Входные цепи радиоприемных устройств

Входной цепью называют часть схемы приемника, связывающую антенно-фидерную систему с входом первого каскада приемника. Первым каскадом может быть усилитель радиочастоты или смеситель.

Основным назначением входных цепей является передача полез­ного сигнала от антенны к входу первого активного элемента и предварительное выделение принимаемого полезного сигнала из всей совокупности сигналов, индуцируемых в антенной цепи.

Входная цепь обычно представляет собой 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 (коаксиальных, полосковых, объемных). Элементы связи обеспечива­ют связь антенной цепи с контуром (резонатором), а при несколь­ких резонансных элементах, связь между ними и первым каскадом приемника.

В диапазонных приемниках наибольшее распространение полу­чили одноконтурные входные цепи. В профессиональных приемниках могут применяться двухконтурные и многоконтурные входные цепи.

На рис.1-3 приведены часто встречающиеся схемы одно­контурных входных цепей. Схемы отличаются способами связи вход­ного контура с антенной.

На рис.1 приведена схема с трансформаторной связью меж­ду контуром входной цепи L_к С_к и антенной А. В схеме на рис.2 исполь­зована емкостная связь входного контура с антенной. Если активным элементам будет биполярный транзистор, то может использо­ваться двойное неполное включение контура, рис.3. (Не часто, но находит применение комбинирования связь входной цепи с ан­тенной, обычно это индуктивно-емкостная связь).

Рис. 1. Входная цепь Рис. 2. Входная цепь

с трансформаторной с емкостной связью

связью с антенной с антенной

Рис.3. Входная цепь с Рис.4. Входная цепь с автотрансформаторной двухконтурным полосовым

связью с антенной фильтром

На рис.4 показана одна из часто применяемых схем двухконтурной входной цепи. Здесь связь первого контура с антенной - трансформаторная. Связь между контурами - внутриемкостная через конденсатор. Активный прибор - полевой транзистор подключен полностью во второй контур.

Основными электрическими характеристиками входных цепей являются: коэффициент передачи напряжения (мощности), полоса про­пускания, избирательность, диапазон рабочих частот.

Коэффициентом передачи входной цепи по напряжению называют отношение напряжения сигнала на входе первого активного элемента приемника к величине ЭДС в антенне, а в случае ферритовой антенны - к напряженности поля сигнала:

.

Коэффициент передачи напряжения на частоте настройки входной цепи называют резонансным коэффициентом передачи

.

Полоса пропускания - ширина области частот, в пределах которой сохраняется допустимая неравномерность коэффициента передачи.

Избирательность - входных цепей определяет степень уменьшения коэффициента передачи напряжения при заданной растройке по срав­нению с резонансным значением.

Диапазон рабочих частот. Входная цепь должна обеспечить возможность настройки на любую частоту заданного диапазона приемника при удовлетворении требований, предъявляемых к изменению коэф­фициента передачи, полосы пропускания, избирательности. Коэффициентом перекрытия диапазона называют отношение максимальной частоты диапазона к минимальной:

.

Полный диапазон перестройки приемника обычно разбивают на ряд поддиапазонов. Находят применение два основных способа разбив­ки диапазона на поддиапазоны.

С постоянным частотным интервалом (рис.5). При этом

∆f

∆f

∆f

Рис.5.Разбивка на поддиапазоны

способе разность максимальной и минимальной частот у всех поддиапазонов оди­накова

.

Коэффициент перекрытия диапазона в этом случае с ростом частоты поддиапазона уменьшается

С постоянным коэффициентом перекрытия.

При этом способе коэффициенты перекрытия всех поддиапазонов одинаковы

Этот способ более экономичный, т.к. для перекрытия всего рабо­чего диапазона частот требуется меньшее число поддиапазонов.

Однако из следует, что с увеличением частоты возрастает, сле­довательно, возрастает плотность настройки.

В специальной аппаратуре обычно используется первый способ перекрытия рабочего диапазона частот, в аппаратуре широкого при­менения - второй.

Рассмотрим основные соотношения, используемые для расчета параметров входных цепей.

