ножители частоты с изменяемым коэффициентом умножения; Пр1, Пр2 - преобразователи частоты. Предположим, что необходимо получить частоту 156 кГц После делителей частоты Д1-ДЗ получаются частоты соответственно 100, 10 и 1 кГц, Установив переключатели настройки умножителей У1-УЗ в положения л, = 1, = 5 и Пз = 6, получим на выходах умножителей соответственно частоты 100, 50 и 6 кГц. На выходе преобразователя Пр2 выделяется суммарный сигнал с частотой 50 + 6 = 56 кГц, а после преобразователя Пр1 - нужная частота 156 кГц,

Выделение нужных частот после умножителей и преобразователей производится резонансными контурами или фильтрами. Следует иметь в виду, что для уменьшения побочных составляющих (соседние гармоники, остатки слагаемых или вычитаемых в преобразователях сигналов, их комбинационных составляющих) необходимо использовать достаточно сложные фильтрующие устройства.

В синтезаторах косвенного синтеза источником колебаний рабочей частоты служит перестраиваемый по частоте управляемый напряжением генератор (УГ). Текущая частота УГ преобразуется в частоту, равную частоте опорного сигнала или частоте другого колебания, полученного из сигнала опорного генератора, и сопоставляется с ней. В результате сравнения частот (с точностью до фазы) вырабатывается сигнал ошибки, который и подстраивает управляемый генератор. Цепь, выполняющая эти операции, называется системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Обычно используются два типа систем фазовой автоподстройки: с делением частоты в цепи приведения частоты управляемого генератора к частоте опорного сигнала и с суммированием или вычитанием сигналов в этой цепи, т.е. с преобразованием частоты. Принцип работы системы ФАПЧ первого типа состоит в следующем (рис. 2.15). Колебания управляемого напряжением генератора УГ подаются на один из двух входов фазового детектора ФД через делитель с переменным коэффициентом деления ДПКД, который делит частоту сигнала генератора в п раз. На второй вход фазового детектора подается сигнал опорного генератора ОГ с частотой f. Выходное напряже-

Рис. 2.15. Синтезатор частоты с ФАПЧ первого типа

Af=/c-/уг ПФ Пр

Рис. 2.16. Синтезатор частоты с ФАПЧ второго типа

ние фазового детектора через фильтр нижних частот ФНЧ воздействует на управляемый генератор так, что частота его сигнала, поделенная в п раз, будет равна частоте опорного генератора. Изменяя коэффициент деления ДПКД, можно изменять частоту генератора с шагом, равным частоте f- В качестве ДПКД обычно используются счетчики импульсов, выполненные на цифровых элементах.

Принцип работы системы ФАПЧ второго типа поясняется рис. 2.16, Колебания управляемого генератора с частотой и колебания генератора сдвига ГС с частотой подаются на входы преобразователя частоты Пр, На выходе последнего полосовым фильтром ПФ выделяется сигнал разностной частоты Af = fc -г или Af = fyr - fc- Зтот сигнал подается на один вход фазового детектора, на второй его вход поступает сигнал опорного генератора fg. На выходе детектора образуется управляющее напряжение, которое изменяет частоту управляемого генератора до получения равенства Af = f. В качестве генератора сдвига можно использовать синтезатор, выполненный на основе метода прямого синтеза частоты.

Выходным сигналом синтезаторов косвенного синтеза частоты являются колебания управляемого генератора без каких-либо преобразований, обеспечивающие вьюокую спектральную чистоту выходных колебаний (отсутствие побочных составляющих).

Чтобы получить небольшой шаг перестройки синтезатора, частота fg должна быть небольшой и равной этому шагу. Поскольку опорные генераторы обычно выполнены на кварцевых резонаторах с достаточно вьюокой частотой, производят деление частоты до требуемого значения, В реальных синтезаторах частоты применяют и более сложные системы ФАПЧ, что облегчает процессы перестройки синтезаторов и борьбу с побочными составляющими.

2.2. Радиоприемные устройства

Назначение и классификация радиоприемных устройств. Радиоприемные устройства используют для радиосвязи, звукового и телевизионного вещания, радионавигации, радиолокации, радио-, телеуправления и т.д. Радиоприемное устройство должно содержать все необходимые узлы для осуществления следующих процессов:

- выделения из всей совокупности электрических колебаний, создаваемых в антенне внешними электромагнитными полями, сигнала от нужного радиопередатчика;

- усиления вьюокочастотного сигнала;

- детектирования, т.е. преобразования вьюокочастотного модулированного сигнала в ток, изменяющийся по закону модуляции;

- усиления продетектированного сигнала.

Дальнейшее преобразование сигнала зависит от конкретных особенностей применения радиоприемника. Если, например, приемник предназначен для одноканальной радиотелефонной связи либо звукового или телевизионного вещания, то принятый сигнал после усиления превращается в звук и изображение при помощи телефона, громкоговорителя и приемной телевизионной трубки.

Если приемник предназначен для многоканальной радиосвязи, то продетектированный и усиленный сигнал подводится к оконечному устройству, в котором происходит разделение сигналов по отдельным каналам и, если требуется, дополнительная их обработка.

Применяемые в настоящее время радиоприемники делятся на профессиональные и бытовые. Первые предназначаются для использования на линиях радиосвязи и для решения различных навигационных, телеметрических и других специальных задач. Вторые служат для приема программ звукового и телевизионного вещания.

Радиоприемные устройства можно классифицировать:

- по роду работы (радиотелефонные, радиотелеграфные, телевизионные, радионавигационные, радиолокационные и др.);

- по виду модуляции (с амплитудной модуляцией (AM), частотной модуляцией (ЧМ), однополосной амплитудной модуляцией (ОБП) ит.д.);

- по диапазону волн принимаемых сигналов (километровые, гектометровые, декаметровые и т.д.);

- по месту установки (стационарные, переносные, самолетные, автомобильные и др.);

- по схеме электропитания (от сети постоянного и переменного токов).

