Магистральные приемные устройства

Под магистральной связью понимают прямую (без ретрансляций) одностороннюю или двустороннюю дальнюю связь между отдельными корреспондентами. Наиболее характерными особенностями магистральных линий связи является их большая протяженность (до десятков тысяч километров), высокие требования к достоверности передач информации и достаточно большой ее объем.

Для магистральной связи используется диапазон частот от 3 до 30 МГц. Применяются различные виды модуляции, обеспечивающие телефонный или телеграфный режим работы. Из многочисленных применяемых режимов назовем следующие: А1 — телеграфия пр амплитудной манипуляции, АЗ — телефония при амплитудной модуляции, П — телеграфия при угловой частотной (или фазовой) манипуляции, БЗ — телефония при частотной модуляции. Кроме упомянутых выше двухполосных сигналов, широко применяются однополосные в том числе с ослабленной или подавленной несущей. При излучения типов А1, АЗ, П, БЗ используют слуховой прием сигналов на одну ил две пары телефонов, а также на громкоговоритель. Телеграфные сигналы часто регистрируются непосредственно на телеграфный аппарат.

Выделяют три основных класса магистральных радиоприемных устройств. К первому классу относятся адаптивные приемники, реализующие предельно достижимые на данном уровне развития радиотехники параметры. Они могут иметь большие габариты, высокую стоимость, потреблять значительную мощность от источников питания обслуживаться достаточно квалифицированным персоналом.

Ко второму классу относятся приемники с плавной или дискретной установкой частоты, имеющие нестабильность частоты приема нс более 5- К)^-3 и высокие, но не предельные электрические показатели.

Третий класс — это приемники с плавной установкой частоты (с нестабильностью порядка 5−10^-4), имеющие только слуховые вид работы, местное (ручное или автоматическое) управление, обладающие высокой надежностью и экономичностью, малыми габаритами и весом. Допускается незначительное ухудшение второстепенны электрических параметров по сравнению со вторым классом.

Пороговая чувствительность магистральных приемников в единицах к Т₀ составляет 7… 13 дБ (коэффициент шума: 5…20). Ослабление побочных каналов приема достигает 80… 120 дБ. Двухсигнальная избирательность нормируется на уровне 60…100дБ. Для расширения динамического диапазона используются ручная и автоматическая регулировк усиления, имеющие глубину регулировки соответственно 55…80 (ручная) и 55… 115 (автоматическая) децибел.

В главном тракте приема используется двукратное или трехкратное преобразование частоты, что позволяет реализовать высокую селективность как по прямому, так и по зеркальному каналам приема. Первая промежуточная частота выбирается выше наибольшей частоты рабочего диапазона (35…50 МГц). В результате зеркальный кана оказывается далеко за пределами настройки приемника и достигается значительное (до 100 дБ) ослабление помеховых каналов приёма Основная селекция осуществляется уже в тракте первой промежуточной частоты приемника за счет применения кварцевых либо монолитных фильтров сосредоточенной селекции. При выборе второй промежуточной частоты руководствуются соображениями обеспечени избирательности по соседнему и второму зеркальному каналам приема, а также согласования ширины спектра сигнала и полосы пропускания УПЧ. Значения второй промежуточной частоты в профессиональных приемниках варьируются от 0,2 до 1,6 МГц.

Перекрытие диапазона частот обеспечивается перестройкой одного (первого) гетеродина, при этом промежуточные частоты являются фиксированными. Однако возможны варианты с изменением частоты двух и более гетеродинов, а также с переменным значением первой промежуточной частоты.

Для примера рассмотрим вариант типовой структурной схемы профессионального приемника коротковолнового диапазона — рис. 2.2.

Рис. 2.2. Вариант структурной схемы профессионального коротковолнового приемника.

Сигнал от антенны проходит через фильтр 21 входной цепи, аттенюатор Я и усилитель А1, после чего поступает на первый смеситель VI. Фильтр 21 обычно представляет собой неперестраиваемую систему контуров, с помощью которой осуществляется предварительная селекция сигналов в пределах выбранного диапазона волн. Полоса пропускания фильтра равна ширине поддиапазона. При смене поддиапазона меняется фильтр.

Высокочастотный аттенюатор В может иметь ручное или автоматическое управление. Его целесообразно выполнить на р-/-п диодах, имеющих очень малое сопротивление в открытом состоянии. Благодаря этому для слабых сигналов коэффициент передачи аттенюатор имеет значение, близкое к единице.

Усилитель А1 должен удовлетворять требованиям высокой линейности и малого коэффициента шума. В рассматриваемой схеме это широкополосный неперестраиваемый усилитель.

Первое преобразование частоты осуществляется «вверх». Ориентируясь на международную регламентацию диапазона КВ (5…30 МГц), значение первой промежуточной частоты выбирают выше 30 МГц Генератор плавного диапазона в 1 обеспечивает настройку приемник на частоту сигнала выбранной станции. Первая промежуточная частота выделяется фильтром 22. Далее сигнал поступает на вход усилител А2, нагрузкой которого является второй преобразователь частоты У2.

Вторая промежуточная частота выбирается достаточно низкой. На ней происходит основное усиление сигнала. Второй гетеродин в 2 —В неперестраиваемый и высоко стабильный. Его частота выбираетс в соответствии со стандартом на частоты современного ряда кварцевых резонаторов. Сигнал второй промежуточной частоты выделяется фильтром 23 и усиливается резонансным усилителем АЗ, после чег поступает на вход детектора УЗ. Низкочастотный сигнал с выхода детектора усиливается усилителем низких частот А4, нагрузкой которого является динамик.

