Проектирование судового радиоприёмного устройства (стр. 3 из 7)
Fпр = fг- fc при fг > fc (1.1)
Fпр = fc - fг при fr < fc (1.2)
Основой для выбора структурной схемы связного радиоприёмника являются технические требования:
к относительному изменению частоты подстройки радиоприёмника;
к чувствительности радиоприёмника;
к избирательности по «зеркальному» и соседнему каналам;
На промежуточную частоту настроена резонансная система, включенная в выходную цепь смесителя, что позволяет при соответствующей полосе пропускания выделить напряжение сигнала на промежуточной частоте. Следовательно, назначение преобразователя - преобразование частоты радиосигнала в другую промежуточную частоту с сохранением закона модуляции. В случае работы радиоприемника в диапазоне частот перестраиваются только избирательные цепи тракта радиочастоты, и изменяется частота гетеродина так, чтобы разность их настройки всегда была равна выбранной промежуточной частоте. Следует подчеркнуть, что настройка радиоприемника на частоту принимаемого сигнала определяется, прежде всего, настройкой гетеродина.
Входные контуры и контуры усилителя высокой частоты могут быть не перестраиваемыми, но с полосой пропускания, равной диапазону рабочих частот.
Усилитель, который усиливает сигнал на промежуточной частоте, получил название усилителя промежуточной частоты. Таким образом, в супергетеродинном радиоприемнике усиление и выделение радиосигнала осуществляется на трех частотах: на радиочастоте, промежуточной частоте и частоте модуляции (низкой частоте).
Соответственно участки радиоприемника, на которых происходит соответствующее усиление, называют трактом радиочастоты, промежуточной частоты и низкой частоты. Постоянство промежуточной частоты позволяет использовать в усилителе промежуточной частоты сложные избирательные системы, имеющие частотную характеристику, весьма близкую по форме к прямоугольной.
Рисунок 1.2 Образование зеркального канала при супергетеродинном методе приёма.
Из двух возможных вариантов с одним или двойным преобразователем, была выбрана схема с двойным преобразователем частоты, так как только она обеспечивает требования селективности и требования технического задания.
Входная цепь выполняет следующую функцию: обеспечивает подстройку приёмной антенны и входного фильтра радиоприёмника на заданную рабочую частоту.
С входной цепи сигнал поступает на усилитель радиочастоты, который обеспечивает выполнение заданных требований по избирательности относительно зеркального канала и осуществляет предварительное усиление принимаемого сигнала и исключения паразитного излучения гетеродинов. В первом и во втором смесителе осуществляется преобразование частоты радиосигнала соответственно в сигналы первой и второй промежуточных частот. Гетеродинные напряжения поступают с синтезатора частот. В первом и во втором усилителе промежуточной частоты осуществляется усиление сигналов первой и второй промежуточных частот. Со второго усилителя промежуточной частоты сигнал поступает на детектор. В зависимости от вида модуляции принимаемых сигналов детектор может быть амплитудным, частотным, фазовым или пиловым. Для обеспечения оперативного управления и контроля современные радиоприёмники имеют в своем составе устройство управления и контроля.
Супергетеродинный метод приема по сей день остается основным, так как он позволяет обеспечить устойчивый прием весьма слабых сигналов в условиях интенсивных помех. Сверхминиатюризация элементной базы не изменила основного принципа построения структурной схемы супергетеродинного радиоприемника, хотя он может представлять собой очень сложное устройство, в котором производится не одно, а несколько преобразований частоты сигнала.
Наряду с достоинствами супергетеродинный метод приема имеет существенные недостатки. Наиболее серьезный из них - так называемые побочные каналы приема. В радиоприемнике прямого усиления основными источниками помех служат соседние по частоте станции. Побочные каналы приема создаются в супергетеродинном приемнике в процессе преобразования частоты. Так, один из таких каналов, наиболее опасный, образуется следующим образом. На входе радиоприемника всегда действует множество сигналов различных частот, среди которых может оказаться частота, удовлетворяющая условию формирования промежуточной частоты. Причем, если в радиоприемнике принято условие fг>fc, то частота побочного канала f3K>fr . относительное расположение частот для этого случая показано на рисунке 1.2.
