Файл: Радиоприемные устройства учебник..pdf

Ч а с т о т н а я и з б и р а т е л ь н о с т ь применяется во всех без исключения радиоприемных устройствах и, образно выражаясь, получается автоматически, сама собой, поскольку эффективное усиле­ ние радиосигналов в приемнике возможно только с помощью резонанс­ ных, т. е. частотно-избирательных усилителей. Однако часто для полу­ чения необходимой частотной избирательности приходится использо­ вать в приемнике каскады с более сложными избирательными система­ ми, чем это требуется для обеспечения нужного усиления. Например,

такие системы, как уже рассмотрено, необхо­ димы в приемниках, работающих в диапазоне умеренно высоких частот.

При оценке частотной избирательности приемников рассматривают два вида избира­ тельности: избирательность по соседнему ка­ налу и избирательность по дополнительным каналам приема. Напомним, что при супер­ гетеродинном приеме основным дополни­ тельным каналом приема является зеркаль­

Часто избирательные свойства высокочастотного тракта приемника описываются так называемой характеристикой избирательности, пред­ ставляющей собой график зависимости уровня входного немодулированного сигнала £/вх от частотной расстройки А/, причем уровень вход­ ного сигнала при каждом значении расстройки устанавливается таким, при котором выходное напряжение Двых остается неизменным. При построении характеристики избирательности величины UBX обычно нормируют к напряжению UBX0, которое соответствует резонансной частоте ВЧ тракта. Типичный вид такой характеристики показан на рис. 1.10.

Важно отметить, что прохождение мешающих сигналов на выход приемника определяется не только частотной фильтрацией в высоко­ частотном тракте, но и рядом нелинейных явлений в отдельных, каска­ дах, таких, как перекрестные искажения в УРЧ, подавление помех сильным сигналом в детекторе и т. д. Поэтому характеристика изби­ рательности не дает полного представления о частотной избиратель­ ности приемника в целом. Более полно избирательность приемника оценивается с помощью характеристики его реальной избирательности. При снятии этой характеристики на входе приемника должны действо­ вать одновременно полезный и мешающий (помеха) сигналы. Допусти­ мое отношение уровней сигнала и помехи на выходе приемника прини­ мается заданным и неизменным, т. е.

( U с/ U п ом) е ы х “ COIlSt,

22

Характеристика реальной избирательности представляет собой за­ висимость требуемого превышения уровня полезного входного сигнала над уровнем заданного типа помехи ( U J £/пом)вх от величины расстрой - ки А/пом несущей частоты помехи относительно резонансной частоты приемника:

щественно ослабить уровень внешней помехи на входе приемника, если направления на источники сигнала и помехи заметно различаются между собой. Наибольшее распространение этот вид избирательности

которых источников промышленных помех имеет преимущественно вертикальную поляризацию. В этом случае использование горизонталь­ но поляризованного сигнала и применение соответствующих приемных антенн может ослабить мешающее действие помехи. Однако далеко не всегда указанное различие выражено настолько четко, чтобы его мож­ но было использовать для практических целей.

А м п л и т у д н а я и з б и р а т е л ь н о с т ь наиболее широко используется в радиоприемных устройствах, предназначенных для приема импульсно-модулированных сигналов. Схема, осуществля­ ющая амплитудную избирательность, пропускает на выход приемника только такие импульсы, интенсивность которых лежит в пределах воз­ можного изменения уровня полезного сигнала. Один из вариантов та­ кой схемы в упрощенном виде показан на рис. 1.11. Помехи, уровень которых ниже минимального уровня сигнала Uc мин, задерживаются ограничителем / с пороговым напряжением Uc мип. Помехи, превы­ шающие максимальный уровень сигнала Uc макс, выделяются на вы­ ходе ограничителя 2 с пороговым напряжением 0 Смакс и после фор­ мирования используются как запирающие импульсы в каскаде сов­ падений. Очевидно, что помехи, уровень которых превышает уровень полезного сигнала, могут быть эффективно подавлены только в том случае, если они имеют импульсный характер и сравнительно редко

В режиме стробирования приемник открывается только на короткие интервалы времени, соответствующие ожидаемому приходу отраженных импульсных сигналов. Все остальное время приемник закрыт, что значительно снижает мешающее действие помех.

