Файл: Радиоприемные устройства учебник..pdf

Как правило, промежуточную частоту стремятся сделать меньше частоты сигнала. Очевидно, что этого можно достичь, если в качестве

промежуточной частоты выбрать из (1.5) одну из разностных комби­ наций

/п = I m f с — п /г |.

В цепи смесителя интенсивность высших гармоник сигнала весьма маЛа. Поэтому для сохранения высокого усиления приемника преобра­ зование всегда производится на 1-й гармонике сигнала (т = 1). Режим

осуществляется одновременно с помощью одной ручки управления. Обладая большими принципиальными достоинствами, супергетс-

родииные приемники не лишены некоторых недостатков. В первую оче­ редь отметим наличие паразитных (дополнительных) каналов приема. Основной паразитный канал приема носит название зеркального пли канала симметричной станции. Его происхождение и название объяс­ няются рис. 1.8, а. Частота / зк зеркального канала отличается от час­ тоты / 0 сигнала на удвоенное значение промежуточной частоты. При этом условии в соответствии с (1.6) колебание с частотой / ак преобра­ зуется так же, как и сигнал, в колебание с частотой / п. Другими сло­ вами, супергетсродииный приемник оказывается настроенным на две частоты: / с и / 3[:, симметрично расположенные относительно частоты гетеродина. Ослабление помех, действующих на частоте зеркального канала, возможно только с помощью избирательных систем, включен­ ных до преобразователя, т. е. сигнальных контуров входной цепи и УРЧ. Частотная характеристика этих блоков показана пунктиром на

жет привести к недопустимому расширению полосы пропускания УПЧ и снижению избирательности по соседнему каналу (так же, как и в приемнике прямого усиления при увеличении частоты сигнала). В ука-

13

занном обстоятельстве заключено основное противоречие при выборе между высокой и низкой промежуточной частотой. Обычно удается выбрать компромиссное значение / п, которое обеспечивает требуемую избирательность как по соседнему, так и по зеркальному каналу.

Другой недостаток супергетеродинных приемников состоит в воз­ можности возникновения так называемых комбинационных свистов. Поясним на примере природу этого явления. Предположим, что на вход супергетеродинного вещательного приемника с промежуточной часто­ той / п = 465 кГц поступает немодулированный сигнал с частотой / с = = 925 кГц, частота гетеродина при этом равна/г = f c + / п= 1390 кГц. Помимо основной разностной комбинации/п = / г—/ 0 здесь существен­ на комбинация вида / ' п = 3/г — 4/ с = 470 кГц. Таким образом, в дан­ ном случае сигнал преобразуется в два колебания с мало различаю­ щимися частотами / п = 465 кГц и / ' п = 470 кГц. Эти колебания, взаимодействуя в тракте УПЧ, образуют биения с разностной частотой F = 5 кГц, которые далее детектируются и прослушиваются на выходе приемника в виде свиста. Основной мерой для подавления этого эффекта является снижение уровня гармонических составляющих гетеродинного напряжения и сигнала выбором соответствующего режима работы сме­ сителя (см. гл. 7).

Наконец, следует отметить, что гетеродин, как маломощный пере­ датчик, может создавать помехи для близко расположенных радио­ приемных устройств. Этот недостаток сравнительно легко устраним применением экранировки и развязывающих цепей.

При проектировании супергетеродинного приемника все перечис­ ленные недостатки могут быть практически полностью устранены, причем их устранение достигается в основном рациональным выбором величины промежуточной частоты и режима работы преобразователь­ ного каскада. Характеризуя достоинства супергетеродинного прием­ ника, можно утверждать, что этот тип приемника является единствен­ ным, который способен обеспечить высокие усиление и избирательность во всех радиочастотных диапазонах. Поэтому супергетеродинный метод радиоприема в настоящее время считается основным.

