Основные параметры передатчиков и приемников

Чтобы понять, что представляет собой тот или иной девайс, необходимо знать его параметры. Коль скоро мы собрались строить приемники и передатчики – неплохо было бы знать, по каким критериям они классифицируются.

Основные параметры передатчиков	Основные параметры приемников
Рабочая частота (частотный диапазон), МГц или кГц
Тип модуляции: амплитудная (АМ) / частотная (ЧМ)
Мощность выходного сигнала, Вт	Чувствительность по входу, мкВ
Выходное сопротивление, Ом	Входное сопротивление, Ом
Коэффициент гармоник	Избирательность, дБ
Чувствительность по входу, мВ	Мощность выходного сигнала, Вт
Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) НЧ тракта (включая модулятор)	КНИ НЧ тракта, включая демодулятор

Теперь все по порядку.

Рабочая частота (частотный диапазон)

Если передатчик или приемник жестко настроены на определенную частоту – то можно говорить об одной рабочей частоте. Если в процессе работы возможно перестраивать рабочую частоту, то надо назвать диапазон рабочих частот, в пределах которого может осуществляться регулировка.

Измеряется в килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц).

Раньше для определения частотного диапазона чаще использовали не частоту, а длину волны. Отсюда пошли названия диапазонов ДВ (длинные волны), СВ, (средние волны) КВ (короткие волны), УКВ (ультракороткие волны).

Чтобы пересчитать длину волны в частоту, нужно поделить на нее скорость света (300 000 000 м/с). То есть,

где:
– длина волны (м)

c – скорость света (м/с)

F – частота (Гц)

Теперь вам нетрудно посчитать, что наши деды называли «ультракороткими волнами». Да да, не удивляйтесь, диапазон 65…75 МГц – это уже не просто «короткие» а «ультракороткие». А ведь их длина целых 4 метра! Для сравнения, длина волны мобильника стандарта GSM – 15…30 см (в зависимости от диапазона).

С развитием техники и освоением новых частотных диапазонов, им начали давать невообразимые названия вроде «сверхкороткие», «гиперкороткие» и т.п. Сейчас для обозначения диапазона чаще используют частоту. Это удобнее хотя бы даже тем, что не нужно ничего пересчитывать и помнить скорость света. Хотя, скорость света все равно помнить не помешает 🙂

Мы будем, в основном, работать с вещательными диапазонами УКВ. Их два: УКВ-1 – то что в народе так и называют “УКВ”, и УКВ-2 – то, что принято называть “FM”.

Название FM происходит от английского Frequency Modulation – Частотная Модуляция (о модуляции читаем ниже). Вообще-то, если серьезно, то называть частотный диапазон по виду модуляции – технически безграмотно.

Однако, в народе это название прочно укоренилось и стало нарицательным. С этим уже ничего не поделаешь.

Тип модуляции

Широко используется два типа модуляции: амплитудная (АМ) и частотная (ЧМ). По-буржуйски это звучит как AM и FM . Собственно, всеми любимый диапазон “ FM ” получил название именно благодаря частотной модуляции, с которой работают все радиостанции данного диапазона. Есть еще фазовая модуляция, сокращенно – ФМ, но уже, нашенскими буквами. Попрошу не путаться с буржуйским FM !

ЧМ, в отличие от АМ, более защищена от импульсных помех. Вообще говоря, на частотах, на которых расположены радиостанции УКВ-диапазона, применение ЧМ более удобно, чем АМ, поэтому она там и применяется. Хотя, телевизионный сигнал все равно передается с амплитудной модуляцией, независимо от частоты. Но это уже совсем другая история.

Частотная модуляция бывает узкополосная и широкополосная. В вещательных радиостанциях используется широкополосная ЧМ – ее девиация составляет 75 кГц.

В связных радиостанциях и прочей не вещательной радиотехнике чаще применяют узкополосную ЧМ, с девиацией порядка 3 кГц. Она более защищена от помех, поскольку допускает более острую настройку приемника на несущую.

Итак, наши диапазоны:
УКВ-1 – 65,0…74,0 МГц, модуляция – частотная
УКВ-2 (“FM”) – 88,0…108,0 МГц, модуляция – частотная

Мощность выходного сигнала

Чем мощнее передатчик – тем дальше он может передать сигнал, тем легче этот сигнал будет принять.

Почти в каждом описании жучка пишется его дальность действия. Обычно – начиная от 50 м и заканчивая тремя километрами… Серьезно воспринимать эту информацию нельзя.

Ни за что не польщайтесь дальностью в 1 км в условиях города, или не расстраивайтесь сильно пятидесятью метрами на открытой местности – ведь авторы никогда не дают параметры приемника, с которым тестировался данный жучок. А именно – они не называют чувствительность этого приемника. А ведь от нее многое зависит.

Можно тестировать мощный передатчик при помощи приемника с паршивой чувствительностью – и получить в результате маленький радиус действия. Или наоборот, слушать маломощный передатчик через чувствительный приемник – и получить большую дальность. Поэтому, рассматривая схему жучка, в первую очередь обращайте внимание не на громкие слова, а на голые факты.

