Текст книги "КВ-приемник мирового уровня? Это очень просто!"
Автор книги: Александр Кульский
Жанр:
Технические науки
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 23 страниц)
Глава 6. Что такое «супергетеродин»?
«Спец»: Первый супергетеродинный приемник капитан корпуса связи армии США Эдвин Говард Армстронг, служивший в то время во Франции, (а это было время Первой Мировой войны) собрал на территории Европы. Он подал заявку на патент в США из Парижа 30 декабря 1918 года, а получил патент 3 июля 1920 г. Супергетеродин – это величайшее достижение не только Армстронга, но всей электронной техники вообще!
«А»: Что, неужели за 80 лет не появилось никакой более удачной идеи?
«С»: Представь себе – нет! Хотя вариаций на тему супергетеродинного принципа имеется великое множество!
Первоначально Армстронг разработал супергетеродин с целью изыскать способ усиления сигнала на тех частотах, которые были недоступны для электронных ламп того времени. Именно с появлением супергетеродинной схемы, радиотехника стала бурно развиваться!
«Н»: Уважаемый Спец! Но что же представлял из себя супергетеродин Армстронга? И в чем заключается его феноменальный секрет?
«С»: Вот структурная схема супергетеродина (рис. 6.1).
Принцип супергетеродинного приема состоит в том, что принятые колебания преобразуются по частоте в некоторую ПРОМЕЖУТОЧНУЮ частоту. Вот на ней и происходит основное усиление сигнала! А поскольку промежуточная частота – фиксирована, в УПЧ можно задействовать значительное число контуров, обеспечивающих необходимую избирательность!
«Н»: Но ведь ранее мы знакомились с замечательными свойствами колебательного контура! Разве с его помощью нельзя добиться необходимой избирательности? Зачем для этого нужна целая система контуров?
«С»: Дорогой Аматор! Что слышу я из уст нашего друга? Вы разве не касались вопроса АЧХ связанных контуров? Или того, какова может быть предельная избирательность?
«Н»: Это я виноват! Слишком торопил Аматора согласиться на мое участие в вашей с ним беседе!..
«С»: Не беда! Однако, поскольку супергетеродин – это очень серьезно и никаких «галопом по европам» здесь не будет, я попрошу нашего уважаемого Аматора прямо сейчас продолжить тему о колебательных контурах и избирательности!
«А»: С удовольствием! Для чего предлагаю вернуться еще раз к АЧХ колебательного контура. Но сейчас в наши рассуждения мы добавим немного конкретики (см. рис. 6.2).
Так все СЕМЬ представленных частот f1—f6, а также f0, разделены частотным промежутком, или интервалом, равным 10 кГц. Представим, что резонансная частота, на которую настроен входной контур, совпадает с f0. И, кроме того, что прием ведется в диапазоне КВ. Для удобства рассуждений принимаем f0 = 10 МГц! То есть длина волны составляет 30 метров! Кроме того принимаем, что добротность контура Q = 100.
«С»: Должен заметить, что это весьма неплохой контур!
«А»: Согласен! Теперь подсчитаем, чему равна полоса пропускания нашего контура и увековечим ее очертания на представленном выше рисунке.
Q = f0/Δf;
Δf = fo/Q = 107/102 = 105 Гц!
То есть полоса нашего контура равна 100 кГц! И это по уровню 0,707!..
«Н»: Как же так!? Ведь из этого следует, что наш контур не обладает, практически, НИКАКОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ!
«А»: Совершенно верно, Незнайкин! Приведенный пример ясно показывает, что даже на частоте 10 МГц, контур уже не обладает ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ ПО СОСЕДНЕМУ КАНАЛУ! (Это узаконенный технический термин, который показывает – во сколько раз ослабляется селекторной цепью сигнал частоты, отстоящей от f0 на 10 кГц, если входные величины их сигналов – равны!)
«Н»: Но может стоит просто взять Q = 1000?
«А»: Ты воображаешь, что это так просто сделать? В какой-то степени дело можно улучшить, если резко увеличить размеры катушки. Намотать ее толстым проводом, лучше посеребреным, на очень качественном диэлектрическом каркасе. Но и в этом случае, для реального контура получить Q больше 250 вряд ли удастся! А поскольку, как ты еще убедишься дальше, катушек таких в серьезном приемнике достаточно много, то габариты его могут стать вовсе неприемлемыми!
«С»: А кроме всего прочего, даже это не спасает положения! При Q = 250, полоса пропускания находится на уровне 40 кГц!
«А»: Легко видеть, что в полосе приема этого контура (Q = 250) будет прослушиваться ПЯТЬ каналов одновременно!
«Н»: Но ведь подобный преселектор – это ВСЕ, чем располагает «прямичок» для отстройки от мешающих станций!
«А»: Не совсем так… Мы ведь еще не рассматривали системы СВЯЗАННЫХ КОНТУРОВ. Их еще называют ПОЛОСОВЫМИ ФИЛЬТРАМИ. Простейшие полосовые фильтры состоят из двух связанных между собой высокодобротных контуров, настроенных на несущую частоту. Изменяя связь между ними, можно значительно улучшить форму АЧХ, приблизив ее к идеальной, прямоугольной.
«Н»: Как можно представить себе полосовые фильтры?
«А»: Да вот хотя бы так, как показано на рис. 6.3. Хотя возможны и другие конфигурации. Полосовые фильтры не дают заметного повышения добротности, но зато делают более крутыми боковые склоны АЧХ. «Срез» АЧХ полосового фильтра по уровню 0,707 в отличие от одиночного контура, очень незначительно превосходит по ширине свое «основание»!
«Н»: Но полностью задачу это ведь все равно не решает?
«А»: Ну конечно нет! Вот почему и возник вопрос о том, нельзя ли для повышения избирательности по соседнему каналу, каким-либо способом понизить несущую частоту сигнала в приемнике, сохранив ее, однако, в передатчике!
Оказалось, именно это блестяще и подтвердил Армстронг, что подобное вполне реально!
«Н»: А с помощью какой лампы Алладина это удалось сделать?
«А»: С помощью так называемого СМЕСИТЕЛЯ, осуществляющего процесс преобразования частоты!
«С»: Вообще в различной радиоаппаратуре особую роль играют, так называемые, НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ. Это и детектирование, и модуляция, и даже некоторые случаи усиления сигнала. Основным признаком всякого нелинейного процесса является, Аматор…
«А»: …Изменение формы электрического сигнала, в результате чего в его спектре появляются НОВЫЕ ЧАСТОТНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ!
Однако нелинейный процесс осуществляется только в том случае, если в состав цепи вводится простой или сложный, но обязательно НЕЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ!
Вот именно к числу таких, нелинейных процессов, относится и ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ, лежащее в основе СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО метода приема.
«С»: Так вот, если к такому нелинейному элементу одновременно подвести два сигнала с различными частотами f1 и f2, то в цепи этого элемента появятся самые различные комбинации этих сигналов!..
Вузовские курсы по радиотехнике перечисляют несколько комбинаций, которые при этом получаются! Но нас интересуют только две… Так Аматор?
«А»: Мне очень неловко в этом признаться, но я всегда считал, что только одна!.. А именно f1 – f2. При том, что частота гетеродина fгет = f1, a f2 – частота несущей канала, в котором осуществляется прием… То есть fгет – fсигн.
«С»: Ты совершенно прав, но не следует забывать и о такой комбинации, как fсигн– fгет.
«А»: Ну конечно! Это ведь так важно для понимания термина ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ ПО ЗЕРКАЛЬНОМУ КАНАЛУ!
«С»: Друг мой, ты совершенно прав, но я имел в виду не только это… Кстати, чему соответствует эта разность частот?
«А»: fгет – fсигн? Она равна fпр, то есть ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЕ!
Однако особенно следует отметить следующее обстоятельство – если один из двух сигналов, породивших сигнал промежуточной частоты, будет модулированным, то сама промежуточная частота окажется… ПРОМОДУЛИРОВАННОЙ ЭТИМ ЖЕ САМЫМ СИГНАЛОМ!
Ну и совсем нетрудно понять, что поскольку fгет – это чистый, синусоидальный сигнал, то из этого следует, что произойдет перенос модулирующего сигнала (речь, музыка) на fnp!
«Н»: Здорово! А какой обычно выбирается промежуточная частота?
«С»: Дорогой Незнайкин! Спросил бы ты это, скажем, лет 20 назад, то я не моргнув глазом, с чувством глубокой убежденности ответил бы так. А именно, что промежуточная частота строго стандартизирована и равна в Европе – 465 кГц, а в США и Японии – 455 кГц!
