книги / Радиоприемные устройства.-1
.pdfКУП
К УП
L 1 |
L 2 |
L 3 |
L n |
ных цепей, содержащих в своем составе режекторы, избирательно подавляю щие помехи на определенных частотах.
На рис. 3.6 все ВЦ — одноконтурные, на рис. 3.7 приведена схема ВЦ с
перестраиваемым |
двухконтурным полосовым |
фильтром (контур L 1, С |
||
С , и контур L2 |
, С , |
, С |
связаны друг с другом двумя видами связей — |
|
внешнеемкостнои |
х |
и внутриемкостнои |
), на рис. 3.8 показаны ВЦ с |
многозвенным фильтром нижних частот для инфрадинного РПУ.
3.2.Анализ коэффициента передачи входных цепей
3.2.1.Коэффициент передачи входных цепей
Определим коэффициент передачи К для обобщенной структуры ВЦ, при веденной на рис. 3.1:
К = U |
/Б а |
|
|
|
|
(3.2) |
|
вых' А |
|
|
|
|
|
||
Введем обозначения: п1 = U JU 2 и пг = ^вых/ ^ 3 |
—коэффициенты транс |
||||||
формации напряжения соответственно ЦС1 и ЦС2; |
= |
UJU2 —коэффици |
|||||
енты передачи собственно фильтрующей цепи; |
А"дел - |
коэффициент делителя, |
|||||
образованного входным сопротивлением ЦС1 Z и сопротивлением антенны |
|||||||
|
U |
|
|
|
|
|
|
Кдел = |
Z . + Z |
вх |
|
|
|
(3.3) |
|
|
А |
|
|
|
|
||
|
|
и |
и |
и . |
и |
и |
|
Тогда, представляя (3.2) в виде К = |
ВЫХ |
|
- г - |
т — , получа- |
|||
и |
и |
||||||
ем |
|
|
U |
Е |
|||
|
|
|
|
|
|
||
к - |
|
|
|
|
|
<3-4> |
|
С помощью ЦС1 и ЦС2 можно в широких пределах изменять сопротивле |
|||||||
ния (проводимости), трансформируемые из |
одного |
сечения ВЦ в другое. |
Покажем это на примере идеального (без потерь) трансформатора Т (рис.3.9),
нагруженного на активное сопротивление R |
. Мощность, отдаваемая от источ |
ника в первичную обмотку Т , равна Р%= |
Е , где U%, 1% - эффективные |
значения соответственно напряжения и тока. Мощность, выделяемая в сопро
тивление R BX , составляет Р2 = |
U2I2 . Так как в идеальном трансформаторе по |
|
тери мощности отсутствуют, то |
t/j/j = U2I2 или |
|
|
UJ U2 = У Л = Я ' |
(3.5) |
ще |
п —коэффициент трансформации. |
|
|
Определим из (3.5) Ui и 1^'. |
|
|
Ui=nU2>Л“Vй- |
(3.6) |
|
Входное сопротивление нагруженного трансформатора |
|
|
К , - и Л |
о - 7) |
|
Подставляя (3.6) в (3.7), |
получаем Д 'х = n%U j l 2 ,но так как /?вх = |
= |
и гЦ г ,то |
|
|
|
(3.8) |
Рис* 3,9 |
Рис* ЗЛО |
т. е. сопротивление R'BX |
может быть равно заданной величине, для чего следует |
подобрать коэффициент трансформации п .
