Пример выполнения работы. Пусть задана структурная схема супергетеродинного приемника (рис

Пусть задана структурная схема супергетеродинного приемника (рис. 1),на входе которого действуют:

· сигнал с частотой f_с=11.0 МГц и амплитудой U_сА=100 мкФ;

· три помехи с частотами и амплитудами: f_п1=10.0 МГц, U_п1А=100 мВ, f_п2=11.02 МГц, U_п2А=30 мВ, f_п3=13.5 МГц, U_п3А=55 мВ.

В приемнике используется нижняя настройка, т. е. f_пч= f_с – f_г.

Значение промежуточной частоты: f_пч = 2.0 МГц.

Во входном устройстве применен двухконтурный фильтр с K_0ву = 0.4, Q_кэ = 95, η=2.

Резонансный УРЧ имеет К_0урч = 5, Q_кэ = 95.

Преобразователь частоты построен по кольцевой схеме.

Параметры ФСИ: ΔF =10 кГц, S_ск = 5 дБ/кГц, σ_пп = 3 дБ.

1. Рассчитываем частоту гетеродина

f_г = f_с – f_пч = 11.0 - 2.0 = 9 МГц.

2. По формуле (17) определяем частоты каналов (f_кп) приема при q, s< 2, f_г=9 МГц, f_пч=2 МГц. Результаты расчетов сводим в табл. 4.

Таблица 4

q	s	fКП, МГц	Примечания
		2.0	Канал на ПЧ	fП = fПЧ
		1.0		2 ∙ fП= fПЧ
		11.0	Основной канал	fС - fГ = fПЧ
		7.0	Зеркальный канал	fГ- fП = fПЧ
		5.5		2 ∙ fП - fГ= fПЧ
		3.5		fГ-2 ∙ fП= fПЧ
		20.0		fП-2 ∙ fГ= fПЧ
		16.0		2 ∙ fГ - fП= fПЧ
		10.0		2 ∙ fП-2 ∙ fГ= fПЧ
		8.0		2 ∙ fГ - 2 ∙ fП= fПЧ

Убеждаемся, что один из каналов приема соответствует частоте сигнала (11,0 МГц). Частота зеркального канала f_зк=7.0 МГц, канала на промежуточной частоте f_пч=2.0 МГц. Строим диаграмму (рис. 6), иллюстрирующую расположение f_кп на частотной оси. Каждый канал приема условно показываем в виде "дельта-функции". На самом деле каналы имеют конечную полосу пропускания, зависящую от ΔF_ф. Около каждого канала обязательно показываем соответствующие значения s и q. Чем выше порядок комбинационного преобразования (s+q), тем, в общем случае, меньше интенсивность дополнительного канала приема, что на диаграмме изображаем приближенно высотой "дельта-импульса".

Рис. 6

3. Сравниваем значения частот помех на входе приемника f_п1, f_п2, f_п3 с частотами дополнительных каналов приема. Убеждаемся, что частота f_п1 =10,0 МГц совпадает с частотой канала приема при q=2, s=2.
Частота f_п2 =11.02 МГц близка к частоте основного канала, поэтому вторая помеха возможно окажется опасной из-за неидеальности ФСИ (помеха по соседнему каналу).

Помеха с частотой f_п3 =13.5 МГц не попадает ни в один из каналов приема. Проверка опасности третьей помехи с точки зрения многосигнальной избирательности будет проведена ниже.

4. Определяем ослабление 1-й помехи (с частотой f_п1 =10 МГц) в отдельных каскадах ВЧ тракта приемника.

Рассчитываем ослабление 1-й помехи во входном устройстве. Для этого, согласно (19), рассчитываем значение обобщенной расстройки, соответствующей f_п1

Определяем с использованием выражения (20) относительный коэффициент передачи ВУ на частоте f_п1

и ослабление помехи

σ_{ву 1}= -20 lg[γ_ву(f_п1)] = -20 lg(0.015) = 36.3 дБ

Рассчитываем ослабление 1-й помехи в УРЧ. Так как значения добротностей контуров УРЧ и ВУ одинаковы, то при расчете ослабления помехи в УРЧ принимаем ξ₁ =-18.14. Далее определяем

Σ_{урч 1}= -20 lg[γ_урч(f_п1)] = -20 lg(0.055) = 25.2 дБ

Ослабление 1-й помехи в преселекторе

Σ_{прес 1}=σ_{ву 1}+ σ_{урч 1}= 36.3 + 25.2 = 61.5 дБ

По табл.2 для кольцевой схемы определяем дополнительное ослабление в ПрЧ d_прч(f_п1) = 0.03, что соответствует

Σ_прч1= -20 lg[d_прч(f_п1)] = -20 lg(0.03) = 30.5 дБ

Ослабление 1-й помехи в ФСИ равно нулю, так как после преобразования частота помехи (при s=2, q=2):

f_пр1= 2 ∙ f_п1 - 2 ∙ f_г = 2 ∙ 10 - 2 ∙ 9 = 2 МГц

точно совпадает с f_пч, т. е. с центральной частотой настройки ФСИ. Таким образом σ_ф1=0 дБ.

