Основы построения авиационных радиопередающих и радиоприёмных устройств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева

Военная кафедра

Лекция

«Основы построения авиационных радиопередающих и радиоприёмных устройств»

Казань - 2013

Введение

Авиационные радиопередающие и радиоприёмные устройства являются важными элементами любой радиолинии, обеспечивающей: радиосвязь, радионавигацию, радиолокацию, создание помех, разведку и др.

Структура и назначение радиолинии определяют построение и характеристики радиопередающих и радиоприёмных устройств. Их различают по диапазону частот, конструкции и принципу действия, способу управления параметрами колебаний высокой частоты и т.д.

Здесь рассмотрены назначение, основные характеристики и типовые структурные схемы этих устройств.

1. Авиационные радиопередающие устройства. Назначение, основные параметры

1.1 Назначение, основные параметры радиопередающих устройств

История развития радиопередающих устройств (РПрдУ) тесно связана с историей развития радио и его основоположником и изобретателем А.С. Поповым. Необходимо отметить следующие этапы:

долапмовый этап (1885-1917 гг.);

ламповый этап (1917-1935 гг).;

этап освоения УКВ РПрдУ (1935-1950 гг.);

новейший этап (1950 г. - настоящее время).

Авиационное РПрдУ, как и любое другое предназначено для генерации электрических колебаний тока высокой частоты (радиочастоты), управления (модуляции) параметрами этих колебаний напряжением полезного сигнала, создание заданной мощности, для передачи сигналов в антенну и излучения радиоволн.

РПрдУ классифицируются по месту установки (самолётные, корабельные, носимые и т.д.), назначению (связные, навигационные, радиолокационные и т.д.), диапазону рабочих частот (ДВ, СВ, КВ, УКВ), виду применяемой модуляции (амплитудные, частотные, фазовые, импульсные, смешанные), мощности излучения (маломощные, средней мощности, мощные и сверх мощные) и роду работ (непрерывные и импульсные).

К авиационным РПрдУ предъявляются специфические требования: небольшие масса и габариты, дистанционная управляемость, надёжность в условиях интенсивного воздействия дестабилизирующих факторов (большие механические перегрузки, разрежённая среда, повышенная влажность).

РПрдУ в зависимости от диапазона частот используют различные по конструкции и принципу действия радиотехнические и радиоэлектронные устройства. В диапазоне длинных, средних и коротких волн применяются устройства в основном из элементов с сосредоточенными параметрами. В области метровых и более коротких волнах применяют элементы с распределёнными параметрами: двухпроводные и коаксиальные длинные линии - в диапазоне метровых и дециметровых; объёмные резонаторы и волноводы - в диапазоне сантиметровых волн. Для генерирования и усиления колебаний сантиметровых и миллиметровых волн применяют специальные СВЧ приборы: магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны, лампы обратной волны и др.

Основными элементами авиационного РПрдУ являются (см. рис. 1):

Рис. 1. Обобщенная структурная схема РПрдУ

передатчик;

антенна;

линия передачи СВЧ энергии;

источник питания;

вспомогательные элементы, которые включают в себя микрофон, ларингофон, телеграфный ключ, устройства охлаждения и т.д.

В передатчике осуществляется преобразование энергии постоянного тока или переменного тока в энергию переменного тока высокой (ВЧ) или ультравысокой частоты (УВЧ) и изменение одного из параметров этого тока (амплитуды, частоты или фазы) в соответствии с характером передаваемых сигналов. Процесс такого изменения носит название -- модуляция, которая в зависимости от изменяемого параметра колебаний ВЧ (УВЧ) может быть амплитудная, фазовая, частотная, импульсная и комбинированная. Модулированные и усиленные электрические колебания ВЧ (УВЧ) из передатчика подаются по лини передачи СВЧ энергии в антенну, которая излучает в пространство радиоволны, несущие передаваемую информацию.

Источник питания предназначен:

для питания нитей накала ламп и обмоток реле - постоянным или переменным током низкого напряжения;

для питания анодных цепей и цепей экранирующих сеток электровакуумных ламп, СВЧ приборов (магнетрон, клистрон и т.п) -- постоянным током высокого напряжения, до нескольких кВ.

Постоянный ток высокого напряжения в авиационных передатчиках получается, как правило, в результате выпрямления переменного тока частотой 400 или 50 Гц.

Основными электрическими параметрами позволяющими оценить радиопередатчик и определить возможности его применения в том или ином радиоустройстве, являются:

диапазон волн;

мощность радиопередатчика;

коэффициент полезного действия;

стабильность и точность установки частоты;

наличие в антенне токов высших гармоник.

Диапазон длин волн, в котором должен работать передатчик, устанавливается исходя из назначения передатчика. Например, связные передатчики работают в СВ, КВ (для обеспечения дальней связи) и УКВ (для обеспечения ближней связи) диапазонах, радиолокационные только в УКВ-диапазоне (для обеспечения высокой направленности излучения при небольших габаритах антенн), а передатчики радионавигационных устройств с успехом работают в СВ, КВ и УКВ-диапазонах.

Под мощностью передатчика понимают мощность отдаваемую в антенну. Она является одним из наиболее характерных показателей, определяющих дальность действия и надежность работы радиолинии. Значения мощности передатчиков колеблется от десятых долей ватт до нескольких сот киловатт. В передатчиках обычно предусматривается возможность уменьшения мощности, что желательно при радиосвязи на уменьшенных расстояниях. Для соблюдения скрытности радиосвязи и уменьшения взаимных помех следует работать с минимальной мощностью, обеспечивающей надёжную радиосвязь.

Коэффициент полезного действия передатчика (КПД) представляет собой отношение

,

где -- мощность, отдаваемая передатчиком в антенну, -- мощность потребляемая от источников питания.

Значение КПД современных стационарных передатчиков колеблется от 5-30%, а в авиационных от долей процента до 15%.

Стабильность частоты имеет большое значение для обеспечения устойчивой и надёжной связи. Высокая стабильность частоты тока в антенне устраняет взаимные помехи между радиостанциями, работающими на близких частотах, повышает устойчивость работы радиолинии без подстройки приёмника, обеспечивает бесподстроечное вхождение в связь. Обычно передатчик характеризуется общей допустимой нестабильностью частоты, а также набегом частоты за первые минуты после включения. Нормы стабильности частоты для передатчиков различного назначения различны. От авиационных передатчиков требуется поддержание постоянства частоты примерно в пределах 0,05-1%.

Точность установки частоты важна для обеспечения нормальной работы радиолинии и в передатчиках плавного диапазона производится по шкалам, градуированным в частотах или условных номерах волн. Повышение точности установки достигается применением нониусов и оптических приборов. Градуировка шкал подлежит периодической проверке.

Наличие в антенне токов высших гармоник создает помехи радиостанциям, работающим на частотах, кратных частоте данной радиостанции. Поэтому эти токи всегда стремятся свести к минимуму, посредством фильтрация гармоник, что усложняет выходные каскады (двухтактные схемы, специальные фильтры).

Основные специальные параметры зависят от назначения передатчика. Для связных передатчиков это - величина коэффициента нелинейных искажений, уровень паразитной модуляции, форма частотной характеристики; для импульсных радиолокационных, радионавигационных - минимальные искажения формы радиоимпульсов, постоянство параметров, характеризующих последовательность излучаемых импульсов и т.д.

Конструктивные параметры включают вес и габариты, амортизацию в целом и отдельных частей, герметизацию блоков, тепло- и влагостойкость отдельных деталей, допустимые люфты органов настройки и т.п.

Эксплуатационные параметры включают надёжность блоков, узлов и радиопередатчика в целом, время перехода с волны на волну, длительность непрерывной работы, условия нормальной эксплуатации (температура, влажность, давление), системы безопасности, защиты, сигнализации и т.п.

