СПИ / Лекция №7

Лекция №7

2.6 ВХОДНЫЕ ЦЕПИ ПРИ РАБОТЕ С НЕНАСТРОЕННЫМИ АНТЕННАМИ

Ненастроенные антенны широко применяются в приемниках диапазонов НЧ, СЧ, ВЧ (до 30 МГц). Ненастроенная антенна имеет комплексное сопротивление, следовательно, вносит во ВЦ потери и расстройку. Расстройка различна при различных антеннах и поэтому не может быть в полной мере учтена при заводской аппаратурной настройке.

Если связь с антенной выбрать слабой из условия допустимой расстройки ВЦ в наихудшем случае, то обеспечивается возможность работы от разных антенн, имеющих большой разброс параметров. При слабой связи контура ВЦ с антенной вносится затухание не более 10…20% от собственного в контуре, что позволяет сохранить селективные свойства ВЦ на приемлемом уровне.

Коэффициент передачи ВЦ при этом получается малым. Потери компенсируются большим усилением в последующих каскадах, это не ухудшает заметно качество приема, так как на этих частотах внешние помехи обычно значительно превышают собственные шумы приемника.

Плавную настройку в этих диапазонах выполняют с помощью конденсатора переменной емкости (КПЕ) или варикапа – С_К.

Полная емкость контура определяется как:

,

где - емкость монтажа.

Резонансный коэффициент передачи ВЦ (2.13)

зависит от резонансного эквивалентного сопротивления контура и модуля комплексного сопротивления антенны. Антенная цепь имеет собственную резонансную частоту.

К₀ ВЦ существенным образом зависит от того, будет ли собственная частота антенны выше верхней или ниже нижней граничной частоты поддиапазона.

Рассмотрим входную цепь с трансформаторной связью (рис.2.1).

В этом случае коэффициент включения антенны во ВЦ , М – взаимоиндукция между L_св и L_К. С учетом того, что

,

подставляя в (2.12), найдем:

.

Если пренебречь потерями антенной цепи по сравнению с вносимым в контур реактивным сопротивлением, то

, (2.31)

где - собственная частота резонанса антенны. С учетом (2.31) получим:

, (2.32)

где .

Из (2.32) видно, что зависимость К₀(f) будет различным в зависимости от .

Р ассмотрим возможные случаи.

1. .

В таком режиме К₀ резко возрастает с ростом частоты настройки. Потому, что с увеличением частоты увеличивается и одновременно растет проводимость антенны.

При из (2.32) получаем:

. (2.33)

Если n = const и Q_Э = const, то

.

Неравномерность коэффициента передачи по диапазону

. (2.34)

2. .

К₀ меняется в этом случае не так резко, как в первом случае. Это объясняется тем, что при уходе f настройки контура от f_A вправо проводимость антенны уменьшается, но одновременно растет резонансное сопротивление контура, частично компенсируя уменьшение К₀.

При из (2.32) получаем:

. (2.35)

Если n = const и Q_Э = const, то

.

Условия, при которых получены формулы (2.33), (2.35) характерны при построении последующих каскадов на полевых транзисторах. В случае биполярных транзисторов Q_Э зависит от частоты из-за вносимого затухания

().

Если n не зависит от частоты, то добротность Q_Э падает с увеличением частоты, поэтому К₀ в (2.35) уменьшается с ростом частоты, для биполярных транзисторов.

Рассмотрим случай, когда ВЦ с антенной имеет трансформаторную связь, а с последующим каскадом внутриемкостную.

, (2.36)

где .

Если подставить (2.36) в (2.33), получим:

.

К₀ не зависит от и пропорционален Q_Э. Если пренебречь затуханием, вносимым в контур из антенной цепи, то, учитывая (2.36):

, (2.34)

где .

С увеличением частоты добротность увеличивается. Это способствует сохранению неизменной селективности (полосы пропускания) в поддиапазоне. ()

Селективность при больших расстройках найдем из выражения:

.

С учетом (2.31)

.

При малых расстройках определяется (2.16)

.

3. . Собственная частота антенной цепи находится в полосе настройки контура ВЦ.

При этом коэффициент передачи К₀ сильно зависит от частоты настройки , поэтому такой режим обычно не используется.

.

Скомпенсировать такую зависимость в связи контура с первым последующим каскадом сложно.

Рассмотрим случай ВЦ с внешнеемкостной связью с контуром.

Антенна связана с входным контуром через емкость С_св. Для того, чтобы параметры антенны меньше влияли на параметры контура, величина емкости должна быть небольшой (обычно 5…30 пФ).

Поэтому и общая емкость антенны (с учетом С_св) получается небольшой (меньше меньшей величины С_св или С_ант).

Реактивное сопротивление антенны определяется в основном сопротивлением Х_с=. Пренебрегая составляющими и имеем

,

учитывая, , m = 1, , (2.35)

если n, Q_Э – const, то .

Неравномерность по диапазону . Квадратичная зависимость объясняется тем, что с ростом растет и также растет R_Э. (Аналогичная зависимость была при трансформаторной связи с антенной).

Рассмотрим варианты включения последующего каскада в ВЦ.