«А»: А сейчас, как писал Дюма, «20 лет спустя», разве это не так?
«С»: Мы еще не раз будем иметь возможность убедиться, что совсем не так!
Но не будем пока брать это в голову! Продолжай пожалуйста, Аматор!
«А»: …Так вот, давайте посмотрим, чему будет равна полоса пропускания полосового фильтра, настроенного на частоту 465 кГц, если его добротность – 100?
«Н»: Даже я могу легко подсчитать, что полоса составляет 4,65 кГц!
«А»: И это в то самое время, как каналы от f1 и до f6 по-прежнему разделены промежутком в 10 килогерц! Прошу взглянуть на рис. 6.4.
Теперь в полосе приема оказалась ТОЛЬКО ОДНА СТАНЦИЯ! Поскольку после смешения частот и получения fпром в АЧХ «вмещается» только ОДИН канал! Приведем численное обоснование сказанного:
Итак,
f0 = 10 МГц; fгет = 10,465 МГц;
тогда:
fгет – fпром = 465 кГц!
Рассмотрим ситуацию с ближайшим каналом, частота которого равна:
f3 = 10,010 МГц.
При той же частоте гетеродина, равной 10,465 МГц, имеем:
fгет – f3 = 10,465 МГц – 10,010 МГц = 455 кГц.
В полосу пропускания контура промежуточной частоты f3 уже НЕ ПОПАДАЕТ!
«Н»: Вот что дает перенос полезного сигнала на новую несущую, равную fпром!
Мне кажется, что добротности, равной 100, здесь даже многовато!
«С»: Совершенно верно! Поэтому полосовые фильтры на 465 кГц, используемые для радиовещательных приемников, имеют обычно Q = 70–80. Попутно решалась задача, стоящая перед Армстронгом – как получить устойчивое высокое усиление для сигнала радиочастоты.
«Н»: А разве для ВЧ сигнала действительно необходимо высокое усиление?
«А»: Давай посмотрим… Пусть на антенном входе интересующая нас станция развивает сигнал, величина которого равна 50 микровольт!
«Н»: Так мало?
«А»: Ты хотел сказать – так много?! Потому что сигнал, обычно, несколько меньше!.. Подать на вход детектора необходимо хотя бы милливольт 100–200! Таким образом, даже при самом грубом подсчете, коэффициент усиления по напряжению до детектора – порядка нескольких тысяч! А реально, учитывая потери в аттенюаторе, преобразователе частоты и т. п. – несколько десятков тысяч раз!
«С»: А то и больше!
«А»: Однако сделать хороший усилитель высокой частоты (имеется в виду – однокаскадный) с коэффициентом усиления по напряжению «всего» 50 раз – задача очень непростая!
Ты, Незнайкин, еще вспомнишь мои слова насей счет! В то же время сделать хороший УПЧ с коэффициентом усиления НЕСКОЛЬКО ТЫСЯЧ – задача значительно более легкая!
«Н»: Ты меня убедил! А что, недостатков у супергетеродина действительно нет?
«А»: Да может ли такое быть? Это ведь не божественная сущность, а техническое устройство!
Основными недостатками супергетеродина является наличие ДВУХ крайне нежелательных каналов приема, которые всегда существуют независимо от того, в каком диапазоне осуществляется прием…
«С»: Я, пожалуй, не стал бы так категорически утверждать, что «всегда», хотя для рассмотренной структурной схемы супергетеродина Армстронга-Леви это действительно справедливо!.. Но дорогой Аматор, прошу прощения за вмешательство!
«А»: Я только благодарен за него, дорогой Спец, поскольку если с этими недостатками существуют средства борьбы, то я искренне рад!
«Н»: Не отвлекайтесь, пожалуйста!.. Так какие это ДВА канала?
«А»: Это ПОБОЧНЫЕ каналы приема, в дальнейшем будем называть их ПОМЕХАМИ. Первый – это ЗЕРКАЛЬНЫЙ канал (зеркальная помеха). Второй – помеха с частотой, равной промежуточной. Итак, во-первых, рассмотрим, что представляет из себя помеха по зеркальному каналу.
Мы уже говорили, что в супергетеродинах частота гетеродина ВСЕГДА выше частоты принимаемой станции. Будь это не так, мы просто не смогли бы принимать станции, расположенные в диапазоне длинных волн, поскольку частота гетеродина при этом должна была бы стать ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ!
