Підвищення реальної вибірковості приймача
Ефір сильно ущільнений - в антені крім корисного сигналу наводяться ЕРС інших станцій, часто перевищують основний в сотні, тисячі і більше разів.
Тому у всіх видах приймальних пристроїв найважливіша роль відводиться частотної вибірковості як властивості виділяти корисний сигнал з суми сигналів, що заважають різних частот.
Кількісно вибірковість оцінюють по резонансній характеристиці приймача, що є залежність величини е.р.с. в антені (або її еквіваленті) від частоти приходять коливань при незмінній налаштуванні і за умови, що вихідна потужність приймача залишається постійною.
На рис.1 в якості прикладу приведена така характеристика (суцільна лінія). Тут расстройка:
f - частота, на якій в антені (або її еквіваленті) наводиться е.р.с. Ea;Для прийому певного корисного сигналу з найменшими спотвореннями необхідно забезпечити відповідну смугу пропускання, в межах якої ослаблення не перевищує заданої величини, наприклад в два рази, тобто 6 дБ. Поза смуги пропускання має забезпечуватися максимально можливе ослаблення. Чим вище це ослаблення, тим вище вибірковість приймача по сусідньому каналу.
Резонансна характеристика враховує резонансні властивості тільки контурів підсилювачів ВЧ і ПЧ. Знімається вона при подачі на вхід приймача одного високочастотного напруги. У той же час в більшості реальних випадків на вхід приймача одночасно впливають принаймні два високочастотних напруги - від прийнятої станції і від заважає. При цьому оцінка виборчих властивостей за допомогою резонансної характеристики є задовільною лише при порівняно невеликій напрузі перешкоди, що не перевищує 10. 100 мкв, що при слабкому сигналі відповідає відношенню напруги перешкоди і сигналу менше 100. При сильних перешкодах ця характеристика не відображає реальної вибірковості приймача.
Для більш повної оцінки виборчих властивостей приймача знімають характеристику реальної вибірковості, що враховує багато явищ, обумовлені нелінійністю окремих елементів приймача. При визначенні реальної вибірковості велику роль відіграє модуляція сигналу сильної перешкодою у вхідних каскадах приймача. Таку модуляцію називають перехресної модуляцією.
Особливість перехресної модуляції полягає в тому, що з припиненням роботи прийнятої станції чутність станції, що заважає також зникає, так як загальні виборчі властивості приймача достатні для відбудови від перешкоди. Процеси, що відбуваються при перехресної модуляції, можна пояснити на прикладі роботи каскаду підсилювача ВЧ.
Припустимо, що на сітку лампи діють два напруги: корисного сигналу і перешкоди. Нехай амплітуда напруги перешкоди Umп значно більше амплітуди сигналу Umc. Контур підсилювача ВЧ налаштований на частоту сигналу, а частота перешкоди відрізняється від неї настільки, що при відсутності корисного сигналу напруга перешкоди на виході каскаду практично відсутня.
Коефіцієнт посилення каскаду визначається за формулою:
S - крутизна характеристики лампи в робочій точці р (рис.2).
Rе - еквівалентне резонансне опір анодного контуру.
При подачі на вхід корисного сигналу на виході каскаду з'явиться напруга:
Якщо на сітку лампи подати немодульоване напруга корисного сигналу і перешкоди одночасно, то при значній амплітуді напруги перешкоди - робоча точка буде переміщатися по ділянці 1-2.
За рахунок нелінійності характеристики крутизна буде змінюватися від максимального значення в точці 1 до мінімального в точці 2. Відповідно буде змінюватися коефіцієнт посилення K, а отже, і вихідна напруга Umc вих. При цьому, якщо напруга заважає радіостанції модулювати, то бічні частоти перешкоди як би "пересядуть" зі своєю несучої на несучу корисного сигналу. Ніякими резонансними системами в наступних каскадах приймача придушити таку перешкоду, що не придушивши корисний сигнал, не можна. У цьому полягає одна з найбільш неприємних властивостей перехресною перешкоди.
Завдання боротьби з перехресної перешкодою полягає в тому, щоб придушити заваду до першого нелінійного елемента приймача - підсилювача ВЧ або змішувача.
Схильність приймача перехресним перешкод оцінюють за влучним висловом реальної вибірковості.
На рис.1 крім резонансної характеристики приймача приведена характеристика реальної вибірковості (пунктирна лінія). По горизонтальній осі відкладені значення розладу між несучими частотами перешкоди і сигналу, по вертикальній осі - перевищення е.р.с. перешкоди над сигналом Еп / Ес. При великих перевищення характеристика реальної вибірковості виявляється набагато ширше резонансної характеристики.
