1.3. Принципы построения радиоприемных устройств.

1.3.1 Структурная схема

Структурная схема приемника в значительной мере определяется его назначением и видом модуляции сигнала. Структурная же схема приемного устройства в общем виде приведена ниже:

Рис. 1.3.1. Структурная схема приемного устройства.

УТ – усилительно-преобразовательный тракт (в нем проводится предварительная обработка сигнала: фильтрация, преобразование частоты, усиление);

ИТ – информационный тракт (в нем проводится основная обработка сигнала: оптимальный или квазиоптимальный фильтр, демодулятор сигнала, цепи последетекторной обработки; в состав информационного тракта могут также входить вспомогательные устройства - системы АРУ, АПУ);

БФГЧ – блок формирования гетеродинных частот (может быть выполнен в виде цифрового синтезатора частот с кварцевым генератором);

УУО – устройство управления и отображения (позволяет оператору вручную управлять приемным устройством или в автоматическом режиме реализует заданный алгоритм работы, а также производит отображение состояния и качества работы устройства на соответствующих индикаторах);

ВИП – вторичный источник питания (преобразование энергии первичного источника, например, сети 220 В или бортовой сети, в форму, удобную для использования непосредственно в приемном устройстве).

При больших отношениях сигнал/помеха оптимальная структура информационного тракта для сигналов АМ выглядит следующим образом.

Рис. 1.3.2. Оптимальная структура информационного тракта для приемников с АМ при больших отношениях с/п

При малых отношениях сигнал/помеха используют синхронные детекторы для увеличения помехоустойчивости.

В идеальном случае полоса пропускания полосового фильтра и фильтра нижней частоты выбирается равной соответственно ширине спектра модулированного сигнала и верхней частоте сообщений.

В структурном отношении все существующие приемники можно разделить на следующие виды: детекторные приемники без УНЧ (рис. 1.3.3, а) и с УНЧ (рис. 1.3.4, б); приемники прямого усиления (рис. 1.3.5, а); сверхрегенеративные приемники (рис. 1.3.6, б); супергетеродинные приемники с одинарным (рис. 1.3.7, а) или двойным преобразованием частоты (рис. 1.3.8, б) [3, стр. 18-19].

П ростейший детекторный приемник состоит из приемной антенны, являющейся неотъемлемой частью любого приемника, входного устройства, детектора и воспроизводящего прибора, которым обычно являются головные телефоны.

Рис. 1.3.3 Структурные схемы детекторных приемников:

а – без УНЧ; б – с УНЧ

Такой приемник весьма прост в схемном и конструктивном отношениях и не требует источников питания – единственным источником энергии здесь является энергия сигнала, накопленная в колебательном контуре входного устройства. Однако такой приемник обладает низкими чувствительностью и селективностью, большим уровнем нелинейных искажений и не может быть использован для приема на громкоговоритель. Поэтому такие приемники в настоящее время почти не применяются.

Параметры приемника значительно улучшаются, если после детектора включить УНЧ или видеоусилитель (рис. 1.3.3., б).

На рис. 1.3.4., а представлена структурная схема приемника прямого усиления, отличающаяся от предыдущих наличием усилителя на частоте сигнала. Такой усилитель значительно повышает чувствительность и селективность приемника.

Рис. 1.3.4 Структурные схемы приемников:

а – прямого усиления; б – сверхрегенеративного

Если в усилительном каскаде ввести положительную связь и сделать ее настолько значительной, что дополнительное напряжение суперизации периодически приводит каскад в автоколебательный режим, получим сверхрегенератор (рис. 1.3.4., б), обладающий весьма высокой чувствительностью, но недостаточной стабильностью, так как работают в режиме, близком к самовозбуждению. При этом возможно проникновение генерируемых колебаний в антенну, а их излучение ведет к уси­лению помех другим приемникам, что крайне нежелательно с точ­ки зрения ЭМС.

В более совершенной схеме супергетеродинного приемника (рис. 1.3.5., а) с помощью дополнительного местного гетеродина в преобразователе происходит смещение спектра сигнала в диапазон новых промежуточных частот. Это преобразование должно быть линейным, т.е. не должно сопровождаться искажениями огибающей высокочастотного сигнала. При этом условии результат детектирования усиленного в УПЧ сигнала будет таким же, как и результат детектирования напряжения с выхода усилителя высокой частоты в приемнике прямого усиления. Супергетеродин обладает высокой чувствительностью и селективностью, поскольку усиление осуществляется еще и на промежуточной частоте.

Рис. 1.3.5 Структурные схемы супергетеродинных приемников:

а – с одним преобразование частоты; б – с двойным преобразование частоты.

Преимуществами супергетеродинного приемника по сравнению с приемником прямого усиления являются:

• обеспечение значительно лучшей фильтрации сигнала от помех (результирующая АЧХ радиотракта приемника определяется в основном АЧХ селективных цепей тракта промежуточной частоты; поскольку этот тракт не перестраивается, то в нем можно использовать сложные резонансные цепи с АХЧ, близкой к идеальной);

• практическая неизменность основных показателей радиотракта при перестройке, так как они в основном определяются показателями тракта промежуточной частоты, настроенного на постоянную частоту (f_ПР);

• возможность обеспечения более высокого усиления, так как на более низкой частоте, что характерно для промежуточной частоты, паразитная связь между выходом и входом усилителя проявляется слабо.

Недостатки: наличие побочных каналов приема и паразитного излучения с частотой гетеродина на входе приемника. Данный недостаток устраняется при использовании в радиоприемнике несколько (два или три) последовательных преобразований частоты, для чего соответственно используются несколько преобразователей (рис. 1.3.5., б).

Если частоту гетеродина в супергетеродинном приемнике выбрать равной частоте приемного сигнала, то промежуточная частота будет равна нулю. При этом в приемнике обеспечивается прямое преобразование частоты радиосигнала в низкую звуковую без предварительного переноса её на промежуточную частоту. Подобные приемники получили название приемники прямого преобразования (синхродины, гомодины). В таких приемниках подавление помех и основное усиление сигнала осуществляется в основном на низкой частоте, что реализуется значительно проще и дешевле. Побочные каналы в приемнике прямого преобразования остаются лишь на частотах 2f_Г, 3f_Г, ..., т.е. лишь на частотах гармоник гетеродина. Эти каналы легко подавляются простейшей одноконтурной цепью сети.

Однако при приеме АМ сигнала в приемнике прямого преобразования после преобразователя частоты появляются звуковые сигналы от двух боковых полос, которые могут различаться по частоте, что приводит к искажению принимаемого сигнала, такие приемники в большей степени подвержены действию различных помех и наводок.