Тема 1.3.2. Тракт радиочастоты радиоприемника.

Тема 1.3.2. Тракт радиочастоты радиоприемника.

В х о дные цепи   радиоприемников

 

Н азначение входных цепей

В ходными цепями (ВЦ) радиоприемника называют цепи, связывающие антенно-фидерную систему с первым усилительным или преобразовательным каскадом приемника.

Основными назначениями ВЦ являются:

- передача принятого сигнала от антенны к входу этих каскадов;

- предварительная фильтрация внешних помех.

Обычно ВЦ представляют   собой пассивный четырехполюсник,

содержащий колебательные контуры. Наибольшее распространение получили

одноконтурные ВЦ. Многоконтурные  входные цепи применяются только при

высоких требованиях к избирательности входной цепи.

 

Типовые схемы входных цепей

 

 

На рис. 4.1 – 4.4 приведены некоторые часто встречающиеся схемы одноконтурных входных цепей. Схемы отличаются способами связи входного контура с антенной. На рис. 4.1 приведены схемы с трансформаторной связью между контуром L K C K и антенной.

 

 

Рис. 4.1.  Схемы  с  трансформаторной  связью одноконтурной  входной  цепи  с антенной:   а – с биполярным транзистором; б – с полевым транзистором

 

В схемах на рис. 4.2 использована емкостная связь входного контура с антенной, а в схемах на рис. 4.3 входной контур связан с антенным фидером через автотрансформатор.

Подключение  входного  контура  к активному  элементу  может быть полным или частичным в зависимости от входного сопротивления последнего.

Имеющий  малое  входное  сопротивление  биполярный  транзистор  обычно подключается частично, у полевого возможно полное включение.

 

Рис. 4.2. Схемы с емкостной связью одноконтурной входной цепи с антенной

 

 

Рис. 4.3. Схемы с трансформаторной связью одноконтурной входной цепи с фидером

 

 

 

Рис. 4.4. Схема двухконтурной входной цепи

 

На  рис. 4.4  приведена одна из наиболее распространенных схем двухконтурной ВЦ.

Здесь связь первого контура с антенной — трансформаторная. Связь между контурами  — внутриемкостная через конденсатор С св1 и внешнеемкостная через С св2

 

 

Эквиваленты приемных антенн

Эквивалентную  схему приемной  антенны  можно  представить  в виде генератора  с ЭДС E A  (или с током I А)  и внутренним  сопротивлением Z A.

Внутреннее сопротивление   генератора ЭДС в общем случае содержит

активную  и реактивную  составляющие,  т.е. Z A  =   R A  +   jX A.   Если антенна

Входные цепи при работе с ненастроенными антеннами

 

Настройка входной цепи

Для получения  заданного коэффициента перекрытия  на  всех поддиапазонах в контурах используют добавочные конденсаторы C 1 и С 2 (рис. 4.13), которые уменьшают влияние емкости С к на частоту настройки контура и, следовательно, уменьшают коэффициент перекрытия

 

Рис. 4.13. Получение заданного коэффициента перекрытия диапазона

 

 

В связи с микроминиатюризацией  аппаратуры  для настройки  контуров вместо громоздких механических блоков конденсаторов переменной емкости (КПЕ) в настоящее время обычно применяют варикапы. Главное преимущество варикапов — малые размеры, механическая надежность, простота автоматического и дистанционного управлений настройкой.

Схемы включения варикапов в колебательный контур приведены на рис.

4.14.  Регулирующее  напряжение  на  диоды  подается  потенциометром  от

стабилизированного       источника. Резистор    нужен для уменьшения

шунтирующего  действия на резонансный контур цепи управления настройкой.

 

 

 

 

Рис. 4.14. Схемы электронной настройки контура

 

Недостатком варикапов в сравнении с КПЕ является  нелинейность при больших  уровнях сигналов и помех. Ослабить  нелинейные эффекты можно известным приемом — применением балансных (двухтактных) схем. В данном случае такой схемой является встречно-последовательное включение двух варикапов (рисунок справа).

Для настройки контуров с помощью варикапов целесообразно применять не  механические  регуляторы  напряжения  со  скользящими  контактами,  а электронные источники регулирующие напряжения – синтезаторы напряжения.

 Они содержат генератор импульсов и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), являющийся источником ступенчатого настроечного напряжения колебательного контура. Управляющее  устройство для настройки может содержать микропроцессор (МП), запоминающее и программное устройства, а также органы ручного управления.