Частота f3K отстоит от частоты гетеродина fr на такое же расстояние, что и частота принимаемого сигнала fс. Поэтому канал, по которому проникает помеха на частоте f3K, называют симметричным или зеркальным. Для случая fr<fc частоты fc и f3K поменяются местами.
Второй побочный канал приема, по которому может проникать специфическая для супергетеродинного приема помеха, возникает на частоте, равной промежуточной fnpc. Поскольку фильтр, включенный в выходную цепь смесителя, настроен на промежуточную частоту, смеситель для сигналов, у которых fc = fnp , является усилителем. Эту помеху называют помехой прямого прохождения.
Для того, чтобы уменьшить помеху прямого прохождения и помеху по зеркальному каналу, как и других побочных каналов, необходимо их ослабить до попадания на вход преобразователя. Эта задача выполняется резонансными контурами тракта радиочастоты, который часто называют преселектором (предварительным селектором). Итак, в структурную схему супергетеродинного радиоприемника входят следующие элементы:
1) входное устройство - его назначение такое же, как и в приемнике прямого усиления, но главным образом для обеспечения избирательности по побочным каналам;
2) усилитель радиочастоты - его основное назначение - это повышение соотношения сигнал шум на входе преобразователя и ослабление помех от побочных каналов. Возможно построение супергетеродинного радиоприемника без усилителя радиочастоты;
3) преобразователь частоты - специфический элемент супергетеродинного радиоприемника;
4) усилитель промежуточной частоты - предназначен для выделения спектра радиосигнала из помех, близких по частоте, и усиления его до величины, необходимой для работы детектора сигнала;
5) детектор сигнала - предназначен для преобразования спектра модулированного радиосигнала в спектр частот модуляции;
6) усилитель низкой частоты или усилитель сигнала частот модуляции - его назначение такое же, как и в радиоприемнике прямого усиления.
Далее сделаем выбор промежуточных частот.
Выбор промежуточных частот
Важным этапом проектирования является выбор номиналов промежуточных частот радиоприёмника.
Значения промежуточных частот могут быть оценены с помощью соотношений:
f1ПР 
, (11)
f2ПР 
, (12)
Где f0 max- верхняя частота диапазона радиоприёмника;
а - параметр рассогласования антенно-фидерного устройства и выхода радиоприёмника (а=1 при настроенной антенне в режиме согласования);
d3 ТР =1000 - требуемое подавление зеркальной помехи;
QРЧ=50 - результирующая добротность контуров тракта радиочастоты;
fПЧ=1кГц - полоса пропускания тракта ПЧ;
QПЧ=50 - добротность контуров тракта ПЧ;
F(ППЧ)=0,64 - функция, учитывающая особенности тракта ПЧ;
f1ПР 
134 МГц,
f2ПР 
254,43 кГц.
С точки зрения унификации были выбраны значения промежуточных частот:
f1ПР=134 МГц,
f2ПР=254,43 КГц.
После выбора структурной схемы и определения промежуточных частот была синтезирована функциональная схема.
Разработка функциональной схемы
Функциональная схема - это графическое изображение радиоприёмника, представленное его основными функциональными частями и связями между ними в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД.
На этапе разработки функциональной схемы радиоприёмника необходимо решить следующие основные задачи:
произведено разбиение диапазона рабочих частот на поддиапазоны;
проведено распределение избирательности по трактам;
произведено распределение усиления радиоприёмника по трактам;
проведен выбор элементной базы для основных каскадов радиоприёмника;
определён состав трактов;
При проектировании радиоприёмника предназначенного для работы в широком диапазоне радиочастот, заданный диапазон рабочих частот должен быть разбит на несколько поддиапазонов. На практике применяются два основных способа разбиения на поддиапазоны: способ равных коэффициентов перекрытия КПД, способ равных частотных поддиапазонов
КПД=f2/f1=f3/f2=...=fn/fn-1,
fПД=f2-f1=f3-f2;
При распределении усиления было учтено, что в первых каскадах оно ограничено от 5 до 10, в тракте первой промежуточной частоты, усиление в тракте УЗЧ должно быть с учётом оконечных устройств. На завершающем этапе разработки функциональной схемы радиоприёмника решается задача выбора количества и типов каскадов трактов радиочастоты, промежуточной и звуковой частот. Рассчитаем количество поддиапазонов следующим образом: