книги из ГПНТБ / Радиоприемные устройства учебник

мыми из принимаемого сигнала. Эти импульсы выделяют следующим образом. Сигнал с выхода видеоусилителя ВУ подается на вход селек­ тора импульсов СИ, в котором ограничением по минимуму синхрони­ зирующие импульсы отделяются от сигналов изображения и гасящих импульсов и усиливаются. Далее в селекторах импульсов строчной ССИ и кадровой СКИ синхронизации разделяются по длительности строчные и кадровые синхронизирующие импульсы, которые подаются на соответствующие генераторы разверток и синхронизируют их коле­ бания.

Свободные колебания, возникающие на нагрузочном контуре вы­ ходного каскада строчной развертки во время обратных ходов луча, выпрямляются в схеме высоковольтного выпрямителя ВВ, и выпрям­ ленное напряжение используется для питания второго анода кине­ скопа.

В состав структурной схемы телевизионного приемника входит также блок питания БП, от которого подают напряжение питания на все каскады приемника.

Приемники системы цветного телевидения

Для воспроизведения цветных изображений в телевизионных прием­ никах отечественного производства используют трехлучевой масоч­ ный кинескоп, схема конструкции которого показана на рис. 13.19, а. Лучи трех близко расположенных в горловине кинескопа электрон­ ных пушек бомбардируют люминофорное покрытие на внутренней стороне экрана. В отличие от кинескопа, предназначенного для вое-

Внутреннее арововящее лонрь/тие

Ляминоферная триава?

Теневая насяр

у Металлизированной

покрытие к люминофорных

зерен '

Стекляннь/d экран

© 0 0 0 © , ® 0 @ ® 0

Металлиуеснии.

■ Рандаж

е Ушки крепления

Рис. 13.19

произведения черно-белого изображения, в цветном кинескопе при­ менены люминофоры, которые под влиянием электронной бомбарди­ ровки создают красный, синий или зеленый цвет свечения. Люмино­ форы на экране кинескопа расположены триадами (рис. 13.19, б), состоящими из трех различных цветов. Поскольку каждая триада лю­ минофоров соответствует одному элементу изображения, их общее число определяется заданной разрешающей способностью кинескопа. Для кинескопа с разрешающей способностью 600 линий общее число люминофорных точек равно 1 650 000.

530

Для того чтобы каждый из электронных лучей попадал на люми­ нофор какого-нибудь одного цвета, соответствующего данной пушке, на некотором расстоянии от экрана расположена теневая маска. Эта маска представляет собой тонкий металлический лист сферической фор­ мы с круглыми отверстиями, число которых соответствует числу лк>- минофорных триад, а расположение выбрано таким, что каждый из трех электронных лучей, которые приходят под различными углами, возбуждает в процессе развертки только определенные первичные цвета. Если к такому кинескопу подвести три цветных сигнала, то любой луч независимо от двух других будет создавать изображение первпч-

Рис. 13.20

ного цвета. Эти первичные изображения совмещаются и в зависимости от соотношения синего, зеленого и красного цветов на экране полу­ чается либо цветное, либо черно-белое изображение.

Условия совместимости систем черно-белого и цветного телевидения значительно упрощают конструирование цветного телевизора. Они позволяют применять в нем ряд блоков, идентичных или близких по схеме к блокам телевизора, предназначенного для приема черно­ белых изображений. На рис. 13.20 приведена упрощенная структурная схема отечественного телевизионного приемника системы цветного телевидения.

В отличие от схемы приемника системы черно-белого телевидения, показанной на рис. 13.17, в этой схеме использовано два амплитудных детектора АД! и АД2 на выходе УПЧИ, один из которых выделяет сигналы изображения, а другой — сигналы разностной частоты 6,5 МГц канала звука. Это связано с тем, что наличие поднесущих сигналов цветности существенно усложняет выделение колебаний раз­ ностной частоты 6,5 МГц, используемой в качестве второй промежуточ­ ной частоты в канале звукового сопровождения. Частоты биений, воз­ никающих между колебаниями разностной частоты 6,5 МГц и подне­ сущими частот 4,406 и 4,25 МГц на выходе видеодетектора, оказы-

18* 531

I

ваются в полосе пропускания видеоусилителя и могут привести к обра­ зованию сеток на экране кинескопа. В ряде случаев даже применение двух амплитудных детекторов не дает необходимой развязки между каналами изображения и звука. Тогда сигнал с частотой 31,5 МГц, необходимый для формирования колебания разностной частоты, сни­ мают с выхода ПТ К (рис. 13.20, пунктир), что позволяет полностью подавить его в УПЧИ.