А именно – попытайтесь прикинуть мощность передатчика. Обычно мощность в описании жучка не указывается (авторы ее просто не меряют, считая достаточным померить «дальность»). Поэтому нам остается только «на глаз» определить, на что способен жук.

Для этого нужно смотреть на:

– Напряжение питания. Чем больше – тем больше мощность (при прочих равных условиях)

– Номинал транзистора, стоящего в оконечном каскаде (или генераторе, если антенна подключена прямо к нему). Если стоит какой-нибудь паршивый КТ315 – большой мощности от схемы можно не ждать, не дождетесь. А если попробуете поднять – транзюк, ничего не говоря, просто предательски взорвется… Лучше, если стоит транзистор КТ6хх или КТ9хх, например, КТ608, КТ645, КТ904, КТ920 и т.д.

– Сопротивления транзисторов в коллекторной и эмиттерной цепях оконечного каскада. Чем они меньше – тем больше мощность (ппру).

Для сравнения скажу так: мощности в 1 Вт хватает в городских условиях где-то на километр при условии, что чувствительность приемника – порядка 1мкВ.

Чувствительность приемника

Ну мы уже начали говорить о чувствительности.

Чувствительность зависит процентов на 90 от «шумности» входного каскада приемника. Поэтому, для достижения хороших результатов, необходимо использовать малошумящие транзисторы. Часто используют полевики – они поменьше шумят.

У приемников диапазона УКВ, чувствительность обычно находится в пределах 0,1…10мкВ. Приведенные значения – крайности. Чтоб получить чувствительность 0,1 – надо изрядно попотеть. Так же, как и надо очень сильно не уважать себя, чтоб сделать приемник с чувствительностью 10мкВ. Истина где-то посередине. Порядка 1…3 мкВ – оптимальное значение чувствительности.

Выходное сопротивление передатчика

Это очень важно знать, потому что можно сделать очень прекрасный мощный передатчик и не получить от него и десятой доли номинальной мощности благодаря неправильному согласованию с антенной.

Итак, антенна обладает сопротивлением R , скажем 100 Ом. Чтоб излучить при помощи этой антенны мощность P , допустим – 4 Ватта, нужно приложить к ней напряжение U , которое рассчитывается по закону Ома:

U2 = PR
U2 = 100*4 = 400 U = 20 В

Получили 20 Вольт.
При напряжении 20 Вольт выходной каскад передатчика должен держать мощность 4 Вт, при этом через него будет протекать ток

I = P/U = 0,2А = 200мА

Таким образом, данный передатчик на сопротивлении 100 Ом развивает мощность 4 Вт.
А если вместо антенны на 100 Ом подключить антенну на 200 Ом? (А напряжение то же – 20 В)

Считаем:
P = UI = U(U/R) = 20(20/200) = 2 Вт

В два раза меньше! То есть, физически, выходной каскад готов прокачать 4 Ватта, но не может, так как ограничен напряжением в 20 Вольт.

Другая ситуация: сопротивление антенны – 50 Ом, то есть – в 2 раза меньше. Что получается? На нее пойдет двойная мощность, через оконечный каскад потечет двойной ток – и транзистор в конечном каскаде многозначительно накроется медным тазом…

Короче говоря, к чему я это все? А к тому, что необходимо знать, какую нагрузку мы вправе подключить к выходу передатчика, а какую – не в праве. То есть, необходимо знать выходное сопротивление передатчика.

Но нам надо знать и сопротивление антенны. А вот тут-то сложнее: его очень сложно измерить. Можно, конечно, рассчитать, но расчет не даст точного значения. Теория всегда немного расходится с практикой. Как же быть?

Очень просто. Существуют специальные схемы, которые позволяют изменять выходное сопротивление. Они называются «схемы согласования». Наиболее распространены два вида: на основе трансформатора и на основе П-фильтра. Схемы согласования обычно ставятся на выходной каскад усилителя, и выглядят примерно так (слева – трансформаторная, справа – на основе П-фильтра):

Для настройки выходного сопротивления трансформаторной схемы, необходимо изменять количество витков II обмотки.

Для настройки схемы с П-фильтром, нужно регулировать индуктивность L 1 и емкость C 3.

Настройка производится при включенном передатчике и подключенной штатной антенне. При этом, мощность излученного антенной сигнала измеряется при помощи специального прибора – волномера (это такой приемничек с милливольтметром).

В процессе настройки, добиваются максимального значения излучаемой мощности. Крайне не рекомендуется производить настройку мощных передатчиков, находясь в непосредственной близости от антенны.

Если, конечно, ваша мама хочет иметь внуков…

Входное сопротивление приемника

Почти то же самое. Кроме внуков. Принимаемый сигнал слишком слаб, чтобы сколь-нибудь навредить отечественному генофонду.

