3. Устройства приема и обработки сигналов прямого усиления

Структурная схема устройства приема и обработки сигналов прямого усиления, в отличие от детекторного радиоприемного устройства, имеет в своем составе входную цепь, усилитель радиочастоты (УРЧ), детектор и усилитель низкой частоты (УНЧ) (рис. 2.5).

Рис. 2.5  Структурная схема устройства приема и обработки сигналов прямого усиления

Выходной спектр и АЧХ радиоприемного устройства прямого усиления имеют такой же вид, как и у детекторного радиоприемника. Использование усилителя радиочастоты позволяет повысить чувствительность и избирательность, а наличие усилителя низкой частоты дает возможность подключить радиоприемное устройство к динамическому громкоговорителю (Гр.). Достоинством структурной схемы радиоприемного устройства прямого усиления является относительная простота реализации схемотехнического и конструктивного решения. К недостаткам следует отнести малую избирательность по соседнему каналу на частотах более 2.

4. Сверхрегенеративные устройства приема и обработки сигналов

Сверхрегенеративные устройства приема и обработки сигналов отличают от радиоприемников прямого усиления тем, что в усилительный каскад радиочастоты вводится положительная обратная связь (рис. 2.6) [10]. Величина положительной обратной связи выбирается такой, чтобы усилительный каскад, при подаче полезного радиосигнала на его вход, приводил последний в автоколебательный режим, т.е. в режим сверхрегенерации. Такой усилительный каскад называют сверхрегенератором (С). Радиоприемные устройства, имеющие в своем составе сверхрегенератор, – сверхрегенеративными (СР).

Рис. 2.6  Структурная схема сверхрегенеративного устройства приема и обработки сигналов

Избирательность сверхрегенеративных радиоприемников определяются селективными свойствами входной цепи и способностью перехода сверхрегенератора в режим генерации. Сверхрегенеративные радиоприемники обладают высокой чувствительностью и достаточно хорошими избирательными свойствами, но недостаточно стабильными характеристиками, зависящими от уровня принимаемого сигнала. На практике сверхрегенеративные радиоприемники имеют и другое определение – радиоприемные устройства автодинного типа.

5. Супергетеродинные устройства приема и обработки сигналов

Основной принцип работы супергетеродинных радиоприемных устройств состоит в переносе спектра принимаемого радиосигнала из одной области радиочастот в другую. Этим достигается возможность физической реализуемости избирательности и усиления принимаемого полезного сигнала на разностной частоте, образованной за счет биений между частотой гетеродина (отдельного генератора) и принимаемого сигнала (рис. 2.7).

Рис. 2.7  Структурная схема супергетеродинного устройства приема и обработки сигналов с одним преобразованием частоты

Перенос спектра радиосигнала в диапазон новых промежуточных частот осуществляется преобразователем частоты c помощью дополнительного местного гетеродина. Основным требованием к преобразователям частоты является линейность его передаточной характеристики, чтобы не было искажений огибающей высокочастотного сигнала. Супергетеродинные устройства обладают высокой чувствительностью и селективностью, поскольку основное усиление осуществляется на промежуточной частоте. В состав супергетеродинного радиоприемника входят: преселектор, смеситель (СМ), гетеродин (Г), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), детектор и усилитель низкой частоты.

Выходной спектр супергетеродинного радиоприемного устройства отличается от выходных спектров предыдущих радиоприемных устройств наличием дополнительных каналов приема. К дополнительным каналам приема относят частоту зеркального канала и промежуточную частоту, а также частоты, комбинации которых равны перечисленным выше. Значение частот принимаемых сигналов радиоприемником супергетеродинного типа определяется выражением [19]:

, (2.0)

где n = 0, 1, 2, 3, … – номер гармоники гетеродина;

m =1, 2, 3, … – номер гармоники полезного сигнала;

f_ГЕТ. – частота гетеродина;

f_ПЧ. – промежуточная частота.

Основными каналами приема супергетеродинного радиоприемника являются:

–частота полезного сигнала (с верхней настройкой гетеродина);

–частота зеркального канала;

–канал равного прямого прохождения.

Выходной спектр супергетеродинного приемника с верхней настройкой гетеродина (f_ГЕТ. > f_С) представлен на рис. 2.8.

