§ 1.2. Структурные схемы радиоприемников

Существуют четыре основные структурные схемы радиоприемников: прямого усиления без регенерации, прямого усиления с регенерацией, сверхрегенеративная и супергетеродинная.

Структурная схема приемника прямого усиления без регенерации (рис. 1.4) включает входную цепь (ВЦ), малошумящий усилитель (МШУ), усилитель радиочастоты (УРЧ), демодулятор (Д), усилитель низкой частоты (УНЧ) и оконечное устройство (ОУ). Из приемной антенны (А) напряжение сигнала и помехи поступает во входную цепь, назначение которой согласование выхода антенны с МШУ (или УРЧ) для получения максимальной мощности сигнала из антенны, а также обеспечения возможно большей фильтрации сигнала от помех до входа УРЧ. Ма-лошумящие усилители (используемые при необходимости) предназначены для снижения уровня собственных шумов приемника и определяют чувствительность приемников (см. § 1.3). УРЧ является основным блоком, обеспечивающим усиление и фильтрацию сигнала по частоте от помех. Уровень его усиления определяется напряжением на выходе ВЦ (или МШУ) и той величиной сигнала, который требуется для нормальной работы демодулятора. Выделенная после демодулятора Д модулирующая функция, содержащая полезную информацию, усиливается и фильтруется от помех и других комбинационных частот в усилителе низкой частоты. Его усиление определяется напряжением (мощностью), которые необходимо подвести к оконечному устройству для его нормальной работы.

Приемники прямого усиления применяют тогда, когда исходные требования к чувствительности и избирательности (см. §. 1.3) невелики. Для повышения чувствительности в диапазоне СВЧ применяют МШУ, а для повышения избирательности — сложные частотно-избирательные системы. И все же подобная структура приемника в диапазоне СВЧ, как правило, имеет невысокую и неодинаковую частотную избирательность и усиление при работе в широком диапазоне частот. Настройка на полезный сигнал осуществляется перестройкой по частоте входной цени, МШУ и УРЧ. Синхронная перестройка по частоте всех этих блоков является непростой задачей. В диапазоне СВЧ технически трудно согласовать полосы пропускания приемника с шириной спектра полезного сигнала для фильтрации последнего от помех, несовпадающих по частоте с сигналом. Указанные факторы являются недостатком приемников прямого усиления.

В приемниках прямого усиления с регенерацией регенеративный каскад, включаемый между приемной антенной и оконечным устройством, выполняет одновременно TpW функции: усиление высокой частоты, демодуляцию и усиление низкой частоты. Не рассматривая их подробно, отметим, что эти приемники обладают низкой стабильностью и высоким уровнем искажений. Сверхрегенеративные приемники имеют несколько лучшую стабильность-, но очень большой уровень искажений. Их достоинством является малая мощность источников питания при минимальных размерах и массе. Поэтому подобная структура используется для портативных (обычно связных) приемников, допускающих большой уровень искажений.

Наибольшее распространение для подавляющего большинства радио-систем различного назначения получила супергетеродинная структура приемника с одно- или многократным преобразованием частоты (рис. 1.5). Часть приемника преселектор, включающий ВЦ, МШУ и УРЧ,

подобен структуре приемника прямого усиления и обеспечивает чувствительность и предварительную селекцию на частоте. С выхода пресе-лектора напряжение сигналов и помех поступает на преобразователь частоты (ПЧ), где происходит изменение несущей частоты сигнала /_с. Для этого сигнал и колебания местного генератора — гетеродина (Г) — одновременно воздействуют на смеситель (См), представляющий собой нелинейный элемент или элемент с переменным параметром. В результате на выходе смесителя возникает колебание, содержащее составляющие с частотой сигнала /_с и его гармоник, гетеродина /_г и его гармоник и большое число комбинационных составляющих с частотами / — |л/_г ± ± mf_v\ (я, т 0, 1, 2, ... — целые числа). Одна из этих комбинационных частот и используется в качестве новой несущей частоты выходного сигнала, называемой промежуточной частотой:

/п — /г /с

(1.1)

Поскольку сигнал несет в себе полезную информацию, в процессе преобразования частоты эта информация должна сохраняться, т. е. ПЧ для сигнала должен быть линейным. Таким образом, в процессе преобразования частоты происходит перенос спектра сигнала S (Д.) в область промежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих (рис. 1.6). Частотно-избирательные блоки, расположенные за смесителем, настроены на частоту /„ и называются усилителем промежуточной частоты (УПЧ). Промежуточная частота /_п всегда фик-

