Радиоприемные устройства.-2

51

Таблица 2.9 — Ориентировочные характеристики детекторов радиоприемных устройств

Для расчета коэффициента усиления линейного тракта супергетеродинного радиоприемника необходимо определить величину коэффициента передачи его основных узлов: преселектора, смесителя и усилителя промежуточной частоты.

Коэффициент усиления преселектора определяется из усло-

вий максимально допустимого напряжения сигнала на входе смесителя и максимального уровня сигнала на входе радиоприемника. Максимальный уровень сигнала на входе радиоприемника определяется значением динамического диапазона (табл. 2.1) и величиной пороговой чувствительности. Максимально допустимое напряжение на входе смесителя определяется условием его линейности передаточной характеристики и соотношением, связывающим его с амплитудой напряжения гетеродина

где U гет — амплитуда напряжения гетеродина (для полупровод-

ников элементов U гет 300...400 мВ).

Оценка коэффициента передачи преобразователя частоты

определяется выбором элементной базы и электрической принципиальной схемы. Ориентировочные параметры смесителя преоб-

52

разователя частоты для различных схемных реализаций представлены в таблице (табл. 2.10).

Таблица 2.10 — Ориентировочные параметры смесителя преобразователя частоты радиоприемника супергетеродинного типа

При построении супергетеродинного радиоприемного устройства с многократным преобразованием частоты также следует учитывать вышеупомянутые ограничения по максимальной амплитуде напряжения полезного сигнала (2.37) для смесителя последнего преобразователя частоты.

В качестве примера приведем расчет коэффициента усиления основных узлов и элементов радиоприемного устройства структурной схемы радиоприемного устройства супергетеродинного типа (рис. 2.6).

После расчета структурной схемы приемника по критерию избирательности порядок расчета начинается с определения коэффициента усиления преселектора. На следующем этапе проводится оценка коэффициента передачи преобразователя частоты и затем расчет коэффициента усиления УПЧ.

53

А

Выход

Гетеродин

Коэффициент усиления линейного тракта

Рис. 2.6 — Структурная схема супергетеродинного радиоприемника

Коэффициент усиления преселектора определяется из условия максимально допустимого напряжения принимаемого сигнала на входе смесителя. Максимально допустимое напряжение сигнала на входе смесителя рассчитывается при максимальной э.д.с., наведенной в антенне. Максимальная э.д.с., наводимая в антенне, определяется значением динамического диапазона его изменения. Ориентировочные данные динамического диапазона для различных типов радиоприемных устройств приведены в таблице (табл. 2.1).

Напряжение сигнала на входе смесителя, соответствующего реальной чувствительности, определяется с учетом коэффициента передачи преселектора и величины динамического диапазона радиоприемного устройства [1].

При построении супергетеродинного радиоприемного устройства с многократным преобразованием частоты также следует учитывать вышеупомянутые ограничения и условия по величине амплитуды полезного сигнала на входе смесителя, принятые по отношению ко всем преобразователям частоты. Выбор, обоснование и расчет типа и количества избирательных цепей производится по методике, изложенной в разделе 2.5.

Структурная схема преселектора, рассчитанная по критерию избирательности по дополнительным каналам приема и обеспечению необходимой чувствительности радиоприемного устройства, представлена на рисунке (рис. 2.7).

54

А

Рис. 2.7 — Структурная схема преселектора радиоприемного устройства

Структурная схема усилителя промежуточной частоты, построенная по схеме с распределенной избирательностью, представлена на рисунке (рис. 2.8).