Рис. 2.8  Выходной спектр супергетеродинного устройства приема и обработки АМ-сигналов с одним преобразованием частоты

Основная избирательность и усиление сигнала по соседнему каналу в супергетеродинных радиоприемниках обеспечивается селективными и усилительными свойствами усилителя промежуточной частоты. Избирательность по дополнительным каналам приема и необходимая чувствительность  преселектором. В состав преселектора входят входная цепь и, при необходимости, усилитель радиочастоты.

Преимущество использования супергетеродинного радиоприемника заключается в следующем:

1. Усиление сигналов на пониженной промежуточной частоте упрощает реализацию коэффициента усиления при приеме КВ, УКВ и СВЧ длин волн.

2. Понижение частоты обработки сигналов позволяет получить высокие избирательные параметры по отношению к соседнему каналу.

3. Благодаря фиксированной настройке усилители промежуточной частоты не нуждаются в регулируемых элементах, чем значительно упрощается конструкция.

4. Селективные свойства радиоприемника не изменяются при настройке его на различные волны диапазона и переключении на другие диапазоны длин волн.

5. Усиление радиосигнала на различных частотах значительно снижает опасность возникновения паразитных обратных связей между выходными и входными устройствами. Это также позволяет значительно упростить конструкцию радиоприемника в целом.

6. Значительно упрощается осуществление различных автоматических и ручных регулировок в радиоприемнике – полосы пропускания и избирательности, усиления, частоты и др.

К особенностям настройки супергетеродинного приемника относятся необходимость настройки преселектора на частоту принимаемого сигнала, а гетеродин настроить так, чтобы частота принимаемого сигнала преобразовалась в промежуточную частоту, соответствующую настройке усилителя промежуточной частоты. Частота гетеродина должна определяться формулой (2.1) и имеет вид

. (2.0).

В современных устройствах приема и обработки сигналов точная перестройка гетеродина достигается с помощью специальных схемно-конструктивных решений перестройки преселектора и гетеродина. Процедура перестройки называется сопряжением контуров.

Для обеспечения избирательности радиоприемных устройств по паразитным каналам приема необходим выбор схемы преселектора. Схема преселектора выбирается в зависимости от конкретных технических решений, определяемых следующими требованиями:

1. Избирательностью по зеркальному каналу. Чем выше избирательность, тем сложнее избирательная система преселектора или необходимо увеличить промежуточную частоту радиоприемного устройства.

2. Избирательностью по каналу прямого прохождения. Если избирательные системы не обеспечивают эффективное подавление сигналов на промежуточной частоте, то в схему преселектора вводят дополнительные заградительные фильтры, настроенные на промежуточную частоту.

3. Усиление сигнала до преобразователя частоты. Минимальное значение коэффициента усиления преселектора определяется требованием обеспечения необходимого отношения сигнал/шум. Максимальное значение коэффициента усиления преселектора определяется максимальным уровнем выходного сигнала, значение которого не должно влиять на режим работы преобразователя частоты.

4. Избирательность до первого нелинейного элемента (диода, варикапа, вариконда, электронной лампы, биполярного и полевого транзистора и др.). Эти требования увеличиваются при наличии сильных помех от расположенных поблизости мощных передатчиков, которые могут создать перекрестные помехи.

Сложность конструкции приемника и его качественные показатели зависят от выбора промежуточной частоты.

Выбор сравнительно низкой промежуточной частоты значительно упрощает конструкцию УПЧ, но одновременно усложняет конструкцию преселектора из-за необходимости обеспечения избирательности по зеркальной частоте.

Выбор высокой промежуточной частоты облегчает подавления помех на зеркальной частоте при упрощенной схеме преселектора, но ведет к усложнению конструкции усилителя промежуточной частоты. К рекомендации по выбору промежуточной частоты следует отнести выбор ее значения вне диапазона частот принимаемых сигналов. При невозможности технической реализации необходимой избирательности по соседнему каналу необходимо использовать двойное или тройное преобразование частоты.

Для повышения чувствительности и селективности устройств приема и обработки сигналов применяются двойные (рис. 2.9) или даже тройные преобразования частоты.

Рис. 2.9  Структурная схема супергетеродинного устройства приема и обработки сигналов с двойным преобразованием частоты

Практическая реализация супергетеродинного радиоприемника с двойным преобразованием может быть различной в зависимости от количества поддиапазонов. Перестраиваемым узлом может быть гетеродин Г1 или Г2 и соответственно УПЧ 1 или УПЧ 2 могут быть широкополосными или перестраиваемыми.