В случае трансформации реактивностей учтем, что реактивные энергии в действительном X и трансформированном X 7 реактивных сопротивлениях од
ни и те же. Если, например, напряжение, приложенное к идеальной |
(без по |
|||
терь) емкости, |
равно U |
, а трансформированное Ux , то соответствующие |
||
энергии W = |
U 2 С'/2 = £/^С„J 2 , откуда с учетом (3.5) находим |
|
||
|
|
£Л |
С |
|
С ' = |
с |
(— Т2= —\ |
(3.9) |
|
|
вх и 2 |
п 2 |
|
Аналогично для трансформации индуктивных реактивностей W = L'I2I2 = = L Bxi \ /2 , откуда с учетом (3.5) получим 2,'= п 2Ьвх *
Во входных цепях.РПУ возможно использование двух связанных колеба
тельных контуров |
(структурная схема приведена на рис. ЗЛО). Выражение со |
||
противлений AR и АХ , вносимых из одного контура в другой, согласно тео |
|||
рии электрических цепей, для первого контура, например, имеет вид: |
|
||
X 2 |
|
X 2 |
|
СВ |
АХ = |
|
|
AR = |
|2- я ,2 |
(ЗЛО) |
где индекс 2 означает соответствующее сопротивление второго |
контура (отку |
да вносится) —полное Z 2 , активное R , реактивное Х 2; Х ^ |
—сопротивле |
ние элемента связи между контурами (например, для индуктивной трансфор |
|
маторной связи X = <лМ , где М — взаимная индуктивность связанных об |
щим магнитным потоком цепей; для внешнеемкостной связиX e = |
1/GJС в и |
св |
с* |
) . |
|
Из изложенного следует, что с помощью цепей связи ЦС1 и ЦС2 можно трансформировать в соответствующие сечения ВЦ требуемые сопротивления — активные и реактивные. Структуру, представленную на рис.3.1, изобразим в виде структуры, приведенной на рис. 3.11, где часть ВЦ между сечениями 22 и
44 |
соответствует эквивалентному четырехполюснику с входным Z |
и вы |
||||
ходным Z |
|
сопротивлениями, являющимися сопротивлениями ФЦс учетом |
||||
трансформации в цепях связи. В общем случае Z A = ДА+ jXA , ZBX = |
2?вх + |
|||||
+ iX |
, Z |
вых |
= R |
вых |
+ }Х |
|
* |
вх * |
|
J вых |
|
В зависимости от соотношений Z |
, Z , Z |
возможны различные ре |
||
жимы работы ВЦ. |
|
вх |
вых |
|
L Резким согласования во ВЦ. В этом случае ставится задача получения |
||||
максимальной мощности |
сигнала в |
нагрузке |
структуры, |
показанной на |
рис. 3.11. Для сечения 11 |
в активное сопротивление R |
передается мощ |
||
ность |
|
|
вх |
|
E \ R |
вх |
|
|
|
А |
|
|
(3.11) |
|
Р = |
|
|
|
|
вх |
|
|
|
|
( * A + * ) 2 + (* А + * « )2
Из (3.11) следует, что для увеличения ?вх необходимо уменьшать полное реактивное сопротивление Х А + в сечении 11. В пределе должно быть вы полнено первое условие согласования:
* А + * в х = 0 * |
(3.12) |
|
которое на практике может быть обеспечено настройкой ФЦ в сечении 11, Тогда
|
|
E \ R |
|
Е \ |
4а |
Р = |
I 2R |
А вх |
|||
А+ R |
) |
4R A |
(3.13) |
||
вх |
1 вх |
(1 + а ) 2’ |
|||
|
|
(Я А |
ву / |
|
|
где а = R J R A
Как следует из анализа (3.13), при а = 1 достигается максимум мощно сти, передаваемой из источникаЁА во входное сопротивление/*^ ФЦ,что со ответствует второму условию согласования:
/* |
вх |
= /* А |
(3.14) |
|
А |
|
Величину максимальной мощности
Е\ Е\
^вхшах ~ A sC ~ |
4~R |
^ЗЛ5^ |
А |
вх |
|
называют номинальной или располагаемой мощностью, а режим работы ФЦ в сечении 11 , удовлетворяющий одновременно условиям (3.12) и (3.14), —
резкимом согласования Z к и Z BX
Так как в реальных условиях обычно /*вх =£/*А , то с помощью трансфор мирующей цепи ЦС1 необходимо для заданного активного сопротивления ан-
тенны R A подобрать /?вх = R A , т. e. удовлетворить второму условию согла
сования. Так, если R A = п*optR BX (см. рис. 3.9), то согласующий (оптималь ный) коэффициент трансформации в сечении 11:
|
|
|
|
|
|
R А |
|
|
(3.16) |
||
|
" lo p t |
|
|
R вх |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
при этом напряжение |
U2 на нагрузке Лвх будет максимально: |
|
|||||||||
|
и |
|
= |
и~ |
|
|
А |
|
/Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
2шах |
|
Т ~ |
|
л |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
