Расчет полосы пропускания приемника

 

Полоса пропускания П = П_пр при работе без автоматической подстройки частоты (АПЧ) определяется [2]:

· шириной спектра входного сигнала Δ f _с  (главным образом);

· нестабильностью частоты передатчика Δ f _пер  (нестабильностью частоты сигнала);

· нестабильностью частоты гетеродина Δ f _г;

· неточностью настройки фильтров на промежуточной частоте Δ f _п.ч.

 

Ширина спектра сигнала определяется следующим образом:

· при амплитудной модуляции Δ f _с  = 2 F _в;

· при частотной модуляции [51] Δ f _с = 2 F _в (1 + ψ+  );

· при ψ < 1 Δ f _с = 2 F_b.

При импульсной модуляции может задаваться время установленияτ_у либо длительность (ширина) импульса t _и. Чаще используют длительность импульса. Анализ переходных процессов избирательных усилителей [7] показывает, что ширина спектра (полоса) сигнала при известной t _и удовлетворяет условию

Δ f _с  = (0,7...0,8) / t _и.

При нестабильности частоты передатчика и приемника для обеспечения приема без поиска и подстройки требуется не значительно расширить полосу пропускания в соответствии с выражением:

                              (3.1)

Возможный температурный уход частоты передатчика

Δ f _пер = α_пер f _с Δ t ^°,

где α_пер — относительный уход частоты передатчика при изменении температуры на 1 °С (α_пер = 10^–8...10^–6 — для стационарных радиовещательных передатчиков); Δ t ° — возможный уход температур (от 20 °С).

Возможный температурный уход частоты гетеродинаможно определить по формуле

Δ f _г = α_г f _с Δ t ^°,

где α_г — относительный уход частоты гетеродина при изменении температуры на 1 °С (α_г = 10^–8…10^–6 — для гетеродинов с кварцевой стабилизацией; α_г =
= 10^–5…10^–4 — для гетеродинов с параметрической стабилизацией; α_г =
= (0,3…1,5) 10^–3 — для гетеродина на транзисторе).

Необходимо также увеличивать полосу приемника вследствие неточности настройки фильтра в тракте промежуточной частоты (последнее слагаемое в (3.1)). Величина расширения полосы определяется как некоторая часть от промежуточной частоты:

Δ f _п.ч = (1...3)10^-4 f _п.ч

и корректируется уже после выбора промежуточной частоты.

Как известно, при расширении полосы снижается чувствительность приемника:

E _{А min} ≈ .

Учитывая эту связь и полагая предварительно значение коэффициента шума приемника N ≈2 (произведение k T₀ = 4∙10^–21Вт/Гц), из приведенного выражения можно найти наиболее широкую полосу П_max, при которой еще выполняется требование данного домашнего задания по чувствительности приемника E _{а min} при заданной отношении мощности сигнала к мощности шума  на выходе приемника. Рассчитанное выше по (3.1) значение полосыП должно быть меньше полученной из последней формулы оценки П_max.: П < П_max.

Предварительный выбор промежуточной частоты определяется следующим образом, учитывая два противоположных требования:

· промежуточная частота должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить заданное подавление зеркального канала σ_з.к при реализуемой эквивалентной добротности каждого из контуров преселектора Q _э.пр;

· промежуточная частота должна быть достаточно малой для того, чтобы могла быть обеспечена заданная полоса пропускания приемника при использовании на этой частоте фильтров с их совместной эквивалентной добротностью Q _э.п.ч на промежуточной частоте.

Для того чтобы получить необходимое подавление зеркального канала при использовании в преселекторе n одиночных электрических контуров, промежуточную частоту f _п  рассчитывают из соотношения   

f _п.ч ≥ f _п1 = .                                               (3.2)

На частотах f _с = 50...150 МГц ориентировочно значение эквивалентной добротности контура Q _э.пр = 10…50, σ_з.к  —подавление зеркального канала, дБ (в соотношение (3.2) подставлять значение σ_з.к в разах по напряжению). Преселектор включает, как правило, входную цепь и один-два каскада избирательных (резонансных) УВЧ (распределенная избирательность), поэтому в эскизном расчете можно положить n ≤ 3.

На частотах f _с = 500...6000 МГц используются в качестве преселектора микрополосковые фильтры третьего (не менее) порядка, добротность которых также составляет Q _э.пр = 10…50. И для подавления зеркального канала может использоваться тоже соотношение, где n — порядок фильтра.

Для обеспечения заданной полосы приемника П, полагая, что в супергетеродинном приемнике полоса этого приемника примерно равна полосе Δ f _п.ч, формируемой фильтрами на промежуточной частоте, f _п.ч выбирают из соотношения

f _п.ч ≤ f _п2 ≈ П Q _{э п.ч}ψ(n 1)                                              (3.3)

где Q _э.п.ч  — эквивалентная добротность контуров промежуточной частоты
(Q _{э п.ч} = 50…80 для f _п.ч = 0,5…30 МГц; ψ(n 1) — коэффициент, зависящий от вида резонансной системы в тракте промежуточной частоты. При эскизном проектировании полагаем ψ(n 1) = 1

Вариант реализации ФСС может быть выбран с помощью справочных баз данных различных фирм, приводимых в Интернете и издаваемых каталогах (пьезофильтры, фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и др.).  

Кроме этого, может быть использован (при отсутствии подходящего выпускаемого промышленностью фильтра) вариант реализации ФСС рассчитанный на LC -элементах. При этом достижимое значение эквивалентной добротности ФСС на электрических контурах Q _ФСС = Q _э.п.ч связано с собственной ненагруженной добротностью Q _к контуров, составляющих ФСС, формулой Q _ФСС = Q _к/2,82. При оптимальном выборе емкости и способа намотки катушек индуктивности, обеспечивающими минимум потерь в контурах, можно добиться получения Q _к = 100...250 на частотах f _п.ч = 0,5...30 МГц.

Следует обратить внимание, что промежуточная частота f _п.ч должна превышать заданную верхнюю частоту модуляции F _max в 5...10 раз, а при импульсных сигналах период колебаний Т _п.ч = 1/ f _п.ч должен быть раз в 10...20 меньше длительности импульса, чтобы на выходе детектора можно было получить надежную фильтрацию f _п.ч. Для супергетеродинных приемников станции работающие на f _п.ч этого приемника являются помехой. Это так называемый канал прямого прохождения. Поэтому промежуточную частоту рекомендовано выбирать из стандартного ряда, представленного в табл. 3.1.

Таблица 3.1