Политех в Сети

Сайт для Учебы

10.2.РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 

Радиоэлектронное устройство, предназначенное для улавливания электромагнитных колебаний (радиоволн), их преобразования и извлечения из них полезной информации, называется радиоприемником. Оно состоит из приемной антенно-фидерного устройства, собственно радиоприемника, оконечного устройства и источников питания, как показано на рис.10.2.

описание: пр34

Рис.10.2.Структурная схема радиоприемника

Назначение и конструктивные особенности антенно-фидерных устройств были рассмотрены ранее. Задачей собственно радиоприемника является селекция (выделение) полезного сигнала из множества сигналов, принимаемых антенной, усиление выбранного сигнала, детектирование и усиление продетектированного сигнала до уровня, необходимого для работы оконечного устройства.

10.2.1. Детекторный радиоприемник

Простейший радиоприемник содержит только элементы, принципиально необходимые для его работы. Это антенно-фидерное устройство, детектор и оконечное устройство, представляющее собой высокоомные (сопротивлением не менее 1-2кОм) головные телефоны – наушники. Схема детекторного радиоприемника показана на рис.10.3

описание: пр35

Рис.10.3.Детекторный радиоприемник

Такой радиоприемник способен принимать сигналы мощных, близко расположенных радиостанций, причем все одновременно. Селекция радиостанций осуществляется по мощности (слышна самая громкая на фоне остальных).

В более совершенном приемнике применяется частотная селекция, как показано на рис.10.4.

описание: пр36

Рис.10.4.Детекторный радиоприемник с частотной селекцией

Колебательный контур настраивается на частоту принимаемой радиостанции, что позволяет избавиться от помех, создаваемых другими радиостанциями. Для уменьшения шунтирования контура низким выходным сопротивлением антенны применяется частичное включение контура, индуктивная или емкостная связь контура с антенной. Детекторные радиоприемники не требуют источников питания. Поскольку нет усиления сигналов радиочастоты и звуковой частоты, такие радиоприемники имеют низкую чувствительность, малую выходную мощность, способны принимать только сигналы местных радиостанций.

10.2.2.Приемник прямого усиления

Для повышения чувствительности и выходной мощности радиоприемника необходимо осуществить усиление сигналов радиочастоты до детектирования и усиление сигналов звуковой частоты. Также необходимо произвести выделение (селекцию) полезного сигнала из множества сигналов, принимаемых антенной. Селекция необходимого сигнала (выбор нужной радиостанции) может осуществляться по разным критериям: частоте несущего колебания, по мощности, по фазе, по направлению прихода радиоволн и т. д. Чаще всего применяется частотная селекция. Для этого входная цепь и, часто, усилитель радиочастоты содержат колебательные контуры, перестраиваемые по частоте. УРЧ, кроме того, осуществляет усиление сигнала от напряжения, развиваемого антенной (минимум 1 – 10 мкВ) до напряжение 1 – 3 В, необходимого для работы детектора. Вид детектора зависит от вида модуляции сигналов принимаемой радиостанции. В радиовещании в диапазонах длинных, средних и коротких волн используется амплитудная модуляция, а в диапазоне УКВ – частотная модуляция. Усилитель звуковой частоты может иметь выходную мощность от десятков милливатт до десятков и более ватт в зависимости от типа и назначения радиоприемника. Структурная схема такого радиоприемника показана на рис.10.5.

описание: пр37

Рис.10.5.Структурная схема радиоприемника прямого усиления

В приемнике прямого усиления селекция и усиление радиосигналов происходят на частоте принимаемого сигнала. При этом к радиочастотному тракту радиоприемника предъявляются высокие и противоречивые требования. Этот тракт должен иметь высокое устойчивое усиление при малых собственных шумах. Полоса пропускания должна соответствовать спектру принимаемого сигнала. Для равномерного усиления высоких и низких частот принимаемого сигнала форма АЧХ радиочастотного тракта должна быть близка к прямоугольной. Наконец, все перечисленные параметры должны сохранять неизменность как при перестройке внутри принимаемого диапазона, так и при переключении диапазонов. В радиоприемнике прямого усиления удовлетворить этим требованиям невозможно. Поясним это на примере. Обычно добротность колебательных контуров, используемых во входной цепи и в УРЧ примерно равна 50. При приеме радиостанции в диапазоне длинных волн, работающей на частоте 270 кГц полоса пропускания колебательного контура будет равна 5,4 кГц. При максимальной частоте в спектре передаваемого сигнала 7 кГц ширина спектра равна 14 кГц, что больше полосы пропускания колебательного контура. Верхняя часть спектра принимаемого сигнала будет обрезана, возникнут частотные искажения принимаемого сигнала. При приеме в двадцатиметровом диапазоне (частота несущей 15 МГц) полоса пропускания контура будет равна 300 кГц и сигналы соседних по диапазону радиостанций не будут отфильтрованы – возникнут помехи.