Свыхода видеоусилителя сигнал изображения поступает на катоды трех пушек кинескопа.

По сравнению со схемой, приведенной на рис. 13.17, структурная схема цветного телевизора содержит два новых блока — блок дина­ мического сведения БДС и блок цветности БЦ.

Свыхода генераторов кадровой ГКЧ и строчной ГСЧ разверток сигналы подаются не только на отклоняющую систему, но и в блок динамического сведения. В этом блоке напряжениям развертки при­

дают параболическую форму, необходимую для питания специальных катушек системы динамического сведения СДС, установленной на гор­ ловине кинескопа. В результате в этих катушках устанавливаются требуемые величины токов, а фазовые соотношения их изменяются таким образом, что при отклонении от центра в любую точку экрана все три луча попадают на люминофорные триады экрана кинескопа без расслоения.

В блоке цветности из видеосигнала выделяют ту его часть, в ко­ торой содержится информация о цвете передаваемого изображения — сигналы цветности. Эти сигналы усиливаются, задерживаются.в оп­ ределенной последовательности и преобразовываются в три одновре­ менно существующих напряжения, каждое из которых изменяется в со­ ответствии с цветоразностными сигналами Dr, Db и Dg, после чего эти напряжения управляют током луча соответствующей пушки ки­ нескопа.

Электронные прожекторы кинескопа составляют матрицу, которая на экране из яркостного и цветоразностных сигналов образует сигналы

Сложение этих сигналов в каждой триаде экрана кинескопа образует цвет передаваемого изображения. В блок цветности подается специаль­ но сформированный кадровый гасящий импульс, который управляет работой устройства «опознавания цвета». При приеме цветных изо­ бражений это устройство, используя сигналы опознавания строк, осуществляет цветовую синхронизацию, а при приеме черно-белых изображений автоматически отключает канал цветности.

В телевизионных приемниках систем черно-белого и цветного теле­ видения кроме автоматической подстройки частоты гетеродина и сис­ темы АРУ используют специальные автоматические регулировки раз­ личных параметров. Например, для улучшения качества строчной

532

синхронизации применяют систему автоматической подстройки час­ тоты и фазы строк и т. п.

Большой вклад в создание и развитие радиотелевизионной техники внесли советские ученые Г. В. Брауде, С. И. Катаев, П. В. Шмаков и многие другие.

Подробные сведения об особенностях схем приемников систем чер­ но-белого и цветного телевидения можно найти, например, в [24, 25 J.

Список литературы

1.Г о н о р о в с к и й И. С. Радиотехнические цепи и сигналы М., «Сов. ра­

6.В и н и ц к и й А. С. Передатчик или приемник частотно-модулированных колебаний. Авторское свидетельство № 63529 от 9 сентября 1940 г. Бюл­ летень бюро изобретений Госплана СССР, 1944, № 4, 5.

7.М о м о т Е. Г. Проблемы и техника синхронного радиоприема. М., Связь-

издат, 1961.

10.В а к м а н Д. Е. Сложные сигналы и принцип неопределенности в радио­ локации. М., «Сов. радио», 1965.

13.С л о к а В. К. Вопросы обработки радиолокационных сигналов. М., «Сов.

радио», 1970.

14.Б а к у л е в П. А. Радиолокация движущихся целей. М., «Сов. радио», 1964.

15.Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я- Д- Ширмана. М., «Сов. радио», 1970. Авт. Я. Д. Ширман, В. Н. Голиков, И. Н. Бусыгин и др.

16.Радиолокационные устройства. Под ред. В. В. Григорина-Рябова. М., «Сов. радио», 1970. Авт.: В. В. Васин, О. В. Власов, В. В. Григорин-Рябов и др.

17.П е т р о в и ч Н. Т., Р а з м а х н и н М . К. Системы связи с шумоподоб­ ными сигналами. М., «Сов. радио», 1969.

18. Жм у р и н П. М. Прием передач стереофонического радиовещания. М., «Связь», 1973.

19.Ч и с т я к о в Н. И. Декадные синтезаторы частот. М,, «Связь», 1969.