Переключение  поддиапазонов может осуществляться как переключателями со скользящими контактами, так и электронными ключами, качестве    которых служат коммутационные диоды. Переключатели со скользящими контактами имеют низкую надежность и затрудняют автоматическое  и дистанционное управление  переключением.  Электронные ключи на коммутационных диодах просты и надежны, позволяют осуществлять  автоматическое  и дистанционное  управление  полностью  на электронных  узлах.  Их  недостаток  – нелинейность  диодных  ключей  при сильных помехах, которая приводит к ухудшению многосигнальной избирательности.

Переключение  поддиапазонов – более сложная  задача, чем электронная настройка. Поэтому  разработчики радиоаппаратуры стараются не применять переключение поддиапазон во входных цепях. Такая  возможность появляется при инфрадинном

 

 

Построении  приемника, когда первая промежуточная  частота выбрана выше максимальной частоты диапазона приемника и зеркальный  канал  расположен  далеко за пределами диапазона принимаемых частот.  В качестве  входной цепи в таких приемниках обычно применяют не перестраиваемые фильтры низких частот.

 

Основные выводы

Входная цепь должна наиболее полно передавать энергию сигнала из антенны в первый каскад приемника и осуществлять предварительную фильтрацию сигнала от помех.

Входная  цепь  содержит  фильтр  и цепи  связи фильтра  с антенной  и усилительным элементом последующего каскада.

Коэффициент передачи по напряжению входной цепи можно определить как произведение коэффициентов  передачи цепи связи  фильтра с антенной, эквивалентного  фильтра  и цепи связи  фильтра  с усилительным элементом последующего каскада.

АЧХ, ФЧХ и селективность входной цепи определяются в основном АЧХ, ФЧХ и селективностью резонансного контура и зависят от его эквивалентного затухания.

Эквивалентное  затухание контура входной цепи определяется его конструктивным  затуханием и вносимыми затуханиями со стороны антенной цепи и со стороны последующего каскада.

Максимальный  коэффициент передачи входной цепи обеспечивается при оптимальной связи антенной цепи и входа последующего каскада с контуром, при которой вносимое в контур затухание из антенной цепи равно вносимому затуханию  от  последующего  каскада.  Для получения   К 0max  контур  должен иметь малые потери.

Изменение резонансного коэффициента передачи входной цепи по диапазону в основном определяется изменением коэффициента передачи цепи связи ее фильтра с антенной.

При емкостной связи с антенной и при емкостной перестройке контура входной  цепи  коэффициент  передачи  резко  изменяется  по  диапазону, поэтому этот вид связи применяют в недорогих приемниках, при малом коэффициенте перекрытия диапазона и т. д.

Сравнительно  небольшое  изменение   К 0  в рабочем  диапазоне  частот можно получить при трансформаторной связи с «удлиненной» антенной.

Во входной цепи можно осуществить  согласование по мощности сигнала, соответствующее  максимальному коэффициенту передачи, и согласование по шумам, при котором коэффициент шума приемника минимален.

Если шумы УРЧ  велики  по  сравнению  с шумами  входной  цепи,  то минимум  коэффициента шума входной  цепи  совместно  с УРЧ  получается практически при оптимальной связи.

Улучшение  коэффициента шума по  сравнению  с его  значением  при оптимальной связи пропорционально доле шумов  усилительного элемента в общих шумах схемы. Если шумы УРЧ малы, то минимум коэффициента шума получается  при связи,  более сильной,  чем необходимо для согласования  по мощности сигнала.

На  частотах  низке 100  МГц  контур  входной  цепи  выполняется  на сосредоточенных LC -элементах. В диапазонах длин волн короче 1 м качестве колебательного контура  входной цепи используют  цепи с распределенными параметрами.  В диапазоне дециметровых длин

волн наиболее широко используются отрезки коаксиальных или полосковых линий.

Применение полосковых линий позволяет выполнить узлы и резонансные цепи приемника в едином технологическом цикле по интегральной технологии. В диапазоне сантиметровых и более коротких длин волн наряду с полосковыми  линиями  в качестве  избирательных  систем входных  цепей применяют объемные резонаторы.

 

К онтрольные вопросы

1. Укажите назначение и перечислите основные характеристики ВЦ.