Вследствие этого и из-за других недостатков приемник прямого усиления находит ограниченное применение, а более употребительным является приемник с преобразованием частоты, называемый супергетеродинным.

10.2.3.Супергетеродинный радиоприемник

Принцип работы супергетеродинного радиоприемника был предложен Л. Леви в 1917г, а построил его Э. Армстронг в 1919г. Сущность супергетеродинного метода приема заключается в переносе спектра принимаемого сигнала с частоты его несущей на фиксированную, промежуточную частоту, на которой производится основное усиление сигнала и формируется необходимая, близкая к прямоугольной, форма АЧХ. Далее усиленный сигнал детектируется и усиливается до необходимого уровня выходной мощности.

Структурная схема супергетеродинного радиоприемника приведена на рис.10.6.

описание: супергетеродин

Рис.10.6. Структурная схема супергетеродинного радиоприемника

Входная цепь и УРЧ, аналогичные таким же цепям в приемнике прямого усиления, осуществляют предварительную селекцию (преселекцию) и усиление принимаемого сигнала. Колебательные контуры этих цепей перестраиваются по частоте и, при необходимости, переключаются на разные диапазоны. Затем сигнал поступает на вход смесителя, на второй вход которого подается напряжение со специального генератора гармонических сигналов, называемого гетеродином. Частота гетеродина также перестраивается, причем таким образом, что она все время отличается от частоты принимаемого сигнала на одну и ту же величину. На выходе смесителя, который является параметрической или нелинейной цепью, появляются напряжения с частотами, равными сумме и разности частот принимаемого сигнала и гетеродина. Каждая из этих частот модулирована передаваемым сигналом. Одна из них, обычно разностная, и является промежуточной частотой. Эта промежуточная частота далее усиливается усилителем промежуточной частоты – УПЧ. В УПЧ происходит основное усиление сигнала, одновременно формируется необходимая форма АЧХ, соответствующая спектру принимаемого сигнала. Затем производится детектирование и усиление звукового сигнала.

Так как промежуточная частота фиксирована и не меняется при приеме любой радиостанции в любом диапазоне, можно обеспечить высокое усиление, высокую избирательность, близкую к прямоугольной форму АЧХ и независимость этих параметров от частоты принимаемой радиостанции.

Недостатками супергетеродинных приемников являются наличие дополнительных частот приема, двойственность настройки и чувствительность к помехам с частотой, равной промежуточной.

Перестройка по частоте в супергетеродинном приемнике производится при помощи блока конденсаторов переменной емкости (КПЕ) с одной осью управления. Параметры конденсаторов одинаковы. Однако вследствие разности частот настройки преселектора и гетеродина требуются разные коэффициенты перестройки емкости этих конденсаторов, что достигается подключением дополнительных конденсаторов к КПЕ гетеродина. При этом законы изменения частоты настройки при вращении блока КПЕ для преселектора и гетеродина оказываются различными и точное сопряжение настроек может быть получено только в трех точках: в начале, середине и в конце диапазона. Поскольку настройка радиоприемника определяется частотой настройки гетеродина, АЧХ преселектора должна быть широкой. Но при этом приемник может одновременно принимать радиосигналы с двумя разными несущими частотами, расположенными симметрично по отношению к частоте гетеродина, как показано на рис.10.7.

описание: пр39

Рис.10.7.Образование зеркального канала приема

Такие радиосигналы после преобразования создают сигналы с одинаковыми промежуточными частотами и их частотное разделение в УПЧ невозможно. Один из этих сигналов является полезным, а другой, «зеркальный», мешает его приему.

Другим проявлением симметричного приема является двойственность настройки. При радиосигнале с частотой FС номинальную промежуточную частоту FПч можно получить при частотах гетеродина FГ1 = FС - FПч и FГ1 = FС + FПч .Таким образом, один и тот же сигнал с частотой FС может быть при двух разных частотах гетеродина, т. е. в двух разных точках шкалы настройки радиоприемника, причем эти частоты отстоят друг от друга на 2FПч.

Для уменьшения помехи с частотой, равной FПч применяется режекторный фильтр («фильтр–пробка»), включенный до смесителя.

Для ослабления приема на дополнительных частотах иногда применяют более сложные супергетеродинные схемы, в которых производится двукратное и даже трехкратное преобразование частоты.