3. Особенности супергетеродинного приема

Преобразование частоты принимаемых радиосигналов в сигналы постоянной промежуточной частоты осуществляется с помощью гетеродинов. На входы смесителя подаются колебания двух различных частот: принимаемого радиосигнала с частотой и сигнала гетеродина с частотой . На выходе смесителя будут иметь место колебания комбинационных частот вида

,

где m и n – целые числа (включая нуль) в любом сочетании.

Полезными являются колебания разностных (или суммарных) частот при т=п=1, т.е. промежуточная частота определяется выражением

или

при нижней настройке гетеродина;

при верхней настройке гетеродина.

Из приведенных соотношений видно, что одна и та же промежуточная частота может быть получена при двух различных значениях частоты гетеродина.

В результате неоднозначности образования промежуточной частоты в супергетеродинных приемниках возможен одновременный прием двух различных радиосигналов: полезного сигнала с частотой fc и мешающего сигнала с частотой fз, расположенного на оси частот по другую сторону от сигнала гетеродина (рис. 3.5).

Поскольку оба сигнала (полезный и мешающий) расположены на оси частот симметрично относительно сигнала гетеродина, то один является как бы зеркальным отображением другого. Мешающий сигнал принято называть зеркальной помехой, а канал приема этой помехи – зеркальным каналом.

Рис. 3.5. Взаимное расположение частот сигнала

гетеродина и зеркальной помехи

а - нижняя настройка гетеродина

б - верхняя настройка гетеродина

Из рис. 3.5 видно, что частота зеркальной помехи отличается от частоты принимаемого сигнала на удвоенное значение промежуточной частоты:

.

Знак минус соответствует нижней, а знак плюс – верхней настройкам гетеродина относительно частоты принимаемого сигнала.

Если не принять мер по подавлению зеркальной помехи, то после преобразования частоты она будет обрабатываться (усиливаться и фильтроваться) наравне с полезным сигналом. Единственным способом исключения влияния зеркальной помехи является уменьшение ее уровня на входе смесителя. Это может быть достигнуто, в частности, путем улучшения избирательности предыдущего тракта приема, т. е. входной цепи и УРЧ.

Рис. 3.6. Влияние избирательности входного тракта и номинала промежуточной частоты на уровень зеркальной помехи

Из рис. 3.6, а видно, каким образом характеристика избирательности тракта радиочастоты (для большей наглядности приведен график обратной зависимости) влияет на уровень зеркальной помехи на входе смесителя. Очевидно, что чем выше избирательность ВЦ и УРЧ, тем больше ослабление зеркальной помехи на входе смесителя и меньше ее влияние на выходе преобразователя частоты. Улучшение избирательных свойств ВЦ и УРЧ может быть достигнуто за счет применения многозвенных фильтров. Однако, сделать это технически сложно, поскольку фильтры должны быть перестраиваемыми. Кроме того, увеличение количества избирательных цепей приводит к снижению чувствительности приемника.

Другим способом снижения влияния зеркальной помехи является рациональный выбор номинала промежуточной частоты . Из рис. 3.6 видно, что при одной и той же избирательности ВЦ и УРЧ подавление зеркальной помехи тем больше, чем больше промежуточная частота. Это объясняется увеличением частотного интервала между принимаемым сигналом и зеркальной помехой.

Таким образом, с точки зрения обеспечения высокой избирательности приемника по зеркальному каналу промежуточная частота должна быть как можно больше. Однако, с повышением промежуточной частоты увеличивается полоса пропускания избирательных цепей после преобразователя и, следовательно, ухудшаются условия ослабления помех по соседним каналам приема (то есть помех, непосредственно примыкающих к частоте полезного сигнала).

Это явное противоречие разрешается двукратным, а иногда и многократным преобразованием частоты сигнала. Структурная схема супергетеродинного радиоприемника с двойным преобразованием частоты показана на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Структурная схема супергетеродинного радиоприемника с двойным преобразованием частоты

В приемнике с двойным преобразованием частоты первую промежуточную частоту выбирают достаточно высокой в целях надежного подавления помех по зеркальным каналам приема, а вторую промежуточную частоту - относительно низкой для обеспечения высокой избирательности от помех по соседним каналам приема (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Взаимное расположение частоты сигнала, промежуточных частот и зеркальных помех в радиоприемнике с двойным преобразованием частоты

Другим побочным каналом приема, кроме зеркального, является канал на промежуточной частоте. Если помеха с частотой попадает на вход первого смесителя, то в результате прямого прохождения через него она поступит на вход УПЧ и будет усиливаться, как и полезный сигнал. Помеха по промежуточной частоте является очень опасной, так как при ее появлении радиоприемник перестает работать во всем рабочем диапазоне частот сразу. Подавление помехи на промежуточной частоте также обеспечивается во входной цепи и УРЧ, причем для повышения избирательности радиоприемника по побочному каналу данного вида необходимо уменьшать значение (см. рис. 3.6). Это требование находится в противоречии с условием подавления зеркальной помехи. Однако, в любом случае первая промежуточная частота должна находиться за пределами рабочего диапазона частот приемника.

Кроме рассмотренных выше наиболее опасных побочных каналов приема возможны и другие побочные каналы, образованные, например, при взаимодействии гармоник частоты гетеродина с частотами мешающих сигналов и их гармониками. Если на входе смесителя появится помеха с некоторой частотой , то на его выходе могут возникнуть комбинационные составляющие вида

или ,

которые близко расположены к промежуточной частоте и попадают на выход преобразователя.

Решая эти уравнения относительно получаем следующее выражение для частот дополнительных побочных каналов:

.

Поскольку уровень высших гармоник резко уменьшается с увеличением их номеров, то наибольший интерес представляет случай, когда m = n и их значения малы. Тогда

.

Легко видеть, что при n = 1 частота побочного колебания будет равна частоте зеркальной помехи. При n = 2 частота побочного канала расположена посередине между частотой зеркальной помехи и частотой гетеродина. Амплитуда данного колебания относительно мала, однако его необходимо учитывать и подавлять до преобразователя частоты.

Таким образом, для подавления побочных колебаний необходимо повышать избирательность трактов приема, предшествующих преобразователям частоты, и рационально выбирать частоты преобразования. Многократное преобразование частоты, хотя и увеличивает общее количество побочных каналов приема, но при правильном выборе частот преобразования в целом улучшает избирательность приемника по побочным каналам.

4. Принципы построения частных трактов радиоприемников

Частные тракты предназначены для оптимальной обработки определенного вида радиосигнала. Радиоприемники, рассчитанные на прием не одного, а нескольких видов сигналов, как правило, имеют столько частных трактов приема, сколько видов сигналов они принимают. Разделение общего тракта приема на частные происходит на последней промежуточной частоте (в унифицированных военных радиоприемниках на частоте 128 кГц).

В частном тракте обеспечивается линейная избирательность по соседним каналам, усиление и демодуляция радиосигнала и усиление первичного сигнала после демодулятора.