23

импульса. На рис. 1.12 показана структурная схема устройства, про­ пускающего на выход импульсы, длительность которых соответствует длительности импульсов полезного сигнала. Импульсы сигнала и по­ мехи после ограничителя поступают на RC-цепочку, параметры кото­ рой выбраны так, что на ее выходе образуются треугольные импульсы с пиковыми значениями, пропорциональными длительности входных импульсов. Далее, полезный сигнал может быть выделен с помощью

В ы ход

-о

Рис. 1.12

схемы амплитудной избирательности, как это уже было описано. Воз­ можно создание избирательных схем, использующих и другие разли­ чия в форме сигнала и помехи.

В заключение отметим, что в радиоприемных устройствах часто со­ четается несколько видов избирательности. Например, в импульсных радиолокационных радиоприемных устройствах помимо частотной и пространственной избирательности, как правило, осуществляется также амплитудная и временная избирательность.

24

1.7. Общие технические требования к радиоприемным устройствам

В предыдущих параграфах были рассмотрены две важнейшие ха­ рактеристики радиоприемных устройств: чувствительность и избира­

должна обеспечиваться плавная перестройка (вещательные приемники), или набором фиксированных частот (телевизионные приемники). Часто приемники предназначаются для приема сигналов одной частоты (приемники радиовысотомеров).

Полный диапазон перестройки приемника обычно разбивается на

При проектировании приемника коэффициент перекрытия поддиапа­ зона выбирают обычно не более Кпд ~ 2ч- 3. Такое ограничение вели­ чины Кп71, в первую очередь, обусловлено конструктивными возмож­ ностями переменных конденсаторов, с помощью которых перестраи­ вается частота приемника. Как правило, максимальная (Смакс) и ми­ нимальная (Сшш) емкости переменного конденсатора находятся в соот­ ношении

^макс = (25 -г- 50) Смпн.

При этом условии коэффициент перекрытия поддиапазона не может превзойти величины

КПд —У^макс/^мип = 5 -г- 7.

В действительности величина Кпд оказывается меньше, так как ко­ лебательный контур неизбежно шунтируется так называемой схемной емкостью Ссх, обусловленной собственной емкостью катушки индуктив­ ности, емкостью монтажных проводов и т. д. С учетом этого коэффи­ циент перекрытия поддиапазона определяется формулой

КПд = V (CMflK. + Ccx)/(CMnn-{-C07.) .

Попытки к реализации большого коэффициента перекрытия под­ диапазона иногда могут привести к значительным затруднениям в на­ стройке приемника. Например, в связном приемнике, имеющем один диапазон от 13 до 52 м (КпД----4) перестройка с одного частотного кана­ ла на другой (с различием частот А/ = 10 кГц) будет соответствовать повороту ротора переменного конденсатора всего лишь на 0,1°, что потребует применения сложных замедляющих систем, в механизме на­ стройки приемника (верньеров). Наконец, следует отметить, что при слишком большом коэффициенте перекрытия поддиапазона такие

25

важные электрические характеристики приемника, как избиратель­ ность и чувствительность, могут изменяться при его перестройке в не­ допустимо больших пределах. Причины этого рассмотрены в § 1.2.

выми искажениями в каскадах приемника. Роль каждого из этих видов искажений существенно зависит от назначения приемника. Так, для вещательных и радиотелефонных AM приемников основное значение имеют нелинейные и частотные искажения огибающей принимаемого сигнала. Для телевизионных и некоторых видов локационных прием-, ников преобладающую роль играют фазовые искажения сигнала.

