Структурные схемы линейного тракта профессиональных устройств приема и обработки сигналов

Профессиональные приемники выполняются по супергетеродинной схеме. Структурные схемы построены на основе двойного преобразования частоты. Основа выбора структурной схемы приемника – стабильность частоты настройки. Также учитывают шумовые характеристики всех его узлов (усилительных каскадов, гетеродина, смесителя и др.). Варианты схем отличаются схемой формирования гетеродинирующего напряжения, с учетом того, что основная нестабильность определяется 1-м гетеродином.

Супергетеродинное радиоприемное устройство с многодиапазонным первым гетеродином. Структурная схема радиоприемного устройства (рис. 3.21) выполнена по схеме с двойным преобразованием частоты. Первый гетеродин - плавно перестраиваемый в пределах каждого поддиапазона частот. Основным источником нестабильности является влияние переключателей поддиапазонов.

Рис. 3.21 - Структурная схема супергетеродинного радиоприемного устройства с многодиапазонным первым гетеродином

Диапазон рабочих частот разделяют на поддиапазоны способом равных коэффициентов перекрытия. Если же этим способом разделить диапазон перестройки гетеродина, стабильность его частоты несколько повышается, поскольку элементы сопряжения контуров включаются в контуры сигнальной частоты. Иногда коррекцию частоты гетеродина производят путем сравнения с частотой внутреннего кварцевого калибратора.

Супергетеродинное радиоприемное устройство с однодиапазонным первым гетеродином и умножителем частоты. Структурная схема такого супергетеродинного радиоприемного устройства отличается от предыдущей схемы (рис. 3.21) наличием умножителя частоты первого гетеродина, который плавно перестраивается в определенном диапазоне частот. Гармоники первого гетеродина используются в качестве гетеродинирующих напряжений в различных поддиапазонах, причем используются верхняя и нижняя настройки гетеродина. Поскольку при такой схеме число элементов и контактов в контуре гетеродина значительно уменьшается, стабильность частоты существенно улучшается. По такой схеме выполняются профессиональные приемники 2- и 3-го классов.

Супергетеродинное радиоприемное устройство с однодиапазонным первым гетеродином и генератором подставок. Структурная схема линейного тракта радиоприемника построена также по схеме с двойным преобразованием частоты и имеет в своем составе генератор подставок (рис. 3.22).

Рис. 3.22 - Структурная схема супергетеродинного радиоприемника с однодиапазонным первым гетеродином и генератором подставок

Интервал перестройки генератора плавного диапазона (ГПД) выбирают равным интервалу частот в поддиапазонах, на которые разделяют диапазон принимаемых частот. При помощи преобразования частоты в смесителе См3 диапазон частот ГПД переносится в поддиапазон частот ГПД, необходимый для преобразования частоты в смесителе См1. Частота колебаний генератора подставок (ГП) стабилизируется кварцем. Нестабильность настройки такого радиоприменика определяется нестабильностью ГПД, которая может быть доведена до значений порядка 10^–5. При выборе малых значений частот ГПД можно достичь малой нестабильности настройки радиоприемного устройства.

Супергетеродинное радиоприемное устройство с фиксированным первым и перестраиваемым вторым гетеродином. Структурная схема радиоприемного устройства построена по схеме с двойным преобразованием частоты и может быть выполнена в двух вариантах. В первом варианте в каждом поддиапазоне подключается соответствующий кварцевый резонатор. Во втором варианте один кварцевый резонатор используется в опорном генераторе, а необходимые гетеродинирующие напряжения получаются путем умножения и деления частоты этого генератора. Второй вариант является более высокой стабильностью, поскольку в схеме опорного генератора нет коммутирующих элементов.

При изменении частоты настройки радиоприемного устройства изменяются частота второго гетеродина и первая промежуточная частота. Целесообразно при перестройке радиоприемника в любом поддиапазоне изменять первую промежуточную частоту в одном и том же интервале. Для этого переносят одинаковые интервалы диапазона принимаемых частот в один и тот же интервал изменения первой промежуточной частоты путем соответствующего выбора значений частоты первого гетеродина. Второе преобразование частоты позволяет перейти к постоянной второй промежуточной частоте.

Второй гетеродин может быть однодиапазонным непереключаемым, поэтому стабильность его частоты может быть доведена до значений порядка 10^–5. Эта стабильность практически определяет стабильность частоты настройки радиоприемника. По данной структурной схеме выполняются радиоприемные устройства 1-го и 2-го классов профессиональной аппаратуры.

Супергетеродинное радиоприемное устройство с фиксированным первым и интерполяционным вторым гетеродином. Структурная схема, выполненная с двойным преобразованием частоты, имеет в своем составе блок опорных частот (БОЧ), генератор плавной частоты и генератор опорных частот (ГОЧ) (рис. 3.23).