Но представим себе, что прием ведется в диапазонах СВ или КВ. Наш приемник настроен на частоту, равную 10 МГц. Мы ведь уже имели с ней дело, не так ли? При этом частота гетеродина:
fгет = 10,465 МГц.
А теперь вообразим (фантазия для этого нужна не бог весть какая), что на вход приемника поступает еще один сигнал, частота которого:
fc2 = 10,930 МГц.
В этом случае разностная частота равна… 465 кГц!
«Н»: Значит для тракта промежуточной частоты совершенно безразлично, какой из двух сигналов усиливать! Если на вход УПЧ поступают вышеупомянутые частоты (10 МГц и 10,930 МГц), то усиливаться и детектироваться они будут ВМЕСТЕ и ОДНОВРЕМЕННО!
«А»: Именно так! Поэтому с полным основанием можем записать:
fзерк. = 2fпром. = 930 КГц!
Это соотношение справедливо при ЛЮБОЙ настройке приемника!
«Н»: А разве 930 кГц разницы – это мало?
«А»: А вот сейчас посмотрим (см. рис. 6.2)!.. Входной преселектор, собственно и нужен, чтобы отсечь зеркальный канал или «зеркалку»! И для частоты 10 МГц это удается сделать достаточно удовлетворительно.
Действительно:
f0 = 10 МГц; Q = 100.
Тогда полоса частот по уровню 0,707 равна 100 кГц!
Вроде бы – все отлично! Но не забывай, Незнайкин, что мы говорим про уровень 0,707! А что будет, если посмотреть «колокольчик» по уровню 0,1, скажем?
«Н»: Да ведь полоса тогда почти ВЧЕТВЕРО шире!
«А»: Да и запас селективности уже невелик!
То есть в этом случае преселектор уже не в силах существенно подавить помеху по «зеркалке»! И если нежелательная станция создаст на входе сигнал, раз в 20–30 больший, чем сигнал интересующей нас станции, то амплитуда зеркальной помехи будет равна или даже будет превосходить амплитуду принимаемого сигнала! Ситуация эта встречалась достаточно часто!
«Н»: Но без преселектора было бы еще хуже?
«А»: Вне сомнения! Поэтому в супергетеродинах преселектор ставится всегда! Чтобы хоть как-то ослабить зеркальный канал!
«С»: У преселектора есть и дополнительные обязанности. Благодаря ему значительно снижается напряжение шумов, действующих на входе.
«А»: Давайте о шумах побеседуем отдельно, если вы не против!
«С»: И о шумах, и о помехах мы еще будем говорить! А пока, Аматор, продолжай.
«А»: Кроме помехи по зеркальному каналу, существует еще одна. Несмотря на то, что промежуточная частота выбрана из того расчета, что она «свободна» от радиостанций, в процессе работы двигателей, сварочных аппаратов, рекламных щитов и т. д., наводки с частотой 465 кГц достаточно часто проникают в приемную антенну!
Для борьбы с этим видом помехи, в антенной цепи приемника устанавливают различные фильтры. Например, фильтр – пробку, представляющий собой обычный параллельный колебательный контур, настроенный на частоту 465 кГц и включенный в антенную цепь. А поскольку на резонансной частоте такой контур имеет большое сопротивление, он не пропустит на вход приемника сигналы с частотой равной 465 кГц!
«С»: Ну, что же, сегодня мы начали говорить о супергетеродине. И, согласитесь, он стоит того, чтобы продолжить эту тему завтра!
Глава 7. От одиночного преобразования – к двойному!
«С»: Ну как, пришли в себя? Продолжим наш рассказ?
«А»: Но я, в общих чертах, уже всё рассказал, дорогой Спец!
«С»: Не совсем, друг мой!.. Мы не отметили ещё один момент, который характерен для преселекторов, перестраиваемых с помощью конденсаторов переменной емкости, а это ведь присуще именно Супергетеродину Армстронга, не так ли?
«Н»: Ну конечно, я тоже видел, что из себя представляет конденсатор переменной емкости! Аматор показывал мне сдвоенный и строенный конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком. И объяснил, зачем это сделано.
