Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

В. В. ПАЛШКОВ

РАДИОПРИЕМНЫЕ

УСТРОЙСТВА

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР

‚в качестве учебного пособия для студентов радиотехнических специальностей вузов

Зсап Рига

Ге

МОСКВА «РАДИО И СВЯЗЬ» 1984

ББК 32.849

ПА УДК 621.73.96.62 (075)

Редакция литературы по радиотехнике

РЕЦЕНЗЕНТЫ: Б. М. БОГДАНОВИЧ, Б. Н. ГОЛУБЕВ, А. Г. ЗЮКО, И. М. СИМОНТОВ

Виталий Владимирович Палшков РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Редактор Л. И. Венгренюк Художник В. И, Столярова

Издательство «Радио и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693

Московская типография № 5 ВГО «Союзучетиздат» 101000 Москва, ул. Кнрова, д. 40

© Издательство «Радио и связь», 1984

1. Введение

®

1.1. Назначение, составные части и классификация радиоприемных устройств

Радиоприемное устройство — одно из важнейших и шеобходимых элементов любой радиотехнической системы передачи сообщений. Оно обеспечивает: улавливание энергии электромагнитного поля, несущего полезное сообщение; усиление мощности полезного радиосигнала; детектирование; усиление мощности сигна-

ла и преобразование его в сообщение, поступающее к получателю. В месте приема существуют посторонние электромагнитные Ноля, создаваемые источниками радиопомех естественного и искусственного происхождения. Эти ‘электромагнитные поля искажают полезный сигнал и вызывают ошибки в приеме сообщений.

В связи с насыщением народного хозяйства радиотехнически-

мн средствами неизбежно увеличивается уровень радиопомех искусственного происхождения. Возможно также появление умыншленных радиопомех. В этих условиях обеспечение высокой достоверности приема сообщений становится более сложным. Необхо-

димая достоверность приема сообщений может быть реализована только на основе комплексного подхода к построению помехоустойчивых систем передачи сообщений, развиваемого в теории

электроматнитной совместимости (ЭМС) радиотехнических сис-

Согласно теории помехоустойчивости приема сигналов, разра-

ботанной В. А. Котельниковым, уменьшение ошибки в приеме со-

общений может быть достигнуто использованием ‘кодирования электрических сигналов в передатчике и соответствующего деко-

дирования в приемнике. Поэтому система связи, реализующая указанный путь повышения помехоустойчивости приема сообщеиий, дополняется кодирующим устройством (кодер) в передатчике

и декодирующим устройством (декодер) в приемнике.

Учитывая, что реальные условия приема сигналов изменяютсяво времени, структура приемника и режимы его элементов долж-

ны оптимизироваться с пелью обеспечить минимальную величину ошибки в приеме сообщений. |

В приемнике предусматриваются автоматические регулировки усиления, избирательности, формы характеристик, обеспечиваю- щие адаптацию приемника к изменяющимся условиям приема сигналов.

4

Необходимое усложнение приемника юбусловлено повышенными требованиями к качеству приема сообщений. Это усложнение особенно характерно для профессиональных приемников связ-. ных, радиолокационных, радионавигационных, телеметрических и других специальных систем.

Таким образом, современное профессиональное радиоприем-

ное устройство представляет собой адаптивный комплекс элемен-, тов, обеспечивающий оптимальную обработку смеси полезного сигнала и радиопомех. Этот комплекс обеспечивает три опера-

ции: 1) улавливание электромагнитных колебаний полезного радиосигнала из окружающего пространства и передачу их прием-

бором.

На рис. 1.2 приведена структура деления приемных устройств.

1. По основному назначению— радиовещательные и профессиональные.

Группа радиовещательных приемных устройств отличается от-

носительно простыми техническими решениями задач приема сообщений, ибо массовый выпуск радиовещательных приемников с

‘особой остротой диктует экономическую целесообразность подобного подхода к разработкам.

Группа профессиональных приемных устройств отличается ‘более сложными техническими решениями, так как эти устройства работают преимущественно с одним радиопередатчиком и затра: ты на приемное и передающее оборудование могут быть равно-

ценными. Типичным примером реализации подобного подхода являются системы космической связи или связи через искусствен-

ные спутники Земли (ИСЗ). .