Согласование сопротивлений производится при помощи входного колебательного контура. Антенна подключается либо к части витков контура, либо через катушку связи, либо через конденсатор. Схемы вот:

Сигнал с контура также может сниматься или напрямую, как показано на схемах, или через катушку связи, или с части витков. Во-общем, зависит от воли конструктора и конкретных условий.

Коэффициент гармоник

Говорит нам о том, насколько излучаемый передатчиком сигнал «синусоидален». Чем меньше к.г. – тем больше сигнал похож на синус. Хотя, бывает и так, что визуально – вроде бы синус, а гармоник – тьма. Значит, все-таки – не синус. Человеку свойственно ошибаться. Техника более объективна в своей оценке.

Вот так выглядит «чистый» синус (синусоида сгенерирована звуковым генератором программы WaveLab ):

Гармоники возникают, как мы знаем, из-за нелинейных искажений сигнала. Искажения могут возникать по различным причинам. Например, если усилительный транзистор работает на нелинейном участке передаточной характеристики. Иначе говоря, если при равных изменениях тока базы, изменения тока коллектора не равны. Это может быть в двух случаях:

1. На транзистор подан недостаточный ток смещения. То есть, при отсутствии сигнала он полностью закрыт, а открываться начинает лишь с возрастанием уровня сигнала. При этом, у выходной синусоиды получаются «спиленными» низы:

Кстати, выходные каскады большинства передатчиков работают в режиме С. Этот режим не подразумевает наличия смещения базы. То есть, на выходах таких каскадов всегда будет сигнал с отрезанными низами. Но с этим мирятся ввиду высокого КПД подобных каскадов. Гармоники вырезаются фильтрами, стоящими после каскада. Кстати, каскады, изображенные на схемах согласования, работают как раз в режиме C.

2. Амплитуда входного сигнала слишком велика, и необходимый коллекторный ток не может быть обеспечен.
Например: В коллекторной цепи транзистора стоит резистор на 100 Ом, напряжение питания – 25 В.

Соответственно, при полностью открытом транзисторе, коллекторный ток будет равен 25/100 = 0,25 А = 250 мА. Коэффициент усиления транзистора– 50, то есть, коллекторный ток в 50 раз больше тока базы. Теперь такая ситуация: на базу подали ток 10 мА.

Каков будет ток коллектора?

Что? 500 мА? Ни фига подобного! Мы же только что говорили, что при ПОЛНОСТЬЮ открытом транзисторе, коллекторный ток составляет 250 мА. Значит, больше этого значения, он не сможет быть ни под каким соусом.

Если мы будем увеличивать ток базы от нуля до 10 мА, то коллекторный ток будет возрастать только до тех пор, пока не станет равным 250 мА. После этого, он не увеличится, сколько бы мы не увеличивали ток базы. Такой режим транзистора называется «режим насыщения».

В момент достижения коллекторным током отметки 250 мА, базовый ток равен 250/50 – 5 мА. То есть, для корректной работы данного каскада, на его вход нельзя подавать ток больше 5 мА. То же самое происходит и с сигналом.

Если ток сигнала «зашкаливает» за определенное значение, то транзистор уходит в насыщение. На осциллограмме это проявляется в виде «спиленных» верхушек синусоиды:

Кроме таких характерных искажений, возникают и другие всевозможные нелинейные искажения сигнала. Со всеми этими искажениями призваны бороться частотные фильтры.

Обычно, используются фильтры нижних частот (ФНЧ), поскольку, как говорилось ранее, частоты гармоник обычно выше частоты полезного сигнала. ФНЧ пропускает основную частоту и «вырезает» все частоты, которые выше основной.

При этом, сигнал, как по волшебству, превращается в синус чистой красоты.

Избирательность приемника.

Этот параметр показывает, насколько хорошо приемник может отделить сигнал требуемой частоты от сигналов других частот. Измеряется в децибелах (дБ) относительно соседнего частотного канала либо зеркального канала (в гетеродинных приемниках).

Дело в том, что в эфире постоянно летят тысячи всевозможных электромагнитных колебаний: от радиостанций, телевизионных передатчиков, наших любимых «мобильных друзей», и т.д. и т.п. Различаются они лишь по мощности да по частоте.

Правда, по мощности им отличаться не обязательно – это не есть критерий выбора. Настройка на любую радиостанцию, будь то телеканал « MTV » или база вашего домашнего радиотелефона, происходит именно по частоте.

При этом, на приемнике лежит ответственность: выбрать из тысяч частот – ту одну, единственную и неповторимую, которую мы хотим принять. Если на близких частотах нет никаких признаков разумной жизни – хорошо.

А если где-нибудь через пол-мегагерца от нашей радиостанции, находится сигнал другой радиостанции? Это есть не очень хорошо. Вот тут то и понадобится хорошая избирательность приемника.

Избирательность приемника зависит, в-основном, от добротности колебательных контуров. Подробнее, мы будем разбираться с избирательностью при рассмотрении конкретных схем приемников.

Оставшиеся четыре параметра относятся к НЧ тракту приемника и передатчика.