Основные показатели радиоприемников. Показатели радиоприемников определяются их назначением. Для радиоприемников разных типов они могут быть различными.

Чувствительность характеризует способность приемника принимать слабые сигналы. Она обычно оценивается наименьшим значением ЭДС или мощностью радиосигнала в антенне, при которой возможен устойчивый прием с нормальным воспроизведением сигнала без недопустимого искажения его помехами.

Чувствительность приемников в зависимости от их назначения может колебаться в широких пределах. Так, чувствительность радиовещательных приемников находится в пределах 50...300 мкВ в зависимости от класса качества. Чувствительность радиолокационных приемников имеет значения порядка 10 ... 10 Вт. Для приемников с ферритовой антенной используется понятие чувствительности по напряженности поля. Она имеет значение от 0,3 до 5 мВ/м.

Высокая чувствительность может быть практически реализована лишь в том случае, если уровень внешних помех или собственных шумов на выходе приемника в несколько раз ниже уровня сигнала. Поэтому приемники разных видов необходимо характеризовать не только их чувствительностью, но и так называемой реальной чувствительностью, под которой понимается минимальная ЭДС в антенне, при которой обеспечивается не только нормальная мощность на выходе, но получается определенное превышение уровня сигнала над уровнем внешних помех или собственных шумов.

fc a

.....rl

Рис. 2.17. К пояснению избирательности радиоприемника

Рис. 2.18. Резонансная характеристика приемника

Избирательностью (селективностью) радиоприемного устройства называется его способность выделять из различных сигналов, отличающихся по час- тоте, сигнал принимаемой станции. В соответствии с этим избирательность приемника оценивается как относительное ослабление сигналов посторонних радиостанций, работающих на различных волнах, по отношению к сигналам принимаемого передатчика, на волну которого этот приемник настроен. Избирательность осуществляется главным образом входящими в состав приемника колебательными контурами и фильтрами.

Понятие избирательности поясняет рис. 2.17, на котором показан спектр частот трех радиостанций, из которых две крайние мы рассматриваем как помехи. Из рис. 2.17 видно, что если фильтры приемника обладают прямоугольной частотной характеристикой, соседние (мешающие) радиостанции не создадут на его выходе никакого сигнала (см. рис. 2.17, б). Если же частотная характеристика фильтра далека от идеальной, то на его выходе кроме полезного сигнала будет прослушиваться помеха (см. рис. 2.17, в).

Естественно, что наибольшие трудности представляет ослабление помех от ближайших по частоте посторонних сигналов, т.е. сигналов соседнего частотного канала. Поэтому для оценки качества приемника всегда определяется его селективность в отношении помех соседнего канала.

В первом приближении количественную оценку избирательности можно производить по резонансной характеристике приемника, изображающей зависимость коэффициента усиления от частоты колебаний в антенне. Благодаря применению колебательных контуров и фильтров резонансная характеристика при настройке приемника на какую-либо частоту сигнала имеет вид, подобный рис. 2.18. Избирательность в отношении помехи на частоте определяется в этом случае как 8е = К1К , где Kg - коэффициент усиления на частоте настройки; К - коэффициент усиления на частоте f .

Селективность удобно определять также в децибелах:

Se =20lgSe = Ko -K

Так как передаваемое сообщение имеет определенную полосу частот, другой не менее важной функцией приемника является прием

сигнала вьюокой частоты со всеми его боковыми частотами, т.е. одновременный прием определенной полосы частот. При этом необходимо, чтобы соотношения между амплитудами составляющих спектра сигнала оставались без изменений. Последнее можно обеспечить лишь при постоянной чувствительности приемника в определенной полосе частот. Поэтому понятно, что идеальная амплитудная частотная характеристика (АЧХ) приемника должна быть прямоугольной. При такой форме приемник одинаково принимает спектр боковых частот полезного сигнала, т.е. полоса пропускания такого устройства однозначно определяется как 2Af. Одновременно приемник с такой АЧХ обладал бы идеальной избирательностью, поскольку не пропускал бы сигналов мешающих станций и помех, частоты которых отличаются на Af.

Частотная характеристика реального приемника отличается от прямоугольной. Полосой пропускания в данном случае называют область частот, в пределах которой ослабление спектра принимаемых колебаний не превышает заданного значения. Считается, что искажения будут не заметны на слух, если неравномерность АЧХ в пределах полосы пропускания не превышает 3 дБ, Это соответствует уровню 1/V2 =0,707. Именно на этом уровне отсчитывается полоса пропускания. Частотные свойства контура могут быть заданы его добротностью Q = fo/(2Af).

Качество воспроизведения принятого сигнала зависит от различного рода искажений сигнала в отдельных каскадах приемника. К этим искажениям относятся частотные, фазовые и нелинейные. На качество принятого сигнала будут влиять также различного рода помехи: атмосферные, промышленные, помехи от соседних по частоте передатчиков, а в диапазонах УКВ - собственные шумы приемника.

Структурные схемы радиоприемников. В настоящее время находят применение приемники прямого усиления, регенеративные, суперрегенеративные, супергетеродинные с одинарным и двойным преобразованиями частоты. Рассмотрим более подробно структурные схемы приемника прямого усиления и супергетеродинного. На рис, 2.19 представлена структурная схема приемника прямого усиления.

Тракт радиочастоты ВЦ У УРЧ V ~ ~ УРЧМ/

- >

Рис, 2.19. Структурная схема приемника прямого усиления