Глава 2.1. Общий подход к конструированию приемников.
Наиболее сложная проблема ВЧ-техники создание высококачественных схем приемников с малыми габаритами и высокими техническими и конструктивными характеристиками. Основополагающим узлом является сигнальный тракт, и прежде всего входная часть приемника.
Входная часть приемника определяет чувствительность и динамический диапазон сигналов, т. е. охватывает блоки от гнезда включения антенны до выделения промежуточной частоты, а также непосредственно связанный со смесителем гетеродинный тракт, который, как правило, специально не рассчитывается.
Прежде всего, следует различать приемники для частотного диапазона до 50 МГц и для диапазона более высоких частот. В первые в соответствии с рис. 2.1 поступают значительные входные мощности; эти приемники должны обладать широким динамическим диапазоном, а их чувствительность лишь ненамного превышает уровень внешнего шума. С увеличением частоты снижаются уровни мощности внешних сигналов и внешнего шума, поэтому динамический диапазон на частотах выше 50 МГц может понижаться, а чувствительность, как видно из рис. 2.2, может постепенно увеличиваться.
Рис. 2.1. Средняя загрузка частотного диапазона 10 кГц 1 ГГц сигналами излучения: вверху при полосе измерения 1 МГц, внизу при 10 кГц. Точки компрессии приемника должны быть выше верхнего параметра на > 10 дБ.
Рис. 2.2. Средняя загрузка частотного диапазона 0,3-300 МГц различными составляющими внешнего шума. Для коэффициента шума приемника следует выбирать параметр “С”, за исключением внеземной связи, когда в качестве критерия выбирается параметр “G”. 
Рис. 2.3. Зависимость выходной мощности на каждый тон (частоту) от входной мощности на каждый тон (частоту). По оси ординат отложена относительная величина, т.е. отношение выходной мощности к входной плюс усиление мощности приемника (функционального звена).
Точка компрессии КР, т.е. абсолютная граница практически линейной амплитудной характеристики, должна быть во всем рабочем диапазоне частот на 10 дБ выше верхней кривой на рис. 2.1; точка пересечения IР 3, очень важная в отношении интермодуляции, равна КР плюс 10-20 дБ.
Рекомендуется субоктавная ВЧ - фильтрация, однако следует использовать по возможности полосовые фильтры с отношением граничных частот менее 1:2.
При выполнении этих рекомендаций можно значительно проще преодолеть влияние увеличения мощности сигнала, которое происходит в диапазоне < 15 МГц в последней четверти суток. Ключ к решению проблемы выбора динамического диапазона сигналов рис . 2.3.
При выборе коэффициента шума F RX приемника следует ориентироваться на параметр “С” уровня внешнего шума Fex (рис. 2.2). Если FRX = Fex, получается минимальный уровень шума на выходе, который на 3 дБ выше, чем в отсутствие внешнего шума, т. е. следует выбирать FRX Fex — 3 дБ; при этом необходимо учитывать затухание антенных кабелей как дополнительной составляющей FRX. Так как сигналы на Земле обычно принимаются в диапазоне атмосферного теплового шума с температурой
Тех 290К = 17°С = F M 3 дБ, то значения FRX ниже этого порога вряд ли имеют смысл. Исключением является космическая радиосвязь в относительно малошумящем диапазоне > 200 МГц при оптимальном выборе направления антенн; в данном случае необходимо определять FRX в соответствии с параметром “G” (см. рис. 2.2), но практически коэффициент FRX должен быть как можно меньше,
так как Тех 50К = — 223°С =FeX “ 0,7 дБ. Зависимость F от Т представлена на рис. 2.41'.
