Радиоприёмные устройства различного назначения
Глава 10. Радиоприёмные устройства различного назначения
10.1. Радиовещательные приёмники
Предназначены для приёма и воспроизведения монофонических и стереофонических программ радиовещания. Подразделяются на стационарные и переносные, а по электрическим, электроакустическим параметрам и комплексу потребительских удобств – на четыре группы сложности (класса): 0, 1, 2, 3. Также приёмники должны обеспечивать приём сигналов в диапазонах ДВ, СВ, КВ, УКВ, и ДЦВ с различными видами модуляции. Кроме того, имея высокие показатели качества, они должны обладать минимальной стоимостью. Для приёма АМ- и ЧМ- сигналов РПрУ содержит два отдельных тракта радиочастоты и обычно общий тракт УПЧ (рис. 10.1)
Обычно приём УКВ, а часто и КВ станций ведётся на штыревую антенну. Станции, работающие в ДВ- и СВ- диапазонах, принимают на встроенную ферритовую магнитную антенну МА. Входные цепи представляют собой перестраиваемые и переключаемые в зависимости от диапазона узкополосные фильтры. Обычно используется однократное преобразование частоты (за исключением приёмников высшей группы сложности), после которого сигнал усиливается в двухканальном УПЧ, что обусловлено существенным различием в значениях промежуточной частоты и полосы пропускания при приёме АМ- и ЧМ- сигналов. При приёме АМ- сигналов fпр =465 кГц, а при приёме ЧМ – сигналов fпр =10,7 МГц. После детектирования соответственно АД или ЧД сигнал усиливается в УЗЧ и подаётся на акустическую систему. Наличие УРЧ в радиотракте не является обязательным. Например, на рис. 10.2 приведена структурная схема РПрУ без УРЧ для приёма АМ – сигналов.
При приёме АМ – сигналов преобразование частоты осуществляется в ПрЧАМ, нагрузкой которого является фильтр ФАМ, настроенный на частоту 465 кГц. При приёме ЧМ – сигналов ПрЧАМ используется как дополнительный УПЧ на частоте 10,7 МГц, нагрузкой которого является фильтр ФАМ. Преобразование частоты принимаемого ЧМ – сигнала происходит в преобразователе ПрЧЧМ.
Приёмник, не содержащий выходного УЗЧ и АС, называют тюнером. Он предназначен для работы с внешними УЗЧ и АС.
Переход к стереофоническому вещанию даёт представление о пространственном местонахождении источника звука. Достаточно хороший стереоэффект получают уже при двухканальной передаче звука. Для этого передаются два звуковых сигнала: один несёт информацию о звучании с левой стороны от источника звука, другой – с правой. Оба звуковых сигнала передаются через один передатчик на одной несущей частоте.
10.2. Профессиональные радиоприёмные устройства декаметровых волн
Коротковолновая связь в настоящее время сохраняет своё значение как одно из основных средств для подвижных служб, а так же как важное вспомогательное и резервное средство связи. На декаметровых волнах осуществляется магистральная, зоновая и местная радиосвязи; авиационная и морская связи; радиосвязь в системе железнодорожного транспорта и др.
Характерной особенностью распространения радиоволн этого диапазона является их отражение от ионосферы, что позволяет организовывать радиосвязь на дальние расстояния при относительно небольших мощностях передатчиков. Однако дисперсность, неоднородность и нестабильность отражающих слоёв ионосферы делают связь неустойчивой, и в процессе сеанса связи иногда приходится менять частоты для обеспечения максимальной надёжности связи. Следствием условий распространения радиоволн является замирание сигнала, т.е. изменение его уровня (и других параметров) на входе приёмника.
В профессиональном РПрУ (рис. 10.3) можно выделить следующие функциональные блоки: главный тракт приёма (ГТП), синтезатор частот (СЧ), блок управления (БУ), выходные устройства (ВУ) и блок питания (БП).
