Типы радиоприемных устройств

Классификация РПУ осуществляется по способу построения УТ. Выделяют четыре основных типа РПУ:

1. Приёмники прямого усиления.

2. Супергетеродинные приёмники.

3. Инфрадинные приёмники.

4. Приёмники прямого преобразования.

Приёмники прямого усиления

Структурная схема РПУ прямого усиления (рис.1.2) состоит из входной цепи, каскадного соединения усилительных и частотно избирательных цепей, демодулятора. Настройка РПУ на полезный сигнал осуществляется перестройкой всех частотно-избирательных цепей на заданную частоту.

Рис.1.2. Структурная схема РПУ прямого усиления.

Во входной цепи происходит предварительная частотная селекция сигналов с целью уменьшения уровня перекрестных помех. В результате последовательного прохождения сигнала через усилители и частотно-избирательные фильтры происходит выделение полезного сигнала на фоне мешающих.

Главное преимущество приёмника прямого усиления по сравнению с РПУ других типов это отсутствие побочных каналов приема. Другие преимущества РПУ прямого усиления это отсутствие паразитных излучений в эфир, что может быть важно, если необходима полная скрытость приёмника, отсутствие свистов при перенастройке РПУ и простота конструкции.

Основные недостатки РПУ прямого усиления — малая селективность (избирательность) на высоких частотах, трудность обеспечения высокого и устойчивого коэффициента усиления в широком диапазоне частот, сложность перестройки приемника по частоте.

Поэтому этот тип приёмников удобно использовать там, где

- не требуется перестройка по частоте в широком диапазоне, а имеется фиксированная настройка (трёхпрограммный приёмник проводного вещания)

- побочные каналы приема могут привести к вынесению ложного решения о наличии источника радиоизлучения на данной частоте (при панорамном радиомониторинге).

Именно этот тип приёмника закладывается в основу программно-определяемого радио при работе на частотах до десятков МГц, где возможна работа современных доступных АЦП напрямую, без преобразования частоты. Хотя в настоящее время (2011 г.) в этой системе пока используется супергетеродинный приемник.

Супергетеродинные РПУ

В супергетеродинных РПУ принимаемый сигнал произвольной частоты из заданного диапазона переносится на фиксированную (промежуточную) частоту , на которой обеспечивается основное усиление и избирательность.

Структурная схема супергетеродинного РПУ с однократным преобразованием частоты приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Структурная схема супергетеродинного РПУ.

Радиосигнал из антенны подаётся во входную цепь, частотная характеристика которой соответствует выбранному частотному диапазону. Во входной цепи происходит предварительная частотная фильтрация.

Полезный сигнал с частотой в аддитивной смеси с соседними сигналами поступает в усилитель радиочастоты (УРЧ), который обладает малым уровнем собственных шумов и поэтому называется также малошумящим усилителем (МШУ). Наличие МШУ позволяет выделить слабый полезный сигнал на фоне собственных шумов УТ и обеспечить требуемую чувствительность РПУ. Далее полезный и мешающие соседние сигналы поступают в преобразователь частоты (ПЧ), который состоит из перестраиваемого по частоте генератора – гетеродина и смесителя на нелинейном элементе или перемножителе.

Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя – обычно конденсатором переменной ёмкости (КПЕ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

В преобразователе частоты осуществляется перенос спектра сигнала с одной частоты на другую. По характеру воздействия на полезный сигнал данная операция должна быть линейной, т.е. не должна приводить к появлению нелинейных искажений в спектре полезного сигнала.

В идеальном преобразователе частоты операция преобразования частоты сводится к перемножению напряжения входного радиосигнала и напряжения гетеродина .

На выходе смесителя образуются колебания с частотами и . Разностный сигнал фиксированной промежуточной частоты = выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает в демодулятор, в котором восстанавливается сигнал низкой (звуковой) частоты.

Основные достоинства супергетеродинного приемника заключаются:

1. В легкости обеспечения перестройки РПУ в широком диапазоне по частоте. При этом имеются всего два перестраиваемых блока ВЦ и гетеродин.

2. В обеспечении гарантированных показателей качества в широком диапазоне частот, поскольку основное усиление и избирательность выполняются на фиксированной промежуточной частоте.

Канал приема с частотой называется основным каналом. Если на вход ПЧ кроме сигнала основного канала поступает помеха с частотой , то при преобразовании частоты эта помеха также преобразуется на промежуточную частоту. Частота является частотой зеркального канала, который расположен симметрично относительно частоты гетеродина основному каналу приема рис. 1.4. При преобразовании частоты спектры полезного сигнала и помехи на частоте зеркального канала накладываются друг на друга и не могут быть в дальнейшем разделены.

В реальных ПЧ кроме зеркального канала существуют также и другие побочные каналы приема с частотами . Данные каналы обусловлены проявлением нелинейности преобразовательного элемента относительно колебаний гетеродина. В случае приема сильного сигнала также могут возникать побочные каналы при проявлении нелинейности гетеродина относительно сильного сигнала . Более подробно возникновение побочных каналов пояснено в п. 2.2.3.

Наличие побочных каналов является одним из основных недостатков супергетеродинного РПУ. Однако этот недостаток частично преодолевается предварительной частотной селекцией во входной цепи с целью уменьшения уровня возможных помех на частотах побочных каналов. АЧХ входной цепи должна обеспечивать требуемое ослабление на частоте зеркального канала. Чем выше промежуточная частота, тем дальше побочные каналы расположены от основного канала приема и тем легче их подавить до ПЧ.

Мешающие сигналы, располагающиеся в непосредственной близости к основному каналу, находятся в полосе пропускания ВЦ и участвуют в преобразовании частоты. Частоты, на которых они располагаются, называются частотами соседних каналов . Фильтрация помех соседнего канала осуществляется в фильтре сосредоточенной избирательности усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Чем ниже значение промежуточной частоты, тем легче обеспечить требуемую избирательность по соседнему каналу.

При одновременном выполнении требований обеспечения заданной избирательности по зеркальному и соседнему каналам возникает противоречие по выбору значения промежуточной частоты. Данное противоречие разрешается при переходе от схем с однократным преобразованием частоты к схемам с многократным преобразованием частоты.

В обычных вещательных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в бытовых ультракоротковолновых – 6,5 или 10,7 МГц. В телевизионных приемниках используется промежуточная частота 38 МГц.

Использовать в приемнике вспомогательный генератор колебаний впервые предложил американец Феденссен в 1901 г. Он же ввел термин «гетеродин». В приемнике Феденссена гетеродин работал на частоте, близкой к частоте принимаемого сигнала, и возникающие при этом биения звуковой частоты позволяли принимать телеграфный сигнал (принцип, на котором работает приемник прямого преобразования). В 1917 г. французский инженер Л. Леви запатентовал принцип супергетеродинного приема. В его приемнике частота сигнала преобразовывалась в промежуточную, которая выделялась на колебательном контуре и уже после него поступала на детектор. В 1918 г. В. Шоттки дополнил схему Леви усилителем промежуточной частоты. Независимо от Шоттки к аналогичной схеме пришел американский инженер Э. Армстронг, который впервые построил и испытал супергетеродинный приемник на практике. Он же указал на возможность многократного преобразования частоты.

В 1921 г. английский радиолюбитель с помощью супергетеродинного РПУ с пятикаскадным УПЧ принял сигналы станций из США. С этого момента к супергетеродинным РПУ появляется практический интерес. В 1930 г. истек срок патента на принцип супергетеродинного приема, и супергетеродинная схема стала доминирующей для связных и радиовещательных приемников.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: