Входные цепи

Общие сведения о входных цепях

Входная цепь приемника — цепь, посредством которой связывают антенну или антенно-фидерную систему со входом первого каскада приемника. Первым каскадом может быть усилитель высокой частоты, преобразователь частоты или детектор. Расположение входной цепи между выходом антенны или антенно-фидерной системы и входом первого каскада обусловило ее название (рис. 3.3.8).

Рис.3.3.8

Основные функции входной цепи заключаются:

а) в предварительном выделении принимаемого полезного сигнала из всей совокупности сигналов, возникающих в антенной цепи;

б) в передаче энергии полезного сигнала ко входу первого каскада с наименьшими потерями и искажениями.

В общем случае входная цепь - некоторый пассивный четырех­полюсник, включающий в себя резонансную систему и элементы связи. В зависимости от диапазона частот резонансная система выполняется на сосредоточенных или распределенных элементах и состоит из одного или нескольких колебательных контуров или резонаторов. Элементы связи обеспечивают связь антенной цепи с контуром или резонатором, а при нескольких резонансных элементах также связь между ними и первым каскадом приемника. К основным характеристикам входной цепи относятся: коэффициент передачи напряжения (или мощности), постоянство резонансного коэффициента передачи по диапазону, диапазон рабочих частот, избирательность и полоса пропускания, величина связи антенны с входной цепью.

Коэффициентом передачи входной цепи по напряжению К. называют отношение напряжения сигнала U _с на входе первого

каскада к величине э. д. с. Е генератора, эквивалентного антенной или антенно-фидерной системе:

К =Uc/E(3.3.3)

При неизменной настройке входной цепи величина К (f) изменяется с частотой приходящих сигналов, достигая максимума К₀ на резонансной частоте fо.

Зависимость К (f)называют амплитудно-частотной (резонансной) характеристикой, а зависимость φ (f) - фазо-частотной (фазовой) ха­рактеристикой.

Частотная избирательность входной цепи определяется формой резонансной кривой. В супергетеродинных приемниках наиболее важна избирательность по двум дополнительным каналам приема-симметричному (или зеркальному) каналу и каналу прямого прохождения на промежуточной частоте. Для ослабления влияния сигнала на частоте fп во входную цепь иногда вводят специальные фильтры (режекторный, фильтр-«пробку»). По форме резонансной кривой можно как определить избирательность входной цепи, так и оценить частотные искажения полезного сигнала. Достаточной характеристикой избирательных свойств часто может служить полоса пропускания П, обычно определяемая по уровню 0,707. Неравномерность усиления составляющих спектра сигнала в пределах полосы пропускания не превышает трех децибел.

Диапазон рабочих частот (fомакс - fомин) обеспечивается, если входная цепь может быть настроена на любую рабочую частоту приемника при удовлетворении требований, предъявляемых к изменению коэффициента передачи, полосы пропускания и избирательности в пределах диапазона рабочих частот. Входной контур чаще перестраивается конденсатором, входящим в блок переменных конденсаторов приемника; в этом случае обеспечивается меньшее изменение параметров контура по сравнению с изменением при перестройке его переменной индуктивностью.

Величина связи с входной цепью определяется только параметрами входной цепи. В настоящее время в технике радиоприема применяются различные антенны от простейших проволочных вертикальных до параболических отражателей и других сложных антенн.

Согласно общей теории антенн можно рассматривать входные цепи применительно к двум характерным случаям: сопротивление антенны (антенно-фидерной системы) имеет активный характер; сопротивление антенны имеет реактивный характер. В случае реактивного характера сопротивления антенны во входную цепь вносится некоторое реактивное сопротивление, за счет которого изменяется резонансная частота последней; вносимое активное сопротивление приводит к ухудшению избирательности входной цепи. Величина вносимых сопротивлений может изменяться в больших пределах, поскольку приемник часто эксплуатируется с разными антеннами, параметры которых заранее не известны. Поэтому для уменьшения влияния параметров ненастроенных антенн на входную цепь выбирают достаточно слабую связь между ними. При активном сопротивлении антенны условия работы входной цепи другие. В этом случае во входную цепь не вносится расстройка и величину связи, между входной цепью и настроенной антенной, сопротивление которой задается однозначно, выбирают из условия получения наибольшей мощности сигнала на входе первого каскада. Связь, при которой обеспечивается это условие, называется оптимальной.

Схемы входных цепей

Наиболее распространенными схемами входных цепей являются схемы емкостной, индуктивной (трансформаторной), индуктивно-емкостной (комбинированной), автотрансформаторной связи с антенной или антенно-фидерной системой (рис.3.3.9,а,б,в, рис.3.3.10).

Рис.3.3.9

Рис.3.3.10

Отметим, что простейшая схема образуется при непосредственном подключении антенны к входной цепи. Вследствие отсутствия элементов связи в ней нельзя обеспечить малое влияние антенны на входную цепь, и поэтому такая схема редко используется на практике.

Входные цепи различаются между собой не только по характеру связи (Lсв, Сcв), но и по числу используемых в них контуров. В настоящее время наиболее часто находит применение одноконтурная входная цепь. К важным преимуществам такой цепи по сравнению с многоконтурной цепью относятся простота конструктивного выполнения и обеспечение более высокой чувствительности. Последнее обусловлено тем, что рост числа контуров увеличивает, как правило, потери сигнала до входа первого каскада. Одноконтурная входная цепь обеспечивает также постоянство резонансного коэффициента передачи в сочетании с удобством перестройки приемника в рабочем диапазоне частот. Многоконтурная входная цепь позволяет получить форму резонансной характеристики, при которой обеспечиваются наименьшие искажения спектра полезного сигнала при высокой избирательности по отношению к мешающим сигналам, и это является ее достоинством. Вследствие этого она преимущественно находит применение в высококачественных приемниках, работающих, как правило, на фиксированных частотах. Наиболее распространенной является двухконтурная входная цепь, изображенная в качестве примера на рис. 3.3.10, а. В этой схеме контуры Lк1, Ск1и Lк2, Ск2 настраиваются на частоту принимаемого сигнала, а внутриемкостная связь между контурами осуществляется через конденсатор связи С_св. При использовании указанного полосового фильтра в других схемах входных цепей он может быть связан с антенной иным способом, например, посредством емкостной связи.