1) Применим внутриемкостную связь контура с последующим каскадом.

.

Подставляя в (2.35) получаем:

(2.36)

С увеличением частоты добротность увеличивается. Это способствует сохранению неизменной селективности в поддиапазоне.

Рассмотрим связь рамочной антенны с ВЦ. В случае рамочной антенны ЭДС Е_А зависит от угла между плоскостью рамки и направлением прихода сигнала: , где , - действующая высота антенны, S_P – площадь рамки, N_B – число витков рамки.

, где

.

Для уменьшения размеров рамки применяют сердечник из феррита, увеличивающий ЭДС сигнала. Действующая высота магнитной антенны

,

где - магнитная проницаемость сердечника,

- коэффициент, определяемый формой катушки и ее положением на сердечнике.

В приемниках с магнитной антенной, антенная катушка используется и в качестве индуктивности входного контура.

(пренебрегая активным сопротивлением r_A), следовательно .

В приемниках с ферритовой антенной чувствительность () принято выражать в единицах напряженности поля сигнала (мкВ/м): . Коэффициент передачи ВЦ по полю .

В радиовещательных приемниках высокого класса, когда требуется обеспечить высокую избирательность и одновременно хорошую равномерность К₀ в поддиапазоне, во входной цепи часто применяют полосовой фильтр. Перестройка фильтра сопровождается изменением коэффициента передачи и полосы пропускания. Для того, чтобы К₀ и не сильно менялись, применяют комбинированную связь.

ВХОДНЫЕ ЦЕПИ ПРИ РАБОТЕ С НАСТРОЕННЫМИ АНТЕННАМИ

Настроенные антенны применяют в метровом и дециметровом диапазонах радиовещания, в которых размеры антенн сравнимы с длиной волны и антенны получаются не слишком громоздкие. В диапазонах КВ и УКВ поддиапазоны узкополосные, коэффициенты перекрытия не превышают 1,2. При перестройке частоты можно не учитывать изменения полного сопротивления антенны (). В этих диапазонах волн чувствительность РПрУ ограничена собственными шумами приемника и может быть получена сравнительно высокая. Для этого необходимо с наименьшими потерями передать сигнал от антенны к УРЧ.

Максимальный коэффициент передачи получается при согласовании антенны с фидером, а фидера с ВЦ. Режим согласования

При этом в фидере имеет место режим бегущей волны.

Типичная эквивалентная схема входной цепи, работающая с согласованной фидерной линией, рассматривалась нами при анализе одноконтурной ВЦ (рис.2.7).

,

- коэффициент шунтирования.

,

где - относительный коэффициент согласования.

.

Рассматриваемый режим ВЦ удобно характеризовать коэффициентом использования номинальной мощности.

,

где - мощность на входе следующего за ВЦ каскада.

- номинальная мощность антенно-фидерной системы. Следовательно: ,

где - коэффициент передачи по напряжению.

Максимум К_Р совпадает с максимумом К₀. С учетом выражения для К₀ получаем:

.

Отсюда видно, что К_Р – коэффициент использования номинальной мощности антенны, характеризует степень несогласованности антенны, фидера и ВЦ и потери в ВЦ приемника. При отсутствии потерь во входном контуре (, или D >> 2) и при полном согласовании антенны и ВЦ (а = 1) К_Р = 1, в остальных случаях К_Р < 1. В режиме настроенной антенны возможны все три вида согласования: трансформаторная, автотрансформаторная и емкостная связи. При использовании экранированного кабеля они практически равноценны.

Автотрансформаторная связь используется при коаксиальном фидере. Согласование достигается выбором коэффициентов включения: , где L₁ – индуктивность части контурной катушки между точками подключения фидера. М₁ – взаимоиндуктивность между точками подключения фидера и всеми витками катушки.

Эквивалентная схема соответствует схеме, рассмотренной ранее (рис.2.7) с учетом соотношений ; - волновое сопротивление фидера. .

Трансформаторная связь применяется как при симметричном, так и при несимметричном фидере. Для устранения емкостной связи между L_св и L_К между ними применяют электростатический экран.

При неэкранированном фидере, сам фидер может работать как антенна – антенный эффект. При трансформаторной связи токи, наводимые на неэкранированный фидер взаимно компенсируется в L_св. Но если между L_св и L_К существуют емкостная связь, то полной компенсации не происходит и наблюдается антенный эффект.

Для данной цепи:

, (2.37)

где - коэффициент связи.

Определим k_C, необходимый для согласования.

Из (2.37): .

Из (2.27): .

Но , где d – затухание контура с учетом взаимного затухания со стороны входной цепи после каскада. 2d = d_Э, так как .

.

Конструктивно выполнимый . Поэтому необходимо так выбрать L_св, чтобы k_c были как можно меньше.

Для определения условия минимума k_c решим уравнение . В результате получим

.

Согласования добиваются на средней частоте поддиапазона. По краям поддиапазона связь близка к оптимальной и коэффициент передачи близок к максимальному.

На самостоятельную проработку:

§ 2.4. Электронная настройка (Буга с. 41).

§ 2.8. Особенности конструкций ВЦ различных диапазонов волн (Буга с.57).)