Покровский / УМК ОРЭ ч.2(для студентов) / Радиоэлектроника(часть2) / Ответы(часть2)№15

Тенденции развития радиоприемных устройств

В современной технике радиоприема достигнут серьезный прогресс, обу­словленный интенсивным внедрением аналоговой и цифровой микросхемо­техники. Имеющиеся сейчас микросхемы дают возможность разрабатывать приемники с высокой чувствительностью, лучшей избирательностью по зер­кальному каналу, меньшими частотными и нелинейными искажениями, а также позволяют решить ряд проблем принципиально новыми путями. В частности микропроцессоры обеспечивают оптимальное качество приема в условиях помех, управление автопоиском, электронную память десятков ра­диостанций, коммутацию источников программ, работу таймера, включаю­щего и выключающего приемник по заданной программе, т. е. осуществление программного управления. Используется цифровая настройка (нажатием цифровых кнопок) и обзорная (приемник сам «просматривает» диапазон до получения команды «стоп», после чего фиксирует настройку и следит за станцией, обеспечивая в случае необходимости нужную подстройку усиления и частоты с помощью АРУ и АПЧ, переключение тракта УПЧ на более узкую полосу при появлении помехи по соседнему каналу, переключает регулятор тембра).

Для дистанционного управления радиоприемниками в пределах одного помещения применяют ультразвуковые и инфракрасные линии связи (инфракрасные линии оказались более удобными). Сигналы управления с пульта дистанционного управления поступают на кодирующее устройство, в котором генерируется последовательность импульсов, поступающая на фото­диод, где осуществляется импульсно-кодовая модуляция инфракрасного из­лучения. Промодулированное излучение поступает на приемник (фототран­зистор), затем на усилитель и декодирующее устройство и, наконец, на уст­ройство управления.

Несомненные достоинства сулит использование цифрового радиовещания. Цифровая система передачи звука уже работает в системах спутниковой связи и спутникового радиовещания, а также используется для цифровой звукоза писи. Цифровое вещание может обеспечить практически неискаженное вос­произведение звука: полосу воспроизводимых частот 5...20000 Гц, коэффици­ент нелинейных искажений менее 90 дБ, практически полное отсутствие внешних помех, а также осуществить стереофоническое вещание. Недос­татком линий цифрового вещания является широкая полоса частот поряд­ка 8 МГц, занимаемая одной радиостанцией, что определяет диапазоны не­сущих частот цифрового вещания.

Рис. 8.15. Структурная схема современного цифрового приемника

Цифровое радиовещание позволяет просто реализовать вывод информации на дисплей, режим повтора, запоминание сообщений и т. д.

В последнее время приемники с цифровой обработкой принимаемого сиг­нала в основном строились по смешанной схеме, в которой на цифровых микросхемах реализованы лишь отдельные узлы: детекторы, фильтры, синте­заторы частоты и так далее. В новейших и перспективных разработках при­емников используют в основном цифровую технику. Структурная схема со­временного цифрового приемника показана на рис. 8.15.

Усилительный тракт (УТ) приемника выполнен на аналоговых элементах и производит предварительную частотную фильтрацию принятого сигнала, усиление и преобразование его частоты. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой код, который подается на собственно цифровой приемник. По­следний представляет собой цифровой процессор (ЦП), осуществляющий циф­ровую обработку принятого сигнала по заданному алгоритму. Алгоритм включает задачу поиска сигнала по диапазону дополнительного преобразова­ния частоты, фильтрацию, детектирование и так далее. Если потребителю необходим сигнал в аналоговой форме, то на выходе приемника вводится ЦЛП. Перестройка приемника по каналам производится с помощью синтеза­тора частоты (СЧ).

Управление работой и регулировки новейших и перспективных приемни­ков, несомненно, будут выполняться цифровыми методами с помощью мик­ропроцессоров.

