Тема 1.2. Структурные схемы радиоприемников.

1. Детекторный радиоприемник.

Простейший радиоприемник представляет собой устройство состоящее из антенны, колебательного контура и детектора сигналов высокой частоты. Сигнал попадая на антенну, выделяется колебательным контуром, то есть осуществляется функция избирательности и детектируется, то есть из сигнала высокой частоты выделяется низкочастотная составляющая и, таким образом сообщение попадает на оконечное устройство. Естественно, такие приемники в настоящее время не применяются.

2. Радиоприемник прямого усиления.

В радиоприемнике прямого усиления реализована идея усиления сигнал высокой частоты и низкочастотного сигнала с помощью усилителей. Радиоприемник состоит из антенны, входного устройства, усилителя высокой частоты, детектора, усилителя низкой частоты и воспроизводящего устройства. Усилитель высокой частоты предназначался для усиления сигналов принимаемых антенной и для ослабления помех частота которых отличалась от частоты сигнала. Это достигалось с помощью резонансного контура, который включался в анодную цепь лампы в качестве нагрузки. Таким образом избирательность радиоприемника повышалась. Сигнал низкой частоты после детектора усиливался усилителем низкой частоты, что позволяло осуществлять более уверенный прием и использовать пишущее оконечное устройство. поскольку усиление сигнала от антенны до детектора осуществлялось на одной и той же частоте, то такой радиоприемник назвали радиоприемником прямого усиления. Свойства радиоприемников прямого усиления в дальнейшем улучшались применением регенераторов и сверхрегенераторов, то есть каскадов, в которых за счет положительной обратной связи компенсировались потери в резонансном контуре. Однако регенератор работал в режиме, близком к самовозбуждению и был очень неустойчив в работе и не обеспечивал высокого качества сигнала. Сверхрегенеративный каскад отличался тем, что эквивалентное затухание контура менялось периодически с некоторой частотой, близкой к частоте модуляции. Он отличается высокой чувствительностью, хорошей стабильностью работы при достаточной избирательности и лучшем качестве воспроизведения сигнала. Поэтому долгое время радиоприемники прямого усиления долгое время оставались основным типом радиоприемников. Однако радиоприемники прямого усиления не обеспечивали высокой чувствительности, так как при больших рабочих усилениях возбуждались. Перекрытие рабочего частотного диапазона частот в таких приемниках должно осуществляться несколькими перестраиваемыми контурами, что сопровождается сильным изменением формы резонансной характеристики и коэффициента усиления.

3. Супергетеродинный радиоприемник.

Радиоприемник, использующий супергетеродинный метод приема отличается от радиоприемника прямого усиления наличием преобразователя частоты. Структурная схема содержит следующие элементы: антенна, усилитель радиочастоты /УВЧ / преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, детектор, усилитель низкой частоты и оконечное устройство.

Преобразователь частоты состоит из смесителя и гетеродина. Гетеродин - это маломощный генератор, вырабатывающий частоту f_г. На вход смесителя подается напряжение частоты сигнала f_с и напряжение с выхода гетеродина f_г. В результате взаимодействия двух этих частот на выходе смесителя появляется сигнал, содержащий множество комбинационных составляющих, в то числе и составляющую, частота которой равна разности двух этих частот f_с-f_г. Величина этой разности может быть выше или ниже частоты сигнала, но обязательно выше частоты модуляции, поэтому ее называют промежуточной. Таким образом, можно записать:

f_пр.с=f_г-f_с при f_г>f_c

f_пр.с=f_c-f_г при f_г<f_c

На промежуточную частоту настроена резонансная система, включенная в выходную цепь смесителя, что позволяет при соответствующей полосе пропускания выделить напряжение сигнала на промежуточной частоте. Следовательно, назначение преобразователя - преобразование частоты радиосигнала в другую промежуточную частоту с сохранением закона модуляции. В случае работы радиоприемника в диапазоне частот перестраиваются только избирательные цепи тракта радиочастоты и изменяется частота гетеродина так, чтобы разность их настройки всегда была равна выбранной промежуточной частоте. Следует подчеркнуть, что настройка радиоприемника на частоту принимаемого сигнала определяется, прежде всего, настройкой гетеродина. Входные контуры и контуры усилителя высокой частоты могут быть не перестраиваемыми, но с полосой пропускания, равной диапазону рабочих частот.

