Усилитель промежуточной частоты с фильтром сосредоточенной селекции.

В усилителях с сосредоточенной избирательностью необходимая избирательность обычно создается фильтром, включенным между преобразователем и УПЧ, если преобразователь транзисторный, или фильтром, включенным после первого каскада УПЧ, если в преобразователе частоты использован диодный смеситель. Вся необходимая избирательность в данном случае сосредоточена в фильтре, называемом фильтром с сосредоточенной избирательностью (ФСИ) или фильтром с сосредоточенной селекцией (ФСС). Фильтрация близкорасположенных помех или радиостанций (избирательность по соседнему каналу) здесь обеспечивается фильтром ФСИ (ФСС).

Требуемое усиление УПЧ дают широкополосные апериодические каскады усилителей, расположенные после фильтра. При данном способе конструирования УПЧ имеется возможность раздельно влиять на усиление и избирательность тракта, что улучшает его технологичность.

59. В качестве ФСС применяются следующие фильтры:

· индуктивно-емкостные фильтры (LC - фильтры);

· пьезоэлектрические фильтры;

· фильтры на поверхностных акустических волнах (фильтры ПАВ);

· монолитные пьезоэлектрические фильтры (МПФ);

· электромеханические (магнитострикционные) фильтры.

 

ФСС широкополосного УПЧ должен быть настроен на центральную промежуточную частоту , иметь широкую полосу пропускания П, чтобы пропустить все частоты связи, а также обеспечить избирательность по соседнему каналу. Если относительная полоса пропускания УПЧ достаточно широкая, т.е. , целесообразно применить ФСС с индуктивно-емкостными (LC) элементами.

При любой схеме построения преобразователя частоты приемника на выходе смесителя должен быть избирательный элемент: слабоизбирательный контур, настроенный на промежуточную частоту, если смеситель диодный, и ФСС, если смеситель транзисторный. Эти элементы конструктивно располагаются в составе УПЧ.

Коэффициент усиления широкополосного УПЧ равен:

,

(6.3)

где - коэффициент усиления каскада с широкополосным ФСС;

- коэффициент усиления широкополосного каскада;

- количество широкополосных каскадов.

Задавшись коэффициентом усиления каскада с ФСС , коэффициентом усиления , находим число широкополосных (апериодических) каскадов:

(6.4)

Величина “ ” округляется до ближайшего целого числа.

Функциональная схема широкополосного УПЧ вместе с ЧРУ представлена на рис.6.1.

Рис. 6.1. Функциональная схема широкополосного УПЧ с ЧРУ.

Если динамический диапазон входных сигналов большой, перед ЧРУ часто ставится амплитудный ограничитель, а УПЧ охватывается петлей АРУ. В узкополосном УПЧ происходит выделение (фильтрация) сигнала соответствующей частоты и усиление его до величины, при которой детектор будет работать в линейном режиме (для диодного детектора линейный режим работы наступает при ).

Таким образом, узкополосный УПЧ должен содержать узкополосный фильтр сосредоточенной избирательности ФСС _i, настроенный на промежуточную частоту соответствующего i –го () частотного канала, с рассчитанной полосой пропускания П. Фильтр должен обеспечивать требующуюся развязку между соседними и каналами приема. Если относительная полоса пропускания фильтра, т.е. , а частотные каналы расположены близко друг к другу и развязка между ними требуется высокая, то необходимо применять фильтры с хорошей прямоугольностью АЧХ, например пьезоэлектрические, пьезомеханические или монолитные кварцевые фильтры. Всего приемник должен содержать “ ” каналов приема с узкополосными УПЧ (рис. 1.12). Узкополосный УПЧ кроме высокоизбирательного ФСС _i должен содержать широкополосные усилители, количество которых “ ” находится по формуле

,

(6.5)

где - коэффициент передачи узкополосного ФСИ (находится при расчете ФСИ. Обычно ).

Таким образом, функциональная схема узкополосного УПЧ может быть представлена в виде:

Рис. 6.2. Функциональная схема узкополосного УПЧ.

В соответствии с соотношением (1.27) коэффициент шума многоканального усилителя определяется первым каскадом, поэтому первый каскад УПЧ должен быть малошумящим. Низкий коэффициент шума каскада достигается благодаря использованию малошумящего транзистора или малошумящей микросхемы, подбору режима работы и соответствующим согласованием выхода смесителя со входом первого усилителя.

При любой схеме построения преобразователя частоты приемника на выходе смесителя должен быть избирательный элемент, настроенный на промежуточную частоту, а именно: слабоизбирательный контур, если смеситель диодный и ФСИ, если смеситель транзисторный.

Слабоизбирательный контур с автотрансформаторным подключением к выходу смесителя и входу первого каскада УПЧ показан на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Слабоизбирательный колебательный контур на выходе смесителя.

Режиму согласования соответствуют коэффициенты связи

; ,

(6.6)

где - выходное сопротивление смесителя;

- входное сопротивление первого усилителя.

В диапазоне СВЧ в смесителях используются линии передачи с волновым сопротивлением , поэтому можно считать .

Коэффициент усиления каскада, нагруженного на ФСС, рассчитывают по формуле [1]:

,

(6.7)

где и - коэффициенты трансформации согласующих трансформаторов и на входе и выходе ФСИ соответственно (рис 6.4);

- крутизна усилительного элемента (УЭ) (транзистора, микросхемы);

- характеристическое сопротивление фильтра;

- коэффициент передачи фильтра.

Рис. 6.4. Структурная схема каскада с ФСС.

При условии согласования коэффициенты трансформации вычисляются по формулам:

;

(6.8)

Тогда коэффициент усиления каскада равен [3.4]:

,

(6.9)

где - выходная проводимость УЭ;

- входная проводимость следующего каскада.

Если ФСС является нагрузкой преобразователя частоты, то в выражении (6.8) и (6.9) вместо подставляют , а вместо подставляют .

При индуктивной связи ФСС с коллекторной и базовой цепью рассчитывают индуктивности катушек связи:

(6.10)

При автотрансформаторной связи:

,

(6.11)

где - индуктивности контуров крайних звеньев ФСС.

Коэффициентом связи задаются в пределах .

Тип ФСС выбирают из таблицы 6.1 исходя из необходимости средней частоты настройки фильтра, относительной полосы пропускания фильтра, габаритов, температуры и т.д.

Таблица 6.1

Тип ФСИ	Средняя частота настройки фильтра, , МГц	Относительная полоса пропускания фильтра,	Относительные габариты
LC- фильтры	0,01÷250	1÷50	большие
Пьезоэлектрические фильтры	0,01÷100	0,1÷2	большие
Фильтры на ПАВ	10÷2000	1÷50	изготавливаются в корпусах ИМС
Монолитные пьезоэлектрические фильтры:			изготавливаются в корпусах ИМС
- кварцевые	2÷100	0,05÷0,3
- танталатолитиевые	2÷200	0,05÷6
Электромеханические фильтры	0,01÷0,5	0,1÷2	большие