«А»: Да, уважаемый Спец! Я рассказал Незнайкину, что путем механического вращения, осуществляемого посредством ручки настройки и системы шкивов, ротор, представляющий собой ось с укрепленными на ней пластинами перемещается относительно неподвижных пластин статора, чем достигается изменение емкости. А сдвоенными или строенными эти конденсаторы делаются, например, для того, чтобы можно было реализовать, скажем, такую структурную схему супергетеродина (рис. 7.1).
Он (я имею в виду представленный супергетеродин) представляет собой современный радиоприемник, в котором имеется еще и предварительный усилитель высокой частоты, на выходе которого применен второй селектор частоты. А конструктивно и преселектор Z1 и селектор Z2 перестраиваются одновременно, посредством двух секций конденсатора переменной емкости, а третья секция входит в состав гетеродина…
«С»: Дорогой Аматор, ты совершенно верно нарисовал структурную схему достаточно сложного радиовещательного приемника, так называемого, «высокого класса». Но поверь, СОВРЕМЕННЫМ этот приемник не является уже более ПОЛУВЕКА! То что ты нарисовал – это уровень радиотехники ТРИДЦАТЫХ ГОДОВ!
«А»: Как… ведь транзисторные приемники 60-х—70-х годов выпуска, причем самые дорогие, строились именно по этой схеме?!
«С»: Да, строились! Причем до самого недавнего времени! Пока эти самые «современные советские приемники высшего класса» не оказались, образно говоря, на «помойке» мирового рынка! Не помогли ни транзисторы, ни микросхемы! Но мы с вами, друзья мои, люди дела. Поэтому продолжим наш рассказ…
«А»: Сделайте это лучше Вы, Спец!
«С»: Ну и ладно!.. Но прежде о том самом моменте преселекторов… Как будет меняться форма «колокола» во время перестройки конденсатора от минимальной до максимальной емкости?
«А»: Поскольку: Q равно корень квадратный из L деленное на С и всё это деленное на R, то в связи с тем, что соотношение L деленное на С – возрастает при перестройке конденсатора от Сmax до Сmin, добротность тоже должна возрастать и колокол должен… вытягиваться вверх!
«С»: Это теоретически совершенно верно, однако практика подтверждает существование обратной зависимости – по мере повышения частоты в пределах диапазона, колокол становится ниже, как это и показано на рис. 7.2!
«А»: Но почему?
«С»: Дело в том, что в упрощенную формулу не входят, например, такие параметры, как КОНСТРУКТИВНАЯ ДОБРОТНОСТЬ. Ведь индуктивность характеризуется именно ей! Так с ростом частоты конструктивная добротность L падает. Увеличивается и сопротивление R.
«Н»: А вот этого я уже никак не понимаю! Почему может меняться R?
«С»: Из-за, так называемого, СКИН – ЭФФЕКТА. Этот эффект заключается в том, что с ростом частоты, токи высокой частоты распространяются только по поверхности проводника. Иначе говоря, происходит высокочастотное перераспределение плотности тока по сечению провода, которым намотана L. Это эквивалентно уменьшению сечения проводника, что адекватно возрастанию R! Но главным следствием является следующий факт – избирательность по соседнему каналу (у рассмотренных вариантов супергетеродина) в пределах диапазона не является постоянной величиной!
Информация для размышления: у рассмотренных супергетеродинов избирательность по соседнему каналу составляет 42–46 дБ, а по зеркальному каналу не более чем 32–40 дБ! Это совершенно не соответствует современным мировым стандартам!
«А»: Хорошо, но что нового тогда дала радиотехника 40-х и последующих годов?
«С»: Прежде всего, схемы построенные с использованием МНОГОКРАТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ!
Следует сказать и о том, что в тридцатые годы загруженность эфира была значительно ниже, чем сегодня. И тем не менее к концу тридцатых были найдены методы, с помощью которых стало возможным то, что ранее считалось просто недостижимым!
Одним из принципиально новых путей, которых удалось достичь, используя возможности ДВОЙНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ, является способ кардинального повышения селективности (избирательности) тракта высокой частоты (радиочастоты). Речь идет о предложенном в мае 1941 года советским инженером Юзвинским методе, именуемом с той поры «цепью Юзвинского». Вот она на рис. 7.3).
«А»: Это следует понимать так, что на выходе восстанавливается все та же частота сигнала?