1.2 Структурная схема типового передатчика, назначение основных его элементов

Современные радиопередатчики работающие в непрерывном режиме излучения имеют многокаскадную схему в целях обеспечения высокой стабильности частоты генерируемых колебаний и телефонного вида работы. Однако в радиопередатчиках работающих в диапазоне ДВ, могут отсутствовать умножители частоты, а в маломощных, как правило, отсутствуют промежуточные усилители мощности. Часто функции различных каскадов совмещены, например функции умножителя и буферного каскада. Один и тот же каскад на различных частотах диапазона может выполнять различные функции. Например, на одном поддиапазоне каскад может работать в режиме умножения частоты, а на другом - как промежуточный усилитель мощности. Требования к стабильности частоты импульсных УКВ передатчиков ниже поэтому высокочастотная часть передатчиков многих радиолокационных станций собирается по однокаскадной схеме.

Основными элементами, входящими в состав большинства современных авиационных передатчиков работающих в непрерывном режиме излучения являются (рис. 2):

Рис. 2. Структурная схема типового РПрдУ.

задающий генератор (ЗГ);

буферный каскад (БК);

умножитель частоты (УМН);

усилитель высокой частоты (УВЧ);

усилитель мощности (УМ);

первичный источник управляющих колебаний;

подмодулятор (ПМ);

модулятор (М).

ЗГ вырабатывает электрические колебания и представляют собой автогенераторы (ДВ, СВ, КВ, МВ, СМВ, ДМВ), преобразующие энергию постоянного тока в энергию переменного тока высокой частоты. Основным требованием, предъявляемым к ЗГ, является наличие на его выходе напряжения стабильной высокой частоты.

Для обеспечения постоянства частоты колебаний, генерируемых автогенератором, применяются два основных вида стабилизации частоты: бескварцевый и кварцевый. При бескварцевой стабилизации частоты стабильность достигается 10^-5 , применением высокостабильных элементов колебательного контура, выбором схемы и режима работы ЗГ, рациональной конструкцией, применением термокомпенсирующих конденсаторов, термостатов и др. При кварцевой стабилизации частоты применяется кварцевые пластины. Они обладают прямым и обратным пьезоэлектрическим эффектом и ведут себя с электрической точки зрения, как последовательный колебательный контур с высокой добротностью (порядка несколько десятков тысяч). Кварцевая стабилизация частоты нашла более широкое применение и позволяет получить стабильность частоты порядка 10^-7 -10^-8.

Теория и опыт показывают, что достичь достаточно высокой стабильности частоты можно только при весьма малой отдаваемой мощности. Поэтому задающие генераторы радиопередатчиков УКВ диапазона имеют, как правило, небольшую мощность (милливатты), а также их проектируют на более низкие частоты, чем рабочие (несущие) частоты радиопередатчика с последующим умножением частоты, что позволяет осуществить его кварцевую стабилизацию.

БК, ко входу которого подводится напряжение от ЗГ, представляет собой усилитель высокой частоты, работающий без сеточных токов и имеющий большое входное сопротивление, следовательно не нагружающий ЗГ. Такой режим работы буферного каскада позволяет устранять влияние последующих каскадов на частоту ЗГ.

Умножитель частоты повышает частоту подводимого к нему напряжения в кратное число раз до рабочей (несущей) частоты передатчика и одновременно усиливает его.

УВЧ усиливает напряжение, полученное на умножителе частоты до величины, необходимой для нормальной работы выходного каскада - УМ.

УМ повышает мощность электрических колебаний рабочей частоты передатчика подводимых к антенне до величины, обеспечивающей получение заданной дальности действия радиолинии.

Модуляция несущей частоты передатчика осуществляется в зависимости от типа модуляции в различных каскадах:

при ЧМ -- в задающем генераторе;

при АМ -- в УМ или УВЧ одновременно.

