|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 2 3 4 ... 25 Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства, предназначенного для воспроизведения сигналов. В книге рассматривается проектирование радиоприемников, а типы и параметры антенн и оконечных устройств учитываются лишь в той мере, в которой это необходимо для проектирования радиоприемников. Радиоприемники можно классифицировать по ряду признаков, из которых основными являются: 1) тип схемы; 2) вид принимаемых сиг+шлов; 3) назначение приемника; 4) диапазон частот; 5) вид активных элементов, используемых в приемнике; 6) тип конструкции приемника. По типу схем различают приемники детекторные, прямого усиления (без регенерации и с регенерацией), сверхрегенеративные и супергетеродинные приемники, обладающие существенными преимуществами перед приемниками других типов и широко применяемые на всех диапазонах частот. Поэтому данная книга посвящена проектированию супергетеродинных приемников. Принимаемые сигналы служат для передачи сообщений или измерения положения и параметров относительного движения объектов. Книга посвящена проектированию приемников обоих видов сигналов. При этом рассматривается проектирование приемников сигналов передачи сообщений, которые представляют собой: 1) непрерывные колебания с изменяемой (модулированной) амплитудой (AM), частотой (ЧМ) или фазой (ФМ); 2) колебания, скачкообразно изменяемые (манипулированные) по амплитуде (AT), частоте (ЧТ) или разности фаз (ФРТ); 3) колебания с изменяемой амплитудой, частотой или фазой, которые обусловлены видеоимпульсами с амплитудной (АИМ), широтной (ШИМ), временной (ВИМ) или дельта-модуляцией (ДМ), а также кодовыми группами видеоимпульсов (КИМ). Принимаемые сигналы могут передавать сообщения от одного источника или от нескольких. В книге рассматривается также проектирование приемников измерительных сигналов, с помощью которых можно определить временные положения, амплитуды, частоты и сдвиги фаз импульсных нлн непрерывных сигналов. По назначению различают приемники связные, радиовещательные, телевизионные, радиорелейных и телеметрических линий, радиолокационные, радионавигационные и др.Связные радиоприемники чаще всего служат для приема одноканальных непрерывных сигналов с AM,ij(c несущей и боковыми полосами), ОБП (однополос-4 Волны Название диапвзона волн Часто 100-10 КМ 10-1 км 1000-100 м 100-Юм 10-1 м 100-10 см 10-1 см 10-1 мм 1-0,1 мм Мириаметровые Километровые (длинные - ДВ) Гектометровые (средние - СВ) Декамегровые (короткие - KR Метровые Дециметровые Сантиметровые Миллиметровые Децимиллиметровые 3-30 кГц 30-300 кГц 300-3000 кГц 3-30 МГц 30-300 МГц 300-3000 МГц 3-30 ГГц 30-300 ГГц 300-3000 ГГц ной) и ЧМ или дискретных сигналов с AT, ЧТ и ФРТ. Радиовещательные приемники (монофонические) принимают одиоканальные непрерывные сигналы с AM на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах. Приемники черно-белых телевизионных программ принимают непрерывные сигналы изображений с AM и частичным подавлением одной боковой полосы частот и звуковые сигналы с ЧМ. Приемники цветных телевизионных программ принимают также сигналы, создающие цветное изображение. Приемники оконечных станций радиорелейных и телеметрических линий обычно предназначены-для приема и разделения каналов многоканальных сигналов с частотным и временным уплотнением. Приемники промежуточных станций радиорелейных линий (наземных и спутниковых) отличаются от приемников оконечных стан- ций тем, что в них не происходит разделения многоканальных сигналов. Импульсные радиолокационные приемно-передающие станции обычно излучают зондирующие радиоимпульсе с фиксированными периодом следования, длительностью импульсов, амплитудой и несущей частотой. Приемники таких станций служат для приема части энергии зондирующих сигналов, отраженной от целей. Отраженные сигналы могут быть импульсными или непрерывными, причем информация о целях может содержаться в изменении во времени амплитуды (или отношения амплитуд) и частоты (или спектре) сигналов. Согласно рекомендации МККР (Международного консультативного комитета по радио) спектр радиочастот делится на диапазоны (табл. B.I). В настоящей книге будут рассматриваться вопросы проектирования наиболее широко распространенных приемников, работающих в диапазоие частот 30 кГц - 300 ГГц (на волнах от 10 км до 1 мм)-. В качестве активных элементов каскадов приемников, работающих на частотах 30 кГц-300 МГц, сейчас можно использовать полупроводниковые приборы (транзисторы и диоды) и электронные лампы со штыревыми выводами. Предпочтение отдается полупроводни- ковым приборам благодаря их преимуществам (малые габаритные размеры и масса; низкие напряжения и токи питания; большой срок службы и механическая прочность). Состояние отечественной транзисторной и радиоприемной техники позволяет успешно преодолеть недостатки транзисторов (большой разброс и зависимость параметров от частоты, режима и температуры; низкие входные и выходные сопротивления; наличие внутренней обратной связи и относительно высокая стоимость) и использовать их во всех каскадах приемников упомянутого диапазона без ухудшения работы приемников. Лампы применяются лишь в некоторых специальных приемниках и на более высоких частотах. Приемники конструктивно выполняются из отдельных (навесных) активных и пассивных элементов с печатным или объемным монтажом или из готовых интегральных микросхем, Представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целые преемники. Проектирование радиоприемников выполняется согласно техническому заданию. Обычно в техническом задании указываются: общие требования, требования к электрическим характеристикам (диапазон принимаемых частот, чувствительность, избирательность, качество воспроизведения сигналов, определяемое частотными, нелинейными и фазовыми искажениями, а также искажениями импульсных сигналов; данные входов и аодов приемника; параметры ручных и автоматических регулировок; излучение напряжения гетеродина в антенну, которое характеризует электромагнитную совместимость приемников ИТ. д.); конструктивные, механические, климатические, технологические, экономические, эксплуатационные требования (надежность). Приводится также методика измерения электрических характеристик, климатических и механических испытаний. Технические требования на радиовещательные приемники должны соответствовать ГОСТ 5651-64. Технические требования на приемники черно-белого телевидения должны соответствовать междуведомственной нормали НИО.202.003 и ГОСТ 18198-72. Технические требования на остальные приемники согласовываются между заказчиком и разработчиком, могут уточняться в процессе проектирования. Приведем формулировки и содержание отдельных пунктов технических требований. Общие требования. В них указываются назначение и место установки приемника, состав комплекта приемного устройства (антенна, приемник, оконечное устройство) и аппаратура, с которой должен работать приемник, но которая не входит в комплект. Диапазон частот. Приемник может быть предназначен для работы на одной или нескольких фиксированных частотах или в непрерывном (прерывном) диапазоне частот (/ошш - /отах)- Для диапазонных приемников определяется число поддиапазонов, коэффициенты перекрытия для них и запасы перекрытия по частоте между поддиапазонами. Чувствительность. Этот параметр характеризует способность приемника принимать слабые сигналы. Чувствительность приемника с небольшим усилением, на выходе которого шумы практически отсутствуют, определяется э. д. с. (или номинальной мощностью) сигнала в антенне (или ее эквиваленте), при которой обеспечивается .заданное напряжение (модность) сигнала на выходе приемника. Если чувствительность ограничивается внутренними шумами приемника, то ее можно оценить реальной или предельной чувствительностью, коэффициентом шума или шумовой температурой. Реальная чувствительность равна э. д. с. (или номинальной мощности) сигнала в антенне, при которой напряжение (мощность) сигнала на выходе приемника превышает напряжение (мощность) помех в заданное число раз. Предельная чувствительность равна э. д. с. или номинальной мощности Р\п сигнала в антенне, при которой на выходе его линейной части (т. е. на входе детектора), мощность сигнала равна мощности внутреннего шума. Предельную чувствительность можно также характеризовать коэффициентом шума Л^о. равным отношению мощности шумов, создаваемых на выходе линейной части приемника эквивалентом антенны (при комнатной температуре Го = 290 К) и линейноГ! частью, к мощности шумов, создаваемых только эквивалентом антенны. Очевидно, (3,1 где k = 1,38 10- Дж/град- постоянная Больцмана; Пщ--шумовая полоса линейной части приемника, Гц; Рап - мощность сигнала, Вт. Из (В.1) видно, что мощность сигнала, соответствующую его предельной чувствительности и отнесенную к единице полосы частот, можно выразить в единицах kTf: (В.2) Предельную чувствительность можно также характеризовать шумовой температурой приемника Тар, на которую надо дополнительно нагреть эквивалент антенны, чтобы на выходе линейной части приемника мощность создаваемых им шумов равнялась мощности шумов линейной части. Очевидно, k (Го + Гцр)Пш = = NakTJlj, откуда Гпр = Т, (N, - 1). На реальную антенну воздействуют внешние шумы, номинальная мощность