Радиоприемные устройства

22.1. Структурные схемы

Радиоприемник — устройство, соединяемое с антенной и служащее для осуществления радиоприема.

Радиоволны, излучаемые различными радиопередатчиками, по­падают на приемную антенну и создают в ней электрические ко­лебания, поэтому для радиоприемника антенна представляет собой источник радиосигнала. Так как на антенну попадает множество радиоволн, то входной сигнал приемника

(22.1)

состоит из полезного сигнала s(t) и помехи п(t). Множитель k(t) учитывает изменение во времени коэффициента передачи канала связи и называется мультипликативной помехой. Помеха n(t), добавляющаяся к сигналу, называется аддитивной. В общем слу­чае аддитивная помеха состоит из гармонических, импульсных и флуктуационных помех.

Гармоническими или сосредоточенными по частоте называют узкополосные помехи. Основные источники этих помех — другие радиопередатчики.

Импульсными или сосредоточенными во времени называют поме­хи, форма которых напоминает радиоимпульсы. Отличительным признаком импульсных помех служит неравенство

где t_и — средняя продолжительность импульса; Т — среднее рас­стояние между импуль-сами.

К импульсным относятся помехи, порождаемые атмосферными разрядами, промышленными предприятиями, транспортными сред­ствами.

Флуктуационные помехи — широкополосные случайные непре­рывные колебания. Типичный пример флуктуационной помехи — белый шум (см. § 2.7). Флуктуационные помехи порождаются хаотическим движением носителей заряда. Эти помехи представ­ляют один из основных видов помех в космических каналах и некоторых наземных каналах микроволнового диапазона. К флуктуационным помехам относятся также собственные шумы прием­ника.

Простейшая схема приемника прямого усиления состоит из входной цепи, усилителя радиочастоты, детектора и усилителя звуковой частоты (рис. 22.1). Сигнал нужной частоты выделяется системами резонансных контуров, служащих входными цепями и нагрузкой усилителя радиочастоты. Перестройка приемника на нужную частоту осуществляется путем перестройки всех резонанс­ных контуров.

Простота радиоприемника прямого усиления только кажу­щаяся. Для получения узкой полосы пропускания приходится увеличивать число резонансных контуров и их добротности. Сле­довательно, усложняется перестройка приемника. Поэтому при­емники по схеме прямого усиления изготовляют весьма редко.

В настоящее время массовое применение находят супергетеро­динные радиоприемники (рис. 22.2). В таких приемниках осущест­вляется преобразование частоты принимаемого радиосигнала так, что спектр, сосредоточенный в окрестности частоты ω_i, переносится на промежуточную частоту ω_i. Преобразование частоты выполняет преобразователь, состоящий из смесителя и гетеродина - генера­тора опорного колебания. Принцип действия такого преобразова­теля рассмотрен в § 17.3. Наиболее часто промежуточная частота

либо (22.2)

При перестройке входной цепи и усилителя радиочастоты из­меняется и частота гетеродина так, чтобы промежуточная частота ω_п оставалась постоянной. Это обстоятельство позволяет приме­нять неперестраиваемые усилители промежуточной частоты (УПЧ). Такие УПЧ удается создать с хорошей частотной избирательно­стью. Поэтому основное усиление и частотную избирательность супергетеродинного приемника обеспечивает УПЧ. Входная цепь и усилитель радиочастоты выполняют предварительное выделение сигнала и ослабляют мощные мешающие радиосигналы.

Супергетеродинный радиоприемник, обладая принципиальными достоинствами, не лишен недостатков. Основной из них—побоч­ные каналы приема. Как известно из общей теории преобразова­ния частоты (см. § 17.3), в полосу пропускания УПЧ попадает не только сигнал, например, с частотой ω_с = ω_г + ω_п, но и другие сигналы, частоты которых ω_с(п, т) удовлетворяют равенству

(22.3)

Основной побочный канал приема называется зеркальным. Частота этого канала ω_зк отличается от частоты сигнала ω_с на удвоенное значение промежуточной частоты: ω_зк = ω_с ± 2ω_п. Ослаб­ление мешающих радиосигналов и помех с частотами зеркального канала и всех других побочных каналов выполняют полосовые фильтры, включаемые до преобразователя частоты, т. е. фильтры, входящие в состав входных цепей и усилителя радиочастоты. Полезно иметь в виду, что подавление побочных каналов приема облегчается при увеличении промежуточной частоты ω_п, однако при этом затрудняется получение достаточно узкой полосы УПЧ.

