Раздел 2. Тракты радиочастоты (трч)
Тема 2-1 Построение трактов радиочастоты/
Назначение и способы построения трактов радиочастоты (преселектора).
Структурная схема.
Показатели качества ТРЧ: коэффициент передачи, коэффициент шума, селек-
тивность, полоса пропускания. Избирательные цепи преселекторов диапазон-
ных приемников. Изменение параметров контуров (полосы пропускания, избира-
избирательности, неравномерности коэффициента передачи) при изменении час-
тоты настройки.
Широкополосные преселекторы.
Преселектср тракта радиочастоты состоит из входного устройства (входной цепи) и усилителя радиочастоты УРЧ. Преселектор определяет в определенной степени чу- вствительность радиоприемника, а также его избирательность по зеркальному и дру- гим побочным каналам приема и перекрестным искажениям.
Требование к чувствительности, избирательности и диапазон принимаемых частот
определяют вид схемы УРЧ (наличие и отсутствие в ней резонансного контура и др.).
В радиоприемниках радиосвязи диапазонов KB и МВ, как правило, к УРЧ предъя- вляют требования: малый коэффициент шума и высокая линейность амплитудной ха- рактеристики. В высококачественных бытовых всеволновых радиоприёмниках сове- ршенствованию тракта AM препятствует большое количество моточных изделий – катушек индуктивности (каждый из под диапазонов требует своих катушек индукти- вности во входных цепях УРЧ и гетеродина), что создает трудности в сопряжении контуров при электронной настройке от синтезатора частот. Разрешение этой пробле- мы привело к созданию широкополосного (ШП) не перестраиваемого преселектора. Для эффективного ослабления зеркального канала при ШП преселекторе использу- ется двойное преобразование частоты с выбором высокой первой промежуточной частоты fпр1.
Тема 2.2 Входные цепи радиоприемников.
Классификация входных цепей.
Эквивалентные параметры приемных антенн.
Эквивалентная схема одноконтурной входной цепи. Влияние ненастроенной
антенны и входа первого каскада приемника на контур входной цепи (вносимые
расстройки и затухания). Способы уменьшения этого влияния.
Схемы входных цепей с индуктивной, емкостной и индуктивно-емкостной
связью с антенной, область применения. Выбор параметров элементов связи.
Коэффициент передачи входной цепи и изменение его при перестройке.
Входные цепи с магнитной антенной.
Многоконтурные входные цепи.
Согласование настроенной антенны со входом приемника, область примене-
ния.
Назначение, условия и способы согласования.
Входные цепи приемников СВЧ. Применение отрезков линий, объемных резо-
наторов, циркуляторов. Способы перестройки и согласования.
Входная цепь предназначена для предварительной селекции радиосигнала, при меняемого антенной и обеспечивает избирательность по зеркальному и другим по- бочным каналам приема. Входная цепь, как правило, делается избирательной и со- стоит обычно из одного или нескольких связанных колебательных контуров и стро- ится так, чтобы обеспечивалась нормальная работа радиоприемника с антенной оп- ределенной типа [4, параграфЗ,2].
Наибольшее распространение получила схема одноконтурнойвходной цепи, позволяющая получить сравнительно большое напряжение сигнала на входе первого каскада приемника и упростить систему его настройки. С увеличением чи- сла колебательных контуров входной цепи увеличивается потеря энергии сигнала (уменьшается коэффициент передачи).
Двухконтурные входные цепи применяют в высококачественных радио- вещательных приемниках в диапазонах ДВ и СВ.
Оба контура за счет связи между ними образуют перестраиваемый полосовой фильтр с существенно улучшенной по сравнению с одноконтурной входной цепью селективностью по зеркальному каналу и меньшей неравномерностью в полосе про- пускания. Резонансный коэффициент передачи двухконтурной входной цепи при ра- боте от ферритовой антенны определяется выражением
где Q3 - эквивалентная добротность контура;
β - фактор связи между контурами;
m1 и m2 - коэффициент включения антенны в первый контур и транзистора
УРЧ во второй контур.
Селективные свойства такой входной цепи значительно выше по сравнению с одноконтурной: возрастает селективность по зеркальному и другим побочным ка- налам приема, расширяется полоса пропускания (меньше частотные искажения). Применение двухконтурной цепи может обязательным в том случае, когда приём- ник проектируется на интегральных микросхемах и в составе ИМС тракта радио- частоты нет резонансного УРЧ. В этом случае требования к селективности по зер- кальному каналу велики, и одноконтурная входная цепь не можете ее обеспечить.
Плавная настройка контура входной цепи на заданную частоту принимаемого ра- диосигнала чаще производится с помощью конденсаторов переменной емкости (КПЕ) или варикапов (электронная настройка), так как при настройке контуров пе- ременной индуктивностью сложно осуществить требуемое перекрытие диапазона одним комплектом блока настройки. Настройка индуктивностью применяется лишь в диапазоне УКВ в автомобильных приемниках для уменьшения влияния на точность настройки механических вибраций и ударных нагрузок.
Фиксированная настройка осуществляется скачкообразным переключением кату-
шек индуктивности или колебательных контуров входной цепи. Колебательные кон- туры входной цепи телевизионных и радиовещательных приемников УКВ диапазона выполняют не перестраиваемыми, настроенными соответственно на среднюю часто- ту ТВ канала и диапазона УКВ (fcp = 70 МГц). Широкая полоса входной цепи опреде- ляется малой эквивалентной добротностью колебательного контура (Q3 = 8-9).