Радиоприемник снабжен двухпетлевой системой автоматической регулировки усиления. Цепь АРУ-1 состоит из детектора АРУ АД-1 и фильтра низких частот. Эта цепь обеспечивает линейность работ усилителей А1 и А2 при резком возрастании уровня сигналов в антенне. Она является защитой не только от перегрузки каскадов приемника полезным сигналом высокого уровня, но и от интермодуляционных искажений, вызываемых одновременным действием мощны внеполосных помех. С этой целью управляющее напряжение в цеп АРУ-1 снимается до полосового фильтра 22, т. е. до проведения основной фильтрации. В случае помехи высокого уровня коэффициен передачи аттенюатора И. уменьшается, что предотвращает появлени перекрестной модуляции или интермодуляционной помехи. В цеп АРУ-2 входят детектор АРУ АД-2 и фильтр низких частот. Эта цеп предотвращает перегрузку усилителя низких частот А4 в случае резкого возрастания уровня полезного сигнала. В этом случае действи АРУ-2 сводится к уменьшению усиления УПЧ-2 АЗ и обеспечени линейности его работы.

Чувствительность, динамический диапазон и линейность тракта приема во многом зависят от правильности распределения усилени по каскадам. В процессе проектирования приходится принимать компромиссное решение, удовлетворяющее в той или иной мере требованиям как по чувствительности, так и по линейности тракта. Увеличе ние усиления в первых каскадах приемника приводит к увеличению чувствительности, но может привести к уменьшению динамическог диапазона. Уменьшение усиления, наоборот, позволяет расширит динамический диапазон, но приводит к снижению чувствительности.

Селективность по зеркальному каналу и по каналу прямого прохождения без труда обеспечивается с помощью фильтра нижних частот в инфрадинных приемниках с преобразованием частоты «вверх», т. е. когда первая промежуточная частота выбрана «выше» максимальной частоты принимаемого сигнала. Это позволяет увеличить частот первого зеркального канала и за счет этого обеспечить заданное подавление этого канала с помощью достаточно простого широкополосного фильтра входной цепи и УРЧ. В случае использования широког частотного диапазона приема входную цепь реализуют в виде набор неперестраиваемых ПФ с перекрывающимися амплитудно-частотными характеристиками либо в виде набора перестраиваемых ПФ.

Последовательно с ФНЧ включают фильтр верхних частот с частотой среза 1,5 МГц для ослабления помех от станций, работающих в диапазонах километровых и гектометровых волн.

Преобразователи частоты оказывают существенное влияние на линейность и коэффициент шума приемника. В зависимости от типа смесительного элемента различают преобразователи на биполярны транзисторах, полевых транзисторах и на диодах. В первых преобразователях частоты чаще используют полевые транзисторы с квадратичными вольт-амперными характеристиками или диодные смесители С целью уменьшения интермодуляционных искажений применяю балансные и двойные балансные схемы. Режим работы смесителя устанавливается так, чтобы обеспечить высокую линейность и малые собственные шумы.

В настоящее время в схемах приемников широкое применение находят аналоговые перемножители сигналов, с помощью которых могут быть реализованы не только преобразование частоты, но и операци частотного и фазового детектирования, синхронное амплитудное детектирование, регулировка усиления и пр. Выпускаются аналоговы перемножители сигналов как в виде отдельных интегральных схем гак и в составе специализированных микросхем.

К усилителю первой промежуточной частоты предъявляются высокие требования по линейности. В качестве усилительных приборов выбирают малошумящие биполярные или полевые транзисторы. При нимаются меры по обеспечению высокой температурной стабильности режима каскадов. Усиление первой промежуточной частоты обычн составляет около 20 дБ. Частотная селекция обеспечивается применением кварцевых фильтров, фильтров на поверхностных акустически волнах (ПАВ), электромеханических фильтров или фильтров на керамической основе.

Ко второму смесителю предъявляют, как и к первому, высокие требования по линейности, но менее жесткие требования по шумам.

Второй усилитель промежуточной частоты УПЧ-2 должен обеспечить основное усиление в главном тракте приемника, а также достаточно глубокую регулировку усиления. Его усиление меняется системой АРУ-2 от нескольких тысяч до нескольких десятков. Регулировка усиления не должна ухудшать линейности тракта. Для усиления могу использоваться дискретные элементы или интегральные микросхемы Возможно использование нескольких идентичных каскадов. С выхода УПЧ-2 сигнал подается на вход детектора.

Современные тенденции развития техники приема состоят в том, что в магистральные приемники вводятся различного рода ручны и автоматические регулировки отдельных параметров (усиления, избирательности, частоты настройки) или даже предусматриваются автоматические изменения его общей структуры и алгоритма работы в зависимости от непрерывно меняющихся условий связи. Это позволяе обеспечить близкий к оптимальному прием при достаточно быстры изменениях характеристик сигналов и помех. Специальная аппаратура автоматического контроля позволяет по заранее введенной программе производить как оценку работоспособности приемника, та и оценку качества принимаемого сигнала. Все эти меры значительн увеличивают надежность приема сообщения.