за тот же период синусоидального

соидального тока Im, а рассеиваемая энергия на сопротивлении потерь

rк — Эпотр = I2m2 frк . Таким образом, добротность контура при резонансе

0

имеет вид:

-75-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАдИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

сопротивление колебательного контура при резонансе.

Для расчета добротности в параллельном контуре удобно представить с включенной эквивалентной резонансной проводимостью Gк (рис. 36).

uк

Рис. 36. Колебательный контур с включенной эквивалентной резонансной проводимостью

Добротность колебательного контура имеет вид:

Qк = ρк 1Gк = 2π Gf0к Cк = 2π f0 1Lк Gк .

Затухание контура: dк = 1 .

Qк

Для описания свойств контура используются параметры: абсолютная, относительная и обобщенная расстройки.

абсолютная расстройка частоты источника входного гармони-

ческого сигнала f относительно резонансной частоты fо определяется выражением: Df = |f – f0| или Dω = |ω – ω0|.

относительная расстройка частоты источника входного гармонического сигнала f и резонансной частоты f0, определяется выражением:

обобщенная расстройка частоты источника входного гармонического сигнала f относительно резонансной частоты f0 определяется:

-76-

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

Последовательный контур с индуктивностью Lк, емкостью Cк и сопротивлением потерь rк на текущей частоте f имеет комплексное сопротивление:

Для малых абсолютных расстроек Df = |f – f0| << f0 относительная

расстройка x 2∆f . f0

Для параллельного колебательного контура активные потери удобно отображать эквивалентной проводимостью Gk (рис. 36).

Комплексная проводимость параллельного контура:

При малых изменениях одного знака индуктивности и емкости на величины DL и DC абсолютная расстройка контура равна:

-77-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

а эквивалентное затухание контура будет равно:

где m — коэффициент включения шунтирующей проводимости; dК — конструктивное затухание контура.

При подключении к контуру добавочной емкости Cдоб увеличивается емкость контура на величину:

где m — коэффициент включения добавочной емкости. Избирательность колебательного контура:

Вопросы, связанные с энергетическими соотношениями в колебательных контурах с более сложной структурой, рассмотрены в пункте 4.2.

4.1.3. Входные цепи диапазонных радиоприемных устройств при различных связях с ненастроенной антенной и нагрузкой

Схемы ВЦ определяются видом избирательной системы и связью колебательного контура (фильтра) с антенной и нагрузкой. Частота настройки контура ВЦ может изменяться плавно или дискретно. Наибольшее распространение получила плавная перестройка частоты механическим или приэлектронным способом. Для компенсации разбросов значений элементов колебательного контура ВЦ вводят подстроечные конденсаторы или сердечники катушки индуктивности. Основные схемы ВЦ по виду связи с антенной выполняются по схеме с индуктивной, емкостной или комбинированной связями с антенной (рис. 40).

В диапазонных приемниках, использующих ненастроенную антенну, резонансная частота которой лежит вне диапазона рабочих частот, может работать в режиме удлинения или укорочения. Если резонансная частота антенны меньше минимальной частоты рабочего диапазона, такой режим работы называют режим «удлинения», а если больше — режим «укорочения» (рис. 40, а). В большинстве случаев для уменьшения зависимости резонансного коэффициента передачи от частоты настройки используют режим удлинения.

-80-