Расчет преселекторов радиоприемных устройств микроволнового диапазона
Структурная схема супергетеродинного приемника приведена на рисунке В1. Она содержит входную цепь (ВЦ), усилитель радиочастоты (УРЧ), преобразователь частоты, в который входит смеситель (СМ), гетеродин (Г) и фильтр основной селекции (ФОС); после преобразователя стоит усилитель промежуточной частоты (УПЧ), детектор (Д) и усилитель частоты модуляции (УЧМ). Далее осуществляется необходимая последетекторная обработка, например, деперемежение, декодирование канальное и речевое и так далее.
Рисунок В1
Преселектор – предварительный селектор состоит из входной цепи и усилителя радиочастоты. Входная цепь связывает антенну (антенный фидер) с первым усилительным или преобразовательным прибором (если нет УРЧ), которым чаще всего является транзистор. В настоящее время транзисторные усилители радиочастоты (в дискретном или интегральном исполнении) практически вытеснили другие виды усилителей: параметрические, на туннельных диодах и прочие. Применение УРЧ позволяет улучшить реальную чувствительность приемника, так как мощность собственных шумов активного элемента (транзистора) в режиме усиления почти в два раза меньше, чем в режиме преобразования.
До частот порядка 6…7 ГГц в УРЧ возможно применение как полевых, так и биполярных транзисторов, хотя предпочтение отдается полевым транзисторам, вследствие их известных достоинств: большее входное сопротивление, меньшие шумы, лучшая линейность усиления. На частотах выше 7 ГГц УРЧ выполняются на полевых транзисторах Шотки (ПТШ), или транзисторах с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ).
Преселектор обеспечивает выделение заданного диапазона частот сигнала и избирательность по зеркальному каналу. Для этого он содержит фильтрующие (избирательные) цепи, которые могут быть как перестраиваемые по частоте, так и неперестраиваемые.
В перестраиваемых преселекторах в качестве избирательных резонанс-ных цепей обычно применяют одиночные LC-колебательные контуры или двухконтурные полосовые фильтры. Количество резонансных контуров (фильтров) определяется избирательностью по зеркальному каналу. Перестройка по диапазону осуществляется чаще всего переменной емкостью: конденсатором или варикапом (варикапной матрицей) сопряженно с контуром гетеродина. На рисунке В1 штриховыми линиями показана сопряженная перестройка резонансных контуров (фильтров) входных цепей, усилителя радиочастоты и гетеродина так, чтобы промежуточная частота была неизменной. Такие преселекторы характерны для радиовещательных приемников умеренно высоких частот, за которыми закрепилось название диапазонов волн: длинные (ДВ; НЧ), средние (СВ; СЧ), короткие (КВ; ВЧ) и ультракороткие (УКВ; УВЧ).
В неперестраиваемых преселекторах выделение всего диапазона частот принимаемого сигнала происходит полосовым фильтром или гребенкой коммутируемых полосовых фильтров с примыкающими амплитудно-частотными характеристиками. Такое построение преселекторов обычно используется в профессиональных приемниках декаметрового и метрового диапазонов. Выделение всего диапазона частот принимаемого сигнала одним неперестраеваемым фильтром преселектора используется также практически во всех приемниках сверхвысоких частот (СВЧ). Заметим, что здесь под термином СВЧ объединены три диапазона: дециметровый (УВЧ), сантиметровый (СВЧ) и миллиметровый (КВЧ). Иногда их объединяют термином "микроволновый" диапазон.
Построение преселекторов с неперестраиваемыми фильтрами более технологично и менее громоздко. Поэтому в последние годы разработчики идут именно по такому пути построения приемников, хотя при этом требования к линейности радиочастотного тракта и стабильности частоты гетеродинов более высокие.
Преселекторы различных диапазонов частот отличаются особенностями построения, поэтому в этом учебном пособии отдельно будут рассмотрены преселекторы приемников ультравысоких частот (дециметровых волн) и сверхвысоких частот (сантиметровых волн).