5. Для 1-й помехи по (28) определяем отношение сигнал-помеха на входе детектора:

дБ

Анализ полученного результата показывает, что без использования кольцевой схемы преобразователя частоты уровень помехи, прошедшей по дополнительному каналу приема, на входе детектора был бы приблизительно равен уровню сигнала.

6. Определяем по (29) значения напряжения 1-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ:

U_п1урч = U_п1А K_0ву γ_ву(f_п1) = 100∙0.4∙ 0.015 = 0.6 мВ;

U_п1прч = U_п1А K_{0 ВУ} γ_ву(f_п1) K_{0 урч} γ_урч(f_п1)= 100 ∙0.4∙ 0.015 ∙ 5 ∙ 0.055 = 0.17 мВ.

Напряжение 1-й помехи на входе УРЧ и ПрЧ не превышает 10 мВ, что позволяет не принимать во внимание нелинейное взаимодействие 1-й помехи с сигналом в этих каскадах.

7. Определяем ослабление 2-й помехи (с частотой f_п2 = 11.02 МГц) в отдельных каскадах ВЧ тракта приемника.

Отстройка помехи от частоты сигнала составляет Δf_п2 = | f_п2 – f_с | = 11.02 -11.00 = 0.02 МГц = 20 кГц, что сопоставимо с полосой пропускания ФСИ, следовательно, помеха находится в одном из соседних каналов и через преобразователь частоты пройдет с тем же коэффициентом передачи, что и сигнал, т. е. d_прч(f_п2)=1, σ_{прч 2} =0дБ.
Основное ослабление 2-й помехи должен обеспечить ФСИ. В соответствии с (22) записываем:

откуда получаем

кГц

и в соответствии с (23)

σ_ф2 = σ_пп + S_ск ∙Δf₂ = 3 + 5 ∙ 15 = 78 дБ

Далее можно сосчитать σ_ву2 и σ_урч2, однако очевидно, что в нашей задаче они будут очень малы, так как при добротности одиночного контура Q_кэ = 95 его полоса пропускания составляет

кГц

т. е. помеха с f_п2 попадает в полосу пропускания ВУ и УРЧ. Считаем, что σ_ву2= σ_урч2 =0. Этот вывод подтверждают и построенные ниже (в п. 11) характеристики избирательности ВУ, УРЧ и преселектора.

8. Для 2-й помехи по (28) определяем отношение сигнал-помеха на входе детектора:

дБ

9. 2-я помеха близка к резонансной частоте ВУ и УРЧ, поэтому σ_ву(f_п2) = σ_урч(f_п2) значения напряжения 2-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ составляют:

U_п2урч = U_п2А K_0ву = 30 ∙ 0.4 = 12 мВ;

U_п2прч = U_п2А K_0ву K_0урч = 30∙0.4∙5 = 60 мВ.

Напряжение 2-й помехи на входе УРЧ незначительно превышает 10 мВ, поэтому нелинейное взаимодействие сигнала и 2-й помехи в УРЧ если и возникнет, то не будет сильным. Напряжение 2-й помехи на входе ПрЧ существенно выше (60 мВ), поэтому при проектировании приемника с учетом требований многосигнальной избирательности [4] следует рассмотреть возможность ее нелинейного взаимодействия с f_п1, f_п3 и f_с.

10. Помеха с частотой f_п3 = 13.5 МГц не попадает ни в один из дополнительных каналов приема и ее уровень после ФСИ будет пренебрежимо мал. Таким образом, можно принять σ_п3→∞.

Это, однако, не означает, что данная помеха не может представлять опасности радиоприему. Проверим, является ли напряжение помехи на входах УРЧ или ПрЧ достаточным для возникновения в этих каскадах нелинейных эффектов, приводящих к блокированию, перекрестной и интермодуляции.
Определяем по (19), (20) и (21) значения относительной расстройки и относительных коэффициентов передачи, соответствующих 3-й помехе:

Определяем ослабление 3-й помехи в ВУ, УРЧ и преселекторе:

Σ_{ву 3} = -20 lg[γ_ву(f_п3)] = -20 lg(0.0033) = 49.7 дБ

Σ_{урчЧ 3} = -20 lg[γ_урч(f_п3)] = -20 lg(0.026) = 31.9 дБ

Σ_{прес 3}=σ_{ву 3}+ σ_{урч 3}= 49.7 + 31.9 = 81.6 дБ

Далее по (29) находим значения напряжения 3-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ соответственно:

U_п3урч=U_п3А∙K_0ву∙σ_ву(f_п3)=55 ∙ 0.4 ∙ 0.0033=0.07 мВ;
U_п3прч = U_п3А K_0ву∙σ_ву(f_п3)∙K_0урч∙σ_урч(f_п3) = 55 ∙ 0.4 ∙ 0.0033 ∙ 5 ∙ 0.026 = 0.009 мВ.