Все виды модуляции производятся под действием управляющих электрических колебаний, изменяющихся в соответствии с передаваемой информацией. Источниками первичных управляющих напряжений при передаче речи является микрофон или ларингофон, при передаче изображения -- передающая телевизионная трубка, при передачи информации об измеряемых величинах - различные датчики.

Управляющее напряжение, создаваемое первичным источником, усиливается подмодулятором (усилитель напряжения низкой частоты) и подводится к модулятору, который усиливает мощность управляющих колебаний до величины, при которой получается необходимая эффективность модуляции (при АМ -- необходимый коэффициент глубины модуляции).

Передача телеграфных сигналов осуществляется с помощью телеграфного (ТЛГ) ключа. При отпущенном ТЛГ ключе оказываются отключенными отдельные каскады передатчика и ток в антенне отсутствует. В нашей схеме такими каскадами являются ЗГ и БК, но возможны и другие комбинации ЗГ и УМ. При нажатии на ТЛГ ключ каскады передатчика включаются в работу и в антенне протекает ток несущей частоты.

Процесс управления колебаниями тока в антенне при передаче телеграфных сигналов называется манипуляцией. Обычно для передачи ТЛГ сообщений используется азбука Морзе (точки, тире), где кратковременное нажатие - точка, а более длительное - тире.

передатчик радиоприёмный сигнал

2. Авиационные радиоприёмные устройства. Назначение, основные параметры

2.1 Назначение, основные параметры радиоприёмных устройств

Первое в мире радиоприемное устройство (РПрмУ) было построено изобретателем радио А.С. Поповым и публично демонстрировалось 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества.

В настоящее время РПрмУ широко применяется как для приёма сообщений (радиосвязь: радиотелеграфная, радиотелефонная, звукового радиовещания, радиофототелеграфная, радиотелевизионная), так и для приёма специальных сигналов - радионавигационных, радиолокационных, сигналов управления механизмами (радиотелемеханика) и др.

В области техники радиоприема существует 2 термина: радиоприемное устройство (РПрмУ) и радиоприемник. Нередко эти термины даже в специальной литературе смешивают, вкладывая одно и то же понятие. Это неправильно. Радиоприемным устройством следует называть систему таких радиотехнических устройств с помощью которых может быть уловлена, надлежащим образом преобразована и использована энергия электромагнитных колебаний, излучаемых радиопередающим устройством.

Радиоприемное устройство включает в себя:

приемную антенну, которая улавливает энергию электромагнитных волн и преобразует ее в электрические напряжения или токи соответствующей формы;

радиоприёмник, преобразующий напряжение или токи, полученные в антенне таким образом, чтобы они могли привести в действие оконечный аппарат;

оконечный аппарат, в котором нужным образом преобразуется принятое сообщение в удобную для получателя форму.

Следовательно, радиоприемник является составной частью радиоприемного устройства. Задачи, решаемые радиоприемником можно разделить на три группы:

выделение сигналов нужного радиопередатчика из суммы электрических сигналов, образованных в антенне совместным действием электромагнитных полей в месте приема от многих источников, с помощью резонансных систем, т.е. осуществление частотной избирательности (селекции);

преобразование (детектирование - выделение полезного закона модуляции амплитуды, фазы, частоты принятого сигнала) принимаемых радиосигналов в форму, необходимую для нормальной работы оконечного аппарата;

ослабление мешающего воздействия помех и усиление принятых сигналов до уровня, обеспечивающего нормальную работу оконечного аппарата.

Все радиоприёмники, используемые в различных радиоприемных устройствах, можно разделить на две группы:

профессиональные;

широковещательные.

Профессиональные радиоприемники предназначаются для выполнения специальных технических задач, таких как радиосвязь, радиолокация, радионавигация, радиотелемеханика и др.

Широковещательные радиоприемники используются в быту, в основном для приема вещательных программ: музыки, речи.