Рис. 3.23 - Структурная схема супергетеродинного радиоприемного устройства с фиксированным первым и интерполяционным вторым гетеродином

При приеме радиосигналов в плавном диапазоне используется ГПД, а при приеме на дискретных частотах – блок опорных частот (БОЧ) с селектором (Сел.). Стабильность работы радиоприемника в первом случае составляет 10^–5, во втором случае – 10^–6. Для дополнительной стабилизации работы радиоприемника дополнительно используется одинарное или двойное термостатирование. Такая реализация структурной схемы используется в профессиональных радиоприемных устройствах 1-го и 2-го классов.

Супергетеродинное радиоприемное устройство с многодиапазонным первым гетеродином и блоком опорных частот. Первым гетеродином является автогенератор Г1 (рис. 3.24) с параметрической стабилизацией частоты, перестраиваемый в широком диапазоне частот, разделенном на поддиапазоны. Стабильность его частоты не превышает 10^–4. Колебание второго гетеродина образуется в смесителе См3, на входы которого поступают колебания первого гетеродина и высокостабильные колебания, формируемые в блоке опорных частот БОЧ. Задающим генератором БОЧ является кварцевый, обычно с двойным термостатированием. Стабильность его частоты достигает 10^–7. В БОЧ формируется сетка частот. Колебания второго гетеродина подаются через узкополосный кварцевый фильтр (УКФ) на смеситель (См2). Система АПЧ первого гетеродина уменьшает уходы его частоты. При отклонении частоты первого гетеродина от номинального значения, соответственно изменится частота второго гетеродина. Значение второй промежуточной частоты остается неизменным. Точность настройки радиоприемника соответствует нормам 2-го и 1-го классов.

Рис. 3.24 - Структурная схема супергетеродинного радиоприемника с многодиапазонным первым гетеродином и блоком опорных частот

Наиболее высокая стабильность настройки радиоприемника достигается за счет использования декадного синтезатора частоты. В этом случае радиоприемник настраивается на ряд дискретных частот с шагом 100, 100 или 1 Гц. При использовании всех известных способов стабилизации частоты опорного кварцевого генератора, декадного синтезатора частоты, можно достичь нестабильности настройки радиоприемника 10^–8…10^–9.

Устройства приема и обработки непрерывных двухполосных сигналов с амплитудной модуляцией. Эффективная ширина спектра принимаемого сигнала определяется выражением

где F _max – максимальная частота спектра передаваемого сообщения. Для телефонных сигналов F _max = 3 кГц.

Соотношение сигнала/помехи входа-выхода радиоприемного устройства определяется выражением (3.9).

Устройства приема и обработки сигналов с частотной модуляцией. Применение ЧМ позволяет существенно повысить использование мощности передатчика и помехоустойчивость приема, улучшить качественные показатели передачи, в частности, расширить динамический диапазон.

Эффективная ширина спектра принимаемого сигнала определяется выражением (1.8). Соотношение сигнала/помехи входа-выхода радиоприемного устройства определяется выражением (3.15). Отношение сигнал/помеха на выходе линейного тракта для телефонных сигналов принимается не менее 3…10 раз. Повышение помехоустойчивости приема сигналов с ЧМ можно получить, применяя в приемнике демодуляторы с обратной связью по частоте, синхронные детекторы и другие демодуляторы позволяющие уменьшить эффективную ширину спектра принимаемого сигнала.

Устройства приема и обработки сигналов с фазовой модуляцией. Тракт приема сигналов с ФМ (рис. 3.25) содержит ограничитель амплитуды (ОА), демодулятор (Д) и систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Демодулятор состоит из фазового детектора ФД1 и генератора опорной частоты ГОЧ. Частота и фаза колебания генератора опорной частоты должны совпадать с частотой и фазой несущего колебания на выходе ограничителя амплитуды. Это достигается использованием фазовой автоподстройки частоты, состоящей из фазового детектора ФД2, ФНЧ и управляющего элемента УЭ.

Рис. 3.25 - Структурная схема тракта приема непрерывных сигналов с ФМ

Особенностью радиоприемника с ФМ является наличие высокостабильных гетеродинов с начальной подстройкой последней промежуточной частоты с помощью перестройки последнего гетеродина под частоту ГОЧ. Использование системы АРУ позволяет уменьшить изменение напряжения сигнала на входе ОА, что необходимо для устойчивой работы фазовых детекторов ФД1 и ФД2. Для уменьшения фазовых искажений в основном линейном тракте целесообразно использовать одноконтурные каскады или каскады с максимальной плоской формой АЧХ.

При определении необходимой полосы пропускания линейного тракта следует учитывать эффективную ширину спектра сигнала