«С»: Вот именно! Но обрати внимание, что в «цепи Юзвинского» частота гетеродина fгет ВСЕГДА НИЖЕ чем частота сигнала fсигн!
И вот почему:
fпр = fсигн – fгет.
После второго преобразования:
fсигн.2 = fпр + fгет = (fсигн – fгет) + fгет = fсигн!
Понятно, в чем «изюминка»?
«А»: Получается, что селективность «цепи Юзвинского» эквивалентна применению колебательного контура с добротностью, равной МНОГИМ ТЫСЯЧАМ?
«С»: Ну конечно же! Представь себе, что fпр = 465 кГц, например. Тогда и полоса пропускания будет соответствующей! То есть порядка 10 кГц!
УПЧ А1 способен без труда повысить амплитуду сигнала fпр в сотни раз! А затем второй смеситель U2 восстанавливает частоту сигнала ВЧ (РЧ), который далее можно подать на вход обычного «супера»! Избирательность по соседнему каналу при этом достигает уже не десятков, а ТЫСЯЧ РАЗ!
«А»: Но я не видел ни одной схемы радиовещательного приемника, в которой использовалась бы такая цепь!
«С»: А в отечественных разработках бытовой радиотехники это решение и не использовалось! Да и в радиолюбительских конструкциях подобное встречалось не более двух раз!
«А»: А «за бугром»?
«С»: А «за бугром» и техника, и люди серьезные. Там в массовые или, будем говорить, в серийные радиоприемники разнообразные методы двойного преобразования частоты прочно вошли уже в начале 70-х годов! Да и «цепь Юзвинского» получила достаточно широкое распространение.
Да вот, к примеру, в интереснейшем, профессиональном журнале «Электроника» (№ 4 за 1975 г.) владелец известной во всем мире немецкой радиотехнической фирмы ROHDE&SCHWARZ Inc. сам господин Роде, опубликовал большую программную статью под названием «Улучшение технических характеристик современных приемников».
В ней, фактически, была дана совершенно новая концепция построения супергетеродинов! В этой статье, между прочим, по ходу дела приводятся и примеры оптимального построения «цепи Юзвинского». Как обычной, так и ДВОЙНОЙ!
Но в статье Роде «цепь Юзвинского» играет уже чисто вспомогательную роль! Концепция, предложенная фирмой, совершенно иная. Именно эта концепция и может считаться «уровнем радиоприемной техники середины семидесятых»!
«Н»: Имеется в виду ВСЯ радиоприемная техника?
«С»: Ни в коем случае! Нас ведь, в конечном счете, интересуют не стационарные, а мобильные, ПЕРЕНОСНЫЕ приемники, собственный вес которых не должен превышать 15 кг!
«А»: Теперь я понимаю ваше замечание о том, что можно считать современным приемником, а что нет!
«С»: Да, мы говорим сейчас именно об уровне семидесятых!.. Прежде, чем двинуться дальше, я все же приведу структурную схему радиоприемника, о котором говорил г-н Роде (рис. 7.4)!
Ну вот, друзья мои… Вопросы, замечания имеются?
«А»: Вопросов у меня лично так много, что я просто не знаю с которого начать!?…
«С»: Как всегда, начинай с самого начала, то есть с Z1!
«Н»: Вот как раз к с Z1 претензий не имею! Но следующий узелок обозначен, как R! Что это такое и зачем он нужен?
«С»: Ну что же, как сказал однажды персонаж какого-то авантюрного романа: «пришла пора расплачиваться за все!» Я в данном случае имею в виду расплату за то, что мы до сих пор не затрагивали вопроса о, так называемой, РЕАЛЬНОЙ (или МНОГОСИГНАЛЬНОЙ) СЕЛЕКТИВНОСТИ!
«А»: Лучше позже, чем никогда!
«С»: Ты прав, мой друг, ты прав!..
Итак, реальная или многосигнальная селективность – это способность приемника выделять слабый сигнал в присутствии мощных мешающих сигналов, лежащих ВНЕ полосы пропускания приемника! Источником помех от этих сигналов является смеситель… РЕАЛЬНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ!.. Поскольку, если бы операция перемножения напряжений сигнала и гетеродина выполнялась абсолютно точно, то никаких помех от внеполосных сигналов не возникало бы вообще! В этом случае РЕАЛЬНАЯ селективность приемника совпадала бы с ОДНОСИГНАЛЬНОЙ, которая определяется, как…
«А»: …как ослабление сигнала при расстройке приемника относительно некоторой частоты, которую мы считаем за частоту настройки f0!