В диапазоне KB для получения растянутой настройки параллельно и последовате- льно с конденсатором настройки контура входной цепи включают дополнительные конденсаторы [4, параграф 3.3].
Следует обратить внимание на то, что неполное включение биполярных транзис- торов первого каскада радиоприемника в контур входной цепи (автотрансформатор- ное включение или с помощью емкостного делителя) уменьшает шунтирование кон- тура малым входным сопротивлением транзистора, что приводит к увеличению экви- валентной добротности контура и его селективных свойств, однако при этом снижа- ется коэффициент передачи входной цепи.
При перестройке приемника параметры входной цепи могут заметно изменяется, величина и характер этого изменения зависят от параметров приемной антенны.
Приемная антенна является линейной цепью и может быть представлена эквива- лентным генератором с ЭДС - ЕА и внутренним сопротивлением RА. Величина ЕА зависит от напряженности поля сигнала в точке приема, размеров и конструкции антенны.
Для проволочных несимметричных и магнитных антенн километрового, гектоме- трового и декаметрового диапазона волн, а также штыревых антенн ЭДС в антенне можно определить по формуле, мВ.
ЕА = hД Е,
где Е - напряженность поля сигнала в точке приема, мВ/м;
hд - действующая высота антенны, м.
Параметры приемных антенн hд и ZA зависят от конструкции и соотношения раз-
меров антенны lА и длинны волны λ принимаемого сигнала. Для настроенных внеш- них антенн, размеры которых меньше длины волны (1а<λ), сопротивление RA может быть представлено в виде последовательно соединенных сопротивления Ra, емкости СА и индуктивности LA [2, параграф 2.3].
Средние параметры антенн равны RA= 80-300Ом, СА= 100-140 пФ,LA=20 мкГн.
При работе в узком диапазоне частот ненастроенная внешняя антенна может быть представлена эквивалентом СА=5-60 пФ, RA=5-75 Ом. Примером такой антенны мо- жет служить штыревая (телескопическая) антенна, используемая в диапазонах KB и УКВ в радиовещательных приемниках переносного типа. Сопротивление ZА рамоч- ной или ферритовой антенны (ФА) представляет последовательно соединенные RA и LА. Встроенные ФА используются преимущественно в диапазонах ДВ и СВ.
Параметры антенны существенно влияют на параметры входной цепи и также па-
раметры радиоприемника. При работе радиоприемника в диапазоне частот влияние внешней ненастроенной антенны (несимметричный вибратор, штыревая антенна и др.) на параметры входной цепи различно на разных частотах сигнала. Для уменьше- ния влияния ненастроенной антенны на параметры входной цепи, которое различно при работе в диапазоне частот, связь входного контура с антенной выбирается сла- бой.
Если рабочий диапазон частот узкий, например, 65,8-73 МГц (вещательный диапа-
зон УКВ-ЧМ) или 50-60 МГц (диапазон MB, используемый для профессиональной радиосвязи), то влияние ненастроенной антенны можно считать постоянным и его можно учесть при выборе связи с антенной. При этом коэффициент передачи вход- ной цепи может быть увеличен за счет увеличения связи с антенной.
С целью улучшения условий приема сигналов применяются настроенные антен- ны, линейные размеры которых соизмеримы с длиной волны сигнала. К настроен- ным антеннам относятся симметричные линейный и петлевой вибраторы, ромбичес- кая антенна, антенна бегущей волны, а также несимметричный штыревой четверть- волновой вибратор с вертикальной высотой и др.
Комплексное сопротивление настроенных антенн в сравнительно узком диапазо- не волн мало зависит о частоты сигнала и может быть скомпенсировано, так что вхо- дное сопротивление антенны можно считать чисто активным, равным RA.
При работе от настроенной антенны наибольший коэффициент передачи однокон- турной входной цепи по напряжению и мощности можно получить при согласовании антенно-фидерного устройства со входом радиоприемника.
При этом достигается максимальная передача энергии принятого сигнала из анте- нны ко входу радиоприемника. Связь входной цепи радиоприемника с антенной вы- бирается оптимальной, обеспечивающей режим согласования. Это увеличивает от- ношение сигнал/шум на входе радиоприемника (на входе его входной цепи).
Настроенные антенны применяются в радиоприемниках профессиональной ра- диосвязи на декаметровых волнах, в УКВ диапазоне радиовещательных станцион- ных приемников и приемниках радиосвязи в диапазоне УКВ.
При изучении входных цепей СВЧ приемников следует помнить, что характер- ной их особенностью является работа от настроенных антенн направленного дей- ствия, а настройка чаще всего применяется фиксированная.
В диапазоне MB примерно до 200 МГц контуры входных цепей выполняют из катушек индуктивности и конденсаторов. В более высокочастотных диапазонах применяют резонансные системы с распределенными параметрами.
В дециметровом диапазоне волн в качестве резонансных цепей обычно приме- няют четвертьволновые отрезки коаксиальных линий, короткозамкнутые на одном конце.
В сантиметровом диапазоне волн в качестве резонансной системы применяют объемные резонаторы различной конструкции.
Изучив подраздел, студенты должны получить четкое представление о назначе- нии и разновидностях входных цепей в зависимости от диапазона рабочих частот и вида антенны; знать, из каких соображений выбираются способы связи и степени связи контура входной цепи с настроенными и ненастроенными антеннами.