20.Ч и с т я к о в Н. И., С и д о р о в В. М., М е л ь н и к о в В. С. Радиопри­

533

14.Прием миллиметровых

иболее коротких волн

14.1. Общие сведения

Миллиметровые и более короткие волны занимают обширнейший участок спектра электромагнитных колебаний от 30 до 15 *106 ГГц. Научное и народнохозяйственное значение этого участка связано с воз­ можностью передачи в нем весьма большого объема информации, с уве-

Рис. 14.1

личением разрешающей способности систем радио и, особенно, опти­ ческой локации, с возможностью создания новых систем связи, потреб­ ность в которых все более возрастает, и др.

534

Указанная область колебаний включает [миллиметровые (X --- 1— —0,1 см) и децимиллиметровые*’ (А,= 1-4-0,1 мм) волны, а также инфра­ красное (X — 1004-0,76 мкм),. видимое (X = 0,76-4-0,38 мкм) и ультра­ фиолетовое (X= 0,384-0,2 мкм) излучения, составляющие оптический диапазон волн. На применении миллиметровых и децнмиллиметровых волн базируется дальнейшее развитие радиоспектроскопии, радио­ астрономии, космической связи и других важных направлений науки

итехники. Оптический диапазон волн приобретает большое значение

споявлением оптических квантовых приборов — лазеров; с ними свя­ зывают создание систем космической связи, дальиометрии, гологра­

фии и развитие ряда других направлений.

Одна из особенностей миллиметровых и более коротких воли заклю­ чается в том, что распространение их в атмосфере сопряжено со зна­ чительным затуханием. Например, затухание в атмосфере миллимет­ ровых волн в среднем на два порядка больше затухания сантиметровых волн. Последнее связано с поглощением и рассеянием энергии неодно­ родностями среды (снег, дождь, облака), а также с прямым молеку­ лярным поглощением составляющими атмосферы (кислород, угле­ кислый газ, водяной пар), что показано на рис. 14.1, а. Поглощение энергии б неравномерно по диапазону частот. Во всем рассматриваемом спектре колебаний наблюдаются участки со сравнительно малым зату­ ханием, называемые атмосферными окнами прозрачности, которые и используются при проектировании различных линий связи. Пред­ ставление об этом можно получить из графика рис. 14.1, б, характери­ зующего при некоторых условиях (протяженность трассы, давление, температура, влажность) пропускание А атмосферой инфракрасного (ИК) излучения.

14.2. О приеме миллиметровых и децнмиллиметровых волн

Несмотря на существенный прогресс, достигнутый за последнее десятилетие в освоении диапазонов миллиметровых и децимиллиметровых волн, есть еще ряд серьезных трудностей научного и технического характера, препятствующих эффективному использованию этих диа­ пазонов. Например, разработка электронных приборов (клистронов, ламп бегущей и обратной волны) в этом диапазоне затруднена из-за резкого сокращения объема и поперечного сечения области взаимодей­ ствия между электронами и электромагнитным полем (принцип масш­ табного моделирования); с укорочением длины волны неприемлемыми оказались полупроводниковые диоды вследствие возрастания потерь в полупроводнике и увеличения шунтирующего действия емкости р-п перехода, и др. Для названной области колебаний характерен пере­ ход от техники сантиметрового диапазона, основанной на принципах классической электроники, к технике оптического диапазона, исполь­ зующей принципы квантовой электроники. Для разработки электрон­

ных, полупроводниковых, квантовых и других приборов потребова-

_________ ъ

*> В соответствии с принятой в настоящее время классификацией диапазо­ нов радиоволн так называют субмиллиметровые волны.

535

дссь изыскание новых принципов и технологических процессов и изыс­ кание достаточно эффективных рабочих веществ.

Для приема сигналов миллиметровых и децнмиллиметровых волн используют приемники супергетеродинного типа, прямого усиления и нередко простейшие детекторные приемники. Создание таких прием­ ников, особенно в диапазоне децнмиллиметровых волн, представляет сложную задачу и вызывает большие трудности; их узлы и элементы в ряде случаев существенно отличаются от аналогичных в приемниках сантиметрового диапазона.