Каждая из групп, в свою очередь, делится на подгруппы, каж-

дая из указанных подгрупп может быть разделена на подгруппы ит. д. (рис. 1.2).

Связные приемные устройства делятся на приемные устройст- ва низовой, областной, магистральной и космической связи.

2. По роду работы— радиотелефонные; радиотелеграфные— слухового, пишущего или буквопечатающего приема; фототеле-

графные и др.

5

3. По виду модуляции, используемой на линии связи, — приемники амплитудно-модулированных, частотно-модулированных, фазомодулированных, импульсно-модулированных, однополосных и

комбинированных сигналов.

4. По диапазону принимаемых волн согласно рекомендациям Международного Консультативного Комитета пою радиочастотам

(МККР) приемники бывают:

мириаметровых волн (100—10 км), километровых (10—1 км),

гектометровых (1000—100 м), декаметровых (100—10 м), метровых (10—1 м), дециметровых (100—10 см), сантиметровых (10—

1 см), миллиметровых (10—1 мм), децимиллиметровых (1— 0,1 мм) и т. д. Приемник, включающий несколько из указанных

диапазонов, называют всеволновым.

5. По способу построения тракта усиления сигналов до детектора существуют приемники прямого усиления и супергетеродинные с однократным, двухкратным либо многократным преобразо-

6.По спобобу питания—с автономным питанием от аккумуляторных или сухих батарей; сетевые, питаемые от сети постоянного или переменного тока; с универсальным питанием.

7.По месту установки — стационарные, передвижные, самолет-

ные, корабельные, автомобильные и др.

1.2. Краткий обзор истории развития техники радиоприема

Датой зарождения техники радиоприема является 7 мая 1895 г., когда великий русский ученый Александр Степанович Попов продемонстрировал на заседании Русского физико-химического общества первый в мире радиопри- емник — грозоотметчик.

В приемиом устройстве А. С. Попова имелись все элементы, необходимые для приема сообщений: приемная антенна, приемник и выходной прибор, со-

ответствующие структуриой схеме рис. 1.1.

Первое телеграфное сообщение было передано А. С. Поповым на небольшое расстояние. Но уже в декабре 1899 г. была построена линия связи про-

тяженностью 45 км. (0. Гогланд— . Котка). Увеличение дальности достигиу- то усовершенствованием аитенны, открытием возможности слухового приема

радиотелеграфных сигналов (П. Н. Рыбкииым), заменой когерера детектором и главное— улучшением „чувствительности приемных устройств. В первых детек-

торных приемниках повышение чувствительности достигалось за счет выбора связи антенны с избирательными цепями и связи последних с детектором.

Принципиальная схема одного из вариантов детекторных приемников изоб- ражена на рис. 1.3. В этой схеме колебательный контур Г„Ск выделяет спектр

тектор подключен к части катушки индуктивности контура Ак для наилучшего

согласования с контуром.

В рассматриваемом приемнике отсутствует усиление мощности сигнала. Высокочастотная энергия после соответствующего преобразоваиия используется

для приведения в действие телефона (Т). Поэтому чувствительность приемни-

7

ка определялась, прежде всего, мощностью, необходимой для работы телефо- на. В связи с тем, что при передаче энергии к детектору существуют потери’ в колебательиом контуре, а также в связи с малой эффективностью детектирования слабых сигналов чувствительиость детекторных приемников была низкой. Существенное повышение ее оказалось возможным благодаря применению в радиоприемниках электронных ламп для усилеиия мощности колебаний, прннятых антениой.

д

Трехэлектродная лампа была изобретена в 1906 г., однако практическое нс- пользование триода в радиоприемниках относится к периоду первой мировой войны. Электронные лампы получили широкое применение для усилеиия, детек-

для эффективной работы детектора. Выходное напряжение детектора, повторя- ющее закон модуляции радиосигнала, подводится к усилителю модулирующих частот. (УМЧ). Последний обеспечивает мощиость, иеобходимую для нормальной работы выходного прибора (ВП).