сирована, не зависит от частоты ир нимаемого сигнала /_с и выбираете намного ниже частоты сигнала (/_п < <^ /_с). Поэтому на частоте /„ легк обеспечить требуемое устойчивое yci ление. При перестройке супергетерс динного приемника по частотном диапазону одновременно иерестран ваются резонансные системы пресс лектора и гетеродина до тех пор, пок не образуется фиксированная промс жуточная частота. Так как УПЧ н перестраивается по частоте, то эт позволяет получить в супергетеродин ном приемнике высокую частоту! избирательность при неизменной пс лосе пропускания, а также реализн зовать оптимальную фильтрацию ей] нала от помех, применяя согласован ные фильтры на промежуточной час тоте. Таким образом, в супергете родинном приемнике устраняются ос новные недостатки приемника пру мого усиления.

Однако для супергетеродинны приемников характерно наличие сс седних и побочных каналов прием* зеркального, комби на ц ионного, интермоду ляционного и прямого.

Соседний канал приема -это канал на частотах /_ск (/с._к). ^ПР^И мыкающий к основному каналу (/, (рис. 1.7), вследствие недостаточно избирательности приемника не от фильтровываемый преселектором

создающий в ПЧ сигналы на частотах /п = /г— /ск (/ск), блИЗКИХ К

промежуточной частоте /_п и входящих в полосу пропускания УПЧ.

Зеркальный канал приема образуется внешней помехой на частоте:

/™ = /г+/п = /с+2/п. (1.2)

Если эта частота входит в полосу пропускания преселектора, имеющего частотную характеристику К^ес (/). показанную на рис. 1.7, то в ПЧ образуется частота |/_г — /_зк| = /_п, т. е. такая же, как частота /„ = /_г — /_с от полезного сигнала. Следовательно, происходит наложение спектра полезного сигнала и спектра помехи, т. е. частотная фильтрация помехи от сигнала становится невозможной. Ослабить помеху по зеркальному каналу можно двумя путями: увеличением частотной избирательности К_пр_ес (/) или промежуточной частоты /_п. В последнем случае, согласно (1.2), увеличится и частота помехи /_зк, что позволяет лучше отфильтровывать ее в преселекторе. Однако чем выше промежуточная частота, тем труднее обеспечить высокую избирательность УПЧ с полосой пропускания, сопряженной с шириной спектра полезного сигнала. Для устранения помех одновременно по зеркальному и соседнему каналам применяют многократное преобразование (снижение) частоты:

/ш /п /с> /иг ~ f г2 /п1> которое рассматривается в § 5.2.

Комбинационный канал приема образуется в результате взаимодействия комбинационных частот гетеродина и сигнала: /_ком = |л/_г — — tnfc\ (где п, т> 1), образующих частоты, близкие к /_п, т. е. входящие

10

в полосу пропускания УПЧ. Усиливаясь так же, как и полезный сигнал на частоте f_D = /_г — /_с, на демодуляторе Д образуются биения между частотами сигнала и комбинационными частотами |/_ком — /_п|. Если они входят в полосу пропускания усилителя низкой частоты УНЧ, то являются помехой, воспроизводимой далее оконечным устройством ОУ. Основной мерой устранения комбинационного канала приема является снижение уровня гармоник гетеродина и сигнала выбором соответствующего режима работы смесителя.

Интермодуляционный канал приема возникает при прохождении через преселектор двух и более помех на частотах /_1; /₂, /„, которые в смесителе образуют сигналы с комбинационными частотами n_lf_l ± ± n₂f₂ ± ... ± n_nf_n (п_и «₂, п_п — целые числа). Если какая-либо одна или несколько из комбинационных частот попадает в полосу пропускания УПЧ, то создается интермодуляционный побочный канал приема. Для уменьшения влияния последнего следует повышать частотную избирательность преселектрра и умень- • шать усиление в УРЧ.

Прямой канал приема образу - ₍ ется, когда помеха имеет частоту, равную промежуточной частоте /„, и, воздействуя на ПЧ, проходит без преобразования частоты в канал УПЧ.

При проектировании супергетеродинного приемника побочные каналы приема могут быть практически устранены правильным выбором промежуточной частоты, режима работы преобразователя частоты и необходимой частотной избирательности преселектора и усилителя промежуточной частоты. Поэтому супергетеродинная структура приемника является в настоящее время главной.