Урок 5

ВХОДНЫЕ ЦЕПИ РАДИОПРИЕМНИКОВ

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Входной цепью принято называть электрическое устройство, включаемое между антенной и входом первого каскада. Входная цепь обеспечивает» связь антенны с первым каскадом приемника и предварительную фильтрацию полезного сигнала от различных помех. В большинстве радиоприемников во входной цепи исполь­зуются  колебательные  системы.

Емкостная связь                                                                     Индуктивная                                                                   Индуктивно-емкостная

  Входные цепи классифицируют по двум основным признакам: по виду колебательной системы, настроенной на частоту принимае­мого сигнала, и по виду связи этой системы с антенной. В качестве колебательных систем во входных цепях применяют как одиночные контуры, так и различные системы связанных контуров. Наиболь­шее распространение получила входная цепь g одиночным конту­ром. По виду связи антенны с контуром различают схемы с индуктив­ной (трансформаторной), емкостной, индуктивно-емкостной и авто­трансформаторной связью. Так, при использовании ненастроенных антенн, которые применяют главным образом в диапазонах длинных, средних и коротких волн, связь антенны с контуром может быть емкостной, индуктивной и индуктивно-емкостной (фиг. 2.1). На приведенных схемах показано неполное подключение усилитель­ного прибора (УП) к контуру с помощью автотрансформатора. Ве­личина этой связи характеризуется коэффициентом включения p_вх = U_уп / U_L, где U_L — напряжение на всей катушке; U_yn — напряжение, снимаемое с части катушки (р_вх < 1). Неполная связь контура с УП ослабляет влияние на контур.

Входные цепи обеспечивают: предварительную частотную селек­цию по соседнему каналу; основ­ную, если усилитель радиочастоты (УРЧ) отсутствует, частотную избирательность по зеркальному ка­налу, промежуточной частоте и комбинационным частотам; согласо­вание по мощности или шумам (в радиолокационных приемниках).

 Основные качественные показатели входных цепей следующие.

Коэффициент передачи напряжения равен отношению напряжения на входе первого каскада приемника Uвх1 к э. д. с. в антенне Е_А:

K = U_BXl/E_A.   (8.1)

Коэффициент передачи мощности равен отно­шению мощности на входе первого каскада приемника Рвх1 к мощности в антенне Р_A:

К_Р = Р_ВХ1/Р_А. (8.2)

Коэффициент передачи мощности и напряжения необходимо иметь максимально возможный, так как при той же мощности в антенне на вход первого каскада будет поступать большая мощность и чувстви­тельность приемника будет выше.

Диапазон рабочих частот есть участок спектра, ограниченный частотами f_min — f_max, или рабочая частота f₀ (для входных цепей с фиксированной настройкой).

Диапазон входной цепи характеризуется коэффициентом перекры­тия диапазона К_д, который равен отношению максимальной рабочей частоты f_max к минимальной f_min:

Kд = f_max/f_min  (8.3)

Частотная избирательность входной цепи показывает, на сколько резонансный коэффициент передачи Ко на ча­стоте f₀ больше коэффициента передачи на любой другой частоте f, когда частотная расстройка ∆f = f — f₀:

Se = K₀/K;   SeдБ=20 lg K0/K.      (8.4)

Избирательность по соседнему каналу S_eCK определяется для радио­вещательных приемников при частотной расстройке ∆f = ± 9 кГц, по зеркальному каналу S_e3K при частотной расстройке ∆f = 2f_пр, где f_np — промежуточная частота.

Полоса пропускания входной цепи — это такая полоса частот, в пределах которой уменьшение коэффициента передачи К не превышает определенного значения. Часто полосу пропускания определяют на уровне 0,7 (3 дБ) от максимального значения коэффи­циента передачи, тогда К = 0,7K₀. От величины полосы пропускания входной цепи зависят частотные искажения сигналов.

Непостоянство качественных показателей в диапазоне рабочих частот характеризует степень изменения коэф­фициента передачи, избирательности и полосы пропускания в про­цессе перестройки приемника в пределах рабочего диапазона частот.

Для коэффициента передачи полосы пропускания и избиратель­ности коэффициента непостоянства соответственно равны:

К = К₂ /К₁;   K_П = П₂/П₁;   K_Se=S_e2/S_e1.       (8.5)

Индексы 1 и 2 соответствуют частотам f_i и f₂.

Коэффициенты непостоянства показателей входной цепи жела­тельно иметь как можно меньше, чтобы основные качественные пока­затели радиоприемника в пределах рабочего диапазона частот изме­нялись незначительно.