Рис. 2.8 — Структурная схема усилителя промежуточной частоты с распределенной избирательностью

Структурная схема усилителя промежуточной частоты с сосредоточенной избирательностью (на основе ФСС) представлена на рисунке (рис. 2.9, а, б). В случае, когда необходимость компенсации потери сигнала в ФСС отсутствует, то используют схему (рис. 2.9, а). В случае, когда необходимо компенсировать потери в фильтре сосредоточенной селекции, а это важно при уменьшении влияния коэффициента шума УПЧ на чувствительность всего радиоприемного устройства, то необходимо использовать малошумящий предварительный усилитель промежуточной частоты. Предварительный усилитель промежуточной частоты выполняется на отдельном малошумящем каскаде БУЭ 1 (рис. 2.9, б). Величина коэффициента усиления предварительного УПЧ выбирается, как правило, равной величине потерь в ФСС.

55

б

Рис. 2.9 — Структурная схема усилителя промежуточной частоты

ссосредоточенной избирательностью без предварительного усилителя (а)

ис предварительным усилением (б) сигнала

Вкачестве примера рассмотрим расчет коэффициента усиления радиоприемного устройства средневолнового диапазона.

Исходные данные для расчета.

гетеродина;ï ÷ 10 4 — нестабильность частоты настройки УПЧ;

fï ÷ 0.465 106 Гц — частота настройки усилителя промежуточной час-

тоты;Í 0 — нестабильность частоты настройки радиоприемника (при

плавной настройке данная нестабильность равна нулю). Шумовая полоса пропускания радиоприемного устройства:

Ï ø 1.1 Ï 7.044 103 Гц.

Для радиоприемного устройства диапазонного типа реальная чувствительность для радиоприемного устройства с ненастроенной антенны определяется выражением (2.20)

где ÂÛ Õ 10 — отношение сигнал/шум на выходе линейного тракта радиоприемного устройства АМ-сигналов;

EÏ Î Ì 1 мкВ — напряженность поля внешних помех возле антенны [1]

(рис. 2.2);

m = 0,25 — коэффициент включения каскада усилителя радиочастоты на биполярном транзисторе к контуру входной цепи;

d0 0.01 — собственное затухание контура входной цепи;

входной цепи;

2 fmax LÊ — волновое сопротивление контура входной цепи на мак-

симальной частоте рабочего диапазона;

K0 =1 — коэффициент передачи входной цепи и УРЧ на биполярном транзисторе;

N = 10 — коэффициент шума радиоприемного устройства (для рассматриваемого случая коэффициент шума существенного влияния не оказывает);

RА =80 Ом — активная составляющая комплексного сопротивления антенны [1] (рис. 4.3, а);

hд = l м — действующая высота антенны (принята для упрощения расчета);

58

KÁÓÝ1 m Kï ðåñ. ï ðåñ. n 2.664 2.41 6.42.

KÁÓÝ1 äÁ 20 lg6.42 16.151 дБ,

где n = 2 — число избирательных систем в преселекторе (ВЦ+УРЧ); m = 1 — число каскадов усиления в преселекторе (УРЧ).

5.Оценка коэффициента преобразования смесителя преобразователя частоты.

В качестве смесителя используем смеситель на биполярных транзисторах на основе дифференциального каскада, коэффициент передачи которого равен KСМ = 12 дБ (табл. 2.10).

6. Расчет коэффициента усиления усилителя промежуточной частоты и базового усилительного элемента УПЧ.

Коэффициент усиления УПЧ радиоприемного устройства определяется выражением

KÓÏ × äÁ K äÁ KÏ ÐÅÑ. äÁ KÑÌ äÁ 56.5 8.5 12 36 дБ.

Коэффициент усиления базового усилительного элемента УПЧ:

При выборе электрических принципиальных схем отдельных узлов радиоприемного устройства следует отметить, что при расчете усилителя радиочастоты возможно уменьшение его коэффициента усиления с его компенсацией в усилителе промежуточной частоты. На шумовые свойства радиоприемника в диапазоне средних волн это обстоятельство не повлияет, т.к. в заданном диапазоне частот чувствительность определяется только внешними шумами.

