Глава 3. Входные цепи радиоприёмника

3.1. Назначение и классификация входных цепей

Входной цепью радиоприёмника называют часть РПрУ, связывающую антенну (антенно-фидерную систему) с входом первого каскада, которым может быть УРЧ, ПрЧ или детектор. ВЦ предназначена для предварительного выделения принимаемого сигнала из всей совокупности колебаний, поступающих в антенну, и для передачи полезного сигнала к входу первого каскада усиления с наименьшими потерями и искажениями. ВЦ осуществляет предварительную фильтрацию помех на частотах побочных каналов приёма, а также интенсивных по уровню помех.

В зависимости от вида антенны входные цепи классифицируют на ВЦ, работающие с ненастроенными и настроенными антеннами.

По диапазону волн различают ВЦ километрового и метрового диапазонов, в которых используются колебательные контуры с сосредоточенными параметрами. ВЦ дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов строятся на коаксиальных, полосковых, микрополосковых линиях и объёмных резонаторах.

По количеству избирательных элементов ВЦ делятся на одно-, двух- и многоконтурные. Наибольшее распространение получили одноконтурные ВЦ, особенно в приёмниках с переменной настройкой. Двух- и многоконтурные ВЦ применяются лишь при высоких требованиях к избирательности приёмника.

По способу связи с антенной и нагрузкой входные цепи подразделяются на ВЦ с непосредственной, автотрансформаторной, трансформаторной, емкостной и комбинированной связью.

Приведём некоторые часто встречающиеся схемы одноконтурных ВЦ.

На рис.3.1 показаны схемы на биполярном и полевом транзисторах с трансформаторной связью между контуром L_КC_К и антенной.

Рис.3.1. Схемы ВЦ с трансформаторной связью контура с антенной

В схемах рис.3.2 использована ёмкостная связь входного контура с антенной.

Рис.3.2. Схемы ВЦ с ёмкостной связью контура с антенной

В схемах 3.3 показана связь ВЦ с антенным фидером через автотрансформатор.

Рис.3.3. Схемы ВЦ с автотрансформаторной связью

с антенным фидером

Подключение входного контура к усилительному элементу (УЭ) может быть полным или частичным в зависимости от входного сопротивления УЭ. Имеющий малое входное сопротивление БТ обычно подключается частично, у ПТ возможно полное включение.

На рис 3.4 приведена одна из наиболее распространённых схем двухконтурной ВЦ:

Рис.3.4. Схема двухконтурной ВЦ

Здесь связь первого контура с антенной – трансформаторная. Связь между контурами – внутриемкостная через конденсатор С_СВ.1 и внешнеемкостная через С_СВ.2. Двухконтурная ВЦ позволяет получить АЧХ, более близкую к прямоугольной, т.е. повысить избирательность.

3.2. Характеристики входных цепей

Основными электрическими характеристиками ВЦ являются:

1. коэффициент передачи напряжения, который определяется отношением напряжения сигнала на входе первого УЭ приёмника (U_ВХ) к ЭДС в антенне Е_А: k_ВЦ = U_ВХ / E_А;

2. полоса пропускания – ширина области частот с допустимой неравномерностью коэффициента передачи;

3. избирательность, характеризующую уменьшение коэффициента передачи напряжения при заданной частотной расстройке К(f) по сравнению с резонансным значением К₀. Входная цепь вместе с УРЧ обеспечивает заданную избирательность приёмника по зеркальному каналу и по каналу промежуточной частоты, а также общую предварительную фильтрацию помех;

4. перекрытие заданного диапазона частот. ВЦ должна обеспечивать возможность настройки на любую частоту заданного диапазона приёмника, и при этом её показатели (коэффициент передачи, полоса пропускания, избирательность и т.п.) не должны заметно изменяться. Диапазон рабочих частот характеризуется (см.§1.2) коэффициентом перекрытия диапазона k_Д;

5. Постоянство параметров ВЦ при изменении параметров антенны и УЭ. Это важно при работе с ненастроенными антеннами, которые вносят в ВЦ активное и реактивное сопротивления. Вносимое активное сопротивление увеличивает потери ВЦ, что приводит к расширению полосы пропускания и ухудшению избирательности. Вносимое реактивное сопротивление приводит к изменению настройки ВЦ.

Принцип действия ВЦ поясняется следующим образом.

Принятый антенной радиосигнал поступает на первый каскад усиления УРЧ. Для того чтобы на вход каскада поступил максимальный по амплитуде сигнал, необходимо согласовать сопротивление антенны и входное сопротивление каскада. Понятие согласования означает создание таких условий, когда сопротивления предыдущего и последующего устройства становятся равными (или почти равными). Только при этом условии электрический сигнал распространяется от каскада к каскаду без потерь мощности. В данном случае ВЦ играет роль согласующего высокочастотного трансформатора сопротивления. Поскольку в антенне наводятся ЭДС не только сигнала принимаемой станции, но и сигналы от всех других станций, представляющих помеху, ВЦ должна выделить и передать на вход первого каскада УРЧ максимальную мощность полезного сигнала. Для этого ВЦ настраивается на частоту принимаемого сигнала и поэтому представляет собой цепь, содержащую один или несколько колебательных контуров. Таким образом, входная цепь выполняет одновременно две функции:

• согласование сопротивления антенны и входного сопротивления первого каскада УРЧ;

• осуществление предварительной частотной избирательности приём-

ника.

В соответствии со сказанным входную цепь можно представить в виде структурной схемы, изображённой на рис.3.5:

Рис.3.5. Структурная схема входной цепи

Входная цепь является пассивной линейной системой, так как не содержит источников энергии и усилительных элементов. Радиосигнал вместе с помехами поступает на входную цепь через элемент связи входного контура с антенной I и поступает на избирательную систему II. Избирательная система выделяет по частотному признаку полезный радиосигнал из помех. Затем радиосигнал через элемент связи III входного контура с нагрузкой подаётся на вход первого каскада УРЧ. Элемент связи I в зависимости от условий работы осуществляет согласование антенно-фидерной системы с входом приёмника, а элемент связи III при необходимости используется для согласования резонансного сопротивления контура с входным сопротивлением усилительного каскада. При согласовании на вход первого каскада подводится наибольшая возможная мощность сигнала.

В качестве примера на рис.3.6 приведена одна из возможных схем входной цепи.

Рис.3.6. Вариант построения принципиальной схемы входной цепи

Здесь элементом связи I являются трансформатор, состоящий из катушки связи L_СВ и катушки контура L; избирательная система – контур LC; второй элемент связи – автотрансформатор LL₁, нагруженный на входное сопротивление R_ВХ и ёмкость C_ВХ первого каскада.