Эквивалентная емкость контура складывается из емкости органа настройки (обычно конденсатор переменной емкости или варикап), собственной емкости катушки контура, емкости монтажа, емкости подстроечного конденсатора (при расчетах выбирается среднее значение), вносимой емкости со сто­роны электронного прибора, пересчитанной в контур через коэффициент трансформации (включения) n:

Для усилителей на биполярных транзисторах коэффициент тран­сформации n может быть определен из двух условий: из условия внесения в контур со стороны первого каскада усилителя емкос­ти, составляющей не более 10-20% от минимальной начальной ем­кости контура

,

где - минимальная емкость органа настройки, то есть,

и из условия допустимого увеличения затухания контура

здесь - входное сопротивление каскада, подключенного к контуру входной цепи; - характеристическое сопротивление контура на максимальной частоте; - конструктивная (собст­венная) добротность контура; - коэффициент шунтирования кон­тура электронным прибором. Для схем на полевых транзисторах (с общим истоком) в диапазонах ДВ, СВ и KB. В остальных случаях. Из двух значений сле­дует выбирать меньшее.

Индуктивность контура входной цепи рассчитывается по формуле

где - максимальная частота поддиапазона; - минимальная эквивалентная емкость.

При емкостной связи контура с антенной величина конденсато­ра связи определяется из двух условий:

где - емкость антенны;

- коэффициент разброса емкости антенны;

- активное сопротивление антенны;

- коэффициент разброса сопротивления антенны. Из двух полученных значений емкости связи следует взять меньше.

Величина полной емкости контура при этом с учетом влияния емкости антенны равна, где

Резонансный коэффициент передачи напряжения входной цепью с емкостной связью определяется по формуле

Степень расстройки антенной цепи относительно крайних час­тот поддиапазона при трансформаторной (индуктивной) связи в за­висимости от способа настройки входной цепи, характеризуется коэффициентом удлинения или коэффициентом укорочения, где ­­­­- собственная резонансная частота антенной цепи.

Коэффициенты или выбираются в пределах от 1,25 до 3, но при этом необходимо следить за тем, чтобы резонансная час­тота антенной цепи не совпадала с частотами побочных ка­налов приема.

Индуктивность катушки связи для режимов удлинения или уко­рочения может быть подсчитана по формулам:

где - коэффициент разброса индуктивности антенны.

Добротность катушки связи выбирается обычно из условия. Тогда затухание антенной цепи определяется соотношением

где - для режима удлинения; f=f_max - для режима укорочения,.

При этом минимальное значение коэффициента связи, обеспечивающее оптимальную связь для согласования по мощности будет равно:

Коэффициент связи, с одной стороны, должен быть не боль­ше того значения, при котором затухание контура увеличивается за счет реакции антенной цепи не более чем на (20-25)%, а коэффициент передачи по напряжению уменьшается не более чем на 25% от значе­ния при оптимальной связи; при этом. С другой стороны, допустимый сдвиг резонансной частоты контура, вызываемый реактивной составляющей сопротивления антенной це­пи, должен быть менее половины полосы пропускания, т.е.. Этому условию соответствует выражение

При укороченной настройке в формуле для нужно заменить на.

Выбирают меньшее значение или, однако коэффициент связи не должен быть больше конструктивно выполнимого (для многослойных катушек 0,5 - 0,6, а для однослойных 0,4 - 0,5).

Взаимная индукция между колебательным контуром и обмоткой связи определяется соотношением

Резонансные коэффициенты передачи входной цепи для режимов удлинения и укорочения могут быть найдены по формулам:

;

где - частота настройки контура; - собственная резонансная частота антенной цепи, соответствующая средним параметрам ан­тенны.

При индуктивно-емкостной связи входной цепи с антенной рекомендуется выбирать = 1,25 - 1,4. Расчет производится в том же порядке, что и для схемы с индуктивной связью.

Дополнительно к этому определяется величина емкости связи

Коэффициент передачи равен

Избирательные свойства одиночного резонансного контура оцениваются характеристикой избирательности («кривая избирательность»)

, где

ξ – обобщенная расстройка контура;

- эквивалентное затухание контура;

f - текущее значение частоты;

fo - резонансная частота контура.

Полоса пропускания одиночного контура по уровню 0,707 (-3дБ) оценивается выражением.