Другой недостаток супергетеродинного приемника — возмож­ность возникновения комбинационных свистов. Такие свисты по­являются на некоторых частотах принимаемого сигнала ω_с' = ω_г — ω_п, на которых ω_п', приблизительно равная частоте ω_п, полу­чается в соответствии с (22.3) и путем более сложного преобра­зования. При этом условии УПЧ усиливает два сигнала с близ­кими частотами. Вследствие биений несущих этих сигналов появ­ляется низкочастотная огибающая с частотой |ω_п — ω_п'|, которая выделяется амплитудным детектором, затем усиливается и про­слушивается в виде свиста. Третий недостаток супергетеродинного приемника заключается в возможности создания радиопомех дру­гим приемникам, если колебание гетеродина попадает в антенну.

Все перечислерные недостатки в современных супергетеродин­ных приемниках устраняются путем рационального выбора про­межуточной частоты или двух промежуточных частот в приемниках с двойным преобразованием частоты, использованием смесителей, выполняющих почти идеально точное перемножение напряжений, и надежной развязкой гетеродина от входных цепей.

Кроме основных функциональных узлов, таких, как входные цепи, усилители радио-, промежуточной и звуковой частот, преоб­разователь частоты и детектор, схемы современных радиоприемни­ков дополняются устройствами и системами, качественно улуч­шающими технические и эксплуатационные показатели. Таковыми являются системы автоматического регулирования усиления и автоматической подстройки частоты.

Структурные и схемотехнические особенности, конструкция и элементная база радиоприемника определяются его назначением, условиями эксплуатации, диапазоном принимаемых волн.

По назначению приемники делят на радиовещательные, телеви­зионные, связные, радиолокационные, навигационные и др. Назна­чением приемника определяются свойства принимаемых сигналов. Например, радиовещательные приемники предназначены для при­ема речевых и музыкальных сигналов; телевизионные — для при­ема сигналов изображения и звука; связные — для приема теле­фонных и телеграфных сигналов, цифровых сигналов управления и др.

По условиям эксплуатации различают стационарные и неста­ционарные приемники. Как стационарными, так и нестационар­ными могут быть приемники различного назначения. Стационар­ными считаются приемники, не предназначенные для работы на подвижных объектах. К нестационарным относятся все приемники, устанавливаемые на подвижных объектах, например, космические, самолетные, корабельные, автомобильные, переносные и др.

Для реализации приемников промышленность выпускает специализирован­ные ИС, выполняющие функции одного или нескольких функциональных узлов. Такие примеры ИС приведены в предыдущих главах. Так, в качестве усилителя промежуточной и радиочастоты может применяться ИС К175УВ4 (см. рис. 14.17), преобразование частоты выполняет ИС 219ПС1 (см. рис. 17.9). Усилителем звуковых частот может служить ИС К174УН5 (см. рис. 15.7). Выпускаются также специализированные серии ИС. Для радиовещательных приемников пред­назначены ИС серии 235, для телевизионных — ИС серии К174 и др.

Структурные схемы приемников в зависимости от их назначе­ния дополняются специфическими функциональными узлами. Сложные связные приемники снабжаются устройствами програм­мной настройки. Приемники, предназначенные для приема цифро­вой информации, комплектуются устройствами последетекторной обработки, фильтрующими и декодирующими принятый сигнал. Эти устройства часто выполняются на базе МП. В телевизионных приемниках сигнал с выхода детектора разделяется на сигнал изображения и звука. Из сигнала изображения выделяют импульс­ные последовательности, необходимые для синхронизации генерато­ров строчной и кадровой развертки. Все эти преобразования вы­полняют специализированные ИС.