Частотные искажения в AM приемниках часто оценивают по так называемой кривой верности воспроизведения, представляющей зави­ симость выходного напряжения (или звукового давления вблизи звуко­ воспроизводящего устройства) от частоты модуляции сигнала. Такая оценка позволяет учитывать частотные искажения, возникающие одно­ временно во всех трактах приемника.

Нелинейные искажения в AM приемниках оценивают коэффициен­ том гармоник отдельных каскадов. Природа возникновения нелиней­ ных искажений огибающей сигнала в высокочастотном тракте имеет специфические особенности и будет рассмотрена в гл. 3.

Качество воспроизведения импульсных сигналов в высокочастот­ ном тракте оценивается с помощью переходных характеристик по оги­ бающей (см. гл. 6). Искажения импульсных сигналов в низкочастот­ ном тракте приемника учитывают способом, обычным для видеоусили­ телей.

Фазовые искажения оцениваются степенью линейности фазовых характеристик высокочастотных и низкочастотных каскадов прием­

эксплуатации из-за колебания температуры окружающей среды, пи­ тающих напряжений и из-за других дестабилизирующих факторов неизбежно изменяются характеристики приемника. В большинстве практических случаев приходится заботиться о стабильности частоты настройки приемника и стабильности его коэффициента усиления. Для приемников, сравнивающих фазы сигналов, важно постоянство фазовой характеристики.

Допустимая ошибка настройки приемника с полосой пропускания П обычно принимается равной

А/о - (0,1 4- 0,3)11.

Эта величина определяет допустимую относительную нестабильность частоты гетеродина

б/г = (0,1 ^ 0,3)П//Г.

26

Для связных и вещательных приемников, работающих в диапазоне километровых и гектометровых волн, допустимая нестабильность ве­ личины / г обеспечивается без затруднений обычными схемами гетеро­ динов. На более высоких рабочих частотах обеспечение необходимой стабильности настройки приемника требует применения дополнитель­ ных мер стабилизации частоты гетеродина Например, связной'прием­ ник с полосой пропускания П — 6 кГц сможет обеспечить постоянство настройки на частоте /0 = 20 МГц, если нестабильность частоты гете­ родина в соответствии с (1.24) будет не более 6/г = (Зн-9)10~6. Анало­ гичные требования предъявляют и к широкополосным приемникам, работающим в диапазоне СВЧ колебаний. Например, такая же вели­ чина 6/г требуется для импульсного радиолокационного приемника с полосой пропускания П = 3 МГц, работающего на волне Я0 = 3 см. Возможные способы повышения стабильности частоты гетеродинов будут рассмотрены в гл. 8. Однако не всегда эти способы оказываются

Стабильность коэффициента усиления приемника, как правило, оказывается весьма низкой. Действительно, незначительное изменение усиления в каждом каскаде может привести к резкому изменению общего коэффициента усиления, если число каскадов в приемнике до­ статочно велико. Например, уменьшение крутизны ламп Всего на 10% в шестикаскадном УПЧ приводит к падению общего коэффициента уси­ ления вдвое. В большинстве случаев низкая стабильность коэффициен­ та усиления не расценивается как серьезный недостаток приемника. При проектировании коэффициент усиления приемника выбирается в 1,5—2 раза больше расчетной величины. Возможный избыток усиле­ ния при эксплуатации компенсируется системой регулировки усиле­ ния.

В некоторых типах приемников требуется очень высокая стабиль­ ность коэффициента усиления. К ним можно отнести приемники, вхо­ дящие в состав измерительных устройств: измерители помех, измери­ тели уровня поля и т. п. Здесь могут применяться обычные способы стабилизации коэффициента усиления: отрицательная обратная связь, стабилизация питающих напряжений, а также метод калибровки, т. е. периодическая проверка и установка требуемого коэффициента усиления приемника по стандартному входному сигналу. Процесс ка­ либровки может быть автоматизирован с помощью специальных схем, которые устанавливают нужный коэффициент усиления в короткие интервалы времени, когда измеряемый сигнал на входе не действует.

в перечень основных ручных регулировок приемника входят:

27