Чувствительность по НЧ входу передатчика

Чем чувствительнее вход передатчика, тем более слабый сигнал можно на него подавать. Этот параметр особенно важен в жучках, где сигнал снимается с микрофона, и имеет очень малую мощность. Если нужно, чувствительность наращивается дополнительными каскадами усиления.

Мощность выходного НЧ-сигнала приемника

Мощность сигнала, которую отдает на выход приемник. Ее необходимо знать, чтобы правильно подобрать усилитель мощности для дальнейшего усиления.

КНИ (Коэффициент нелинейных искажений)

Ну, в-общем, мы уже разобрались, что такое нелинейные искажения и откуда они берутся.

Но! Если по ВЧ-тракту достаточно поставить фильтр – и все станет хорошо, то в звуковом тракте «лечить» нелинейные искажения куда труднее. Точнее – просто невозможно.

Поэтому, со звуковым или любым другим модулирующим сигналом, необходимо обращаться очень бережно, чтобы в нем возникло как можно меньше нелинейных искажений.

Источник: www.radiokot.ru

Источник: http://cxem.net/beginner/beginner33.php

Типы радиоприёмников

Главная страница
Тюнеры. История радио
Типы радиоприёмников

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением.

Основное преимущество супергетеродина перед радиоприемником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приема части приемного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

Супергетеродинный приёмник изобрёл американец Эдвин Армстронг в 1918 году.

Упрощённая структурная схема супергетеродина показана на рисунке. Радиосигнал из антенны подаётся на вход усилителя высокой частоты (в упрощённом варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя — специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте.

На второй вход смесителя подаётся сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты — гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) — обычно конденсатором переменной ёмкости (КПЁ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром).

Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции.

Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью фильтра сосредоточенной селекции (ФСС) и усиливается одним или несколькими каскадами, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

Обычно фильтр ПЧ рассосредоточен по всем каскадам усилителя промежуточной частоты, поскольку ФСС сильно ослабляет сигнал и приближает его к уровню шумов. А в приёмниках с фильтром с рассредоточенной селекцией в каждом каскаде сигнал лишь немного ослабляется фильтром, а затем усиливается, что позволяет улучшить отношение сигнал/шум.

В настоящее время фильтр сосредоточенной селекции применяется лишь в относительно недорогих приемниках, выполненных на интегральных микросхемах (например К174ХА10), а также в телевизорах. В обычных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в ультракоротковолновых — 6,5 или 10,7 МГц.

В телевизорах используется промежуточная частота 38 МГц. Так как супергетеродинный приёмник хорошо настроен на сигнал с промежуточной частотой, то даже слабый сигнал на этой частоте принимается. Поэтому промежуточная частота применяется для передачи сигналов SOS. На указанных частотах запрещена работа любых радиостанций мира.

Преимущества

наличие малого количества перестраиваемых контуров;
возможность получения большего усиления по сравнению с приёмником прямого усиления за счёт дополнительного усиления на промежуточной частоте, не приводящего к паразитной генерации: положительная обратная связь не возникает из-за того, что в каскадах ВЧ и ПЧ усиливаются разные частоты;
Высокая избирательность, обусловленная наличием фильтра сосредоточенной селекции (полосового фильтра) в канале ПЧ. Так как частота ПЧ ниже частоты входного сигнала, такой фильтр можно изготовить со значительно более высокими параметрами. Кроме того, на частоты 465 кГц и др. выпускаются стандартные монолитные фильтры.
Недостатки

Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.

Например, если вход настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц, а частота гетеродина равна 76,5 МГц, на выходе фильтра ПЧ будет нормальный сигнал с частотой 6,5 МГц.

Однако, в случае присутствия другой мощной радиостанции на частоте 83 МГц её сигнал также может просачиваться на вход смесителя, и разностный сигнал с частотой также 83 – 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен. В таком случае приём сопровождается различными помехами.

Избирательность по зеркальному каналу зависит от добротности и числа входных контуров. При двух перестраиваемых входных контурах требуется трёхсекционный конденсатор переменной ёмкости (КПЁ), что дорого.

Для уменьшения помех от зеркального канала часто применяют метод двойного (или даже тройного) преобразования частоты. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, стали фактически стандартом в профессиональной и любительской радиосвязи.

В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

Регенеративный радиоприёмник (регенератор) – радиоприёмник с положительной обратной связью в одном из каскадов усиления радиочастоты.

Обычно прямого усиления, но известны и супергетеродины с регенерацией как в УРЧ, так и в УПЧ.

Отличается от приёмников прямого усиления более высокой чувствительностью (ограничена шумами) и избирательностью (ограничена устойчивостью параметров), пониженной устойчивостью работы.
Схема регенеративного радиоприёмника

История

Изобретён Э. Армстронгом во время учёбы в колледже, запатентован в 1914 году, после этого также запатентован Ли де Форестом в 1916. Это привело к судебной тяжбе продолжительностью в 12 лет, завершившейся в Верховном суде США в пользу Ли де Фореста.

Читайте также: Конструкция антенны "двойной квадрат"

Регенератор позволяет получить наибольшую отдачу от одного усилительного элемента.

