- •Оглавление
- •Список принятых сокращений
- •Введение
- •Часть I. Неперестраиваемые преселекторы
- •1. Краткие сведения о транзисторных усилителях свч
- •2. Методика расчета усилителей свч
- •2.1. Пример расчета усилителя радиочастоты дециметрового диапазона
- •2.2. Пример расчета усилителя радиочастоты сантиметрового диапазона
- •3. Краткие сведения о фильтрах на поверхностных акустических волнах
- •4. Расчет фильтров на поверхностных акустических волнах
- •Методика расчета фильтров на пав
- •4.1. Пример расчета фильтра на пав дециметрового диапазона
- •5. Краткие сведения о фильтрах с параллельно связанными микрополосковыми резонаторами
- •6. Расчет фильтров с параллельно связанными микрополосковыми резонаторами
- •Методика расчета
- •6.1. Пример расчета фильтра сантиметрового диапазона
- •6.2. Пример расчета микрополоскового фильтра дециметрового диапазона
- •7. Согласование в тракте свч
- •7.1. Узкополосное согласование
- •7.2. Межкаскадное широкополосное согласование цепей с комплексными сопротивлениями
- •8. Методика расчета согласования
- •8.1. Пример расчета согласования выхода фильтра со входом урч
- •8.2. Пример расчета согласования выхода урч с характеристическим сопротивлением тракта свч
- •Часть II. Перестраиваемые преселекторы
- •9. Расчет полосы пропускания преселектора
- •10. Расчет числа контуров преселектора и эквивалентной добротности
- •11. Расчет элементов колебательного контура преселектора диапазонов длинных, средних и коротких волн
- •11.1. Методика расчета элементов контура преселектора нерастянутого поддиапазона
- •11.2. Методика расчета элементов контура преселектора растянутого и полурастянутого поддиапазонов волн
- •12. Расчет элементов колебательного контура преселектора метрового диапазона
- •13. Выбор активных элементов для усилителей радиочастоты
- •14. Расчет одноконтурных входных цепей при работе с настроенными антеннами
- •14.1. Методика расчета входных цепей с настроенными антеннами в режиме согласования с антенным фидером
- •14.2. Методика расчета одноконтурной входной цепи при оптимальной связи с антенной
- •15. Расчет одноконтурных входных цепей при работе с ненастроенными антеннами
- •15.1 Методика расчета входной цепи с трансформаторной связью с ненастроенной антенной
- •15.2 Расчет входных цепей с внешнеемкостной связью с ненастроенной антенной
- •16. Расчет входных цепей с двухконтурным фильтром
- •16.1 Методика расчета входной цепи с двухконтурным полосовым фильтром при трансформаторной связи с ненастроенной антенной
- •Пример расчета входной цепи с двухконтурным фильтром при трансформаторной связи с ненастроенной антенной
- •16.2 Методика расчета входной цепи с полосовым фильтром при работе с настроенными антеннами
- •17.Расчет входных цепей с магнитной антенной
- •17.1 Методика расчета одноконтурной входной цепи с магнитной антенной
- •17.2 Методика расчета двухконтурной входной цепи с магнитной антенной
- •18.Расчет резонансных усилителей радиочастоты
- •18.1 Методика расчета резонансных усилителей радиочастоты при частотно-независимой связи контура с нагрузкой
- •18.2 Методика расчета резонансного усилителя радиочастоты при частотно-зависимой связи контура с нагрузкой
- •Пример расчета одноконтурного урч на полевом транзисторе
- •Пример расчета одноконтурного каскодного усилителя радиочастоты типа общий исток – общая база
- •18.3 Методика расчета усилителей радиочастоты с двухконтурным фильтром
- •18.4 Методика расчета цепей питания резонансных усилителей на биполярных транзисторах
- •18.4.2 Рассчитывается величина сопротивления резистора в цепи
- •18.5 Методика расчета цепей питания резонансных усилителей на полевых транзисторах (с p-n переходом и каналом n-типа)
- •Приложения Приложение а
- •Приложение б
- •Приложение в
- •Литература
- •Дтн, профессор Анатолий Иванович Фалько Расчет преселекторов радиоприемных устройств Учебное пособие
Список принятых сокращений
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика
АЭ – активный элемент
БТ – биполярный транзистор
В – волновод
ВПП – волноводно-полосковый переход
ВЦ – входная цепь
ВЧ – высокие частоты
ВШП – встречно-штыревой преобразователь
Г – гетеродин
Д – детектор
ДВ – длинные волны
ДСКВ – длинные, средние, короткие волны
ИМС – интегральная микросхема
КВ – короткие волны
КВЧ – крайне высокие частоты
МК – микроконтроллер
МПЛ – микрополосковая линия
МШУ – малошумящий усилитель
НЧ – низкие частоты
ОБУ – область безусловной устойчивости
ОПУ – область потенциальной устойчивости
П – поляризатор
ПАВ – поверхностные акустические волны
ПТ – полевой транзистор
ПТШ – полевой транзистор с затвором Шотки
ПФ – полосовой фильтр
СВ – средние волны
СВЧ – сверхвысокие частоты
СМ – смеситель
СЦ – согласующая цепь
ТВПЭ – транзистор с высокой подвижностью электронов
УВЧ – ультравысокие частоты
УКВ – ультракороткие волны
УПЧ – усилитель промежуточной частоты
УРЧ – усилитель радиочастоты
УЧМ – усилитель частоты модуляции
ФОС – фильтр основной селекции
Введение
Структурная схема супергетеродинного приемника приведена на рисунке В1. Она содержит входную цепь (ВЦ), усилитель радиочастоты (УРЧ), преобразователь частоты, в который входит смеситель (СМ), гетеродин (Г) и фильтр основной селекции (ФОС); после преобразователя стоит усилитель промежуточной частоты (УПЧ), детектор (Д) и усилитель частоты модуляции (УЧМ). Далее осуществляется необходимая последетекторная обработка, например, деперемежение, декодирование канальное и речевое и так далее.
Рисунок В1- Структурная схема супергетеродинного приемника
Преселектор – предварительный селектор состоит из входной цепи и усилителя радиочастоты. Входная цепь связывает антенну (антенный фидер) с первым усилительным или преобразовательным прибором (если нет УРЧ), которым чаще всего является транзистор. В настоящее время транзисторные усилители радиочастоты (в дискретном или интегральном исполнении) практически вытеснили другие виды усилителей: параметрические, на туннельных диодах и прочие. Применение УРЧ позволяет улучшить реальную чувствительность приемника, так как мощность собственных шумов активного элемента (транзистора) в режиме усиления почти в два раза меньше, чем в режиме преобразования.
До частот порядка 6…7 ГГц в УРЧ возможно применение как полевых, так и биполярных транзисторов, хотя предпочтение отдается полевым транзисторам, вследствие их известных достоинств: большее входное сопротивление, меньшие шумы, лучшая линейность усиления. На частотах выше 7 ГГц УРЧ выполняются на полевых транзисторах Шотки (ПТШ), или транзисторах с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ).
Преселектор обеспечивает выделение заданного диапазона частот сигнала и избирательность по зеркальному каналу. Для этого он содержит фильтрующие (избирательные) цепи, которые могут быть как перестраиваемые по частоте, так и неперестраиваемые.
В перестраиваемых преселекторах в качестве избирательных резонанс-ных цепей обычно применяют одиночные LC-колебательные контуры или двухконтурные полосовые фильтры. Количество резонансных контуров (фильтров) определяется избирательностью по зеркальному каналу. Перестройка по диапазону осуществляется чаще всего переменной емкостью: конденсатором или варикапом (варикапной матрицей) сопряженно с контуром гетеродина. На рисунке В1 штриховыми линиями показана сопряженная перестройка резонансных контуров (фильтров) входных цепей, усилителя радиочастоты и гетеродина так, чтобы промежуточная частота была неизменной. Такие преселекторы характерны для радиовещательных приемников умеренно высоких частот, за которыми закрепилось название диапазонов волн: длинные (ДВ; НЧ), средние (СВ; СЧ), короткие (КВ; ВЧ) и ультракороткие (УКВ; УВЧ).
В неперестраиваемых преселекторах выделение всего диапазона частот принимаемого сигнала происходит полосовым фильтром или гребенкой коммутируемых полосовых фильтров с примыкающими амплитудно-частотными характеристиками. Такое построение преселекторов обычно используется в профессиональных приемниках декаметрового и метрового диапазонов. Выделение всего диапазона частот принимаемого сигнала одним неперестраеваемым фильтром преселектора используется также практически во всех приемниках сверхвысоких частот (СВЧ). Заметим, что здесь под термином СВЧ объединены три диапазона: дециметровый (УВЧ), сантиметровый (СВЧ) и миллиметровый (КВЧ). Иногда их объединяют термином "микроволновый" диапазон.
Построение преселекторов с неперестраиваемыми фильтрами более технологично и менее громоздко. Поэтому в последние годы разработчики идут именно по такому пути построения приемников, хотя при этом требования к линейности радиочастотного тракта и стабильности частоты гетеродинов более высокие.