которых ГдПцз > ГоПш, где Га - шумовая температура антенны. Поэтому на выходе линейной части Шд, (Га + Г„р) = kUT, (Л/о - 1 + Га/Го), и для получения равенства мощностей сигнала и [нумов необходима мощность (В.4) Избирательность. Этот параметр характеризует способность приемника выделять полезный сигнал из помех. В задании оговариваются требования к линейной избирательности: ослабление помех от станций, близких по частоте к принимаемой ( соседних каналов ), зеркальных помех и помех, частота которых близка к промежуточной. Ослабление соседних каналов обусловливается шириной полосы при ослаблении в 10, 100 и 1000 раз или коэффициентами прямоугольности (т. е. отношением полосы мешания к полосе пропускания при том же ослаблении). Нелинейная избирательность определяется величиной и числом сигналов, обусловленных взаимодействием мешающих сигналов нежАу собой, с принимаемыми сигналами и с частотой гетеродина или ее гармониками. В результате этих взаимодействий образуются колебания промежуточной частоты. Качество воспроизведения сигналов. При прохождении сигналов по цепям приемника возникают частотные, нелинейные и фазовые искажений. Частотные искажения оцениваются кривой верности воспроизведения , т. е. зависимостью коэффициента усиления от частоты модуляции, нелинейные-коэффициентом нелинейных искажений при заданном коэффициенте модуляции, фазовые - нелинейностью фазовой характеристики. Искажения импульсных сигналов оцениваются длительностями фронта и среза Тф и т^, неравномерностью вершины выбросом на вершине bi, выбросом в паузе bi. Ручные и автомагические регулировки Требования к ручной регулировке усиления (РРУ) и полосы (РРП) определяются тем, во сколько раз изменяется выходное напряжение (полоса пропускания) приемника при действии РРУ (РРП). Требования к автоматической регулировке усиления (АРУ) характеризуются наибольшим допустимым изменением выходного напряжения приемника при заданном изменении входного напряжения и допустимой постоянной времени АРУ. Требования к автоматической подстройке гетеродина (АП) определяются: начальной и остаточной расстройками и максимальной скоростью отклонения разностной частоты от промежуточной и минимальным напряжением разностной частоты, нужным для работы АП. Входная цепь. В требованиях указывается, с какими типами и эквивалентами антенн и в каком режиме (согласования и т. д.) должна работать входная цепь. Выходная цепь, В требованиях к ней указываются типы и сопротивления нагрузки и необходимое напряжение (мощность) сигнала на ней. В требованиях к источникам питания обычно указывается род источника напряжения, его стабильность и пульсация и максимальная допустимая мощность. Проектирование радиоприемников в промышленности обычно состоит из трех этапов: 1) эскизное проектирование, 2) техническое проектирование, 3) изготовление и испытание образцов. При эскизном проектировании составляются оптимальная структурная схема и чертеж общего вида приемника и проводятся расчеты (а при необходимости и эксперименты), подтверждающие выполнение технического задания. При техническом проектировании составляется и рассчитывается принципиальная схема приемника, разрабатывается его конструкция, изготавливается и экспериментально проверяется действующий макет приемника. В процессе обучения студентов проводится курсовое и дипломное проектирование радиоприемников. При курсовом проектировании составляются структурная и принципиальная схемы, а также чертеж общего вида приемлика. Расчетами подтверждается правильность выбора структурной схемы и наиболее важных частей принципиальной схемы. При дипломном проектировании составляются и рассчитываются полностью структурная и принципиальная схемы, разрабатываются чертежи общего вида и основных узлов конструкции приемника и экспериментально проверяются основные положения дипломного проекта (если это требуется)*. Конкретные цифры, указанные далее в тексте, взяты из практики проектирования приемников.  СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА ПРИЕМНИКА п. СОСТАВ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИЕМНИКА Все супергетеродинные приемники состоят из трех основных частей: линейного тракта, демодулятора и устройств регулировок (управления) (рис. 1,1). Линейный тракт одинаков для приемников различных типов. Он состоит из входной цепи (ВЦ), усилителя ра- \ Линейный тракт Демодулятор Выход -о РегудироШ Регумрс^ки Рис. 1.1. Структурная схема супергетеродина с одинарным преобразованием частоты. диочастоты (УРЧ), смесителя (С) и гетеродина (Г) преобразователя частоты, а также усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Если в процессе проектирования выяснится, что требования к чувствительности по зеркальному каналу выполняются приемни- и/ Г УРЧ \/1инейиый тракт УПЧ1 > П Демодулятор *ВыхоЗ -о РегулироЕт Регулировка Рис. 1.2. Структурная схема супергетеродина с двойным преобразованием частоты. ком без УРЧ, то последний можно исключить. Если же приемник, реализованный по схеме рис. 1.1, не может обеспечить одновременное выполнение требований к избирательности, по зеркальному и соседнему каналам, то следует использовать супергетеродин с двой-ньш преобразованием частоты (рис, 1.2), 10 При выборе схемы линейного тракта следует учитывать необходимую полосу пропускания, которая существенно влияет на показатели всех каскадов и элементов приемника. 1.2. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА ПРИЕМНИКА Ширина полосы пропускания линейного тракта П складывается из ширины спектра радиочастот принимаемого сигнала (Пе), доп-плеровского смещения частоты сигнала (А/д) и запаса полосы, требуемого для учета нестабильности и неточностей настроек приемника (Пне), т. е. П = Щ-f 2А/л + П„е. (1.1) Величина Пяс определяется по формуле =2 V(6fcf-f- {buf+ш'мт\ (1.2) где 6/о и б/г - нестабильности частот сигнала (обычно заданная) и гетеродина /г; б/ и б/о - неточности настроек частот гетеродина /г и УПЧ / . Таблица ! 1
Относительную нестабильность частоты гетеродина bfjf можно определить по данным табл. 1.1. При этом надо учесть, что транзнс-, . торные однокаскадиые гетеродины с кварцевой стабилизацией можно применять на частотах не выше 10 МГц, а без кварцмюй стабилизации - на частотах не выше 500 МГц; транзисторные многокаскадные гетеродины с умножением частоты и кварцевой стабилизацией- на частотах до 10 ГГц; гетеродины с туннельными диодами - И  на частотах от 0,5 до 100 ГГц; гетеродины на отражательных клист-.ронах - на частотах от 3 до 50 ГГц. Повышая стабильность гетеродинов (за счет температурной стабилизации и т. п.), можно получить меньшие из величин б/г г, указанных в табл. 1.1. Увеличивать стабильность необходимо в тех случаях, когда требуется высокая чувствительность приемника, и она сильно падает за счет роста запаса полосы Пне- Величина 8[ = (0,003...0,01) /г и падает до нуля при настройке приемника по принимаемым сигналам. Коэффициент б/ = (0,0003...0,003) А,. Допплеровское смещение частоты сигналов, принимаемых от передатчика, который перемещается относительно приемника с радиальной скоростью Dp, равно А/д (Dp/6)/o, (1-3) где с 3 10 км/с- скорость распространения радиоволн. Для сигналов, .которые ретранслируются объектом, перемещающимся относительно приемопередатчика РЛС, А/д (2v,/c)f,. (1.4) Если передатчик и приемник неподвижны относительно друг друга, то А/д = О, Ширина спектра радиочастот Щ различных сигналов указана в гл. 2. Если указанных мер стабилизации частоты гетеродина будет недостаточно, можно применить автоподстройку частоты гетеродина (ЧАП) и подсчитать полосу пропускания линейного тракта П = = ПчАп по формуле ПчАп = По + (2А/д + П„е) ЧАп, (1.5) где /СчАп - коэффициент частотной автоподстройки. Обычно для обеспечения устойчивости частотной автоподстройки приходится брать /СчАП < 15...25. При использовании фазовой автоподстройкн Кфап == оо и ПфАп = Пе -f (2 А/д + П„е) СФАП (1.6) При использовании автоподстройки частоты гетеродина полосу пропускания ВЦ и УРЧ (преселектора) П^р нужно определять из соотношения П„р - Пе -f 2А/д + 2(б/е), (1.6а) а полосу пропускания УПЧ - из (1.5) или (1.6). Если приемник в процессе работы подстраивается на частоту принимаемого сигнала, то можно полагать 17 П . 1.3. ВЫБОР ПЕРВЫХ КАСКАДОВ ПРИЕМНИКА Определив необходимую полосу линейного тракта П, нужно перейти к выбору первых каскадов приемника, обеспечивающих требуемую чувствительность. Как было указано во введении, этот параметр можно характеризовать реальной чувствительностью 12 Приемника. Если реальная чувствительность задана в виде величины э. д. с. Еа сигнала в антенне, при которой отношение эффектив-ных значений напряжений сигнал/помеха на выходе приемника больше минимально допустимого отношения Увых или равно ему, то следует вычислить допустимый коэффициент шума [3] Л/д из условия Л'я<[(ВДх)-х£дПш1№Пш/?а, (1.7) где Vex-минимально допустимое отношение эффективных напряжений сигнал/помеха на входе приемника; - напряженность  Рис. 1.3. Зависимость напряженности поля внешних помех от частоты: / - средний уровень атмосферных помех днем; 2 - ночью; 3 - при местной грозе; -средний уровень промышленных помех в городах; 5 - в сельской местности: 6 - .