Поэтому в ранние годы развития радиотехники, когда лампы, пассивные детали и источники питания были дороги, он широко применялся в профессиональных, любительских и бытовых приёмниках, успешно конкурируя с изобретённым в 1918 г. тем же Армстронгом супергетеродином.

Абсолютный рекорд дальности радиосвязи до космической эры был установлен 12 января 1930 г. советским радистом Э.Т. Кренкелем с антарктической экспедицией Р.Э. Бёрда именно на регенеративном приёмнике. С широким распространением в конце 1930х гг.

смесительной лампы-гептода и кварцевых фильтров промежуточной частоты, преимущество супергетеродина в стабильности и избирательности стало решающим, и концу 1940х регенератор был полностью вытеснен из серьёзных применений, оставшись лишь в радиолюбительских наборах для сборки.

Достоинства и недостатки

Достоинства:
Высокие чувствительность и избирательность по сравнению с приёмниками прямого усиления и простыми супергетеродинами.
Простота и дешевизна
Низкое потребление энергии
Отсутствие побочных каналов приёма и самопоражённых частот
Недостатки:
Излучение помех при работе в режиме генерации (и, как следствие, отсутствие скрытности)
Высокая чувствительность и избирательность достигаются ценой стабильности
Требует от оператора знания принципа работы
Теоретические основы

В регенеративном приёмнике добротность (Q) колебательного контура повышается путём компенсации части потерь за счёт энергии усилителя, т.е. введения положительной обратной связи. Добротность = резонансное сопротивление / сопротивление потерь, т.е.

Q = Z / R Положительная обратная связь, компенсируя часть потерь, вносит некоторое отрицательное сопротивление: Qreg = Z / (R – Rneg) Коэффициент регенерации: M = Qreg / Q = R / (R – Rneg)

Отсюда видно, что при увеличении обратной связи коэффициент регенерации M и добротность могут стремиться к бесконечности, но их практический рост ограничен стабильностью параметров схемы – если изменение коэффициента усиления будет больше 1 / M, то регенератор либо сорвётся в генерацию (если усиление выросло), либо потеряет половину чувствительности и избирательности (если усиление упало).

Для улучшения стабильности и достижения плавности управления вблизи порога генерации, регенератор должен иметь отрицательную обратную связь по уровню сигнала или АРУ. В приведённой схеме такая ООС обеспечивается цепью R1C2 (гридлик, от англ.

grid leak – утечка сетки) – сигнал детектируется диодом состоящим из сетки и катода лампы, и выделяется на резисторе R1. Переменная составляющая усиливается и звучит в наушниках, а постоянная подзапирает лампу и снижает её усиление.

Без такой АРУ управление обратной связью будет очень “острым”, и если регенератор сорвётся в генерацию, то размах колебаний будет ограничен только источником питания, а остановить его можно будет только намного уменьшив обратную связь (явление гистерезиса).

Такой усилитель не годится для использования как регенератор.

Радиоприёмник прямого усиления — один из самых простых типов радиоприёмников.

Блок-схема приёмника прямого усиления Радиоприёмник прямого усиления (герадеаус) состоит из колебательного контура, нескольких каскадов усиления высокой частоты, квадратичного амплитудного детектора, а также нескольких каскадов усиления низкой частоты. Колебательный контур служит для выделения сигнала требуемой радиостанции. Как правило, частоту настройки колебательного контура изменяют конденсатором переменной ёмкости. К колебательному контуру подключают антенну, иногда и заземление. Сигнал, выделенный колебательным контуром, поступает на усилитель высокой частоты. Усилитель высокой частоты (УВЧ), как правило, представляет собой несколько каскадов избирательного транзисторного усилителя. С УВЧ сигнал подаётся на диодный детектор, с детектора снимается сигнал звуковой частоты, который усиливается ещё несколькими каскадами усилителя низкой частоты (УНЧ), откуда поступает на динамик или наушники. В литературе приёмники прямого усиления классифицируют по числу каскадов усилителей низкой и высокой частоты. Приёмник с n-каскадами усиления высокой и m-каскадами усиления низкой частоты обозначают n-V-m, где V обозначает детектор. Например, приёмник с одним каскадом УВЧ и одним каскадом УНЧ обозначается 1-V-1. Детекторный приёмник, который можно рассматривать как частный случай приёмника прямого усиления, обозначается 0-V-0.

Преимущества и недостатки

Главное преимущество приёмника прямого усиления — простота конструкции, в результате чего его может собрать даже начинающий радиолюбитель. В СССР в 1970-80 гг продавались, а в других странах продаются и ныне, радиоконструкторы — наборы деталей для изготовления приёмника прямого усиления на транзисторах.

Кроме того, радиоприёмники прямого усиления (в отличие от супергетеродинных приёмников) отличаются отсутствием паразитных излучений в эфир, что может быть важно, если необходима полная скрытость приёмника.