Усилитель, который усиливает сигнал на промежуточной частоте, получил название усилителя промежуточной частоты. Таким образом, в супергетеродинном радиоприемнике усиление и выделение радиосигнала осуществляется на трех частотах: на радиочастоте, промежуточной частоте и частоте модуляции / низкой частоте/.

Соответственно участки радиоприемника, на которых происходит соответствующее усиление, называют трактом радиочастоты, промежуточной частоты и низкой частоты. Постоянство промежуточной частоты позволяет использовать в усилителе промежуточной частоты сложные избирательные системы, имеющие частотную характеристику, весьма близкую по форме к прямоугольной.

Супергетеродинный метод приема по сей день остается основным, так как он позволяет обеспечить устойчивый прием весьма слабых сигналов в условиях интенсивных помех. Сверхминиатюризация элементной базы не изменила основного принципа построения структурной схемы супергетеродинного радиоприемника, хотя он может представлять собой очень сложное устройство, в котором производится не одно а несколько преобразований частоты сигнала.

Наряду с достоинствами супергетеродинный метод приема имеет существенные недостатки. Наиболее серьезный из них - так называемые побочные каналы приема. В радиоприемнике прямого усиления основными источниками помех служат соседние по частоте станции. Побочные каналы приема создаются в супергетеродинном приемнике в процессе преобразования частоты. Так, один из таких каналов, наиболее опасный, образуется следующим образом. На входе радиоприемника всегда действует множество сигналов различных частот, среди которых может оказаться частота, удовлетворяющая условию формирования промежуточной частоты. Причем, если в радиоприемнике принято условие f_г>f_с, то частота побочного канала f_зк>f_г. относительное расположение частот для этого случая показано на рисунке.

Как видно, частота канала f_зк всегда отстоит от частоты принимаемого сигнала на расстояние двух промежуточных частот, т.е. f_зк-f_с= ± D f_зк = ± f_прс. Частота f_зк отстоит от частоты гетеродина f_г на такое же расстояние, что и частота принимаемого сигнала f_с. Поэтому канал, по которому проникает помеха на частоте f_зк, называют симметричным или зеркальным. Для случая f_г<f_с частоты f_с и f_зк поменяются местами.

Второй побочный канал приема, по которому может проникать специфическая для супергетеродинного приема помеха, возникает на частоте, равной промежуточной f_прс. Поскольку фильтр, включенный в выходную цепь смесителя, настроен на промежуточную частоту, смеситель для сигналов, у которых f_с = f_прс, является усилителем. Эту помеху называют помехой прямого прохождения.

Для того, чтобы уменьшить помеху прямого прохождения и помеху по зеркальному каналу, как и других побочных каналов, необходимо их ослабить до попадания на вход преобразователя. Эта задача выполняется резонансными контурами тракта радиочастоты, который часто называют преселектором (предварительным селектором).

Итак в структурную схему супергетеродинного радиоприемника входят следующие элементы:

· входное устройство - его назначение такое же, как и в приемнике прямого усиления, но главным образом для обеспечения избирательности по побочным каналам;

· усилитель радиочастоты - его основное назначение - это повышение соотношения сигнал /шум на входе преобразователя и ослабление помех от побочных каналов. Возможно построение супергетеродинного радиоприемника без усилителя радиочастоты;

· преобразователь частоты - специфический элемент супергетеродинного радиоприемника;

· усилитель промежуточной частоты - предназначен для выделения спектра радиосигнала из помех, близких по частоте, и усиления его до величины, необходимой для работы детектора сигнала;

· детектор сигнала - предназначен для преобразования спектра модулированного радиосигнала в спектр частот модуляции;

· усилитель низкой частоты или усилитель сигнала частот модуляции - его назначение такое же как и в радиоприемнике прямого усиления.