Всякий радиоприемник обладает определенными качественными показателями (параметрами), зная которые можно судить о возможностях его использования. К ним относятся:

чувствительность;

избирательность;

полоса пропускания;

диапазон волн;

выходная мощность (напряжение).

Чувствительность радиоприемника характеризуется его способностью принимать слабые сигналы. Она оценивается величиной электродвижущей силы (мощности) радиосигнала в антенне, которая необходима для получения на выходе приемника заданного напряжения (мощности) полезного сигнала. В соответствии с этим определением чувствительность изменяется в микровольтах или микроваттах. Она зависит от коэффициента усиления () радиоприёмника, чем он больше тем чувствительность выше. Радиоприёмники, применяемые в авиационной технике, имеют чувствительность по напряжению от 1-100 мкВ. Современные радиоприёмники характеризуются реальной чувствительностью, т.е. минимальной электродвижущей силой в антенне, при которой получаем не только нормальную мощность на выходе, но и определённое превышение уровня сигнала над уровнем собственных шумов. Так, например, при приёме радиотелефонного сигнала (приём разговорной речи) требуется не менее чем четырёхкратное превышение полезного сигнала над шумом по напряжению. Предельная чувствительность радиоприёмника - это минимальная мощность или электродвижущая сила сигнала в антенне, которые при согласовании антенны и радиоприёмника обеспечивают на выходе его линейной части отношение мощности сигнала к мощности шума, равное единице.

Внутренние шумы радиоприёмника при его эксплуатации имеют определённый уровень. Шумовые свойства радиоприёмника оценивают коэффициентом шума (N), который показывает во сколько раз отношение мощности сигнала к мощности шума на входе устройства больше такого же отношения на его выходе. Реальная величина N=1-10. Основную роль играют внутренние шумы первых каскадов, так как они усиливаются всеми последующими.

Коэффициент усиления характеризует усилительные свойства радиоприёмника по мощности или напряжению. Коэффициент усиления по мощности (или напряжению) - это отношение мощности (или напряжения) полезного сигнала на выходе к мощности сигнала (или напряжения) на входе радиоприёмника.

Избирательность - это способность радиоприёмника выделить сигнал нужного радиопередающего устройства из сумм электродвижущих сил наводимых в антенне от других радиопередающих устройств и источников помех. Она осуществляется за счет резонансных свойств контуров и оценивается в первом приближении по резонансной кривой. Чем уже резонансная кривая приемника, тем выше его избирательность.

Полоса пропускания радиоприёмника (?f_прм) характеризует качество его работы и равна разности частот (?f_прм = f₁ - f₂) на которых коэффициент усиления по мощности уменьшается в два раза относительно коэффициента усиления на резонансной частоте f_рез, а по напряжению по уровню 0,7. Чем шире полоса пропускания, тем меньше искажений претерпевают в нем усиливаемые сигналы, т.к. каждый передатчик излучает в пространство целый спектр высоких частот. Вы видите, что последние характеристики находятся в противоречии друг с другом. Чем выше избирательность радиоприёмника, тем уже его полоса пропускания и, следовательно, хуже качество сигнала, принимаемого приёмником. Конструкторы всегда ищут разумный компромисс между ними, исходя из конкретных требований к радиоприёмнику.

Диапазон волн приемника определяется удовлетворением двух условий:

приемник должен допускать настройку на любую частоту заданного диапазона;

при этом его качественные показатели (чувствительность, избирательность, полоса пропускания) должны удовлетворять заданным нормам.

Современные радиоприёмники работают в очень разнообразном диапазоне волн от тысяч метров до единиц сантиметров. Диапазон волн радиоприёмника определяется его целевым назначением и условиями распространения электромагнитных волн.