Основной недостаток приёмника прямого усиления — малая селективность (избирательность), то есть малое ослабление сигналов соседних радиостанций по сравнению с сигналом станции, на которую настроен приёмник (к регенеративному приемнику, являющемуся разновидностью приемника прямого усиления, это не относится).

Поэтому этот тип приёмников удобно использовать только для приема мощных радиостанций, работающих в длинноволновом или средневолновом диапазоне (из-за особенностей распространения волн в ионосфере длинноволновые и средневолновые сигналы не могут распространяться слишком далеко, поэтому приёмник «видит» только ограниченное число местных станций).

Из-за этого недостатка приёмники прямого усиления не производятся промышленностью и в основном используются ныне только в радиолюбительской практике. Как правило, радиоприёмники этого типа могут принимать только амплитудно-модулированные радиопередачи. Также обычно необходимо подключение внешней антенны и заземления, в связи с их невысокой чувствительностью, ограниченной усилением.

Радиоприёмник прямого преобразования — вид радиоприемника, в котором принимаемый высокочастотный сигнал преобразуется непосредственно в выходной низкочастотный посредством смешения сигнала гетеродина с принимаемым сигналом. Частота гетеродина равна (почти равна) или кратна частоте сигнала. Также называется гомодинным или гетеродинным — не путать с супергетеродинным.

История

Первые приемники прямого преобразования появились на заре радио, когда ещё не было радиоламп, связи проводились на длинных и сверхдлинных волнах, передатчики были искровыми и дуговыми, а приёмники, даже связные – детекторными.

Было замечено, что чувствительность детекторного приемника к слабым сигналам существенно возрастает, если с приемником был связан собственный маломощный генератор, работающий на частоте близкой к частоте принимаемого сигнала. При приеме телеграфного сигнала были слышны биения со звуковой частотой, равной разности частоты гетеродина и частоты сигнала.

Первыми гетеродинами служили машинные электрогенераторы, потом их заменили генераторы на вакуумных лампах.

К 40-м годам приемники прямого преобразования были вытеснены супергетеродинами и приемниками прямого усиления. Обуславливалось это тем, что основное усиление и селекция приемника прямого преобразования осуществлялось на низкой частоте.

Построить на лампах усилитель с высокой чувствительностью и малым коэффициентом шума затруднительно. Возрождение приемников прямого преобразования началось в 60-х годах с применением новой элементной базы -операционных усилителей, транзисторов. Стало возможным применение высокодобротных активных фильтров на операционных усилителях.

Оказалось что при сравнительной простоте приемники прямого преобразования показывают характеристики, сравнимые с супергетеродинами. Кроме того, так как частота гетеродина приемников прямого преобразования может быть в два раза ниже частоты сигнала, их удобно применять для приема сигналов КВЧ и СВЧ.

Источник: https://www.hifiaudio-spb.ru/tuner/tuner1/

Основные параметры и характеристики радиоприемников

Узнав, как строятся современные радиоприемники, можно перейти к описанию их многочисленных параметров. Ниже перечислены основные из них:

тип (структурная схема радиоприемника)
диапазоны частот
тип применяемых антенн
чувствительность
избирательность по соседнему каналу
избирательность по зеркальному каналу
число фиксированных настроек
номинальный диапазон воспроизводимых частот
нелинейные искажения
номинальная мощность
параметры конструктивного оформления

Очевидно, что тип приемника и его структурная схема позволяют почти сразу говорить о том, что из себя представляет приемник — то ли это обычный приемник, кои выпускаются почти всеми фирмами, то ли это полупрофессиональный аппарат, использующий последние достижения современной радиоприемной техники, включая цифровую и фиксированную настройку и прослушивание служебных диапазонов. О многом говорят и диапазоны волн. Простейшие приемники выпускаются с одним-тремя диапазонами волн (ДВ, СВ и УКВ). Многодиапазонные приемники обычно обладают существенно лучшими параметрами и характеризуют средний уровень бытовой радиоприемной техники. Приемники с одним диапазоном KBот 1,5 до 25—30 МГц — это аппараты высшего класса с двойным преобразованием и новейшими техническими решениями: цифровым синтезатором, фиксированной настройкой на станции, однополосным приемом, синхронным детектированием и т. д.

Большинство современных радиоприемников имеет встроенные антенны трех типов:

телескопическая штыревая выдвижная антенна для приема в диапазонах KBи УКВ;
встроенная магнитная антенна в виде ферритового штыря с обмоткой, применяемая в основном для приема в диапазонах ДВ и СВ;
рамочная антенна.

Чувствительность современных приемников (даже миниатюрных) настолько высока, что хороший прием обеспечивается даже на эти миниатюрные антенны. Чаще всего используется штыревая телескопическая антенна с длиной от 0,5 до 1 м. Она состоит из ряда трубочек разного диаметра, выдвигаемых друг из друга.

В нерабочем состоянии длина такой антенны уменьшается в несколько раз, и антенна размещается в корпусе приемника. Приемники высокого класса часто имеют гнездо для подключения внешней антенны — она заметно увеличивает уровень сигналов на входе приемника и позволяет надежнее принимать дальние станции.