Слід зауважити, що характеристика реальної вибірковості не відображає виборчих властивостей супергетеродинного приймача по відношенню до станцій, що працюють на деяких специфічних частотах, а саме:
На проміжній - fпр і цілих частках її fпр / 2, fпр / 3 і т.д.На частотах, різниця яких дорівнює fпр.
Якщо перешкоди від таких станцій мають високий рівень, вони створюють биття до отриманого сигналу.
У реальних умовах на вхід приймача впливають не одна, а безліч станцій. Їх сигнали частково проникають в приймач у вигляді перекресні перешкод і перешкод на специфічних частотах. Практично це означає, що в години значного навантаження ефіру майже на будь-якій частоті можуть виявитися перешкоди, "маскують" роботу слабо чутної DX станції. У оператора при цьому склидивается враження, що даний частотний канал "зайнятий" і не може бути використаний для зв'язку, хоча це враження може бути результатом недостатньо досконалої частотної вибірковості приймача.
Є різні методи боротьби з перехресними перешкодами:
Застосування спрямованих антен;Підвищує селективність вхідних ланцюгів приймача.
Останньому методу боротьби з перешкодами в даний час приділяється все більша увага. При цьому вдається усунути (або послабити) дію на приймач не тільки перехресних перешкод, але і перешкод на специфічних для супергетеродина частотах. На вході сучасних приймачів починають застосовувати різного роду фільтри: починаючи від LC фільтрів верхніх або нижніх частот, закінчуючи смуговими багатоланкові кварцовими фільтрами. Застосування кварцових фільтрів дає особливо високі результати. Однак і більш прості заходи підвищення вибірковості вхідних ланцюгів в ряді конкретних випадків можуть дати певний ефект.
У більшості приймачів отримали застосування найпростіші одноконтурні вхідні кола з індуктивним або ємнісний зв'язком з антеною. Деяке поліпшення вибірковості тут можна отримати, використовуючи регульовану зв'язок з антеною. Таке регулювання часто забезпечується за допомогою змінного конденсатора, вісь якого виводиться на передню панель приймача. Зменшуючи зв'язок, отримують зменшення внесених з антени в контур втрат. Завдяки цьому підвищується якість вхідного контуру, отже, його резонансна характеристика стає більш гострою.
Іншим найпростішим способом, що дозволяє дещо послабити перехресну перешкоду, є расстройка вхідного контуру щодо частоти перешкоди. Якщо в приймачі є підстроювання входу за допомогою додаткового конденсатора, то цієї підстроюванням можна порушити симетрію резонансної характеристики вхідного ланцюга щодо частоти сигналу. При цьому ослаблення перешкоди у вхідному ланцюзі зросте, реальна вибірковість підвищиться.
Як при зменшенні зв'язку з антеною, так і при розладі вхідного контуру відбудеться деяке зменшення коефіцієнта передачі вхідного ланцюга на частоті сигналу, яке компенсується за допомогою регулювання посилення приймача.
Для отримання підвищеної вибірковості щодо перешкод від радіостанцій, що працюють на певній частоті (наприклад, на fпр), досить часто в ланцюг антени включають спеціальні фільтри, як це зроблено, наприклад, в спортивному КВ приймачі "Радіо" №9 / +1966.
Природною мірою підвищення вибірковості ВЧ тракту є збільшення числа входять до нього резонансних контурів. Зазвичай ВЧ тракт робиться перебудовуваним, тому з ростом числа контурів конструкція приймача ускладнюється. В аматорських і радіомовних приймачах часто застосовують один-два контури, в простих професійних приймачах число контурів доходить до трьох, в кращих - до чотирьох.
Щоб удосконалити вже наявний приймач, можна підключити до його входу фільтрує приставку з додатковими контурами, налаштованим на частоту прийнятого сигналу. Така приставка може бути виконана, наприклад, за схемою з двома контурами, пов'язаними внутрішньо-місткості (ССВ на рис.3). Слід домагатися отримання максимально можливої добротності контурів. При перебудові приймача приставка підлаштовується по найбільшому ослаблення перешкоди.