максимальный уровень космических па-мех.  0,20,40,11 Рис. 1.4. Зависимость шумовой температуры приемной антенны от частоты: ( - максимальная; 2 - минимальная, поля внешних помех; - действующая высота приемной антенны; Пш 1.1П - шумовая полоса линейного тракта; = 1,38х X 10- Дж/град-постоянная Больцмана; Г о = 290 К - стандартная температура приемника; /?а-внутреннее сопротивление приемной антенны. Величины Упх определяют из приведенных в гл. 2 зависимостей увх = Ф (Увых). где Увых - минимально допустимое отношение сигнал/помеха на выходе приемника. Если реальная чувствительность задана в виде напряженности поля сигнала Е возле приемной антенны, при которой отношение сигнал/помеха на выходе приемника больше или равно Увых. то < [(£VyIx) - Einjhl/ikToURi,. (1.8) Если £ не задана, то ее можно найти из рис. 1.3. Если одновременно действует несколько источников помех с напряженностями поля Еаи Еиг, то + Eh + ... + El (1.9) Если реальная чувствительность задана в виде номинальной мощности сигнала Рд, отдаваемой антенной согласованному с ней приемнику, при которой отношение сигнал/помеха на выходе приемника больше или равно Увыл то [3] Таблица 1.2 (Яа/у1хА:ГоПш)-1(Га/Го)- 11, (1.10) где Гд - шумовая температура антенны, которая характеризует интенсивность воздействующих на антенну внешних шумов и которую можно найти из рис. 1.4. Так как величины Та и зависят от частоты, то расчеты по формулам (1.7) и (1.8), (1.10) следует вести для крайних точек диапазона. Заметим, что шумовая температура приемника Гдр, которая иногда приводится для оценки чувствительности, связана с коэффициентом шума N соотношением Л/= I -f Г„р/Го. (1.11) На метровых и более коротких волнах структура внешних помех близка к шумовым; на выходе линейного тракта узкополосных приемников более длинных волн спектры внешних помех и собственных шумов сходны. Поэтому можно допустить квадратурное сложение эффективных значений внешних помех и шумов приемника. Из (1.7)- (1.10) видно, что для обеспечения заданной чувствительности нужно задать достаточно малый коэффициент шума приемника Л/д. Получаемый же коэффициент шума супергетеродинного приемника равен [31 К Л'пч-1 Л'упч-1 УРЧ рвц^рурч рпч (1.12) где Л'вц, Л/р, УУпч, Л/упч - коэффициенты шума входной цепи, УРЧ, преобразователя частоты и УПЧ соответственно; АГрвц, Крурч, Крич - коэффициенты передачи мощности входной цепи, УРЧ и преобразователя частоты; /.ф = 10~°ф'ф-коэффициент передачи мощности антенного фидера; рф - погонное затухание (табл. 1.2); /ф - длина фидера. Если фидеры состоят из ряда отрезков, то надо учитывать, что каждое сочленение в фидере вносит добавочное затухание: разъемное (0,005-0,01 дБ), фланцевое (0,02-0,045 дБ) и вращающееся (0,04- 0,08 дБ). Из (1.12) видно, что для уменьшения коэффициента шума приемника Л/о нужно увеличить коэффициент передачи мощности фидера 1ф, уменьшив Рф (см. табл. 1.2) и длину фидера /ф, а также выбрать первые каскады приемника с малым коэффициентом шума и большим коэффициентом усиления мощности (табл. 1.3). Максимальным рабочим частотам соответствуют меньшие значения Кршал и большие значения Ni усилительных и преобразовательных каскадов. Значения ic приводятся в гл, 7, а значения
minr 21э. Упэ И 223 В приложении 4 и справочниках по транзисторам. Из табл. 1.3 видно, что УРЧ имеют меньшие коэффициенты шума, чем преобразователи частоты. Однако введение и увеличение числа каскадов УРЧ заметно усложняет приемник, особенно на частотах более 0,4 ГГц и при плавной настройке приемника в широком диапазоне частот. Поэтому первые каскады необходимо выбирать из следующих соображений: 1. Если уровень внешних помех в антенне значительно больше приведенного к антенне уровня шумов приемника Л'о, получаемого даже при отсутствии УРЧ, то бесцельно снижать коэффициент шума приемника путем введения УРЧ. Такая ситуация может часто воз-ь'икнуть при приеме сигналов на частотах ниже 30 МГц. Поэтому, если окажется, что 5 (4ГоЛ/о/?а), (1.13) то первым каскадом приемника должен быть преобразователь частоты (ПЧ) со смесителем и гетеродином на транзисторах. 2. Если неравенство (1.13) не выполняется, то надо подсчитать допустимый коэффициент шума Л/д согласно (1.7), (1.8) или (1.10). Если необходимо принимать сигналы на частотах 30 МГц < /о^0,4 ГГц, то следует выбрать преобразователь частоты на транзисторе с малым Nmim И нзйти Л/пч = 4 /VmtnT ИЗ табл. 1.3. при пч Л^д в качестве первого каскада можно использовать преобразователь частоты. При Л/пч > Л/д необходимо добавить однокаскад-ный УРЧ на транзисторе с общим эмиттером, обладающем малым Л'т1пт и большим YialYiia, ОПредеЛИТЬ для него Л/i 2 Л^тШт и Kpi = 0,15 YiJYiB и подсчитать Л/о Л/i + Л' Ср,. (1.14) Ta блица 1.3