Эти напряжения существенно ниже 10 мВ и не могут вызвать нелинейных эффектов.

11. Строим характеристику избирательности ВУ, УРЧ и преселектора в целом. Расчет и построение проводим с использованием персонального компьютера (MatLab), запрограммировав расчет по (19) - (21) и (27). Порядок расчета совпадает с приведенным в п. 4. Область изменения аргумента (частоты) выбираем так, чтобы ослабление, создаваемое преселектором, было не менее 60дБ.

Рассчитанные характеристики приведены на рис. 7. Убеждаемся, что рассчитанные в п. 4, 7, 10 значения ослаблений σ_ву, σ_урч, σ_прес каждой из трех помех совпадают со значениями функций рис.7 при f=10.0, 11.02 и 13.5 МГц соответственно.

Рис. 7

12. По графикам определяем значения полос пропускания

ΔF_ву= 308 кГц, ΔF_урч=116 кГц, ΔF_прес= 160 кГц.

Обратите внимание, что в данном случае полоса пропускания преселектора ΔF_прес оказалась больше ΔF_урч из-за двугорбой резонансной характеристики ВУ.

Выводы

1. Помеха с частотой f_п1 = 10.0 МГц попадает в дополнительный канал приема с q = 2, s = 2, при которых f_кп=f_г+f_пч/2. Этот канал приема расположен ближе к основному каналу, чем зеркальный, поэтому помеха в меньшей степени ослабляется в преселекторе: σ_прес1 = 61.5 дБ. При заданном отношении U_с/U_п в антенне (-60 дБ) уровни сигнала и рассматриваемой помехи на входе ПрЧ приблизительно одинаковы. Применение кольцевой схемы ПрЧ дает дополнительное подавление помехи σ_прч1=30.5 дБ, в результате на входе детектора имеем приемлемое значение q_п1= 32 дБ.

2. Помеха с частотой f_п2 =11.02 МГц попадает в полосу пропускания преселектора (ΔF_прес=160 кГц, Δf_п2=20 кГц), следовательно, в преселекторе не ослабляется. Основное ослабление данной помехи происходит в ФСИ и достигает 78 дБ. На входе детектора q_п2=28.5 дБ, что можно считать вполне удовлетворительным.
Однако, напряжение 2-й помехи на входе УРЧ достигает 12 мВ, а на входе ПрЧ - 60 мВ. Столь большая помеха может вызвать нежелательные нелинейные эффекты в УРЧ и ПрЧ (блокирование, перекрестную модуляцию), поэтому проектирование УРЧ и ПрЧ должно проводиться с учетом требований по многосигнальной избирательности [4].

3. Помеха с частотой f_п3=13.5 МГц не попадает ни в один из дополнительных каналов приема и ее уровень после ФСИ будет пренебрежимо мал. На входах УРЧ и ПрЧ уровень этой помехи недостаточен для нелинейного взаимодействия с f_п1, f_п2 и f_с. Таким образом, 3-я помеха опасности радиоприему не представляет.

Контрольные вопросы к защите второго задания курсовой работы.

1. Что называется односигнальной избирательностью?

2. В каких случаях для оценки эффективности приемника применяется односигнальная избирательность?

3. Почему в супергетеродине появляются паразитные каналы приема?

4. Можно ли сделать приемник с преобразованием частоты без паразитных каналов приема?

5. Какие существуют способы борьбы с зеркальным каналом приема?

6. Каким образом выбирается значение промежуточной частоты?

7. Для чего применяется многократное преобразование частоты радиосигнала?

8. В каких случаях промежуточная частота может быть выше частоты принимаемого сигнала?

9. Какие каскады приемник обеспечивают избирательность по соседнему каналу?

10. Из-за чего в приемнике возникают интерференционные свисты?

11. При каких условиях возникает перекрестная модуляция?

12. Каким способом можно уменьшить действие мощной помехи, частота которой попадает в полосу пропускания преселектора?

13. В каких случаях происходит подавление слабого сигнала более сильным сигналом?

14. Могут ли возникнуть перекрестные искажения и интерференционные свисты в приемнике прямого усиления?

15. Какие типы ФСИ применяются в современных радиовещательных приемниках?

16. В каких случаях необходимо оценивать многосигнальную избирательность приемника?

17. Какое значение имеет динамический диапазон ВЧ тракта для возникновения искажений сигнала при действии помех?

18. Каким образом можно использовать сигнал для подавления более слабой помехи?

19. Какие преимущества возникают при использовании балансных диодных модуляторов?

20. Какие преимущества возникают при использовании кольцевых диодных модуляторов?