Выходная мощность (или напряжение, при использовании типовых оконечных приборов) радиоприёмника - это мощность подводимая к оконечному прибору (телефоны, громкоговоритель, линия, электроннолучевая трубка, стрелочный прибор и т.п.). Её величина зависит от целевого назначения радиоприёмника и того оконечного прибора, который должен быть приведен в действие. Так, например, к самолётным радиоприёмникам предъявляются требования, чтобы они обеспечивали на входе типового телефона напряжение, не меньше 15-30 вольт, а для ослабления вредного влияния акустических помех их заделывают в шлемы (шлемофон).

Кроме этих основных характеристик для сравнительной оценки радиоприёмников используется и ряд других характеристик:

степень допустимых нелинейных (отклонение от синусоидальной огибающей выходного напряжения) и частотных искажений (равномерность прохождения модуляционных частот);

устойчивость (не самовозбуждаться) и надежность работы (способность работать без отказа при изменениях температур и влажности, на больших высотах и сильной тряске);

динамический диапазон (способность работать без перегрузки при воздействии сильных сигналов и помех);

экономичность питания (при питании от батарей);

удобство управления (дистанционное управление настройкой);

запас прочности, габариты, вес, стоимость ряд других характеристик.

Рассмотренные качественные показатели радиоприёмника находятся в тесной взаимной связи. Нередко, улучшая тот или иной показатель, приходится идти на ухудшение ряда других. Одним из таких основных противоречий, затрудняющих конструирование многих радиоприёмников, является противоречие между избирательностью и степенью частотных искажений.

2.2 Структурные схемы радиоприёмника прямого усиления и супергетеродинного приёмника

Подавляющее большинство радиоприёмников строятся по двум основным схемам:

по схеме прямого усиления;

по схеме супергетеродинного типа.

Рассмотрим последовательно обе эти схемы:

На рис. 3 изображена схема приёмника прямого усиления.

Рис. 3. Структурная схема приемника прямого усиления.

Отдельные элементы этой схемы имеют следующие целевые назначения.

Входная цепь предназначена для передачи напряжения полезного сигнала из антенны на вход первого каскада усилителя высокой частоты и получения предварительной селекции принимаемых сигналов по частоте, с ослаблением по возможности напряжения мешающих сигналов. Она содержит один, а иногда и несколько колебательных контуров, настроенных на частоту принимаемых радиосигналов. Основными параметрами входной цепи являются коэффициент передачи по напряжению и избирательность.

Усилитель высокой частоты предназначен для усиления слабых сигналов наводимых в антенне до уровня, при котором возможно качественное детектирование. Для нормальной работы детектора на вход его должен быть подан ВЧ сигнал порядка одного или нескольких вольт и с мощностью 10^-3 -10^-5 ватт. А на входе радиоприёмника слабый сигнал, напряжение которого обычно измеряется тысячными или миллионными долями вольта и с мощностью 10^-10 -10^-16 ватт. Вторая задача УВЧ -- совместно с входной цепью обеспечить необходимую (основную) избирательность радиоприёмника, т.е. способность принимать сигналы только от нужного нам радиопередатчика при одновременной работе других радиопередающих устройств и источников помех. УВЧ, также как и входные цепи настраивается на частоту принимаемых радиосигналов и в диапазонных радиоприёмниках должны допускать настройку на различные частоты диапазона.

УВЧ, очень часто, включает в себя несколько каскадов усиления (резонансные усилители), содержащих усилительную лампу и колебательный контур. Преимущественное применение в УВЧ получили электронные лампы: пентоды (значительная крутизна характеристики и низкий уровень внутренних шумов) и триоды на очень высоких частотах. К основным показателям характеризующим качество работы УВЧ относятся: диапазон усиливаемых частот (избирательность), коэффициент усиления, искажения вносимые усилителем (полоса пропускания). Таким образом, основное усиление принимаемого радиосигнала происходит непосредственно на частоте сигнала. Поэтому такие радиоприёмные устройства и называют радиоприёмниками прямого усиления.

