Выбор схемы тракта радиочастоты (преселектора)
Основное назначение преселектора – предварительная селекция сигналов, подавление побочных каналов приема, повышение чувствительности радиоприемника. Состав преселектора – ВЦ и одно – двухкаскадный УРЧ. При невысоких требованиях к чувствительности и избирательности приемника преселектор содержит только ВЦ.
Правильный выбор схемы преселектора во многом определяет такие важнейшие характеристики РПрУ, как чувствительность и избирательность. Известно, что чувствительность приемника определяется его коэффициентом шума FШ.ПР. Общий коэффициентом шума приемника зависит от коэффициентов шума и коэффициентов передачи отдельных каскадов приемника, причем в наибольшей степени FШ.ПР определяется коэффициентами шума входного устройства и УРЧ, поэтому от правильного выбора каскадов преселектора с точки зрения шумов и усиления во многом зависит чувствительность всего РПрУ. Для получения минимального FШ.ПР необходимо в преселекторе использовать малошумящие усилительные элементы.
Другое важное требование, предъявляемое к преселектору – это линейность его амплитудной характеристики. Есть три основных пути борьбы с нелинейными эффектами. Первый – это применение высокоэффективных селективных цепей до первого усилительного элемента. Второй – обеспечение минимального усиления каскадов до фильтра основной селекции. С этой точки зрения усиление сигнала в преселекторе должно быть минимальным, что приводит к возрастанию влияния шумов последующих каскадов на общие шумы приемника и в конечном счете – к ухудшению его чувствительности. Таким образом, требования к получению хорошей линейности и высокой чувствительности противоречат друг другу. Третий путь, дополняющий первые два, состоит в применении в УРЧ всех возможных способов снижения нелинейных эффектов.
Характерной деталью преселектора современных профессиональных РПрУ является аттенюатор, включаемый, как правило, между антенной и УРЧ приемника. Этот аттенюатор обеспечивает снижение уровня входного сигнала на 30...40 дБ ступенями – обычно по 10 дБ каждая. Таким способом удается существенно расширить динамический диапазон приемника при приеме сильных сигналов. При этом динамический диапазон расширяется за счет снижения чувствительности РПрУ. Переключение аттенюатора может быть как ручным, так и автоматическим – с управлением от цепи АРУ.
Для уменьшения нелинейных эффектов в преселекторе необходимо обеспечить максимальное ослабление сигналов соседних по частоте радиостанций, для чего между антенной и первым усилительным элементом включают двухконтурный (реже трехконтурный) перестраиваемый полосовой фильтр, обеспечивающий значительное затухание при расстройке на 10%. Еще одну резонансную цепь (одиночный контур или полосовой фильтр) обычно располагают непосредственно перед первым смесителем. При этом повышается реальная селективность приемника и уменьшается просачивание в антенну напряжения с частотой гетеродина, что уменьшает взаимные помехи между различными РПрУ. Для работы в сложной в отношении электромагнитной совместимости обстановке многие современные РПрУ укомплектовываются дополнительным отдельным блоком высокоизбирательного преселектора.
Для обеспечения чувствительности радиоприемников среднего и высокого классов обычно достаточно использовать однокаскадный УРЧ. Число контуров преселектора обычно не более двух – трех (реже – четырех). Более сложные схемы не используются из конструктивных и экономических соображений.
Преселекторы профессиональных диапазонных приемников выполняют по более сложным схемам: 1...2 каскада УРЧ, число контуров в преселекторе 3...4 (иногда до 5...6) в виде одиночных или пар связанных контуров со связью близкой к критической – при этом обеспечиваются минимальные частотные искажения сигнала при максимальных значениях полосы пропускания, избирательности и коэффициента передачи. ВЦ выполняют одноконтурной для достижения максимальной чувствительности приемника или двухконтурной – для достижения высокой односигнальной и многосигнальной избирательности.
Выбор конкретной схемы преселектора – числа каскадов УРЧ, числа избирательных систем – зависит не только от требуемых значений чувствительности, односигнальной и многосигнальной избирательности приемника, динамического диапазона входных сигналов, но и от помеховой обстановки в соответствующем поддиапазоне рабочих частот. Если уровень внешних помех в антенне значительно больше приведенного к антенне уровня шумов приемника, то нецелесообразно снижать коэффициент шума приемника путем введения УРЧ. При низком уровне внешних помех следует рассчитать допустимый коэффициент шума приемника и выбрать первые каскады, при которых коэффициент шума приемника меньше допустимого. В некоторых случаях может потребоваться применение двухкаскадного УРЧ, что сильно усложняет приемник. Поэтому иногда более экономичным решением является применение преобразователя частоты с меньшим коэффициентом шума.
Для снижения коэффициента шума приемника следует выбирать пассивные элементы преселектора (фидер, фильтры и др.) с минимальными потерями при требуемой полосе пропускания.
Использование новой элементной базы, интегральной схемотехники позволило расширить динамический диапазон современных профессиональных приемников КВ диапазона до 100...120 дБ, повысить чувствительность (коэффициент шума 5...7 дБ), улучшить селективность – типовые нормы для профессиональных приемников на ослабление по побочным каналам 100...120 дБ.
В современных профессиональных приемниках КВ диапазона используется в основном два вида настройки резонансных цепей преселектора: фильтровая и перестраиваемая, иногда – комбинация этих видов настройки. В первом случае в преселекторе имеется N неперестраиваемых фильтров (n – число поддиапазонов), полоса пропускания каждого из которых выбирается равной ширине соответствующего поддиапазона с запасом по взаимному перекрытию 2...10 %, а в совокупности они перекрывают весь диапазон рабочих частот. Процесс перестройки преселектора сводится к подключению того фильтра, в полосе пропускания которого находится частота принимаемого сигнала.
Во втором случае диапазон рабочих частот, как правило, разбивается на поддиапазоны и процесс настройки начинается с включения требуемого поддиапазона с последующей перестройкой в пределах этого поддиапазона избирательных цепей преселектора на частоту сигнала. Элементы колебательных контуров ВЦ и УРЧ обеспечивают плавную или дискретную перестройку приемника в пределах заданного диапазона частот. Перестройка выполняется изменением емкости или индуктивности (или того и другого вместе – в системах с дискретной перестройкой). Элементы перестройки контуров (индуктивности, емкости) выбирают так, чтобы обеспечить настройку преселектора на любую частоту внутри диапазона (или поддиапазона) принимаемых частот.
Проектирование тракта радиочастоты (преселектора) сводится к определению типа, параметров и числа избирательных систем, настроенных на частоту принимаемого сигнала. Преселектор может быть выполнен:
– с одиночными контурами во входной цепи с индуктивной или емкостной связью. Количество контуров преселектора не должно превышать трех N £ 3.
– с двухконтурным полосовым фильтром во входной цепи с индуктивной связью антенны с колебательным контуром. Причем такой преселектор может содержать и дополнительный одиночный контур в усилителе радиочастоты (УРЧ).