При выполнении условий согласования в сечении 44 (см. рис. 3.11) , ана |
||||||||||
логичных |
|
(3.12) |
и (3.14), получим выражение для мощности в нагрузке ВЦ |
||||||||
R : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
вых |
= |
£/?/Д |
|
, |
|
|
(3.17) |
||
|
|
|
4' |
н * |
|
|
|
||||
где |
R„ = |
.. |
, |
* |
|
|
+ Л" |
= 0. |
|
||
Л. |
|
|
вых |
|
н |
|
|
||||
|
н |
|
вых’ |
|
|
|
(см. |
||||
|
Предполагая, что во ВЦ нет потерь, приравняем мощности Р и Р |
||||||||||
(3.15) и (3.17)) : E \\4 R A |
= |
, откуда максимальный коэффициент пе |
|||||||||
редачи ВЦ по напряжению |
|
|
|
||||||||
|
Кп— .. |
—— |
|
|
|
|
(3.18) |
||||
|
|
Ошах |
Е а |
|
|
|
|
|
|||
Как |
следует из (3.18), для идеальной (без потерь) ВЦ максимальный коэффи |
циент передачи по напряжению не зависит от способа ее выполнения и опреде ляется только сопротивлениями источника сигнала R A и нагрузки R H Заме тим, что в идеальной ВЦ максимальный коэффициент передачи по мощности
к ртях = 1- |
|
l^BXU т. е. ВЦ работает от |
2. Режим рассогласования во ВЦ, Если )£А [ « |
||
низкоомного источника, то из (3.3) следует /Гдел |
1, и коэффициент передачи |
|
всей ВЦ (см. (3.4)) |
n2K ^in x. Это означает, что при частотно-независимых |
коэффициентах трансформации п и п2 |
частотные свойства ВЦ полностью |
|
определяются ФЦ. |
|
|
Если \ZA [ » |
|ZBX | , т. е. ВЦ работает от высокоомного источника, то ко |
|
эффициент передачи всей ВЦ (см. (3.4)) |
|
|
Z |
п |
|
К «« — |
------К. |
(3.19) |
Z* |
п, ф |
|
и зависит от коэффициента передачи не только ФЦ, но и делителя на входе ВЦ 1^дел1 ^ ** Если антенна имеет реактивное сопротивление^ » Л А , то
р'
гшО ЧиО
РшА Рш А
ного эквивалента антенны (см. рис. 3.2, в ) К « coC\ZBX п2К ^ / п х
Так как коэффициент шума РПУ (см. (2.6)) определяется первыми функциональными звеньями тракта, то необходимо найти коэффициент шума
ВЦ К ш в ц . Для этого воспользуемся эквивалентной шумовой схемой ВЦ
(рис. 3.12), где Р А и Р 7 д —мощности шумов антенны соответственно на
входе и выходе ВЦ; Р |
—мощность шумов, возникающих в элементах ВЦ, |
приведенная ко входу |
; Р 0 —та же мощность на выходе. В соответствии с |
(1-20)
К.ш.ец
Р' п * р ' . |
|
ш0 |
ш .А |
(3.20)
р ' .
ш.А
Введем коэффициенты рассогласования r/j |
, т?4 |
в сечениях 11 и 44 соот |
|
ветственно, определяемые выражением = ^ /Р -тах , где |
—мощность сиг |
||
нала или шума, передаваемая через сечение; |
Л |
- |
максимальная мощ |
ность, которая может передаваться через сечение |
в режиме согласования. |
Предполагая, что все источники шумов в пассивной ВЦ имеют тепловую природу, независимо от конкретного вида ВЦ, т. е. структуры, схемы, исполь зуемых компонентов, получаем, что суммарная мощность шумов, отдаваемая
в нагрузку R n |
в режиме согласования (условие Р вых = Лн) , равна: |
|||||||
|
Рш = f2Rn = (-UJ |
2Ru ? R u = k m |
|
(321) |
||||
где |
= 4кТИвыхП; Т —температура окружающего ВЦ пространства, равная |
|||||||
для |
простоты |
шумовой |
температуре антенны (Г = ТА) ; к |
— постоянная |
||||
Больцмана; |
П — полоса, в пределах которой учитываются внутренние шумы |
|||||||
ВЦ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
При рассогласовании в сечении44 суммарная мощность P'm = ^ |
0+^ A= |
|||||||
= PWVA = кТПц^. Разделив P'm на коэффициент передачи ВЦ |
по |
мощности |
||||||
К р , получаем суммарную мощность шумов в сечении 11: |
|
|
||||||
|
Р |
ш |
« |
Р П+Р |
д = кТПт)л/Кт,. |
|
|
|
|
|
|
шО ш.А |
*4' Р |
|
|
В том же сечении мощность шумов антенны равна
Л и.А = k m r >i |
( 3 -23) |
Из (3.20)—(3.23) с л е д у е т вц = |
или для т?1 = П4 К ш ЪЦ= ЦКр . |
Таким образом, уменьшение коэффициента передачи по мощности во ВЦ приводит к ухудшению реальной чувствительности РПУ. Это в значительной степени ограничивает возможности использования на входе чувствительных РПУ ряда высокоизбирательных цепей (например, многозвенных фильтров, фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и т д .) , имеющих от носительно большие потери в полосе пропускания.