Примечаняе: fc - шумовое отношение полупроводникового диодного смесителя; Ущ, У\2 и Угг - прямая, обратная и выходная проводамаст* транзистора (в преобразователях этя параметры берутся для промежуточной частоты); Л'тш т - минимальный коэффициент шума траизнстора; *ея и кев опт - выбранное и оптимальное значение коэффициента связи между антенной цепью и входным контуром приемника. Если ОПЯТЬ No > Л'д, следует использовать двухкаскадный УРЧ на том же транзисторе и подсчитать iVo + КЛг - 1) <Р11 + ЦЛп, - l)fKpiKP2\, (1.15) где Л' Л^2. pii р2 - коэффициенты шума и передачи мощности 1-го и 2-го каскада УРЧ. Применение более двух каскадов УРЧ нежелательно из-за сильного усложнения приемника. 3. При приеме сигналов на частотах более 1,0 ГГц внешними помехами обычно можно пренебречь и принять Яд = О- В этих случаях в качестве 1-го каскада можно выбрать преобразователь час-тпты ня пплупрпнппниковом смесительном диоде. Надо учесть, что преобразователь частоты со смесительным диодом имеет Кр ая<~ 1 и на коэффициент шума приемника будут заметно влиять шумы УПЧ. Поэтому в 1-м каскаде УПЧ рекомендуется использовать транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, с малым Л^шш 1 и большим 7213/123 и определить N по формуле No {УКр пи) + UNynHl-WKp пч) (/с + Л^упч.-1)/А:яп. \11Л6) где Л^упч 1 - коэффициент шума 1-го каскада УПЧ, который находят из табл. 1.3. При Л'о < Л'д в качестве 1-го каскада можно использовать преобразователь частоты с полупроводниковым диодным смесителем. 4. При Л'о > Л^я > 5 в приемнике необходимо иметь УРЧ. В качестве УРЧ можно использовать один каскад на туннельном диоде (ТД) или на лампе бегущей волны (ЛБВ). УРЧ на ЛБВ более устойчив и позволяет усиливать в широком диапазоне частот, но имеет большие габаритные размеры и требует высокого напряжения питания. При наличии УРЧ можно выбрать преобразователь частоты со смесителем на полупроводниковом диоде, если окажется, что No = Np + (/с + Л^уп, - П/Кр у^Кр D, < (1.17) В противном случае следует использовать преобразователь частоты на ТД. 5. Если из (1.16) получим Nf, > Л^д, причем Л^д < 5, то можно использовать любой из следующих типов однокаскадных УРЧ: параметрический без охлаждения и с охлаждением или парамагнитный. Надо помнить, что при переходе от первого варианта ко второму и особенно к третьему приемник резко усложняется. Преобразователь частоты необходимо выбрать со смесителем на полупроводниковом диоде, если окажется, что согласно (1.17) Л^ Таблица 1.4
Примечание: В диапазоне 3-50 ГГц можно использовать клистрон-ные гетеродины. Л/д. В противном случае следует использовать параметрический преобразователь частоты. 6. При приеме на частотах 0,4-1 ГГц в качестве 1-го каскада приемника можно применить преобразователь на ТД, если окажется, что Nun < Л/д. (1.18) В противном случае рекомендуется использовать однокаскадный усилитель радиочастоты и преобразователь частоты на ТД. 7. Разумеется, в случаях 4-6 при очень высоких требованиях к чувствительности можно применить два и более каскадов УРЧ, но при этом сильно усложняется приемник. 8. Гетеродины преобразователей частоты выбирают в зависимости от частоты принимаемых сигналов (табл. 1.4). В преобразователях частоты смесители и гетеродины реализуют как на отдельных активных приборах, так и на совмещенных. При малом отношении промежуточной частоты к принимаемой можно использовать преобразователи частоты с двухтактными смесителями, коэффициент шума которых снижается за счет ослабления шумов гетеродина. 1.4. ВЫБОР СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ ПРИЕМНИКА В супергетеродинных приемниках частотная избирательность определяется в основном ослаблениями зеркального Se и соседнего (или соседних) Зе каналов. В приемниках с одинарным преобразованием частоты ослабление зеркального канала обеспечивает преселектор, ослабление соседнего канала - в основном УПЧ и частично преселектор. Резонансные характеристики преселектора и УПЧ должны быть такими, чтобы линейный тракт (преселектор н УПЧ с преобразователем частоты) обладал полосой пропускания не меньше заданной П. Промежуточная частота /ц должна лежать вне диапазона принимаемых частот и обеспечивать: заданную изоирательность (ослабление Seg ) по зеркальному каналу; - заданную избирательность по соседнему каналу Звск, - заданную полосу пропускания линейного тракта П; - возможность применения контуров с реализуемой добротностью; - устойчивое детектирование радиоимпульсов и хорошую фильтрацию сигналов промежуточной частоты при детектировании; - требуемое усиление и устойчивость работы УПЧ; - малый коэффициент шума Л/упч в приемниках со смесителем на полупроводниковых диодах и без УРЧ.