«С»: Как жаль, что реальные смесители неидеальны!
Они, во-первых, детектируют входной сигнал, что порождает, так называемые, ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ПОМЕХИ!
Во-вторых, смешивают РАЗЛИЧНЫЕ входные сигналы между собой. Это можно себе представить так, будто один из сигналов БЕРЕТ НА СЕБЯ функцию гетеродинного сигнала для другого! Эти помехи получили наименование ИНТЕРМОДУЛЯЦИОННЫХ!
Если немодулированная по амплитуде помеха достаточно велика, то ее сигнал может продетектироваться в смесителе, создавая на его нелинейных элементах (диодах, транзисторах и т. д.) постоянное смещение. Коэффициент передачи смесителя при этом – падает, а шумы – возрастают! Это явление называют ЗАБИТИЕМ!
Есть еще такая разновидность помех, как ШУМОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ. При воздействии сильного ВНЕПОЛОСТНОГО сигнала увеличивается общий уровень шумов приемника. Шумовая модуляция зависит от того, насколько чистый спектр имеет сигнал собственного гетеродина приемника!
«А»: То есть следует самым тщательным образом «вылизывать» форму сигнала гетеродина?
«С»: Именно так! Поскольку, хотя и незначительно, тепловой шум по амплитуде и фазе МОДУЛИРУЕТ напряжение гетеродина. При этом, ЧЕМ ВЫШЕ ДОБРОТНОСТЬ КОНТУРА гетеродина, тем меньше амплитуда его спектрального «мусора»!
А вот еще один неприятный случай! Представьте себе, что вблизи от вашей частоты настройки находится мощный сигнал АМ-станции, содержащий и несущую, и боковые полосы. При детектировании его на выходе смесителя выделяются частоты модуляции. Причем, вращением ручки настройки (то есть изменением частоты гетеродина) отстроиться от помехи НЕВОЗМОЖНО!
Приемник работает в режиме ПРЯМОГО детектирования, т. е. – как детекторный!
ПЕРЕКРЕСТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ поясняется тем, что мощная помеха детектируется в высокочастотных каскадах! При этом продетектированный сигнал ИЗМЕНЯЕТ их коэффициент передачи, модулируя полезный сигнал.
Что касается ИНТЕРМОДУЛЯЦИОННЫХ помех, то они возникают при условии, что два ВНЕПОЛОСНЫХ сигнала fвп1 и fвп2 удовлетворяют следующему условию:
2fвп1 – fвп2 = f (частоте, попадающей в полосу пропускания приемника).
«А»: Уважаемый Спец, то что мы с Незнайкиным сейчас узнали, настолько нас обеспокоило, что может стоит составить своего рода «рецепт» как бороться со всем этим безобразием?
«С»: Я не против… Значит, во-первых… Шумовая модуляция. Основной способ борьбы с ней – это, как уже было подмечено, усердие и терпение при проектировании и изготовлении гетеродина! Во-вторых, перекрестные и интермодуляционные помехи… Ряд авторов-профессионалов предлагают рассмотреть следующую номограмму, характеризующую ЗАВИСИМОСТЬ УРОВНЯ ПОМЕХ ОТ НАПРЯЖЕНИЙ СИГНАЛОВ (рис. 7.5).
Здесь на горизонтали отложены напряжения полезных и мешающих сигналов на ВХОДЕ ПРИЕМНИКА, а по вертикали – напряжения сигналов на ВЫХОДЕ, приведенные ко входу. Те. поделенные на полный коэффициент усиления приемника – К0. Тогда прямая 1 соответствует полезному сигналу и имеет единичный наклон, поскольку напряжение сигнала на входе совпадает с приведенным выходным напряжением. Естественно, что такая зависимость будет наблюдаться в области не слишком больших сигналов.
Тогда, сняв реальную характеристику (амплитудную) радиочастотного тракта приемника, можно определить и уровень забития. Это произойдет, когда входное напряжение будет таким, что реальная характеристика ОТКЛОНЯЕТСЯ на 3 дБ от прямой 1.
«А»: А в чем на этой номограмме выражены уровни сигналов?