Детектор преобразует форму напряжения, принятого и усиленного сигнала ВЧ в напряжение, соответствующее модулирующему (управляющему сигналу) напряжению в передатчике. Это преобразование высокочастотных модулированных сигналов в низкочастотные, форма которых точно соответствует форме огибающей модулированного сигнала называется детектированием. Так как в спектре ВЧ напряжения, модулированного по амплитуде, не содержится составляющих, с модулирующей частотой, то для детектирования применяют нелинейные элементы: электронные лампы или кристаллические детекторы. Выбор детектора определяется видом модуляции радиосигналов, для приёма которых предназначается РПрмУ. Наиболее распространённым типом детектора является диодный детектор. Его достоинством является малый уровень нелинейных искажений, при условии что амплитуда входного сигнала достаточно велика, например превышает 2-3 вольта. Принцип работы детектора сводится к выпрямлению подводимого к нему высокочастотного модулированного по амплитуде напряжения и усреднению выпрямленного напряжения за период высокой частоты. Одной из основных характеристик детектора является коэффициент передачи напряжения.

На УНЧ возлагается одна задача: довести мощность выделенного детектором модулирующего напряжения до такого уровня, при котором будет обеспечена нормальная работа оконечного аппарата.

Усилитель мощности применяется в тех случаях, когда для работы оконечного аппарата необходима значительная мощность.

Иногда в приёмнике прямого усиления могут отсутствовать некоторые звенья схемы (в детекторном РПрмУ -- нет УВЧ).

Приемник прямого усиления не является совершенным и обладает рядом существенных недостатков:

невозможно получить большой на высоких частотах вследствие самовозбуждения УВЧ, обусловленного паразитными связями, влияние которых возрастает с переходом на короткие и ультракороткие волны;

трудно создать на высоких частотах амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) с узкой полосой пропускания и хорошей избирательностью;

сложно обеспечить неизменную избирательность (АЧХ) радиоприёмника в широком диапазоне рабочих частот при перестройке УВЧ.

Приёмники прямого усиления находят сравнительно ограниченное применение, так как не удаётся получить большой и высокую избирательность. Кроме того эти параметры при перестройке в заданном диапазоне частот изменяются в недопустимо больших пределах. Их применяют, когда не требуется высокая чувствительность и приём предполагается на фиксированной частоте (без перестройки).

Более широкое распространение получили приёмники супергетеродинного типа. Они свободны от недостатков присущих приёмникам прямого усиления, так как в них основное усиление радиосигнала различных частот, в диапазоне работы радиоприёмника, происходит не на частоте принимаемого сигнала, а на промежуточной f_пр, которая является постоянной величиной (f_пр=const) для каждого радиоприёмника.

Это позволяет обеспечить высокую избирательность с помощью неперестраиваемого усилителя промежуточной частоты (УПЧ), выполнить одноручечную перестройку приёмника и т.д. Таким образом для получения большого усиления с хорошей избирательностью применяются более сложные супергетеродинные приёмники (рис. 4).

Сопоставляя две схемы, мы можем отметить, что последняя схема отличается от первой двумя дополнительными элементами: преобразователем частот, в составе смесителя и гетеродина (СМ и Г) и УПЧ. Остальные звенья однотипны и решают такие же задачи, как и одноименные звенья в приемнике прямого усиления.



Рис. 4. Структурная схема супергетеродинного приемника.

Входная цепь и усилитель высокой частоты радиоприёмника по схеме супергетеродинного типа дополнительно обеспечивают избирательность по зеркальному каналу, т.е. исключают (ослабляют) прохождение на вход смесителя колебаний с частотой f_c^/ , которые с напряжением гетеродина частоты f_г могли бы создать напряжение той же промежуточной частоты f_пр= f_г - f_c^/ . Зеркальный канал f_c^/ не несущий информацию отстоит от основного f_c на двойную промежуточную частоту 2f_пр.

В преобразователе частоты принимаемый радиосигнал f_c преобразуется в радиосигнал промежуточной частоты f_пр= f_c - f_г, что происходит в смесителе при взаимодействии принимаемого радиосигнала f_c и напряжения частоты гетеродина f_г, поступающего в смеситель от местного генератора (гетеродина). Главным требованием, предъявляемым к напряжению промежуточной частоты, является требование сохранения вида и характера модуляции, присущего принимаемому сигналу. На рисунках представлены временные диаграммы для амплитудно-модулированного радиосигнала: напряжение сигнала до преобразования частоты и после.

Смеситель выполняется на электронных лампах или полупроводниковых приборах, работающих в нелинейном режиме. На выходе смесителя кроме тока промежуточной частоты f_пр = f_c - f_г возникают токи других частот (побочных), например f_c + f_г и др. При помощи фильтра настроенного на промежуточную частоту f_пр=const (с полосой пропускания ?f_пч, равной активной ширине спектра принимаемого радиосигнала) ток промежуточной частоты выделяется из всех остальных составляющих токов. То обстоятельство, что фильтр промежуточной частоты настраивается на неизменную частоту f_пр=const, которая как правило ниже частоты сигнала f_c , позволяет получить в радиоприёмных устройствах супергетеродинного типа стабильные характеристики избирательности, которые не зависят от диапазона рабочих частот.

Преобразованный радиосигнал на промежуточной частоте f_пр (является постоянной величиной f_пр=const для каждого радиоприёмника) поступает в УПЧ и усиливается до уровня, необходимого для работы детектора. В УПЧ осуществляется основное усиление принимаемых радиосигналов и от него зависят важнейшие параметры супергетеродинного радиоприёмника: полоса пропускания, избирательность, чувствительность. Постоянство f_пр позволяет настроить контуры УПЧ так, что форма частотной характеристики становится близкой к прямоугольной (полосовые усилители), обеспечивая равномерное усиление всего спектра частот передаваемого сигнала. Широкое применение получили УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами в анодной нагрузке, а также применяют: полосовые усилители с одним контуром в каждом каскаде и с различным числом контуров в каждом каскаде. Форма частотной характеристики и УПЧ зависят от величины связи между контурами.

Таким образом, несмотря на усложнение схемы, супергетеродинные приемники получаются с меньшим числом каскадов, чем радиоприёмник прямого усиления с теми же качественными показателями, т.к. на высоких частотах (больше 10-20 МГц), радиоприёмник прямого усиления построить значительно труднее, одновременно обладающего малым весом и габаритами. Объясняется это тем, что с повышением частоты уменьшается и ухудшается избирательность каждого каскада УВЧ. Форма резонансной характеристики далека от прямоугольной. Эти недостатки почти устраняются при работе супергетеродинных радиоприёмников. Они имеют более высокую избирательность и позволяют лучше сочетать противоречивые требования малой степени частотных искажений, так как форма резонансной характеристики близка к прямоугольной и высокой избирательности. В них преобразователь частоты уменьшает значение несущей частоты до более низкой, равной частоте промежуточной. Напряжение f_пр усиливается в УПЧ и подается в детектор. При этом основное усиления и избирательность осуществляется в каскадах УПЧ на постоянной f_пр=const и не зависящей от настройки радиоприёмника частоте.

Литература

1. Бузыкин Г.А., Ветроградов В.И. и др. Основы авиационной техники и радиотехническое оборудование летательных аппаратов. Москва, Воениздат, 1966.

2. Линде Д.П., Фуксман Б.А., Радиопередающие устройства. Москва, Воениздат МО СССР, 1968.

3. Сифоров В.И., Радиоприёмные устройства. Москва, Воениздат МО СССР, 1954.

4. Лебедев А.А. Основы авиационной техники. Часть II, Москва, Воениздат, 1978.

5. Чинаев П.И. Самолет, его оборудование и вооружение. Москва, Воениздат, 1976.

Размещено на Allbest.ru

...