Задача ГТП – осуществлять предварительную селекцию, усиление и преобразование сигнала. СЧ вырабатывает гетеродинные напряжения с нужными частотами. ВУ обеспечивает обработку сигнала, близкую к оптимальной. БУ осуществляет функции управления и контроля за работой приёмника как с местного пульта (ПУ), так и на расстоянии. Одной из особенностей РПрУ этого типа является обеспечение ими приёма различных видов телеграфных и телефонных сигналов. Для магистральной радиосвязи отведён диапазон частот 1,5 – 30 МГц, однако иногда используется и область частот ниже 1,5 МГц.
Рекомендуемые материалы
В отличие от бытовых, профессиональные приёмники являются более сложными устройствами с более высокими требованиями к шумовым параметрам, чувствительности, избирательности, стабильности частот гетеродинов, времени настройки и т.д.
Для профессиональных РПрУ характерно многократное преобразование частоты, позволяющее реализовывать высокую селективность как по соседнему, так и по побочным каналам. Это достигается выбором высокой первой и более низких последующих промежуточных частот. Разработка высокостабильных синтезаторов, а также кварцевых и монолитных фильтров с АЧХ, близкой к прямоугольной, позволила построить ГТП по схеме рис. 10.4. При перестройке приёмника первая и вторая промежуточные частоты постоянны и основную селективность можно обеспечить уже в УПЧ1. Задача трактов второй промежуточной частоты – усилить принятый сигнал, что можно выполнить с помощью апериодических усилителей с соответствующей дополнительной низкочастотной фильтрацией.
Для обеспечения приёма различных видов сигналов в тракте первой промежуточной частоты нужно иметь фильтры с переменной полосой пропускания либо сменные фильтры с полосами пропускания, соответствующими различным видам принимаемых сигналов. В ряде РПрУ полосу пропускания фильтра ФСС1 выбирают по самому широкополосному из принимаемых сигналов. Окончательная расфильтровка обеспечивается с помощью сменных фильтров в тракте второй промежуточной частоты.
Преселектор в ГТП может быть как перестраиваемым, так и фильтровым. В последнем случае ВЦ представляет собой набор (гребёнку) узкополосных фильтров, перекрывающих диапазон рабочих частот. Для получения нужного коэффициента шума используются малошумящие усилительные элементы, к которым предъявляются также высокие требования с точки зрения линейности амплитудных характеристик.
Первую промежуточную частоту часто выбирают наддиапазонной (приёмник – инфрадин). При этом включение на входе ФНЧ с частотой среза около 31 МГц обеспечивает высокую селективность по зеркальному каналу и по каналу прямого прохождения. Этот же фильтр обеспечивает необходимое ослабление излучения с частотой гетеродина, улучшая электромагнитную совместимость с другими РПрУ. Часто помимо ФНЧ последовательно с ним включают ФВЧ с частотой среза 1,5 МГц для ослабления помех от станций, работающих на частотах ниже 1,5 МГц.
Как отмечено выше, одной из особенностей связи в декаметровом диапазоне является большой динамический диапазон полезного входного сигнала. Это накладывает жесткие требования на работу АРУ, обеспечивающей изменения выходного напряжения на 4 – 6 дБ при изменении входного напряжения на 100дБ и более. Для увеличения глубины регулировки используется и аттенюатор АТ преселектора, обеспечивающий снижение уровня входного сигнала на 30 – 40 дБ ступенями по 10дБ каждая.
10.3. Радиолокационные приёмники. Пейджеры
Радиолокационные приемники (РЛП) являются составной частью радиолокационных станций (РЛС), предназначенных для обнаружения, определения координат и параметров движения удаленных объектов (целей) путем приема отраженной от них электромагнитной энергии. Различают РЛС с импульсными и непрерывными сигналами. В импульсных РЛС передатчик периодически излучает кратковременные зондирующие импульсы (ЗИ) с гармоническим либо с частотно-модулированным ВЧ-заполнением, которые отражаются от объекта и принимаются РЛП в промежутках между ЗИ. В РЛС с непрерывным излучением используются немодулированные и ЧМ-колебания.