Якщо занадто обмежувати габарити приставки, то для діапазону 14 МГц можна виготовити контури з добротністю 100. 150. При цьому смуга пропускання складе 150. 200 кГц. Не дивлячись на порівняно велику смугу, дія двухконтурной приставки може бути досить ефективним, тому що, по-перше, за рахунок контурів вхідного тракту приймача загальна вибірковість системи приставка - приймач буде трохи вище, по-друге, трохи розбудовуючи приставку щодо частоти сигналу, можна отримати додаткове ослаблення перешкоди. Якщо приймач має один-два вхідних контуру, то після включення даної приставки прийом буде помітно поліпшився за рахунок зниження рівня перешкод.
Збільшувати кількість контурів недоцільно через возростания втрат в смузі пропускання і пов'язаного з цим зменшення чутливості за рахунок зменшення коефіцієнта передачі вхідного ланцюга і збільшення коефіцієнта шуму приймального пристрою.
Котушка L2 і L3 намотується на каркасах діаметром 20 мм посрібленим проводом діаметром 0,8 мм. Довжина намотування 22 мм, число витків - по 12.Котушки L1 і L4 намотують впритул до L2 і L3 на тих же каркасах проводом ПЕЛШО 0,3. Довжина намотування 2 мм, число витків - по 4.
Подальше підвищення реальної вибірковості вимагає звуження смуги пропускання вхідних фільтрів. На рис.4 наведено (орієнтовно) області частот, в межах яких в даний час застосовуються смугові фільтри, побудовані на різних елементах, і вказані межі смуг пропускання, що забезпечуються цими фільтрами. По горизонтальній осі відкладені частоти, по вертикальній - смуги пропускання в процентах від середньої частоти фільтра.
На рис.4 видно, що для боротьби з перешкодами шляхом вдосконалення резонансної характеристики ВЧ тракту можуть бути застосовані або LC, або кварцові фільтри. Останні мають найбільші можливості для істотного підвищення реальної вибірковості приймача. Висока добротність кварцових резонаторів дозволяє отримати смугові фільтри з малим загасанням в смузі прозорості, великою крутизною схилів і великим загасанням в смузі непрозорості.
Принциповий недолік кварцових фільтрів з точки зору використання їх у вхідних ланцюгах приймальних пристроїв полягає в неможливості їх перебудови. Перебудову приймача доводиться обмежувати вузькою ділянкою діапазону в межах смуги пропускання фільтра, а для переходу на іншу ділянку перемикати фільтри. Однак високі якості кварцових фільтрів змушують миритися з цим недоліком.
Якість кварцового фільтру практично тим вище, чим більша кількість кварцових резонаторів входить в нього.
Однокристальний (рис.5), найбільш прості в конструюванні та налагодженні, дають можливість в невеликих межах регулювати смугу пропускання (регулюванням С1 і С2), але не володіють високими якостями резонансної характеристики.
Більш хорошу резонансну характеристику мають двухкрістальние фільтри (рис.6).
Дуже хороші результати при далекому прийомі в умовах сильних перешкод виходять з восьмікрістальнимі фільтрами, що дають досить круті схили характеристики, згасання поза смуги прозорості до 80. 100 дБ і дуже малі, менше 1 дБ, втрати в смузі прозорості. Приклад схеми такого фільтра наведено на рис.7.
Цікаво відзначити, що використання подібних кварцових фільтрів на вході приймальних пристроїв дозволило під час святкування столітньої річниці існування Міжнародного Союзу Електрозв'язку, Женева, 1967 р вести одночасну роботу з однієї будівлі шести КВ радіостанцій. З них три станції працювали на 14 МГц аматорському діапазоні. Усі передавачі випромінювали потужність по 1 кВт і мали антени, встановлені на одному даху.
Котушки L1 і L3 для діапазону 14 МГц фільтрів, показаних на рис.5, 6. намотані посрібленим проводом діаметром 0,8 мм на каркасі діаметром 20 мм. Число витків - 12, довжина намотування - 22 мм.Котушка L1 укладена в циліндричний екран діаметром 30 мм і висотою 30 мм, розрізаний за твірною, і поміщена всередину котушки L2.
Відводи від катушет L1 і L3 підбираються при налагодженні.
Включення будь-яких фільтрів між антеною і приймачем може бути ефективним лише за умови ретельної екранування самого приймача, фільтра-приставки, її входу і виходу. З'єднання приймача з фільтром повинні виконуватися коаксіальним кабелем.
Щоб уникнути зниження коефіцієнта передачі вхідного ланцюга і втрати чутливості приймача, необхідно вхід фільтра-приставки узгодити з антеною, а його вихід - з приймачем.
І.Белавенцев, Г.Давидов. "Радіо" №5 / 1969 рік