Магнитная антенна — это просто катушка на ферро магнитном сердечнике с высокой магнитной проницаемостью. Такой сердечник как бы всасывает в себя электромагнитное поле из окружающего пространства, что заметно усиливает ЭДС принимаемых сигналов в катушке по сравнению с той ЭДС, которая наводится в катушке, свободно размещенной в эфире.

Но и при использовании сердечника сигналы принимаемых радиостанций малы Поэтому катушку делают индуктивностью входного кон тура приемника, настроенного в резонанс с частотой принимаемого сигнала. При резонансе напряжение на катушке усиливается в Qраз, где Q- это добротность контура.

Рамочная антенна представляет собой довольно большую плоскую катушку, имеющую от одного до десяткой витков. Обычно ее также используют в качестве индуктивности входного контура и настраивают в резонанс с входным сигналом.

Рамочная антенна редко применяется в радиовещательных бытовых приемниках, но часто используется в профессиональных радиоприемниках – как и магнитная антенна, она имеет диаграмму направленности В форме цифры 8, что позволяет нередко отстраиваться от помех и соседних радиостанций.

Чувствительность приемника характеризует уровень сигнала на антенном входе, при котором приемник обеспечивает заданное соотношение сигнал/шум на выходе. Она лежит в пределах от долей до сотен микровольт. При приеме на встроенную магнитную антенну (или на рамочную) чувствительность выражается в единицах напряженности поля — мкВ/м.

У зарубежных приемников чувствительность иногда выражают в дБф (dBf) — выраженная в децибелах мощность принимаемого сигнала относительно мощности в 1 фемтоватт.

В этом случае для вычисления чувствительности в микровольтах надо использовать следующие формулы пересчета: дБф = 20 log(мкВ/0,273) при антенне 75 Ом, дБф = 20 log(мкВ/0,55) при антенне 300 Ом. Избирательность приемника характеризует его способность выделять из всего спектра сигналы только нужной станции.

Избирательность по соседнему каналу (отстройка от расположенных рядом радиостанций) определяется АЧХ (ее также называют кривой избирательности) приемника. Она обычно определяется усилителем промежуточной частоты. Идеальный приемник должен иметь эту кривую прямоугольного типа.

Реальная кривая отлична от прямоугольной и имеет конечную крутизну спадов. Избирательность характеризуется ослаблением (в дБ) усиления приемника при заданной расстройке в обе стороны относительно принимаемой частоты. Расстройка берется равной 9 кГц на ДВ, 10 кГц на СВ/КВ и 300 кГц на УКВ.

Иногда используется также понятие коэффициента прямоугольности кривой избирательности — отношение полосы частот, определенной по АЧХ при спаде ее на 3 дБ, к полосе частот, определенной на другом (более низком) уровне, например, 0,1 или 0,01 от максимального усиления тракта приемника — К0.

Не следует думать, что всегда, чем выше избирательность, тем лучше. Качество звучания радиоприемника ухудшается при слишком резком спаде АЧХ — звук приобретает более жесткий и металлический оттенок.

По этой причине в высококачественных приемниках по-прежнему применяются УПЧ с фильтрами на основе LC-контуров, а не более современные высокоизбирательные электромеханические и пьезокристаллические фильтры.

Из громоздких ящиков с большим числом органов правления и большим динамиком современные радиоприемники этого класса превратились в сверхминиатюрные аппараты с автономным питанием и малюсеньким громкоговорителем.

Причина этого в том, что такие приёмники все реже и реже используются для прослушивания музыкальных передач, поскольку качество их при амплитудной модуляции заметно хуже, чем при частотной модуляции на УКВ, не говоря уже о качестве проигрывания современных лазерных аудиодисков.

Сейчас всеволновые приемники (за рубежом их называют WorldReceivers) выпускаются в основном двух типов:

приемники для приема радиовещательных передач с плавной настройкой;
приемники для приема как вещательных, так и специальных передач с цифровой настройкой с помощью синтезатора.

Отметим, что прием на длинных и средних волнах ведется на встроенную магнитную антенну, описанную выше. Магнитную антенну иногда можно использовать я отстройки от соседних станций.

Но нередко это приводит и к тому, что для приема нужной станции приходится поворачивать радиоприемник и устанавливать его отнюдь не в самом удобном для слушателя положении.

Для приема УКВ (иногда и 1—2-х КВ-диапазонов) применяется телескопическая раздвижная штыревая антенна. Она имеет невысокую направленность на УКВ и практически отсутствие направленности в КВ-диапазонах.

Иногда в приемниках устанавливают дополнительное гнездо для подключения внешней антенны, что намного улучшает прием. Впрочем, большинство приемников имеет достаточно высокую чувствительность для приема на магнитную и штыревую встроенные антенны.

Источник: http://audioakustika.ru/harradio

Диагностика простейших неисправностей приемников и передатчиков РУ

На страницах «Паркфлаера» довольно часто обсуждаются вопросы по внезапному резкому уменьшению дальности действия аппаратуры РУ, что приводит к авариям моделей и ставит перед моделистами задачу поиска неисправности в аппаратуре и её устранению.