Степень влияния антенны и входного сопротивления первого каскада приемника на показатели входной цепи оцениваются величиной изменения эквивалентной добротности контура вследствие влияния вносимых проводимостей со стороны антенны и входа уси­лительного прибора первого каскада приемника, а также величиной смещения частоты настройки входной цепи вследствие влияния вно­симых емкостей и индуктивностей со стороны антенны и усилитель­ного прибора. Смещение настройки характеризуется относительной расстройкой

б = ∆f/f_о.         (8.6)

где ∆f = f — f₀ — абсолютное изменение резонансной частоты кон­тура, величина которой должна быть минимальной, для того чтобы обеспечить лучшие качественные показатели входной цепи и прием­ника.

Изменение добротности характеризуется коэффициентом шунти­рования

q = Q_эк/Q_k.      (8-7)

 

где  Q_к — конструктивная  добротность   контура;   Q_эк — эквивалент­ная добротность.

Важным показателем антенны является ее действующая высота h_д. От величины действующей высоты зависит величина э. д. с. E_а, развиваемой в антенне, связанной с напряженностью электрического поля в точке приема следующим соотношением:

 (8.8)

где Е — напряженность электрического поля в точке приема, мВ/м или мкВ/м.

Отсюда следует, что чем больше h_д, тем при той же напряжен­ности электрического поля Е э. д. с. в антенне будет больше.

Величина h_д зависит от типа антенны. Например, для Т- и Г-образных антенн действующая высота почти равна геометрическим разме­рам антенны, для вертикального провода (штыря) h_д ≈ (0,4÷0,6) h при условии, что h «λ  (λ— длина волны).

Действующая высота магнитной антенны

 (8.9)

где ω — рабочая частота; S_c — сечение сердечника (ферритового стержня); w — число витков антенной катушки; μ_Эфф — эффективная магнитная проницаемость сердечника.

Действующая высота магнитной антенны невелика и составляет 0,02—0,03 м.

Антенны можно разделить на настроенные и ненастроенные. Как видно из полной эквивалентной схемы антенны (рис. 8.2, а), она со­держит L_A и Са и, следовательно, может иметь собственную резонанс­ную частоту

При приеме на настроенную антенну ее собственная резонансная частота совпадает с частотой принимаемого сигнала. Настроенные антенны используются при приеме на фиксированных частотах, на­пример в телевизионных, радиолокационных, радиовещательных и связных приемниках в диапазоне УКВ. В настроенных антеннах уда­ется получить режим согласования с фидером, соединяющим ее со вхо­дом первого каскада приемника, при этом передается максимальная мощность из антенны к приемнику. В радиовещательных приемниках в диапазонах ДВ, СВ и KB в основном используются ненастроенные антенны. Магнитная антенна является настроенной.

В зависимости от типа приемной антенны и рабочей частоты величины Ra, La и Сд изменяются. Для радиовещательных приемников в диапазонах километровых и гектометровых волн эквивалентные параметры антенны можно принять следующими: Ra — 25 Ом, La = 20 мкГн и Сд = 200 пФ. Для очень коротких антенн, пренебрегая малой индуктивностью антенны, эквива­лентную схему можно представить в упрощенном виде (рис. 8.2, б). В диа­пазонах KB, УКВ и СВЧ использу­ется настроенная антенна, в эквива­лентной схеме которой отсутствуют реактивные составляющие (рис. 8.2,е). В современных радиовещательных приемниках широко используется магнитная антенна, эквивалентная схема которой представлена на рис. 8.3, а. В радиоприемниках с диапазонами KB применяется теле­скопическая штыревая антенна.

 

Изменение коэффициента передачи в диапазоне принимаемых частот

Процесс передачи сигнала из антенны на вход первого УП мож­но представить как передачу напряжения сигнала из антенны в цепь контура с последующим увеличением этого напряжения на элемен­тах контура в Q раз. Если добротность Q входного контура считать по диапазо­ну постоянной, то изменение усиления по диапазону будет обусловлено резо­нансными свойствами антенного конту­ра и передачей напряжения из антен­ны в цепь контура.

  Диапазон частот входной цепи может находиться ниже резонансной частоты антенной цепи f_А (фиг. 2.9, а), выше частоты f_А (фиг. 2.9, б) и в области резонанса антенной цепи (фиг. 2.9,  в).

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Когда f_А   > f₀  (λ_А < λ₀) антенную цепь называют укороченной; когда f_А < f₀ (λ_А > λ₀ ), — удлиненней. При укороченной антенной цепи (фиг. 2.9, а) коэффициент передачи в диапазоне настройки характеризуется восходящим участком резонансной кривой (сплош­ная линия), что приводит к значитель­ному изменению его величины по диапа­зону. При удлиненной антенной цепи (фиг. 2.9, б) коэффициент передачи опре­деляется спадающим участком кривой и по диапазону остается почти неизменным. Когда частота антенно­го контура находится в диапазоне настройки (фиг. 2.9, в), коэф­фициент передачи по диапазону очень неравномерен, и поэтому этот случай не используется.

В большинстве современных приемников находит применение входное устройство с удлиненной антенной цепью.