1.4. Частотные диапазоны. Сигналы. Помехи

Рабочие частоты современных радиоприемных устройств располо­ жены в чрезвычайно широком интервале, простирающемся от десятков килогерц до сотен тысяч мегагерц. В настоящее время успешно осваи­ вается оптический диапазон волн, где также используются радиотех­ нические методы приема сигналов (см. гл. 14).

Оставив в стороне известную классификацию диапазонов на длин­ ные, средние (километровые, гектометровые) и т. п. волны, введем в рас­ смотрение две широкие категории частот, применяемые при радиопри­ еме: диапазон умеренно высоких частот и диапазон сверхвысоких час­ тот. Граница между этими частотами расположена в области метровых волн. Такое разбиение о.сновано на резких различиях в условиях рас­ пространения радиоволн, видах применяемой модуляции, видах помех,

14

а также ь гш-йствах усилительных приборов. Что касается видов моду­ ляции, то в диапазоне умеренно высоких частот, предназначенном в основном для связи и радиовещания, используется, как правило, амплитудная модуляция. Применение частотной модуляции с целью увеличения помехоустойчивости связано с расширением спектра излу­ чаемых сигналов и требует перехода в менее «населенный» диапазон сверхвысоких частот. Эти же соображения относятся и к импульсной модуляции.

Особенно важное значение имеет различие помех, действующих г. этих диапазонах. Общий перечень помех радиоприему весьма обши­ рен. К ним относятся:

—атмосферные помехи;

—промышленные помехи;

—помехи космического происхождения;

—помехи от мешающих станций;

—помехи, связанные с распространением радиоволн;

—помехи, связанные с наличием дополнительных каналов приема;

—внутренний шум приемника;

—помехи от гидрометеоров.

Обычно в каждом конкретном случае обнаруживается сравнитель­ но небольшое число видов помех, которое следует учитывать при проек­ тировании радиоприемного устройства.

В диапазоне умеренно высоких частот наиболее существенными ока­ зываются атмосферные и промышленные помехи. Эти помехи весьма интенсивны, действуют практически всегда. Источником атмосферных помех являются грозовые разряды, причем мешающее действие таких помех обнаруживается и тогда, когда радиоприемное устройство уда­ лено от грозовых очагов на тысячи километров. Основные источники промышленных помех представляют собой устройства, работа которых сопровождается искрообразоваиием (коллекторы электромашин, системы зажигания двигателей внутреннего сгорания и т. д.). Действие таких помех может быть усилено тем, что излучают помехи в простран­ ство не только сами источники помехи, но и соединительные провода, играющие роль передающих антенн.

Атмосферные и промышленные помехи объединяет резкое падение интенсивности спектральных составляющих с ростом частоты. На час­ тотах свыше 30 МГц (условная верхняя граница диапазона умеренно высоких частот) действием таких помех можно пренебречь.

Таким образом, для большинства приемников, работающих в диа­ пазоне умеренно высоких частот, характерно следующее!

— работа с амплитудно-модулироваиными сигналами связных

ивещательных станций;

—узкая полоса пропускания (до 10 кГц);

—высокая избирательность по соседнему каншту, обусловленная

15

виды модуляции. Весьма распространены системы, в которых ширина спектра сигнала измеряется мегагерцами и десятками мегагерц (теле­ видение, радиолокация). Поскольку влияние промышленных и атмо­ сферных помех в этом диапазоне исчезающе мало, усиление приемников можно существенно повысить. Рост усиления ограничивается из-за внутреннего шума, создаваемого активными сопротивлениями и уси­ лительными приборами, входящими в состав радиоприемника. Частот­ ная избирательность по соседнему каналу, как правило, не играет су­ щественной роли. Однако избыточно большая полоса пропускания мо­ жет привести к заметному увеличению шума. Наконец, следует отме­ тить важную особенность радиоприема в диапазоне сверхвысоких час­ тот: с ростом рабочей частоты резко ухудшаются свойства усилитель­ ных приборов (см. гл. 3). Для каскадов с заданным типом лампы или транзистора существует граничная частота, выше которой усиление оказывается невозможным. Осуществить усиление на высоких часто­ тах можно с помощью специальных усилительных устройств (парамет­ рические усилители, мазеры и т. д.), широко используемых сейчас в радиоприемной технике.