Между 1Р 3 и RFRX должен быть большой интервал, так как он определяет два чрезвычайно важных качественных признака динамический диапазон 1-го и 3-го порядков DBj и DB3. Оба диапазона начинаются от RFRX; DBj имеет интервал до КР, где полезный сигнал ограничивается, а DBj-до уровня допустимого значения интермодуляционных помех, который измеряется при подаче на вход приемника двух частот с одинаковыми уровнями (см. рис. 2.5). Более важен динамический диапазон DB3, так как он включает уровень первичных собственных интермодуляционных помех 3-го порядка Ps3, которые равны уровню RFRX; при увеличении их на 3 дБ пороговая чувствительность уменьшается на ту же величину. Последнее показывает, что FRX ненамного меньше Fex из-за интермодуляционных составляющих. Динамический диапазон увеличивается с помощью омического высокочастотного аттенюатора, устанавливаемого за гнездом включения антенны, в такой же степени увеличиваются КР и IP. Эту зависимость необходимо тщательно проанализировать.
фильтры, обеспечивающие полосы пропускания порядка 25-3500 Гц/МГц (для вышеизложенных целей). 
Расширения динамического диапазона добиваются путем введения однократного преобразования частоты.
Каждое дальнейшее преобразование понижает величины КР и IP, и в результате уменьшается динамический диапазон DB. Следовательно, и эту проблему мы должны также изучить.
Многократное преобразование необходимо в том случае, когда только таким образом можно обеспечить требуемое затухание по зеркальному каналу, и/или затухание по промежуточной частоте ^ 70 дБ, и/или когда оптимальная промежуточная частота находится в диапазоне приема, и/или высокое значение ПЧ препятствует получению желаемой ширины полосы пропускания. Промышленность выпускает кварцевые и монолитные
Рис. 2.4. Зависимость коэффициента шума от шумовой температуры для высокочувствительных приемников (функциональных звеньев). 
Рис. 2.5. Связь между минимальным уровнем шума (шумовая дорожка) и граничными значениями динамических диапазонов. Динамика и граничные значения мощности зависят от ширины полосы.
Учитывая это, в приемниках с рабочей частотой до 1 ГГц используют максимально две ступени преобразования, а при ширине полосы более 1 кГц, как правило, одну. Прием сигналов с полностью или частично подавленной несущей осуществляется с использованием одного или нескольких детекторов-смесителей.
При проектировании схем руководствуйтесь следующим правилом: усиление между гнездом включения антенны и каскадами, обеспечивающими избирательность по соседнему каналу (т. е. во входной части), должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить требуемый коэффициент шума приемника.
При проектировании следует а) проявлять крайнюю осторожность в выборе усиления высокой частоты; б) смеситель для разгрузки последующих каскадов всегда выполнять пассивным (т.е. с усилением < 1); в) использовать по возможности малошумящий предусилитель промежуточной частоты с диплексером со стороны входа f z = fu ± fh; г) после этого каскада устанавливать схему, обеспечивающую избирательность по соседнему каналу. Сверхвысокое усиление вызывает перегрузку и снижение КР и IP, а также обоих DB.
Принимается, что точка IP i3 каждого последующего каскада должна быть выше на 3 дБ или больше, чем соответствующая точка 1Р03 предыдущего каскада, так как только таким образом можно устранить взаимное влияние и избежать потери качества сигнала. То же самое относится и к точкам компрессии КР; и КР0, но здесь достаточно превышения на 1 дБ или немного больше. В качестве исходной точки этого “ориентируемого назад” способа вычислений следует использовать узел, обеспечивающий избирательность по соседнему каналу, так как он,
будучи самым слабым звеном функциональной цепи, выдерживает не больше + 10 дБм = 10 мВт промежуточной частоты; внеполосная энергия сигнала может быть выше. В полосе пропускания кварцевых и монолитных фильтров IPi3 возрастает от уровня + 30 (> 50) дБм.
В заключение следует отметить, что сигнальный тракт входной части приемника вплоть до ПЧ - тракта должен быть высоколинейным в интересах оптимального качества сигнала. Следует избегать ограничений и других нелинейных эффектов ПЧ - фильтров; при цифровой обработке ПЧ - сигналов не отказываются от предварительной фильтрации. Высокая линейность необходима также для связанного со смесителем комплекса задающего генератора.
|