В последнее время все большее внимание уделяется использованию в бы­товой радиоаппаратуре систем управления и оповещения человеческим голо­сом (с помощью речевых команд). Использование команд оператора под­тверждается синтезированным человеческим голосом. Сигнал управления превращается в цифровую форму и поступает в микропроцессор управления. Системы распознавания голоса станут частью радиоустройств автомобиля, лифта, компьютера, бытовых приборов, которые будут выполнять команды лишь определенного человека. После исполнения команды микропроцессор вырабатывает сигнал ответа, который поступает в синтезатор человеческой речи, и громкоговоритель воспроизводит ответ.

Решение же многих проблем ближайшего периода развития радиоприем­ных устройств будет зависеть в основном от разработки новых интегральных схем, а также внедрения цифровой техники во все узлы радиотехнических систем.

Литература: В.И. Нефедов, “Основы радиоэлектроники и связи”, Издательство «Высшая школа», Москва, 2002.

22.4. СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

Радиоприемники разрабатываются с момента изобретения радио. Несмотря на достаточно высокие технические и эксплуатационные показатели современных радиоприемников, новые компоненты по­зволяют отойти от установившихся представлений и разрабатывать приемники с меньшими искажениями, лучшей избирательностью по зеркальному каналу и высокой линейностью. Такие усовер­шенствования в первую очередь относятся к профессиональным ра­диоприемникам, применяемым в магистральных линиях связи.

Схема основного тракта современного радиоприемника, пере­крывающего частотные диапазоны километровых, гектометровых и декаметровых волн представлена на рис. 22.8. Первая особен­ность этой схемы заключается в двойном преобразовании частоты. Первую промежуточную частоту f_п1 выбирают достаточно высокой, так как при высокой промежуточной частоте облегчается получение высокой избирательности по зеркальному каналу. Качественно ситуация изменяется, если f_п1 выбирают выше верхней частоты принимаемого диапазона волн. Если, например, приемник должен принимать сигналы диапазона от 2 до 30 МГц, то целесообразно первую промежуточную частоту f_п1 выбирать 40÷70 МГц. Таким выбором промежуточной частоты сразу решается несколько проблем:

• частота зеркального канала оказывается за пре­делами диапазона принимаемых частот, поэтому полное подавле­ние зеркального канала приема обеспечивается фильтром нижних частот, включенных на входе приемника в качестве входной цепи;

• канал приема сигнала с частотой, равной первой промежуточ­ной частоте f_п1, также подавляется тем же входным фильтром нижних частот;

• приемник перестраивается перестройкой только гетеродина, а необходимость перестройки входных цепей и усилителя радио­частоты отпадает. Усилитель радиочастоты может быть широко­полосным, без настраиваемых элементов;

• облегчается перестройка первого гетеродина, так как при вы­сокой промежуточной частоте уменьшается коэффициент перекрытия . Например, при f_{с min} = 2 МГц, f_{с mах} = 30 МГц и f_п = 465 кГц, k_п=12,2, а при тех же сигналах и f_п = 40 кГц, k_п=1,66.

Высокой первую промежуточную частоту выбирают только в новейших разработках радиоприемников, так как только в по­следнее время удалось создать на столь высоких частотах доста­точно узкополосные кварцевые фильтры.

Замена частотно-избирательной входной цепи широкополосной цепью усложняет условия работы усилителя радиочастоты и первого преобразователя частоты. Действительно, в данной ситуации сиг­налы всех станций с частотами, попадающими в диапазон частот, принимаемых приемником, доходят до преобразователя частоты с одинаковым коэффициентом усиления. Для того чтобы в усили­теле радиочастоты не возникли перекрестные искажения, ампли­тудная характеристика усилителя должна быть линейной в ши­роких пределах изменения амплитуды сигнала. В этом смысле перспективны двухтактные усилители на сравнительно мощных высокочастотных транзисторах, охваченные глубокой отрицатель­ной ОС.

