Супергетеродинные приемники

При рассмотрении особенностей приемника прямого усиления установлено, что ухудшение его электрических характеристик связано с необходимостью перестройки и работой на высоких частотах. Когда прием производится на фиксированной и достаточно низкой частоте, приемник прямого усиления освобождается от ранее отмеченных недостатков. Это очевидное свойство лежит в основе метода супергетеродинного радиоприема.

Структурная схема супергетеродинного приемника показана на рис.3.3.6. Основное усиление и частотную избирательность приемника обеспечивает так называемый усилитель промежуточной частоты (УПЧ).

Напряжение с промежуточной частотой образуется в одном из первых каскадов супергетеродинного приемника - в преобразователе частоты (ПЧ).

Отличительной особенностью супергетеродинного приемника является то, что независимо от частоты принимаемого сигнала промежуточная частота фиксирована и величину ее выбирают так, чтобы обеспечить требуемые усиление и избирательность. Таким образом, супергетеродинный приемник представляет своего рода комбинацию из преобразовательного каскада и приемника прямого усиления, работающего на фиксированной частоте. Роль такого приемника выполняет УПЧ и последующие за ним каскады. Усилитель радиочастоты, изображённый на рис.3.3.6, не обязательно входит в состав супергетеродинного приемника.

Рассмотрим в общих чертах процесс преобразования частоты при­нимаемого сигнала. Преобразовательный каскад состоит из двух устройств:

 

Рис.3.3.6

 

смесителя (СМ) и гетеродина (Г), представляющего собой маломощный генератор. Сигнал основной частоты fс преобразуется в колебание промежуточной частоты fп при одновременном воздействии сигнала и гетеродинного напряжения на смеситель. В качестве смесителя используются диоды, триоды, многоэлектродные лампы или транзисторы. Выбор типа смесителя определяется конкретными требованиями к приемнику, а также во многом зависит от частотного диапазона, в котором должен работать приемник; например, в сантиметровом диапазоне волн невозможно использование ламповых смесителей.

По отношению к сигналу, ввиду малости его амплитуды, смеситель можно рассматривать как линейное устройство, параметры которого изменяются во времени с частотой под воздействием гетеродинного напряжения. В выходной цепи смесителя образуется множество колебаний с комбинационными частотами типа

 

f=׀mfс±nfг , ׀ (3.3.1)

где т = 1,2, 3, ..., п = 1, 2, 3,...

Одно из этих колебаний используется в качестве напряжения про­межуточной частоты и выделяется на нагрузке смесителя, представляющей собой резонансную систему, настроенную на выбранное значение fп. Требуемое значение fп может быть обеспечено соответствующим выбором величин fг, m, n и знака в правой части (3.3.1). В основе этого выбора лежат следующие соображения.

Как правило, промежуточную частоту стремятся сделать меньше частоты сигнала. Очевидно, что этого можно достичь, если в качестве промежуточной частоты выбрать из (3.3.1) одну из разностных комбинаций

 

f = ׀ mfс - nfг ׀

 

В цепи смесителя интенсивность высших гармоник сигнала весьма мала. Поэтому для сохранения высокого усиления приемника преобразование всегда производится на 1-й гармонике сигнала (т = 1). Режим преобразования при n > 2 используется весьма редко, например, когда по каким-либо соображениям выполнение гетеродина на нужную частоту затруднено или невозможно.

В дальнейшем рассмотрении будем опираться на наиболее распространенный случай, при котором преобразование осуществляется при m = п = 1:

fп=׀fс-fг ׀ (3.3.2)

В диапазонных приемниках для поддержания величины промежуточной частоты постоянной при перестройке сигнальных контуров необходимо также перестраивать контурную систему гетеродина. Обычно эта перестройка осуществляется одновременно с помощью одной ручки управления.

Обладая большими принципиальными достоинствами, супергете­родинные приемники не лишены некоторых недостатков. В первую очередь отметим наличие паразитных (дополнительных) каналов приема. Основной паразитный канал приема носит название зеркального или канала симметричной станции. Его происхождение и название объясняются рис. 3.3.7, а.

 

Рис.3.3.7

Частота f зк зеркального канала отличается от частоты fс сигнала на удвоенное значение промежуточной частоты. При этом условии в соответствии с (3.3.2) колебание с частотой f зк преобразуется так же, как и сигнал, в колебание с частотой fп. Другими словами, супергетеродинный приемник оказывается настроенным на две частоты: fс и fзк, симметрично расположенные относительно частоты гетеродина. Ослабление помех, действующих на частоте зеркального канала, возможно только с помощью избирательных систем, включенных до преобразователя, т. е. сигнальных контуров входной цепи и УРЧ. Частотная характеристика этих блоков показана пунктиром на рис. 3.3.7. Степень подавления помех, действующих на частоте зеркального канала, можно повысить, увеличив промежуточную частоту (рис. 3.3.7, б). Однако при этом надо иметь в виду, что увеличение fп может привести к недопустимому расширению полосы пропускания УПЧ и снижению избирательности по соседнему каналу (так же, как и в приемнике прямого усиления при увеличении частоты сигнала). В указанном обстоятельстве заключено основное противоречие при выборе между высокой и низкой промежуточной частотой. Выбирается компромиссное значение fп, которое обеспечивает требуемую избирательность как по соседнему, так и по зеркальному каналу.

Другой недостаток супергетеродинных приемников состоит в возможности возникновения так называемых комбинационных свистов. Основной мерой для подавления этого эффекта является снижение уровня гармонических составляющих гетеродинного напряжения и сигнала выбором соответствующего режима работы смесителя.

Наконец, следует отметить, что гетеродин, как маломощный передатчик, может создавать помехи для близко расположенных радиоприемных устройств. Этот недостаток сравнительно легко устраним применением экранировки и развязывающих цепей.

Таким образом, достоинством супергетеродинного приемника является способность обеспечить более высокие усиление и избирательность.