В импульсных РЛС (рис. 10.5) передатчик излучает короткие СВЧ-радиоимпульсы, которые поступают на вход приемника с временным сдвигом 
, где R — расстояние до объекта, с -–скорость распространения радиоволн (скорость света). По значению Dt можно судить о расстоянии до объекта; узкополосная диаграмма направленности антенны РЛС позволяет определять угловое направление на объект. Система синхронизации (СС) вырабатывает синхроимпульсы (СИ), которые вызывают срабатывание импульсного модулятора (ИМ), запускают мощный импульсный передатчик (П), генерирующий короткие радиоимпульсы. Антенный переключатель (АП) осуществляет автоматическое переключение антенны с передачи на прием и обратно и обеспечивает защиту входа приемника от больших уровней импульсного сигнала на выходе передатчика. Поскольку передаваемые и принимаемые радиоимпульсы разнесены во времени, в РЛС можно использовать общую антенну для передатчика и приемника. Для минимизации коэффициента шума РПрУ используется малошумящй УРЧ, далее сигнал преобразуется в диодном ПрЧ, детектируется в детекторе радиоимпульсов (ДР), усиливается видеоусилителем (ВУ) и подается на устройство индикации (УИ) (обычно электронно – лучевую трубку), работа которого синхронизируется от СС. Для автоподстройки частоты гетеродина (Г) применяют двухканальную АПЧ, предусмотрена обычная программная и быстродействующая АРУ. Программная АРУ снижает усиление радиотракта приёмника по заданной программе, учитывающей уменьшение уровня входного сигнала по мере увеличения задержки отраженного импульса, т.е. удаления объекта.
На рис. 10.6 представлена структура РЛС с непрерывным излучением. При близком расположении передатчика и приёмника частота принимаемых колебаний, отражённых от движущегося объекта, отличается от частоты излучаемых передатчиком колебаний на доплеровскую частоту 
, где fo – частота излучаемых колебаний; Vr – радиальная скорость движения объекта относительно РЛС; с – скорость света. Выделяя и измеряя доплеровскую частоту, можно определить скорость движения объекта.
Для исключения влияния нестабильности частоты гетеродина на точность измерения скорости напряжения с частотой fг для ПрЧ1 и ПрЧ2 получают от одного генератора Г. Напряжение с частотой fо –fг с выхода ПрЧ2 используется как гетеродинное для ПрЧ3. После ПрЧ3 сигнал с доплеровской частотой Fд поступает на УЗЧ, измеритель частоты ИЧ и далее на индикатор скорости И.
Приёмники систем персонального радиовызова
Системы персонального радиовызова (СПВ) позволяют передавать вызов и необходимый минимум информации одному человеку или группе лиц независимо от места их нахождения. СПВ для значительных территорий строятся на основе радиосвязи на метровых и дециметровых волнах. Абонент СПВ использует малогабаритный вызывной приемник (пэйджер), имеющий индивидуальный номер (адрес). Вызывающий набирает номер нужного абонента на любом телефонном аппарате, вызов поступает по телефонной сети на центральную станцию, преобразуется в кодированный радиосигнал и передается на выделенной для СПВ частоте в то место, где находится абонент. Если радиус действия одного передатчика центральной станции не позволяет обслужить всю территорию, то она разбивается на отдельные зоны, в каждой из которых имеется свой передатчик. Сигнал вызова длительностью 1...2 с передается всем пэйджерам, однако сработает только тот из них, который настроен на определенную частоту и имеет соответствующий адрес. Количество получаемой абонентом пейджера информации может быть различно: от минимальной, состоящей в получении вызова, после чего абонент сам связывается по телефону по заранее известному номеру для получения сообщения, до достаточно объемного буквенно – цифрового сообщения, высвечиваемого на дисплее, а также приёма речевых сообщений.