Рис. 1.5. Типовые структурные схемы преселекторов радиовещательных приемников умеренно высоких частот. Для возможности применения контуров с реализуемой добротностью нужно иметь /и 200 П. Для устойчивого детектирования радиоимпульсов длительностью т желательно выбирать /ц порядка (10...20)/т. Для фильтрации сигналов промежуточной частоты при детектировании AM сигналов с наибольшей частотой модуляции тах следует выбирать /п > 2 /maxi при детектировании ЧМ сигналов с индексом модуляции - /п FiJ{\ - m,). Средства обеспечения избирательности можно выбирать в следующей последовательности.у Сначала обосновываем схему, число и параметры контуров преселектора, т. е. ВЦ и УРЧ. Для радиовещательных приемников следует руководствоваться рис. 1.5. Более сложные схемы не используются из конструктивных и экономических соображений, так как перестройка приемника должна осуществляться блоком конденсаторов, имеющим не более четырех секций, включая конденсатор гетеродина в преобразователе частоты (ПЧ). Применение более одного каскада УРЧ обычно не требуется для обеспечения чувствительности приемника. В профессиональных диапазонных приемниках преселекторы реализуют по более сложным схемам (рис. 1.6). Однако необходимость их перестройки обусловливает отказ от сложных резонансных систем (фильтров сосредоточенной избирательности) и использование лишь Одиночных контуров или пар связанных контуров, перестраиваемых в заданном диапазоне частот блоком конденсаторов переменной емкости. Обычно применяют не более двух каскадов (УРЧ, обеспечивающих необходимую чувствительность приемника. Во всех схемах связь между парами связанных контуров выбирается близкой к критической В Р„о = 1. При f> = 1 частотная характеристика имеет наилучшую форму с точки зрения минимальных искажений при максимальных значениях полосы пропускания, избирательности и коэффициента передачи. Для производственной унификации все контуры выполняют с одинаковыми затуханиями. Исключение составляют первые контуры, служащие для
I 7о-
Рис. 1.6. Типовые структурные схемы преселекторов профессиональных приемников умеренно высоких частот. согласования антенного фидера со входом приемника. Затухание этих контуров в два раза больше, чем остальных. Варианты 1,3, 4, 7 и 8 (рис. 1.5, 1.6) используют в тех случаях, когда требование высокой чувствительности приемника является наиболее важным, варианты 2, 5, 6, 9, 10 и 11-тогда, когда доминируют требование / высокой избирательности. Приемники с фиксированной настройкой обычно реализуют по аналогичным схемам. Шользуясь нормированными частотными характеристиками при больших и малых обобщенных расстройках I = 1( /с) - {[,Jf)ydp (рис. 1.7, 1.8), (где 4р - эквивалентные затухания контуров преселектора с учетом потерь, вносимых источником сигналов и нагрузкой), схему преселектора, затухания его контуров и промежуточную частоту можно выбирать следующим образом: Если промежуточная частота приемника /д задана, то следует выбирать эквивалентное затухание из условия д^ ,t2.,.t,#l и определять обобщенную расстройку зеркального канала 1зк = 4 (/п с) [(/о + Шо + 2 /п)1/эр, (1.19) при верхней настройке гетеродина и вк = 4 (/п о) Шо - /п)/ (fo-2 fa)Vd,p, (1.20) при нижней настройке гетеродина. Затем необходимо восстановить перпендикуляры к оси абсцисс рис. 1.7, а или рис. 1.8, а в точках с подсчитанными значениями 1зк = - Преселектор можно реализовать по простейшей схеме, если пересечение с ее характеристиками дает ослабление зеркального канала Sej. больше требуемого. В противном случае рекомендуется увеличить число контуров преселектора# S 