3.2.2. Анализ одноконтурных входных цепей
Из-за простоты одноконтурные входные цепи находят широкое примене ние в различных диапазонных РПУ (см. рис. 3.6). Эквивалентная схема одно
контурной ВЦ приведена на рис. 3.13. |
|
Трансформируем проводимости источника сигнала |
= 1/ZA и нагрузки |
ВЦ YH в сечение АЛ с включенным колебательным контуром. На рис.3.14, а , изображена схема ВЦ, где Уд и У | —трансформированные с помощью ЦС1 и ЦС2 проводимости УА и Ун; Ук —собственная проводимость ненагруженного контура ВЦ, т. е. контура, изъятого из схемы Ук= G^+ jBK .
При этом
В соответствии с правилами трансформации сопротивлений (проводимо стей) (см. (3.8), (3.9)):
= П 1 Г А = П\ С А + 1 ” \ В К > |
|
|
||
- |
n\ Yu = n \ G» + in \ Bn • |
|
|
|
где GA , 5 А - |
соответственно активная и реактивная составляющие проводи |
|||
мости антенны; Ун = |
GH + /Ян • |
|
|
|
Коэффициент передачи ВЦ по напряжению |
|
|
||
|
|
А |
4 |
|
Г 1 1 |
( А |
|
||
4 |
|
|||
|
|
|
I |
|
|
ц а |
* |
ЦС2 |
|> « |
|
|
Hr |
°4 °1ш |
Рис. 3.13
Рис. 3.14
и . |
и |
4 |
и ' |
|
|
|
к = |
|
з |
= я.ЛГ' |
(3.25) |
||
^3 |
*А |
|||||
|
|
|
||||
где U JU 3 = и2; |
|
|
= |
К'. |
|
|
Коэффициент /Г'равен (см .рис.3,14,а |
и (3.24)) |
|||||
|
|
rv |
|
" J A |
|
|
К = |
|
|
|
(3.26) |
||
|
|
|
|
|||
^ А * К * К > £ А ГА + К + |
||||||
Используя (3.25) и (3.26), находим |
|
|||||
V ^ A |
|
пхпг Ук |
(3.27) |
|||
К = |
|
|
|
n : Y , + n l Y |
||
Y A' |
* K * YK |
+ Y |
||||
»Г‘ А |
|
Частота резонанса ВЦ определяется известным условием равенства нушо
полного реактивного сопротивления контура в сечении АА (см. рис.3.13 ц |
|
3-14) : » ! « * * |
0. |
Таким образом, резонансная частота контура ВЦ определяется не только |
|
его собственной |
реактивностью, но и реактивностями, вносимыми из внеш* |
них цепей,- антенны ВА и нагрузки 2?н . Возможные изменения/?А и 2?н из-з* действия дестабилизирующих факторов (в том числе смены усилительных приборов(УП), антенны и т.д.) приводят к изменению резонансной частоть* ВЦ, что нежелательно. На частоте резонанса схема ВЦ, представленная рис. 3.14, а , преобразуется в схему, изображенную на рис. 3.14, б , где G'A G^ - трансформированные в сечение АА контура ВЦ проводимости источника сигнала и нагрузки соответственно.
Резонансный коэффициент передачи ВЦ в соответствии с (3.27) равен
_ |
п%п |
\Y |
АОJ |
1 |
|
|
|
1 2 |
|
|
|
(3.28) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
где 1^А 01 —проводимость антенны на частоте резонанса со0 |
|
|
|||||
Условие согласования ВЦ с антенной имеет вид G'A = G ' + |
G |
или n2GA =* |
|||||
_ |
|
|
|
А |
Ц |
К |
1 А |
= n;GH + GK, откуда
„ i = s / ------- - -------- |
(3.29) |
Коэффициент передачи ВЦ в соответствии с (3.28) и (3.29):
я.
2 V(GK , »;ся)л,
Если коэффициент трансформации контура с нагрузкой п2 взять близким к 1, так что потерями в контуре можно пренебречь, то т^Сн и ^о ^
, что соответствует максимальной величине -К’ошах (см* (3-18)),
определенной ранее для общего случая ВЦ без потерь.