В системах связи рассматриваемых диапазонов применяют обычные методы приема модулированных сигналов (радиорелейная, волновод­ ная связь), методы активной радиолокации (ближняя радионавигация, радиоастрономия) и методы пассивной радиолокации (радиоастроно­ мия, дальняя радионавигация). В пассивной радиолокации или радиотеплолокацин осуществляется прием естественного радиоизлучения различных объектов специальными радиоприемными устройствами, называемыми радиометрами. Такие и другие приемники миллиметрово­ го и децимиллиметровего диапазонов должны быть широкополосными и высокочувствительными. Первое связано с широкой полосой спектра радиотепловых и других сигналов и значительной нестабильностью частоты генераторов сигналов и гетеродинов. Так, ширина спектра излучения звезд и межзвездного пространства составляет Af ж (КГ7

10~3) f о, где /о — средняя частота излучения. Относительная неста­ бильность частоты генераторов равна А///„ ~ 1СГ3, что вынуждает применять нередко схемы стабилизации и автоматической подстройки частоты, подобные схемам, используемым в сантиметровом диапазоне» Требование высокой чувствительности обусловлено небольшой мощ­ ностью излучения передатчиков (от микроватт до десятков милливатт),

шими потерями в волноводах и резонаторах. При канализации энер­ гии по металлическим волноводам принятых стандартных размеров резко возрастают потери с уменьшением длины волны: если на волне Я = 10 мм потери составляют б = 26 дБ/м, то на К = 0,2 мм они ста­ новятся равными б = 120 дБ/м. Вследствие этого уже в коротковол­ новой части миллиметрового диапазона используют иные системы передачи. В частности, уменьшения потерь достигают, применяя вол­ новоды, поперечные размеры которых превышают примерно в 10 раз размеры стандартных (на волне X = 0,4 мм при размерах волновода

3,4 X 7 мм потери б = 7,7 дБ/м).

Миллиметровый диапазон. Наибольшую чувствительность обес­ печивает супергетеродинный приемник с предварительным парамаг­ нитным или с охлаждаемым полупроводниковым параметрическим усилителем. В ряде случаев предварительными усилителями служат усилители на лампах бегущей волны или на туннельных диодах. Ис­ пользование таких малошумящих усилителей, часть которых рассмот­ рена в гл. 4, ограничено пока длинноволновой частью миллиметрового диапазона (Я ^ 0,5 мм). Кроме того, они представляют собой уникаль­ ные, дорогостоящие устройства, как правило, значительно усложняю-

536

щие эксплуатацию приемников. Поэтому часто первым каскадом супер­ гетеродинных приемников и особенно в коротковолновой части мил­ лиметрового диапазона воли (> ^0 ,5 мм), служит преобразователь час­ тоты; к нему предъявляют требования обеспечения широкополосности и минимального коэффициента шума. В смесителях, а также в детек­ торах находят применение в основном сосредоточенные нелинейные элементы, которыми служат точечные полупроводниковые диоды и не­ которые их модификации (плоскостные с «точечной геометрией», с «го­ рячими» носителями и др.). '

Точечный диод состоит из большой пластинки полупроводника и тонкой металлической пружинки. Такая конструкция диода снижает емкость р-п перехода диода, а омические потери-уменьшают, применяя в качестве полупроводника низкоомные материалы ■— кремний с про­ водимостью p-типа, германий «-типа, арсенид галлия «-типа. Удельное сопротивление и емкость перехода диодов характеризуются значения­ ми р = 0,0054-0,02 Ом-см, Срп = 0,05 пФ. В диодах с «горячими» носителями область металл — полупроводник сильно легирована по сравнению с остальной частью полупроводниковой пластинки. Это способствует повышению стабильности параметров и, что не менее важно, увеличению мощности выгорания диодов.

Создание балансных схем смесителей оказывается затруднитель­ ным по двум причинам. С одной стороны, из-за сложности подбора пар диодов с идентичными параметрами на радио- и промежуточной частотах и, с другой, из-за трудности обеспечения фазовых соотноше­ ний сигналов, подводимых к диодам (при наличии пар диодов с оди­ наковыми параметрами). Вследствие этого нередко используют обыч­ ные однотактные схемы с достаточно высокой промежуточной частотой.

