Приемники прямого усиления
Pисунок 2.5.
Данный тип РПрУ отличается от детекторного приемника с УЗЧ наличием усилителя на частоте сигнала.
Для получения высокой чувствительности и избирательности в таких приемниках нужно применять большое число резонансных усилителей, настроенных на частоту сигнала (4-5 и более). Так как приемник обычно предназначается для приема не одной несущей частоты, а нескольких фиксированных частот или, еще чаще, плавного диапазона частот, то все контуры должны иметь органы настройки, т.е. переменные емкости или индуктивности. Это обстоятельство значительно усложнило бы конструкцию приемника и затруднило бы поддержание постоянства электрических параметров УСЧ в пределах всего диапазона (постоянство усиления, полосы, избирательности).
Поэтому оказался естественным переход от приемников прямого усиления к приемникам с преобразованием частоты - супергетеродинным приемникам.
Супергетеродинные приемники
В
супергетеродинном приемнике усиление
и избирательность по высокой частоте
осуществляются не только на частоте
принимаемого сигнала
,
но и на некоторой промежуточной частоте
.
Схема электрическая структурная (Э3) супергетеродинного приемника включает в себя:
- входную антенну, обеспечивающую преобразование электромагнитной волны в радиосигнал;
- входное устройство (входная цепь), обеспечивающее избирательность по частоте;
- УСЧ (резонансный усилитель), обеспечивающий усиление на частоте сигнала и тем самым вносящий вклад в обеспечение заданной чувствительности;
- преобразователь частоты, состоящий из гетеродина и смесителя.
Назначением ПЧ является замена несущей частоты на постоянную более низкую частоту ;
- УПЧ - усилитель, нагрузкой которого являются полосовые фильтры с фиксированной настройкой.
УПЧ вносит основной вклад в обеспечение заданной чувствительности и избирательности;
- детектор;
- УСЗЧ;
- ОП.
Одноручечная настройка РПрУ
Pисунок 2.6.
Преобразование частоты в осуществляется в преобразователе частоты ПЧ, состоящем из смесителя С и гетеродина Г.
Гетеродин
генерирует колебания частотой
В
смесителе, являющимся нелинейным
элементом или элементом с периодически
меняющимися параметрами, образуются
комбинационные частоты вида
,
где m и n - целые числа. Одна из этих частот и используется в качестве промежуточной частоты. Обычно наиболее удобным оказывается использование разностной частоты, т.е. выбирается
при изменениях частоты сигнала по диапазону частота гетеродина также изменяется и притом по такому закону, чтобы промежуточная частота оставалась постоянной, т.е. по закону:
,
где
На эту постоянную промежуточную частоту
и настраиваются контуры УПЧ.
Для повышения чувствительности и
избирательности приемника иногда
применяют двойное и даже тройное
преобразование частоты.
Pисунок 2.7.
Приемники с преобразованием частоты были названы супергетеродинными в отличие от гетеродинных приемников, в которых гетеродин предназначен для выделения низкой частоты при слуховом приеме телеграфных сигналов.
Pисунок 2.8.
Основными преимуществами супергетеродина по сравнению с приемником прямого усиления являются:
1) Постоянство по диапазону. Благодаря этому все контуры, входящие в состав УПЧ, имеют фиксированную настройку и просты по конструкции, что позволяет применить в УПЧ большое число каскадов с резонансными контурами. Это облегчает получение большого усиления большой избирательности, и электрические показатели приемника в целом становятся более постоянными в пределах всего диапазона принимаемых частот.
2)
Возможность получения промежуточной
частоты
более
низкой, чем частота принимаемого сигнала.
Так как полоса пропускания каждого
резонансного контура пропорциональна
его резонансной частоте (
),
то понижение этой частоты позволяет
сузить полосу пропускания приемника,
что особенно важно при приеме весьма
высоких частот. Понижение резонансной
частоты в ряде случаев облегчает также
возможность получения большого и
устойчивого усиления, особенно при
приеме весьма высоких частот.
3) Возможность осуществления усиления до детектора не только на частоте сигнала , но и на существенно отличной от нее частоте .
Это обстоятельство облегчает получение весьма большого устойчивого усиления (порядка 1000000 и более), т.к. наиболее опасными являются паразитные связи, охватывающие каскады с примерно одинаковой резонансной частотой.
Таким образом, благодаря особенностям структурной схемы, в супергетеродинном приемнике значительно проще, чем в приемнике прямого усиления, достигаются большое усиление, большая избирательность и постоянство электрических параметров.