Наличие двух степеней свободы в выборе величин связи колебательного контура ВЦ пх и п2 позволяет учесть при анализе одноконтурной ВЦ еще одно дополнительное требование. Например, можно выбрать п2 , задаваясь допусти мой величиной вносимой в контур емкости АСвх доп со стороны усилительно
го прибора, приводящей к расстройке контура: С 'х = /7^Св < АС |
, от- |
||||
к УДа "г < V |
АСвх доп/Свх |
|
|
|
|
Величину ДСвх доп следует выбрать из условия допустимого изменения |
|||||
резонансной частоты контура |
|
|
|
||
ч |
1 |
|
|
1_________ |
|
^ |
^ |
( С±ЛСвх.доп> ’ |
|
||
|
|
||||
где L - индуктивность контура; |
С - его емкость без учета емкости, вносимой |
||||
в контур из цепи нагрузки. Для малых изменений АС и А/0 |
|
||||
Д / |
2 ЛС _ |
_ |
1 |
АСвх.доп |
|
~ 0 * |
2 ~ С ~ |
|
1 |
С |
|
Обычно значение А/ |
должно быть не более половины полосы пропуска |
ния контура, что приводит к изменению коэффициента передачи преселектора
РПУ при изменении С |
не свыше 30 %. |
Можно также потребовать от ВЦ обеспечения заданного значения такого |
|
важного параметра, как |
эквивалентная полоса пропускания контура ВЦ # э , |
определяющая избирательность ВЦ для побочных каналов. Известно, что для одиночного контура Я э = f J Q 3 , где (2Ээквивалентная добротность конту ра, т.е. добротность с учетом всех вносимых в контур потерь из антенны и нагруз ки. Известно также, что эквивалентное сопротивление параллельного колеба
тельного контура Я э = Сэр |
, где р |
— его волновое сопротивление. Из |
|
рис. 3.14, б |
видно, что Сэ = |
1 /Яэ = |
Ск + G'A + Сд , откуда с учетом выраже |
ний Для # э |
и Я э получаем |
|
|
В соответствии с эквивалентной схемой, приведенной на рис. 3.14, б , ус ловие достижения максимальной передачи мощности сигнала из антенны (на рис. 3.14,5 представлена проводимостью <?А) в нагрузку (G ) имеет вид
|
е * » |
Из (3.30), (3.31) получаем Л |
- / 0р(С к + 2G'K) = /0р(С к + 2<?'Ьотку- |
да коэффициенты трансформации ^ |
и п2 , обеспечивающие максимальный |
коэффициент передачи мощности при заданной полосе пропускания ВЦ # э, на ходятся следующим образом:
Г~\ п |
Г\ я |
|
2G |
Если полоса пропускания ВЦ должна быть малой, то эквивалентная полоса П оказывается близкой к полосе пропускания ненагруженного контура П =
= / 0рС к , в связи счем пх и «2 следует делать малыми. В пределе величины пх и п2 должны быть устремлены к нулю, что требует значительного ослабле ния связей контура с антенной и нагрузкой. Это приводит к уменьшению ко эффициента передачи ВЦ К сравнительно с максимально возможным. Поэто му в случае узкополосных ВЦ следует предельно уменьшать , т.е. увеличи вать добротность ненагруженного контура QK , что позволяет увеличить пг и п2 и, следовательно, коэффициент передачи ВЦ.
3 3 . Частотные характеристики входных цепей
3.3.1. Способы перестройки входных цепей в заданном диапазоне частот
При использовании одиночного контура вида L , С возможны различные способы его перестройки в заданном частотном диапазоне: с помощью измене ния емкости С , индуктивности L , обоих элементов.
Емкостная настройка контура (рис. 3.15, я) может осуществляться с ис пользованием конденсатора переменной емкости (КПЕ) С или варикапа — не линейной емкости с электрическим управлением С (и). Если емкость С изме
няется в пределах |
, то резонансная частота настройки контура име |
||
ет соответственно значения: |
|
|
|
'О т а х |
|
•^Omin |
(3.32) |
|
|
2п \JL(C + C ) |
|
|
|
4 max |
B X |
где C BJC = C M + C0 * Сю + С |
+ |
См - емкость монтажа; |
CQ - емкость |
катушки индуктивности; Свя |
—емкость, вносимая в контур со стороны ан- |