Особенности построения преселекторов приемников дециметрового диапазона рассмотрены на примере мобильных абонентских аппаратов сотовых и транкинговых сетей. В таких приемниках преселекторы как правило неперестраиваемые. Они содержат фильтр приема и малошумящий усилитель радиочастоты (рисунок В2).
Фильтр приема и фильтр передачи образуют диплексер, который разделяет спектры частот принимаемых и передаваемых сигналов, разнесенных на величину дуплексного разноса. В транкинговых приемниках кроме фильтров еще используют СВЧ-ключи для разделения сигналов приема и передачи.
Фильтр приема выделяет весь диапазон принимаемых частот сигнала (всех абонентов) и обеспечивает требуемую избирательность по зеркальному каналу. Далее сигнал усиливается малошумящим усилителем радиочастоты (УРЧ) и поступает на смеситель (СМ1), на второй вход которого подается частота с синтезатора частоты (fГ1). Настройка приемников сводится к изменению частоты синтезатора (по командам микроконтроллера) для переноса принимаемого сигнала в фильтр основной селекции (ФОС) на выходе смесителя, где выделяются частоты соответствующих абонентов.
Усиление сигнала в преселекторах мобильных приемников должно быть сравнительно небольшое (≈10…15 дБ), чтобы не было нелинейных явлений типа перекрестной модуляции сигнала помехами и взаимной модуляции между помехами. Поэтому одного каскада УРЧ обычно достаточно.
Рисунок В2
В дециметровом диапазоне применяют фильтры: волноводно-диэлектрические (керамические) [1…3] и на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [4…8]. Более компактны в этом диапазоне фильтры на ПАВ.
Особенности построения преселекторов сантиметровых волн рассмотрены на примере приемников спутникового телевизионного вещания (рисунок В3).
А – антенна; В – волновод; П – поляризатор;
ВПП – волноводно-полосковый переход;
УРЧ – малошумящий усилитель радиочастоты;
ПФ – полосовой фильтр.
Рисунок В3
В таких радиоприемных устройствах непосредственно у раскрыва антенны располагается конвертор. После преобразования принятого сигнала конвертором на более низкую первую промежуточную частоту сигнал с помощью соединительного кабеля подается на внутренний приемник (ресивер). В конверторе важно правильно выбрать усиление. Недостаточное усиление равнозначно применению антенны меньшего диаметра, чрезмерное усиление приводит к перегрузке входных каскадов внутреннего приемника. В целом усиление конвертора должно быть согласованно с длиной соединительного кабеля (с затуханием сигнала в нем) и чувствительностью ресивера. Практически рекомендуемое усиление должно составлять минимум 50 дБ, максимум 60 дБ. Преселектор конвертора обычно состоит из трех или четырех каскадов усиления и полосового фильтра сигнала.
Первые один или два каскада усиления выполняют на транзисторах с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ). У них меньший коэффициент шума, но и меньший коэффициент усиления по сравнению с полевым транзистором с затвором Шотки (ПТШ). Третий и четвертый каскады строятся на ПТШ.
В отличие от преселекторов других диапазонов волн, где велик уровень внешних помех и фильтры сигнала обычно ставятся перед усилителями радиочастоты, в конверторах фильтры сигнала стоят после каскадов усиления. Они выделяют сигнал в заданном диапазоне частот и обеспечивают подавление помех первого зеркального канала.
В сантиметровом диапазоне находят применение фильтры с плоскостными и объемными резонаторами. Наибольшее распространение получили фильтры плоскостные на отрезках микрополосковых линий [9…12] и волноводно-диэлектрические (керамические) [1…3, 9, 10].
Проектирование преселекторов предполагает расчет избирательных (фильтрующих) цепей, расчет усилителей радиочастоты и цепей согласования. Исходными данными к расчету являются: диапазон рабочих частот сигнала, параметры антенны, затухание в полосе пропускания и в полосе заграждения (коэффициент прямоугольности), требуемая избирательность по зеркальному каналу, неравномерность по диапазону.
Исходные данные на проектирование задаются техническим заданием или определяются разработчиком на этапе предварительного расчета и составления структурной схемы приемника.
Дата добавления: 2022-04-12; просмотров: 130;