Преселекторы различных диапазонов частот отличаются особенностями построения, поэтому в этом учебном пособии отдельно будут рассмотрены преселекторы приемников умеренно высоких частот, ультравысоких частот (дециметровых волн) и сверхвысоких частот (сантиметровых волн).
Особенности построения преселекторов приемников дециметрового диапазона рассмотрены на примере мобильных абонентских аппаратов сотовых и транкинговых сетей. В таких приемниках преселекторы как правило неперестраиваемые. Они содержат фильтр приема и малошумящий усилитель радиочастоты (рисунок В2).
Фильтр приема и фильтр передачи образуют диплексер, который разделяет спектры частот принимаемых и передаваемых сигналов, разнесенных на величину дуплексного разноса. В транкинговых приемниках кроме фильтров еще используют СВЧ-ключи для разделения сигналов приема и передачи.
Фильтр приема выделяет весь диапазон принимаемых частот сигнала (всех абонентов) и обеспечивает требуемую избирательность по зеркальному каналу. Далее сигнал усиливается малошумящим усилителем радиочастоты (УРЧ) и поступает на смеситель (СМ1), на второй вход которого подается частота с синтезатора частоты (fГ1). Настройка приемников сводится к изменению частоты синтезатора (по командам микроконтроллера) для переноса принимаемого сигнала в фильтр основной селекции (ФОС) на выходе смесителя, где выделяются частоты соответствующих абонентов.
Усиление сигнала в преселекторах мобильных приемников должно быть сравнительно небольшое (≈10…15 дБ), чтобы не было нелинейных явлений типа перекрестной модуляции сигнала помехами и взаимной модуляции между помехами. Поэтому одного каскада УРЧ обычно достаточно.
Рисунок В2 – Преселектор приемника абонентского аппарата с преобразователем частоты
В дециметровом диапазоне применяют фильтры: волноводно-диэлектрические (керамические) [1…3] и на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [4…8]. Более компактны в этом диапазоне фильтры на ПАВ.
Особенности построения преселекторов сантиметровых волн рассмотрены на примере приемников спутникового телевизионного вещания (рисунок В3).
А – антенна; В – волновод; П – поляризатор;
ВПП – волноводно-полосковый переход;
УРЧ – малошумящий усилитель радиочастоты;
ПФ – полосовой фильтр.
Рисунок В3 – Преселектор приемника спутникового телевизионного вещания
В таких радиоприемных устройствах непосредственно у раскрыва антенны располагается конвертор. После преобразования принятого сигнала конвертором на более низкую первую промежуточную частоту сигнал с помощью соединительного кабеля подается на внутренний приемник (ресивер). В конверторе важно правильно выбрать усиление. Недостаточное усиление равнозначно применению антенны меньшего диаметра, чрезмерное усиление приводит к перегрузке входных каскадов внутреннего приемника. В целом усиление конвертора должно быть согласованно с длиной соединительного кабеля (с затуханием сигнала в нем) и чувствительностью ресивера. Практически рекомендуемое усиление должно составлять минимум 50 дБ, максимум 60 дБ. Преселектор конвертора обычно состоит из трех или четырех каскадов усиления и полосового фильтра сигнала.
Первые один или два каскада усиления выполняют на транзисторах с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ). У них меньший коэффициент шума, но и меньший коэффициент усиления по сравнению с полевым транзистором с затвором Шотки (ПТШ). Третий и четвертый каскады строятся на ПТШ.
В отличие от преселекторов других диапазонов волн, где велик уровень внешних помех и фильтры сигнала обычно ставятся перед усилителями радиочастоты, в конверторах фильтры сигнала стоят после каскадов усиления. Они выделяют сигнал в заданном диапазоне частот и обеспечивают подавление помех первого зеркального канала.
В сантиметровом диапазоне находят применение фильтры с плоскостными и объемными резонаторами. Наибольшее распространение получили фильтры плоскостные на отрезках микрополосковых линий [9…12] и волноводно-диэлектрические (керамические) [1…3, 9, 10].
Проектирование преселекторов предполагает расчет избирательных (фильтрующих) цепей, расчет усилителей радиочастоты и цепей согласования. Исходными данными к расчету являются: диапазон рабочих частот сигнала, параметры антенны, затухание в полосе пропускания и в полосе заграждения (коэффициент прямоугольности), требуемая избирательность по зеркальному каналу, неравномерность по диапазону.
Исходные данные на проектирование задаются техническим заданием или определяются разработчиком на этапе предварительного расчета и составления структурной схемы приемника.