Рис. 1.7. Нормированные частотные характеристики преселекторов схем 1-6 для больших (а) и малых (б) обобщенных расстроек. Если промежуточная частота /п не задана, то откладываем по оси ординат рис. 1.7, а или рис. 1.8, а заданное значение Se. Из этой точки проводим горизонтальную линию до пересечения с характеристикой простейшей схемы преселектора. Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим нужную обобщенную расстройку I = Ез . Затем положив й^ :> 0,02...0,01, рассчитываем промежуточную частоту и 0,25 ? Л4р. (1.21) лри /п<С/с- Если /п получалась слишком большой, то рационально увеличить число контуров преселектора. В диапазонных приемниках схемы преселектора и частоту /ц следует выбирать для /с = /стах- Теперь переходим к выбору средств обеспечения избирательности по соседнему каналу. При Г1 п>2,82 dg = 0,014 (если положить 0,005) и высоких требованиях к избирательности по соседнему каналу рационально применить фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ) на промежуточной частоте, так как в этих условиях : 21 ФСИ может дать лучшую избирательность, чем УПЧ с распределенной избирательностью (УПЧ-Р), Добавочным преимуществом ФСИ является сосредоточение средств избирательности перед усилителем, что уменьшает опасность дискретных помех, Накойец, частотная характеристика ФСИ меньше зависит от изменения параметров транзисторов, чем характеристика УПЧ-Р. При использовании ФСИ необходимое усиление сигналов по промежуточной частоте обеспечивают резистивные или одноконтурные настроенные каскады, полоса которых в 3-5 раз шире полосы ФСИ. т 
Рис. 1,8. Нормированные частотные характеристики преселекторов схем 7-И - для больших (а) и малых (б) обобщенных расстроек. I Для выбранного преселектора вычисляем обобщенную расстрой- 1.. ку для краев полосы пропускания приемника П из выражения -UnZ/p. (1.22) Для полученной р находим из рис. 1.7, б или 1.8, б ослабление I Snp, создаваемое преселектором. Рассчитаем ослабление Зе , которое можно допустить в ФСИ, из выражения Snn = (3 - Sep) [дБ]. (1.23) Для выбранного преселектора определяем обобщенные расстройки для соседнего канала из выражения 1скх. = 1пр 2Д/ек/П, (1.24) где Д/ск~ расстройка для соседнего канала. Для вычисленных значений 1скр = по кривым рис. 1.7, 6 или 1.8, б находим ослабление Se = Se р соседнего канала, создаваемое преселектором. Определяем ослабление соседнего канала 5ес п, требуемое от ФСИ, ok Р' (1.2Sr где Sep - полное ослабление соседнего канала, требуемое в приемнике. Методика детального расчета ФСИ по заданным величинам Зваа и Sek п излагается в гл. 6. Пример 1.1. Требуется выбрать средства обеспечения избирательности супергетеродинного приемника по зеркальному и соседнему каналам. Исходные данные: /о = 4000 кГц; П = 40 кГц; 2 А/с„ = 80 кГц; Se,k = 100 дБ; Se = 25 дБ. Расчет. Выбираем схему 6 (рис. 1.5) преселектора и \y = 30 дБ л; 30 из рис. 1.7, а. Принимаем 4р = 0,016 и вычисляем / = 0,25х ХЗО 4000 . 0,016 500 кГц (1.21). Подсчитываем Ш/ц = 0,08 и выбираем УПЧ с ФСИ, Определяем по (1.22) пр = 40/4000х X 0,016 = 0,6 и из рис. 1.7,6 Seup = 1,2 дБ. Находим по (1.23) Senn = 3-1,2=1,8 дБ. Затем рассчитываем из (1.24) ?окр = = 0,6 80/40 = 1,2 и из рис. 1.7, б определяем Se р = 3,75 дБ. Наконец, получаем из (1.25) .5ес п = 25-3,75 = 21,25 дБ. При П о < 0,014 для обеспечения избирательности по соседнему каналу рационально использовать УПЧ-Р. Если П ц настолько мало, что УРЧ дает Snp 0,2 дБ, то можно полагать, что Sen 3 дБ и использовать для выбора схем, числа контуров и их затуханий методику, изложенную в гл. 6, Если в табл. 6.1 отсутствует необходимый вариант, можно перейти к схеме супергетеродина с двойным преобразованием частоты. При этом желательно выбрать одноконтурный настроенный УПЧ-Р или двухконтурный УПЧ-Р с максимально плоской вершиной частотной характеристики, так как остальные устройства дают иногда лучшую избирательность но их частотные характеристики значительно изменяются при изме нении параметров транзисторов. Пример 1.2. Требуется выбрать средства обеспечения избира тельности супергетеродинного приемника по зеркальному и сосед нему каналам. Исходные данные: / = 1000 кГц; П = 1 кГцТ ta = 150 кГц 2 Д/<, = 3,5 кГц; Se = 90 дБ; Se = 20 дБ. Расчет Принимаем dap = 0,0125 и вычисляем по (1.19) 1зк = [(1300/1000)- (1000/1300)]/0,0125 = 40. Находим, что преселектор следует реализовать по схеме 7 на рис. 1.6. Подсчитываем П п = 1/150 !V 0,006 и выбираем УПЧ-Р с одноконтурными каскадами. 1 2 3 4 ... 25 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||