Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Радиоприемные устройства.-1

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
22.05 Mб
Скачать

КУП

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

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

+

 

*

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 \

Р =

I 2R

А вх

А+ R

)

4R A

(3.13)

вх

1 вх

(1 + а ) 2’

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

где U JU 3 = и2;

 

 

=

К'.

 

Коэффициент /Г'равен (см .рис.3,14

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-