Наряду с большими преимуществами РПрУ супергетеродинного типа имеет по сравнению с приемником прямого усиления и некоторые недостатки, основными из которых являются:
1) Необходимость дополнительного блока - преобразователя частоты. Этот недостаток может оказаться существенным при конструировании простейших приемников, от которых не требуется высокой чувствительности, а следовательно, и большой избирательности. В таких случаях переход от схемы прямого усиления может вызвать не упрощение, а неоправданное усложнение приемника.
2) Большее влияние внутреннего шума в активном приборе, работающем в режиме преобразователя частоты, чем в таком же приборе, работающем в режиме усиления. Для устранения этого недостатка (в случае, когда уровень внутреннего шума сравним с уровнем внешних помех) требуется осуществить некоторое усиление сигнала до преобразования частоты, с тем чтобы уровень сигнала превышал уровень внутреннего шума преобразователя частоты.
3)
Наличие паразитных каналов приема. При
супергетеродинном приеме существуют
такие частоты
,
отличные от частоты сигнала
которые
в преобразователе частоты преобразуются
в такую же промежуточную частоту, что
и частота сигнала, и для которых,
следовательно, контуры УПЧ не обладают
ни какой избирательностью. К таким
паразитным каналам приема относятся
соседний, зеркальный, комбинационный,
интермодуляционный и прямой.
а)
Соседний
канал приема
- это канал на частотах
,
примыкающий к основному каналу (
),
вследствие недостаточной избирательности
приемника не отфильтровываемый сигнал
преселектором и создающий в ПЧ сигналы
на частотах
близких к промежуточной частоте и входящих в полосу пропускания УПЧ.
Pисунок 2.9.
б)
Зеркальный
канал
приема образуется внешней помехой на
частоте
,
которая равна
Pисунок 2.10.
Если
эта частота входит в полосу пропускания
преселектора, имеющего частотную
характеристику
,
показанную на рисунке, то в ПЧ образуется
частот
т.е. такая же как частота
от полезного сигнала. Следовательно, происходит наложение спектра полезного сигнала и спектра помехи, т.е. частотная фильтрация помехи от сигнала становится невозможной. Ослабить помеху по зеркальному каналу можно двумя путями:
- увеличением частотной избирательности преселектора;
- увеличением промежуточной частоты .
В последнем случае (при увеличении ) согласно рассмотренному ранее выражению
увеличится и частота помехи , что позволяет лучше отфильтровывать ее в преселекторе. Однако, чем выше , тем труднее обеспечить высокую избирательность УПЧ с полосой пропускания, сопряженной с шириной спектра полезного сигнала. Для устранения помех одновременно по зеркальному и соседнему каналам применяют многократное преобразование (снижение) частоты:
в) Комбинационный канал приема образуется в результате взаимодействия комбинационных частот гетеродина и сигнала
,
где m,n > 1, образующих частоты, близкие к , т.е. входящие в полосу пропускания УПЧ. Усиливаясь так же, как и полезный сигнал на частоте
на демодуляторе образуются биения между частотами сигнала и комбинационными частотами
.
Если они входят в полосу пропускания УСЗЧ, то являются помехой, воспроизводимой далее оконечным устройством ОУ.
Основной мерой устранения комбинационного канала приема является снижение уровня гармоник гетеродина и сигнала выбором соответствующего режима работы смесителя.
г) Интермодуляционный канал приема возникает при прохождении через преселектор двух и более помех на частотах
,
которые в смесителе образуют сигналы с комбинационными частотами
(
-
целые числа).
Если какая либо одна или несколько комбинационных частот попадает в полосу пропускания УПЧ, то создается интермодуляционный паразитный канал приема.
Для уменьшения влияния интермодуляционного канала следует повышать частотную избирательность преселектора и уменьшать усиление в УРЧ (УСЧ).
д) Прямой канал приема образуется, когда помеха имеет частоту, равную промежуточной частоте , и, воздействуя на ПЧ, проходит без преобразования частоты в канал УПЧ. основной мерой борьбы является использование резонансных контуров, отфильтровывающих эту помеху до преобразователя.
При проектировании супергетеродинного приемника побочные (паразитные) каналы приема могут быть практически устранены правильным выбором промежуточной частоты, режима работы преобразователя частоты и необходимой частотной избирательностью преселектора и УПЧ. поэтому супергетеродинная структура приемника является в настоящее время главной.