Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007), страница 6

Входная цепь и избирательные цепи УРЧ настроены на частоту принимаемого радиосигнала. на которой и осуществляется усиление, причем ВЦ обеспечивает предварительную, а УРЧ основную частотную избирательность и значительное (до 10'...1О> по напря>кению) усиление сигнала. В диапазонах, в которых определяющую роль в чувствительности РПрУ играют его собственные шумы, в качестве УРЧ используют малошумящий усилитель (МШУ).

Перестройка такого приемника по часто~с требует согласованной перестройки всех резонансных систем ВЦ и УРЧ. При необходимости получения большого усиления УРЧ может содер>кать несколько каскадов, что сопряжено со снижением его устойчивости и общей избирательности приемника, затрудняет техническую реализацию перестройки по частоте. Трудности, связанные с многокаскадностью УРЧ, позволяет устранить в принципе использование регенеративных и сверхрегенеративных усилителей, обеспечивающих большее усиление на каскад. Однако такие усилители обладают повышенными искажениями, относительно низкой устойчивостью по отношению к дестабилизирующим факторам, повышенной вероятностью паразитного излучения.

По этой причине они применяются редко, в частности в портативных приемниках СВЧ. При любых типах используемых УРЧ полностью преодолеть присущие схеме прямого усиления недостатки не удается, поэтому в настоящее время РПрУ с фиксированной настройкой применяются практически лишь в микроволновом и оптическом диапазонах.

Существенное улучшение большинства показателей РПрУ достигается на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала — переноса его в частотную область, где он может быть обработан с наибольшей эффективностью. Самое широкое 28 гплвл> распространение во всех радиодиапазонах получила построенная на этом принципе схема сунергел>ероди»лого прием>м>ки (рис.1.6, в). В таком приемнике сигналы частоты Г, преобразуются в преобразователе частоты (ПЧ), состоящем из смесителя (См) и генератора вспомогательных колебаний — гетеродина (Г).

в колебания фиксированной, так называемой промежуточной частотыг;,р, на которой и осуществляются основное усиление и частотная избирательность. Смеситель содержит нелинейный элемент или элемент с переменным параметром, поэтому в результате воздействия сигнала и колебаний гетеродина с частотой )'„на его выходе возникают колебания с комбинационными частотами Г= ~ лу"„": >1~„. ~, где т, и — целые числа.

Одна из этих комбинационных составляющих выделяется фильтром (резонансной системой) на выходе смесигеля и используется в качестве новой несущей частоты выходного сигнала, усиливаемого затем усилителем промежуточной частоты (УГ!Ч). Обычно используется наиболее интенсивная комбинационная составляющая с т =1, и =! (простое преобразование). но иногда и с л>~1, л =! (сложное или комбинационное преобразование). При этол> можно использовать как разность частот ~„ и Г, (разностное преобразование), так и их сумму (суммарное преобразование).

При наиболее широко применяемом простом разностном преобразовании обы ~но Гя = /,' — 1„' («верхняя» настройка гетеродина), но возможна н «нижняя» настройка с Г,„= Г, — у",. В обоих случаях / выбирается так. чтобы (,„была ниже границы диапазона рабочих частот ( Г; р < 1;. „„„). Для того чтобы (гв оставалась постоянной при перестройке приемника в некотором диапазоне частот !» осуществляется сопряженная перестройка ВЦ, резонансных цепей УРЧ и гетеродина. Поскольку сигпш> несет в себе полезную информацию, когорая в процессе преобразования должна сохраняться, ПЧ должен быть линейным по отношению к сигналу, несмотря на принципиально нелинейный характер происходящих в нем процессов. Другими словами, при преобразовании частоты происходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих.

Поскольку радиочастотные цепи обладают в большинстве слу чаев относительно широкой полосой пропускания, они обеспечивают лишь предварительную частотную избирательность (селекцию), вследствие чего ВЦ и Урь! называют преселекл>орши. Основная >ке избирательность приемника реализуется в тракте проме>куто >ной частоты. Чем вьппе частота принимаемого сигнала, тем сложнее в принципе достигнуть устойчивого малошумящего усиления в УРЧ. Назначение, структуры и технические характеристики 29 11оэтому на коротких сантиметровых и особенно на миллиметровых и оптических волнах приемники чаще всего не имеют Урс!, при этом функция предварительной избирательности ложится полностью на ВЦ, а к характеристикам преобразователя частоты, в частности шумовым, предъявляются повышенные требования.