2.7Выбор структурных схем автоматического регулирования в радиоприемных устройствах

Выбор структурной схемы автоматического регулирования определяется назначением, режимом работы и видом обрабатываемого сигнала в устройствах приема и обработки сигналов. В радиоприемниках, предназначенных для обработки амплитудномодулированных сигналов, используется автоматическая регулировка усиления, для обработки сигналов с угловой модуляцией — автоматическая регулировка подстройки частоты (фазы). В ра-

59

диоприемных устройствах, предназначенных для обработки импульсных радиосигналов, используется инерционная или быстродействующая автоматическая регулировка усиления. Основные принципы работы, анализ показателей качества подобных автоматических регулировок в радиоприемной аппаратуре представлены в литературе [3, 4].

Для обеспечения нормальных условий приема полезного сигнала при изменяющихся его мощности и частоте и при воздействии помех в приемнике предусматриваются различные виды ручных и автоматических регулировок и органов контроля. Выбор количества и видов регулировок, а также органов контроля за работой приемника зависит от назначения приемника и требований технического задания на проектирование к основным качественным показателям приемника.

Основные системы регулирования в приемнике выполняют следующие функции:

обеспечивают настройку приемника на частоту принимаемого сигнала и поддержание точной настройки при изменении частоты в результате воздействия различных дестабилизирующих факторов;

изменяют полосы пропускания в радиотракте и в тракте низкой частоты;

обеспечивают ручную и автоматическую регулировку усиления в соответствии с уровнем приходящего сигнала и другие функции регулирования.

Следует отметить, что по целому ряду регулировок решения принимаются в ходе расчета структурной схемы приемника. Например, при выборе схемы гетеродинов выбирается принцип стабилизации их частоты, обеспечивающий требования к частотной точности приемника. На этом этапе решается вопрос о необходимости автоматической подстройки частоты, определяются схемы

иосновные характеристики системы АПЧ, выбирается способ настройки приемника (механический, электромеханический, электронный, плавный, дискретный или дискретно-плавный).

При расчете избирательности приемника решается вопрос о необходимости и пределах регулирования полосы пропускания. Выбираются тип избирательных систем в трактах промежуточной и низкой частот и способ регулирования полосы. При дис-

60

кретной регулировке полосы пропускания радиоприемного устройства решается вопрос о способе переключения фильтров. Это может быть реализовано при помощи механического переключения, с помощью реле или электронным способом.

Основными автоматическими регулировками являются автоматическая регулировка усиления и автоматическая подстройка частоты. Автоматическая регулировка усиления (АРУ) используется в радиоприемниках, предназначенных для приема и обработки сигналов с амплитудной модуляцией и радиоимпульсных сигналов. Автоматическая подстройка частоты используется в радиоприемниках ЧМили ФМ-сигналов.

После расчета структурной схемы радиоприемного устройства необходимо ее описать в пояснительной записке с указанием назначения отдельных узлов и элементов. В описании структурной схемы указываются назначение приемника, особенности построения схемы, состав всех трактов и особенности схем отдельных каскадов. Подробно описываются те вопросы, которые не нашли отражение на чертеже структурной схемы. Схема должна быть вычерчена в соответствии с требованиями единой системы конструкторский документации (ЕСКД).

2.7.1Выбор структурной схемы автоматической регулировки усиления

Система автоматической регулировки усиления (АРУ) используется для стабилизации уровня сигнала на выходе радиоприемного устройства при большом динамическом диапазоне изменения входного сигнала. Изменение уровня сигнала на входе радиоприемного устройства достигает, например, в радиолокационных приемниках — 70…100 дБ, а величина изменения уровня сигнала на выходе, как правило, составляет 30…40 дБ.

Принцип работы системы АРУ заключается в следующем. Входное напряжение Uвх(t) поступает на вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Выходное напряжение с усилителя поступает на вход детектора, затем продетектированный сигнал суммируется с напряжением задержки Uз. Суммарное напряжение Uс усиливается усилителем постоянного тока (УПТ) и подается на фильтр нижних частот (ФНЧ), ФНЧ формирует