Принципиальные схемы входных цепей, изображенные на рис. 3.3.9, типичны для радиовещательных и других приемников умеренно высоких частот, работающих с ненастроенными антеннами.

Среди них схема емкостной связи с антенной (рис. 3.3.9, а) — наиболее простая в конструктивном выполнении. В ней выбором достаточно слабой связи антенны с входным контуром, осуществляемой через конденсатор связи С_св, можно обеспечить, с одной стороны, малое влияние антенны на контур и, с другой, что не менее важно, постоянство характеристик входной цепи при работе приемника с различными антеннами. Однако при весьма малой величине связи уменьшается коэффициент передачи, а следовательно, снижается чувствительность приемника. Обычно С_св выбирают из условия С_св < 10…40 пФ. К серьезному недостатку схемы относится значительное непостоянство К в диапазоне рабочих частот; последнее обусловило исполь­зование схемы при малых значениях коэффициента перекрытия диапазона. Схема индуктивной связи с антенной (рис. 3.3.9, б)является наиболее распространенной. При достаточно слабой связи между катушками связи и входного контура можно получить практически одинаковый коэффициент передачи по диапазону рабочих частот, что часто и используется на практике. Это обеспечивается, как увидим далее, соответствующим выбором параметров антенной цепи (С_А, L_СB).

Схема комбинированной связи с антенной (рис. 3.3.9,в)позволяет обеспечить достаточно высокое и практически постоянное значение величины резонансного коэффициента передачи Ко во всем диапазоне рабочих частот. Недостатком схемы является ухудшение избирательности по симметричному каналу приема по сравнению с избирательностью, обеспечиваемой схемой с трансформаторной связью. Неполное подключение электронного прибора первого каскада (лампы, транзистора) к входному контуру ослабляет влияние его входного сопротивления на входную цепь и позволяет обеспечить заданную полосу пропускания; это подключение осуществляется с помощью автотрансформаторной связи (рис. 3.3.9, б),с помощью емкостного делителя (рис. 3.3.9, в) или трансформаторной связи.

Схемы трансформаторной и автотрансформаторной связи с антенной широко применяют в профессиональных приемниках декаметровых и метровых волн, работающих на фиксированной частоте или в узком диапазоне частот. При работе с симметричными настроенными антеннами трансформаторная связь позволяет использовать, и это является ее достоинством, симметричные (рис. 3.3.10, а)и несимметричные приемные фидеры. В последнем случае один конец катушки связи, подключаемой к выходу несимметричного фидера, заземляют вместе с внешней его оболочкой. Схему с автотрансформаторной связью (рис.3.3.10,б)применяют при работе с несимметричными (коаксиальными) фидерами и наиболее часто используют на практике.

При работе с настроенными антеннами величину связи выбирают, как уже отмечалось, из условия передачи максимальной мощности от источника сигнала к входу первого каскада, т. е. к нагрузке.

Настроенные антенны обладают острой диаграммой направленности, и во входных цепях с использованием трансформаторной связи возникает иногда необходимость в установлении электростатического экрана между катушками L_CB и L_K (рис. 3.3.10, а).

В коротковолновой части метрового диапазона волн (λ=1-3м) может использоваться схема входной цепи с последовательным включением индуктивности (рис. 3.3.10, в). В ней входной контур образуется индуктивностью L_K и двумя последовательно включенными емкостями С₁, и С₂, причем емкость С₂ — входная емкость первого каскада. На частоту принимаемого сигнала контур настраивают изменением индуктивности. Благодаря такому включению элементов контура L_K, C₁ и С₂ уменьшается результирующая емкость контура по сравнению с емкостью обычной схемы при параллельном соединении С₁ и С₂.

Это позволяет увеличить индуктивность контура Lк или, при некоторой величине L_кмин и минимально возможной емкости Ск повысить частоту настройки входного контура.

На частотах f > 250 - 300 МГц во входных цепях используют системы с распределенными элементами. На этих частотах добротность обычных контуров резко снижается, что связано с сокращением размеров катушек индуктивности, возрастанием потерь из-за поверхностного эффекта и излучения.

Во входных цепях приемников дециметрового диапазона волн широко применяются резонаторы в виде открытых с обоих концов полуволновых отрезков и преимущественно в виде четвертьволновых замкнутых на одном конце отрезков коаксиальных линий. Они выполняются из полых, обычно медных, концентрических труб, открытые концы которых часто насаживаются на дисковые выводы катода и сетки специального маячкового триода, используемого в качестве электронного прибора первого каскада.

На рис. 3.3.11изображена принципиальная схема, в которой отрезок коаксиальной линии l₁ < λ ₀/4 вместе с емкостью С _ппредставляет контур высокой добротности (Q == 300 -400), а фидер антенны, подключаемый к этому контуру на расстоянии l₂, образует с ним автотрансформаторную связь. Настройка на частоту сигнала может осуществляться емкостью С_п или поршнем, короткозамыкающим конец отрезка линии. Связь фидера с резонатором может быть трансформаторной и емкостной и обеспечивается с помощью витка или штыря, помещаемых в пучности магнитного или электрического поля соответственно.

Рис.3.3.11