Итак, для приемников, работающих в диапазоне сверхвысоких частот, характерно следующее:

—работа как с узкоспектральными, так и с широкоспектральными сигналами;

—использование всех видов модуляции сигналов;

—пониженные требования к частотной избирательности;

—возможность получения высокого усиления.

1.5. Чувствительность приемников

Чувствительность, т. е. способность приемника принимать слабые сигналы, является одной из важнейших его характеристик. Чувстви­ тельность определяется минимальной величиной входного сигнала, ко­ торая обеспечивает нормальное функционирование исполнительного устройства при заданном превышении сигнала над помехой.

Ввещательных приемниках, работающих в диапазоне умеренно высоких частот, основным требованием является высококачественное воспроизведение принимаемых сигналов. С этой целью усиление веща­ тельных приемников выбирается не слишком большим, чтобы расчет­ ный минимальный сигнал существенно превосходил (на 20—30 дБ) уровень помех, действующих на входе приемника. Многолетняя прак­ тика производства вещательных приемников и наблюдения за уровнем атмосферных и промышленных помех показала, что чувствительность приемников такого типа целесообразно выбирать в пределах: Дам,,,, =

—50-^-200 мкВ, где Е А — э. д. с. сигнала в приемной антенне.

Впрофессиональных приемниках, работающих в диапазоне уме­ ренно высоких частот, качество воспроизведения сигналов допускает­ ся существенно ниже, чем у вещательных приемников, так как реша­ ющее значение здесь имеют разборчивость речи (связные приемники), вероятность неправильного воспроизведения знака (телеграфные прием-

16

ники) и т. д. Поэтому допустимое отношение сигнала к помехе в прием­ никах такого типа может быть выбрано существенно меньше (до 3— 6дБ), чем у вещательных приемников, и тем самым повышена чувст­ вительность.

В диапазоне сверхвысоких частот основным видом помех является внутренний шум радиоприемника. Следует, однако, заметить, что даже идеальный «нешумящий» приемник не может обеспечить безгранично высокую чувствительность радиоприемного устройства. Дело заклю­ чается в том, что антенна представляет для приемника не только ис­ точник сигнала Е с\ по также источник шума Ет А. Шум антенны объяс­ няется приемом шумовых излучений космического пространства, ат­ мосферы Земли и ее поверхности, а также тепловым шумом сопротив­ ления потерь г„ антенны.

Для удобства инженерных расчетов шум антенны, обусловленный всеми перечисленными причинами, приписывают ее полному активно­ му сопротивлению R A, нагретому до температуры 7’Л, которую называют эффективной шумовой температурой антенны. Теперь эквивалентная схема настроенной антенны может быть представлена в виде рис. 1.9, где помимо генератора э. д. с. сигнала Е с включен также генератор

и Пш шум антенны определяется лишь одной величиной Т л, вычи­ сление которой'представляет самостоятельную задачу, более подробно

Шумовые свойства самого радиоприемника принято оценивать коэффициентом шума. Эту оценку производят при определенных стандартных условиях: считают, что ко входу приемника подключен согласованный по мощности эквивалентный генератор сигнала, внут­ реннее1 1 1 1 V . V . сопротивлениеV, v/ 1 | v X I X U X V A L U V которогоI X V * V V * V имеет комнатную^ j температуру- • | J ^ ТU0 Очевидно, что на входном сопротивлении приемника помимо мощности

сигнала Р РГ,1Утакже рассеивается шумовая мощность Р шг, обуслов-

гос. пу

НАУЧНО-Т£/НИЧ£СКАл БИБЛИОТЕКА СОСР