При высокой f п (от сотен мегагерц до нескольких гигагерц) упро­ щается задача создания широкополосных УПЧ и, что не менее важно, уменьшается влияние шума гетеродина, величина которого достаточно велика. Однако в этом случае увеличивается влияние шума УПЧ на результирующую температуру шума приемника и затрудняется филь­ трация мощности высокочастотного сигнала. Вторая трудность связана с выбором гетеродинов. Современные электронные генераторы типа лампы обратной волны являются дорогостоящими, громоздкими и, кроме того, недостаточно надежными устройствами. Поэтому преоб­ разование частоты нередко осуществляют на гармониках более низко­ частотных генераторов. В последнее время используют также твердо­ тельные генераторы небольшой мощности (Р « 104-20 мВт) на тран­ зисторно-варакторных умножительных схемах, в которых первичным источником служат клистронные или магнетронные генераторы сан­ тиметрового диапазона волн; разработаны и другие типы генера­ торов.

При использовании точечных диодов в качестве смесителей и ум­ ножителей необходимо в первую очередь знать величину их потерь преобразования. Известная эквивалентная схема диода, представляю­ щая собой параллельное соединение переменного сопротивления R pn и емкости Срп р-п перехода и включенного последовательно с ними объ­ емного сопротивления R „, оказывается справедливой только до неко­

537

торых частот. Минимальное значение потерь преобразования опреде­ ляется выражением

(«о = 0).

Исследования показывают, что потери преобразования увеличи­ ваются с ростом частоты из-за влияния паразитных параметров диода. Они характеризуются в среднем величиной 10—15 дБ при переходе от основной гармоники ко 2-й, от 2-й к 3-й и т. д. Следует также учи­ тывать, что мощность гетеродина, необходимая для обеспечения минимальных потерь преобразования, увеличивается с ростом час­ тоты. Поэтому на практике мощность гетеродина Р Гопт, обеспечи­ вающая минимальное значение потерь, может оказаться больше мощ­ ности выгорания диода. Очевидно, при условии Р Г< Е Г0ПТ будут возрастать потери преобразования и, следовательно, снижаться чув­ ствительность приемника. В настоящее время для лучших образцов смесительных диодов получена относительная температура fCM«l,6-7- -i-2,5 при работе на сверхвысокой / п в широкой полосе пропускания приемника.

УПЧ супергетеродпнных приемников выполняют на ЛБВ санти­ метрового диапазона или на других электронных или полупроводни­ ковых приборах. В частности, усилитель на ЛБВ позволяет получить усиление К р~50 дБ, коэффициент шума N = 6-ь8 дБ в широкой по­ лосе пропускания приемника.

Детекторные приемники выполняют, как правило, на сосредото­ ченных нелинейных элементах, и они являются достаточно простыми и дешевыми устройствами, не требующими к тому же охлаждения до низких температур. Несмотря на отсутствие усиления по высокой частоте, чувствительность детекторных приемников миллиметрового диапазона волн может быть соизмеримой с чувствительностью прос­ тейших супергетеродинных приемников. Высокочастотные детектор­ ные системы выполняют в виде волноводных устройств со встроенны­ ми в них диодами (рис. 14.2, а) или в виде петлевой конструкции (рис. 14.2, б). Резкая нелинейность статической ВАХ точечных диодов (рис. 14.2, в) обеспечивает высокую чувствительность и достаточное быстродействие. Для определения чувствительности детекторного приемника необходимо оценить в общем случае действие шума. Поэ­ тому наряду с чувствительностью детектора по току Kni, рассмотрен­ ной в гл. 4, вводят иную характеристику — эквивалентную мощ­ ность шума (ЭМШ)*>. Ее определяют как мощность входного сигнала, требуемую для создания выходного сигнала, равного шумовому сиг-

*> Детектор сверхвысоких частот характеризуют также вольтваттной чувст­ вительностью S = Дб/ДР, где Д U — приращение выходного напряжения, соот­ ветствующее приращению мощности входного сигнала на величину ДР,

538

переход от сосредоточенных детекторных элементов к распределенным (площадным) и от волновых методов согласования потоков излучения

ную плотность теплового шума kT при температурах Т « 300 К.

Применение сосредоточенных нелинейных элементов ограничи­ вается уже на волнах Я ^2-т-3 мм. В диапазоне децимиллиметровых волн используют детекторные приемники, подобные приемникам оптического диапазона, принцип действия которых основан на тепло­ вых. квантовых и других эффектах (болометры, оптико-акустические приемники и др.).

Особенностью квазиоптических приемников является широкополосность и отсутствие поляризационной избирательности. Принцип действия теплового приемника — болометра основан на изменении

Б39