2.  Почему  настройка  контура  ВЦ  с  помощью  переменной  емкости

предпочтительнее настройки переменной индуктивностью?

3. Нарисуйте  схемы ВЦ с разными видами связи контура с антенной и объясните назначение элементов.

4.  Составьте  эквивалентные  схемы ВЦ  с различными  видами  связи контура с антенной.

5. Какими          параметрами определяется       коэффициент передачи ВЦ? Условия  получения максимального коэффициента передачи ВЦ?

6. Условия  согласования антенны со входом приемника?

7.Из  каких соображений выбирается связь входного контура с настроенной антенной?

8.Из каких соображений выбирается связь входного контура с ненастроенной антенной? Почему?

9. От чего зависит избирательность ВЦ?

10. От чего зависит ширина полосы пропускания ВЦ?

11. Как выбирается связь входного контура с активным элементом?

12. Перечислите основные типы объемных резонаторов и фильтров СВЧ.

используемых в качестве ВЦ РПрУ.  Опишите их достоинства и недостатки.

13.  Какими соображениями  руководствуются  при  выборе  типа  АЧХ

(максимально плоская, равноволновая, эллиптическая) входных фильтров СВЧ РПрУ?

 

Задачи для самоконтроля

1.  Преселектор  приемника перестраивается переменным конденсатором с емкостью 16 пФ … 318 пФ.

Индуктивность контура 0,273 мГн, емкость монтажа 20 пФ. Рассчитайте  крайние частоты диапазона перестройки приемника.

2.  В одноконтурном селективном усилителе емкость контура увеличена, а индуктивность контура уменьшена в одинаковое количество раз.

Как изменятся (уменьшатся,  или увеличатся)  резонансное усиление и полоса пропускания, если добротность контура и параметры схемы не изменились?

3.  Почему в диапазонных РПрУ  один из конденсаторов  контура  делают подстроечным? Почему  необходимо предусматривать некоторое изменение индуктивности контурной катушки?

4. Рассчитайте  эквивалентную  добротность контура входной цепи для вещательного РПрУ, исходя из требуемой полосы пропускания, которая в  диапазоне  СВ  должна  быть  не  менее  9  кГц,  а  частотная избирательность на крайних частотах полосы пропускания  (540 – 1600 кГц) не превышает 3 дБ.

 

Тема 1.3.2. Тракт радиочастоты радиоприемника.

В х о дные цепи   радиоприемников

 

Н азначение входных цепей

В ходными цепями (ВЦ) радиоприемника называют цепи, связывающие антенно-фидерную систему с первым усилительным или преобразовательным каскадом приемника.

Основными назначениями ВЦ являются:

- передача принятого сигнала от антенны к входу этих каскадов;

- предварительная фильтрация внешних помех.

Обычно ВЦ представляют   собой пассивный четырехполюсник,

содержащий колебательные контуры. Наибольшее распространение получили

одноконтурные ВЦ. Многоконтурные  входные цепи применяются только при

высоких требованиях к избирательности входной цепи.

 

Типовые схемы входных цепей

 

 

На рис. 4.1 – 4.4 приведены некоторые часто встречающиеся схемы одноконтурных входных цепей. Схемы отличаются способами связи входного контура с антенной. На рис. 4.1 приведены схемы с трансформаторной связью между контуром L K C K и антенной.

 

 

Рис. 4.1.  Схемы  с  трансформаторной  связью одноконтурной  входной  цепи  с антенной:   а – с биполярным транзистором; б – с полевым транзистором

 

В схемах на рис. 4.2 использована емкостная связь входного контура с антенной, а в схемах на рис. 4.3 входной контур связан с антенным фидером через автотрансформатор.

Подключение  входного  контура  к активному  элементу  может быть полным или частичным в зависимости от входного сопротивления последнего.

Имеющий  малое  входное  сопротивление  биполярный  транзистор  обычно подключается частично, у полевого возможно полное включение.

 

Рис. 4.2. Схемы с емкостной связью одноконтурной входной цепи с антенной

 

 

Рис. 4.3. Схемы с трансформаторной связью одноконтурной входной цепи с фидером

 

 

 

Рис. 4.4. Схема двухконтурной входной цепи

 

На  рис. 4.4  приведена одна из наиболее распространенных схем двухконтурной ВЦ.

Здесь связь первого контура с антенной — трансформаторная. Связь между контурами  — внутриемкостная через конденсатор С св1 и внешнеемкостная через С св2