Увеличение числа радиостанций и электрических установок, создающих”

электромагнитные поля в диапазоне радиочастот, ухудшает условия приема <игналов. Международный регламент использования электромагнитных излучений

для различных служб опрёдёляет необходимую полосу излучения АРн каждой’

на различных несущих частотах К затрудняется ограииченными возможностя- ми выполнения коитуров с высокой и переменной добротностью. Так, при доб-

8

ротности коитура ‘9=200 полосу пропускания АРо=10 кГц можио получить на

несущих частотах < АР@=? МГц. В диапазоне коротких волн полосу про- пускания одиночного коитура 10 кГц получить невозможно, не применив, например, регенерацию. Использование регенерации ие только усложняет управление. приемником, но и снижает устойчивость характеристик приемника по отношению к дестабилизирующим факторам— изменениям температуры, ре-

жима питания, влажности и др. - ‚ Приемиики прямого усиления, перестраиваемыешироком диапазоне частот,

затруднительно выполнить при высоких требованиях к постоянству основных характеристик. Это обусловлено тем, что при изменении несущей частоты ‹принимаемого сигнала необходимо изменять параметры коитуров, выделяющих спектр полезиого радиосигнала. Изменение параметров коитуров приводит к изменениям усиления и полосы пропускания тракта, включенного перед детек-

родинный принцип построения тракта усиления сигнала перед детектором, полу- чивший название супергетеродинного метода приема, при котором (рис. 15} модулированное колебание с несущей частотой ‹ преобразуется ‘преобразователем частоты (ПЧ) в колебание другой, так называемой промежуточной час- тоты [1, с сохранением закона модуляции. Последующий усилитель, называемый усилителем промежуточной частоты (УПЧ), может иметь постоянную настройку. Поэтому усиление и избирательность приемника, определяемые УПЧ, не

будут зависеть от частоты принимаемого антенной А сигнала.

Усилитель промежуточной частоты. проще выполнить на относительно низких частотах, поэтому промежуточную частоту выбирают как разность частот

сигнала (№) и местного гетеродина (Ё), используемого в преобразователе. Разность частот |. может образовать не только сигнал с частотой к = фь

но и сигнал с частотой В «=Ь-+Ё. Если один из сигналов, например с часто- той [‹, полезный, то другой — помеха. Частота мешающего сигнала {вк отличается от основного на удвоенную промежуточную частоту приемника. На

шкале частот (рис. 1.6.) эти сигналы располагаются симметрично отиоситель- но частоты гетеродина, поэтому второй канал, по которому проходит номеха,

называют симметричным или зеркальным. В супергетеродиниом приемнике кроме зеркального канала возможиы и другие, побочиые каналы приема, в частности канал промежуточной частоты. Канал приема на промежуточной частоте обусловлен тем, что на выход преобразователя может проиикнуть сигнал радиостанции, иесущая частота которой равна промежуточной.

Для устранения помех, проходящих по побочным каналам приема, перед преобразователем необходим предварительный выбор полезного сигнала. Этот выбор осуществляется преселектором. Задачу преселекции в супергетеродине могут решать как входная цепь, так и усилитель радиочастоты. |

Таким образом, из принципа работы супергетеродина следует, что ослаб-` ление побочных каналов приема — зеркального и ‘промежуточной частоты

го метода приема не могли быть реализованы из-за низкого качества усилительных приборов— электронных ламп, которые работали одинаково плохо как на

высоких, так и на низких радиочастотах. С выпуском экранированных ламп и пентодов супергетеродины получили большое распространение. С 1929—1980 1г. супергетеродин стал основиым типом радиоприемиика.

Для обеспечения надежного приема сигналов на линиях связи с большой

и кодовая ‘(помехоустойчивая). Повышение помехоустойчивости приема обеспечивается как улучшением избирательности, так и использованием различий в тонкой структуре сигнала и помех.

В решении проблемы помехоустойчивости приема выдающийся вклад при- надлежит В. А. Котельникову, В. И. Сифорову и другим ученым, развиваю-

нала и помех. Резко увеличивается число элементов радиоприемного устройства. Вследствие ограничеиного времени безотказной работы каждого элемеита и увеличения числа элементов создать приемное устройство с необходимым

(большая интегральная схема), обладает более высокой надежностью по сравнению с резистором либо транзистором, изготовленными по старой технологии. Это позволяет реализовать сложные устройства, отличающиеся ви-

10