Смесители радиоприемников могут выполняться на транзисто­рах, диодах и перемножителях частоты (см. § 17.3). Однако, так как от коэффициента шума смесителя в значительной степени за­висит чувствительность приемника, то перспективны двойные баланс­ные преобразователи на малошумящих диодах Шотки. Такие смесители хорошо согласовываются с усилителем радиочастоты и полосовым фильтром промежуточной частоты.

В ранних выпусках приемников усиление регулировали путем изменения режимов усилительных элементов. Такой способ используется и в современных радиовещательных приемниках. В инте­гральных усилителях радио- и промежуточной частоты для регу­лировки усиления применяют отдельные транзисторы. Пример такого усилителя с регулируемым коэффициентом усиления пока­зан на рис. 14.17.

В новейших профессиональных радиоприемниках АРУ выпол­няют на отдельных электрически управляемых аттенюаторах. Перспективны такие аттенюа­торы на pin-диодах. На рис. 22.9 показана схема аттенюа­тора, регулирование коэффи­циента передачи которого вы­полняют pin-диоды VD1 — VD5, соединенные по схеме двойного T-моста. Управле­ние сопротивлениями диодов осуществляется транзистор­ной схемой. Исходные со­противления диодов опреде­ляются токами транзисторов VT1 и VT2, образующих диф­ференциальный каскад со ста­билизатором тока на транзи­сторе VT3. Управляющее на­пряжение u_y, подаваемое на базу транзистора VT4, пере­распределяет токи транзисто­ров VT1 и VT2, сохраняя сумму токов неизменной. Такой способ управления обеспечивает неизменными входное и выходное комплексные сопротивления аттенюатора.

Аналогичные аттенюаторы можно реализовать и на основе би­полярных и полевых транзисторов, однако такие аттенюаторы имеют больший коэффициент шума.

Высокая первая промежуточная частота необходима для подав­ления зеркального канала, но не дает возможности обеспечить необходимую избирательность по соседнему каналу. Поэтому при­ходится применить второй преобразователь частоты, преобразую­щий первую высокую промежуточную частоту во вторую, срав­нительно низкую (450—500 кГц). На такой частоте удается создать фильтры с достаточно крутыми скатами амплитудно-частотной характеристики. При необходимости получить узкую полосу про­пускания полосовой фильтр второй промежуточной частоты также выполняют на основе кварцевых резонаторов.

Управление работой современных радиоприемников, как пра­вило, выполняется цифровыми методами с помощью микроЭВМ. В функции управляющего процессора входят: принятие данных о режиме работы приемника с клавиатуры дисплея; настройка при­емника на заданную частоту, в том числе быстрая настройка на некоторые предварительно устанавливаемые частоты, условные коды которых хранятся в памяти процессора; выбор полосы про­пускания, постоянной времени АРУ, режима работы (прием теле­фонных, телеграфных с амплитудной модуляцией, телеграфных с частотной модуляцией сигналов); управление работой синтеза­тора частоты; диагностика неисправностей; индикация состояния. Схема устройства управления показана на рис. 22.10. Управ­ляющие команды с МП через дешифратор адреса по общей шине передаются в накопитель дан­ных исполнительных устройств, реализующих определенные функции.

Применение микропроцессор­ного устройства управления да­ет целый ряд преимуществ по сравнению с ручным управле­нием:

• упрощается конструкция ра­диоприемника, так как приме­нение общей шины освобождает от необходимости иметь множе­ство соединительных проводов;

• обеспечивается возможность телеуправления приемником (для этого достаточно через интерфейс подключить удаленную клавиатуру и индикаторы);

• повышается помехоустойчивость, так как при изменении усло­вий работы (появление мощных помех, изменение скорости зами­раний и др.) автоматически изменяются параметры приемника;

• упрощается процесс обслуживания радиоприемника, вследствие чего повышается производительность труда оператора.

Литература: А.А. Каяцкас, “Основы радиоэлектроники”, Издательство «Высшая школа», Москва, 1988.

5