Пэйджер реализуется в виде миниатюрного приемника. Обобщенная структурная схема пейджера показана на рис. 10.7. В главном тракте приема ГТП осуществляется усиление, селекция и преобразование сигнала; в блоке обработки сигнала БОС он декодируется для определения соответствия или несоответствия принятого адреса собственному адресу абонента и если помимо вызова передается дополнительная информация, то она обрабатывается, 
при необходимости записывается в память и отображается на дисплее. Заметим, что современные пейджеры предназначены для приёма цифровой информации, передаваемой радиоимпульсами с различными видами манипуляции. Устройство сигнализации УС сигнализирует о наличии вызова; и может включать в себя акустическую, световую и тактильную сигнализацию. Тактильная сигнализация обеспечивает воздействие на кожу человека с помощью миниатюрного вибратора. Блок управления БУ, управляя работой всего пейджера, включает в себя таймер, переключатель вида сигнализации, переключатель ждущего режима. источник питания.
В современных миниатюрных пэйджерах ГТП часто реализуется по схеме с прямым преобразованием (гомодинные приемники, приемники с синхронным детектированием, синхродины). В подобных приемниках нет зеркального канала, что позволяет существенно упростить преселектор. Применение гираторов либо ЦФ позволяет сделать тракт усиления менее сложным. В пэйджерах с более широкими возможностями, предназначенными для работы в глобальных СПВ, ГТП выполняется по схеме с двойным преобразованием частоты.
Особое внимание разработчики современных СПВ обращают на решение проблемы ждущего режима приема сигналов, гарантирующего непрерывную круглосуточную работоспособность пейджера при минимальном расходе ресурса источника питания. Стремление уменьшить размеры пейджера вызывает необходимость уменьшения размеров источника питания, что естественно приводит к уменьшению его ресурса. Проблема одновременной минимизации размеров пейджера и увеличения ресурса источника питания решается использованием в пейджере таймера, работающего в непрерывном микромощном режиме и обеспечивающего автоматическое прерывистое включение пейджера на время, существенно меньшее длительности выключенного состояния и периодическим повторением от передатчика в течение определенного времени сигнала вызова. Надежность вызова обеспечивается увеличением длительности вызова и выбором периода его повторения таким образом, чтобы, по крайней мере одно включение пейджера, совпало с передаваемым вызовом. При достоверном совпадении адреса пейджера, хранящегося в его памяти, с адресом вызываемого абонента приемник сохраняется во включенном состоянии и обеспечивает дальнейший прием сообщения, вводя его в оперативную память.
Для экономии источника питания обычно при работе пейджера в ждущем режиме на время его включения остаются обесточенными цепи, потребляющие наибольший ток (в основном цепи сигнализации). Экономии ресурса ИП способствует и применение в пейджерах экономичных дисплеев на жидких кристаллах.
Более подробные сведения как о пейджерах, так и о других типах радиоприёмных устройств можно почерпнуть в литературных источниках, список которых приводится ниже.
Вопросы для самопроверки
1. Каковы особенности структурных схем приёмников звукового вещания?
2. За счёт чего можно улучшить основные показатели качества вещательных приёмников?
3. Каковы особенности построения профессиональных приёмников ДКМ диапазона?
4. Каковы преимущества и недостатки приёмников с многократным преобразованием частоты?
Ещё посмотрите лекцию "1 Федеральные суды и суды субъектов РФ" по этой теме.
5. Какие основные показатели качества должны иметь профессиональные РПрУ ДКМ диапазона?
6. В каких случаях используются импульсные, а в каких – непрерывные радиолокационные сигналы? Приведите примеры их обработки.
7. Каковы особенности построения структуры пейджера?
8. Что такое «ждущий режим» и как он обеспечивается в приёмниках СПВ?
9. Какие структуры радиотракта используются в пейджерах?
10. Как обеспечивается избирательность по зеркальному каналу в приемниках – инфрадинах декаметровых волн?