«С»: Уровни сигналов могут выражаться в микровольтах или децибелах. Используются также ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ единицы измерения:
дБмкв – т. е. отношение НАПРЯЖЕНИЯ сигнала к одному микровольту, выраженное в децибелах, иначе – 20 lg(Uсигн/1 мкв),
и дБм – т. е. отношение МОЩНОСТИ сигнала к одному миливатту, также в децибелах – 10 lg(Pсигн/1 мвт).
На рис. 7.5 приведены ТРИ шкалы, что облегчает перевод одних единиц в другие. Нижняя шкала (дБм) соответствует верхним только в том случае, если Rвх приемника равно 75 Ом! Для входного сопротивления 50 Ом к значениям шкалы дБм следует добавлять 2 дБ.
Если в смесителе присутствует нелинейность, из-за наличия в ВАХ (вольт-амперной характеристике) квадратичных членов возникают, как говорилось, перекрестные помехи. Причем, напряжение перекрестной помехи на выходе пропорционально КВАДРАТУ входного напряжения! Этот факт и характеризует линия 2! По графику всегда можно найти Кам как расстояние по горизонтали между прямыми 1 и 2 при заданном уровне полезного сигнала.
«А»: Получается, что на нашем рисунке определено значение Кам при уровне полезного сигнала 1 мкВ! Найденное значение будет соответствовать случаю 100 процентной модулированной помехи!
«С»: Верно! Но если брать коэффициент модуляции 30 процентов, то найденное значение надо увеличить в 3,3 раза, т. е. на 10 дБ.
Из номограммы также видно, что Кам…
«Н»: Простите, а что такое Кам?
«С»:Кам – это КОЭФФИЦИЕНТ ПОДАВЛЕНИЯ амплитудной модуляции, который сильно зависит от выбранного уровня сигнала!
Если в одинаковой степени уменьшать уровень и полезного сигнала, и помехи на входе, то при этом Кам – ВОЗРАСТАЕТ! Отсюда следует важнейший вывод! Можно даже сказать более образно – краеугольный камень в проектировании радиоприемников:
ПРИ ЛЮБОМ ТИПЕ СМЕСИТЕЛЯ УВЕЛИЧЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СО ВХОДА СМЕСИТЕЛЯ ОДНОВРЕМЕННО УВЕЛИЧИВАЕТ РЕАЛЬНУЮ СЕЛЕКТИВНОСТЬ!
Вот почему в структурной схеме приемника Роде применен аттенюатор!
«А»: Если я правильно понял, уменьшая напряжение ВСЕХ сигналов на входе – и полезных, и мешающих в два раза (6 дБ), мы уменьшаем полезный сигнал на выходе тоже в два раза. А перекрестная помеха на выходе при этом УМЕНЬШАЕТСЯ В ЧЕТЫРЕ РАЗА!?
«С»: Ты всегда все быстро схватываешь! Но помни, что главным средством повышения реальной селективности остается улучшение качества смесителей!
Поскольку с улучшением параметров смесителя линия 2 сдвигается ВПРАВО!
«Н»: А что интермодуляционные Помехи?
«С»: Это уже, так называемые, помехи третьего порядка. То есть напряжение помехи на выходе приемника пропорционально КУБУ ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИНТЕРФЕРИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ! Что и представлено зависимостью 3.
Откуда следует, что для снижения помех этого вида повышение чувствительности со входа смесителя и применение аттенюатора на входе приемника – еще более эффективны!
«А»: А что имеют в виду, когда говорят, что реальная селективность приемника определяется его ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ?
«С»: Имеют в виду следующее… Нижнюю границу динамического диапазона принимают равной уровню СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ Uш, приведенному ко входу. Верхняя граница соответствует напряжению на входе, при котором продукты ПЕРЕКРЕСТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ и ИНТЕРМОДУЛЯЦИОННЫХ ИСКАЖЕНИЙ равны внутренним шумам!..
«Н»: Я что-то не врубаюсь!..
«С»: Ну подумай!.. Если напряжения двух сигналов (а мы о них уже говорили выше, это fвп1 и fвп2) равны или ниже верхней границы динамического диапазона, то их сигналы прослушиваются только НА ИХ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТАХ!
Если же напряжения этих сигналов больше, то на фоне шумов слышны их биения (перекрестная помеха, не зависящая от частоты настройки). Или же сигналы прослушиваются еще на двух частотах!