Перенос сигнала на более низкую фиксированную частоту имеет следу>ощие преимущества: возможность реализации высокого устойчивого усиления за счет ослабления роли паразитных обратных связей (ОС); сужение полосы пропускания без усложнения фильтрующих (резонансных) цепей; упрощение реализации УПЧ вследствие отсутствия необходимости перестройки. Однако преобразование частоты обусловливает и ряд особенностей супергетеродинного приема. требующих принятия специальных мер для нейтрализации их отрицательного влияния на показатели и характеристики РПрУ. К таким особенностям относят: образование побочных каналов приема, по которым в тракт РПрУ проникают различные помехи; влияние нестабильности частоты гетеродина на настройку приемника; возможность излучения колебаний гетеро- дина через приемную антенну. При высоких требованиях к избирательности по побочным каналам приема приходится применять двух- или трехкратное последовательное преобразование частоты, понижая ее до основной промежугочной, на которой и достигаются обычно необходимая избирательность по соседнему каналу и усиление.

Как при суммарном, так и при разностном преобразовании возмо>кно такое преобразование частоты, когда 1„'„> >"„„„. Такой супергетеродинный приемник называется плфрадино>и (рис.1.6, г) и о~личае~ся тем, что при его работе в диапазоне частот перестраивается только гетеродин, а преселектор может либо не перестраиваться вообще (широкополосные преселекторы), либо перестраиваться переключением входных фильтров (фильтровые преселекторы).

Высокую промежуточную частоту приходится затем понижать с помощью другого преобразователя. Достоинствами инфрадина являются возможность существенного подавления побочных каналов за счет высокой избирательности более сломсных и совершенных неперестраиваемых ВЦ, а также упрощение настройки. 11едостатки — опасность перегрузки усилительных элементов широкополосных входных каскадов посторонними мешающими сигналами и повышенные требования к стабильное~и частоты высокочастотного гетеродина. Применяются инфрадины в системах подвижной связи и в других системах с беспоисковой настройкой приемника. Если выбрать |'„= 1;, то при разностном преобразовании )„р = 0 и реализуется принцип построения РПрУ с прямым преобразованием частоты сигнала (с преобразованием в «нулевую частоту»).

В качестве смесителя используется перемножитель (рис.1.б, г), на который поступают сигнал с преселектора и колебания гетеродина СГ. синхронизированные относительно колебаний сигнала с точностью до фазы с помощью цепи синхронизации (ЦС). На выходе перемножителя, играющего в данном случае роль синхронного детектора, получается сигнал с частотой модуляции Г„выделяемый фильтром нижних частот (ФНЧ) с полосой пропускания г"„„„„„соответствующей максимальной частоте модуляции сигнала. Фильтр подавляет все составляющие, отстоящие от/,, на частоту более Г,„,„„чем достигается частотная избирательность приема.

Такой приемник называешься силхродииоль К его достоинствам относятся простота и отсутствие ряда побочных каналов приема к недостаткам — низкая помехоустойчивость цепи синхронизации, содержащей систему ФАПЧ, и повышенные требования к линейности тракта. На основе двухканальных синхродинов с использованием квадратурных колебаний от общего гетеродина реализуется асинхронный приемник прямого преобразования частоты, в котором не требуется синхронизация колебаний гетеродина и сигнала с точностью до фазы.

Поскольку супергетеродинная схема построения РПрУ в настоящее время наиболее совершенная и распространенная, рассмотрим ее основные особенности более подробно. Многие из этих особенностей обусловлены образованием ложных сигналов, называемых соседними и побочными каналами приема, по которым в трак~ РПрУ проникают различные помехи с частотами 1,. Основной канал приема образуется полосой пропускания приемника, в которой находится спектр сигнала. Соседний канал приема — это канал на частоте);„примыкающей к основному каналу на частоте 1';. Вследствие недостаточной избирательности приема он не отфильтровывается преселектором и образует в преобразователе частоты сигнал с 1„'р=~/; — 1,„.1=)„р, попадающий в полосу пропуркания УПЧ и поэтому усиливаемый и обрабатываемый наравне с полезным сигналом.

Основная мера борьбы с помехами по соседнему каналу — повышение избирательности УПЧ. Общую формулу для частот всех побочных каналов приема (и полезного также) можно в принятых ранее обозначениях запи- 1 сать в виде 1„= — (~п~ -ь Г„„), где для полезного сигнала 1„=~., т=1, » »=-1, знак «плюс» соответствует «нижней» настройке гетеродина, знак «минус» — «верхней». Назначение, структуры н технические характеристики Зеркильпыг), или сгггегггеггг)гигггыгг канал образуется внешней гюмехой на частоте~,=~'„„.=-/;ч-)ее= ~,'» 2)„„(ггг=1, л=!) при «верхггей» настройке или г'.