Читая обсуждения коллег на эту тему становится очевидным, что очень многие моделисты слабо разбираются в специфических вопросах радиосвязи, тем более в СВЧ диапазоне 2,5 ГГц, где работает современная аппаратура РУ. Заранее приношу свои извинения коллегам за такой вывод.

Я много лет работал в этой области, радиолюбительский стаж 50 лет и, как мне кажется, могу помочь коллегам разобраться в этой теме. Поскольку ремонт собственно электроники приемника или передатчика с заменой детали весьма специфичен и сложен, в данной статье он рассматриваться не будет.

Ограничусь простейшейтеорией АФС (антенно фидерных систем) для понимания принципа их работы и ремонта, а так же методикой выявления неисправности АФС. Поскольку АФС это антенна + фидер, начну с фидера, ибо вопрос о повреждения фидера возникает наиболее часто. Фидер это коаксиальный кабель, по которому ВЧ энергия подводится к антенне от выходного каскада передатчика.

Или от антенны поступает ко входным цепям приемника. Фидер (он же кабель) по иному называется линия передачи, именно этот термин используется в технической литературе.В статье я буду использовать термины «Фидер», «Линия передачи», что означает «Кабель».Прежде всего немного об основных свойствах линий передач.

Линия передачи может быть двух типов : согласованная линия и настроенная линия.

Согласованная линия передачи (кабель, фидер) – это когда волновое сопротивление линии передачи равно входному сопротивлению антенны. В этом случае фидер работает в режиме
бегущей волны и может быть произвольной длины.

Настроенная линия передачи (кабель, фидер) – это когда волновое сопротивление линии
передачи НЕ равно входному сопротивлению антенны. В этом случае фидер работает в режиме стоячей волны, поэтому длина кабеля критична и выбирается кратно длине полуволны .

При этом отрезок линии передачи, кратный полуволне , является трансформатором сопротивления между антенной и выходным каскадом передатчика или между антенной и входными цепями приемника. В приемниках и передатчиках аппаратуры РУ на 2,5 ГГц используются антенны с входным сопротивлением 50 Ом и коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.

Поэтомулиния передачи относится к первому типу – согласованная линия (в смысле согласованной по сопротивлению с антенной и приемником / передатчиком) и длина отрезка кабеля не имеет значения. Если кабель перебит, его можно обрезать и вновь припаять.Можно взять штатную антенну роутера WiFi, извлечь её из пластикового чехла и припаятьк приемнику взамен вышедшей из строя.

Антенны абсолютно идентичны.Главное, нужно понимать, что это не отрезок провода в изоляции, а самый настоящий коаксиальный кабель, такой же, как и телевизионный, только тоненький. У него имеется центральная жилка,оплетка (экран), а между ними внутренний полиэтиленовый изолятор. При пайке (ремонте)недопустимо замыкание (спаивание вместе) центральной жилки и экрана.

Работать нужно сувеличительным стеклом и быть внимательным. После припайки кабеля его нужно прозвонитьтестером на отсутствие короткого замыкания.Антенна и входные цепи приемника “Хобби Кинг”

Антенна и входные цепи приемника “Turnigy”. Теперь несколько слов о физической длине полуволнового отрезка коаксиального кабеля.Длина волны для частоты электромагнитных колебаний 2,4 ГГц, как известно, равна 12 см.Но это только в случае распространения волн в воздухе. При этом скорость их распространения равна 300 000 км в сек. При распространении волны внутри кабеля, её скорость существенно уменьшается ввиду движения волны в диэлектрике – внутреннем полиэтиленовом изоляторе. Диэлектрическая постоянная воздуха равна 1, а диэлектрическая постоянная полиэтилена равна 2,2 что и обуславливает замедление скорости движения волны.

В результате длина волны ВЧ колебаний в кабеле будет меньше, чем длина волны в воздухе.Поэтому полуволновый отрезок кабеля будет не 6 см, как в воздухе, а гораздо меньше.Возникает вопрос, на сколько меньше ? Ответ. Физическая длина полуволнового отрезка кабеля

в этом случае определяется как

длина волны в воздухе * на коэффициент укорочения кабеля.

Для коаксиального кабеля с внутренним полиэтиленовым изолятором этот коэффициент 0,66 .То есть, в этом случае полуволновый отрезок кабеля будет иметь длину 6 х 0,66 = 3,96 см.

Две полуволны это 7,92 см, три полуволны – 11,88 см.

В аппаратуре РУ в большинстве случаев используются антенны типа «Полуволновый диполь»
Такими антеннами комплектуется аппаратура РУ Хобби Кинг.

Эта классическая антенна состоит из четвертьволнового вибратора, в качестве которого используется внутренняя жилка кабеля в изоляторе длиной 30 мм и четверть волнового стакана, представляющего собой отрезок латунной трубочки длиной 25 мм внутри которой проходит кабель, оплетка которого припаяна к верхнему торцу трубочки.

Конструкция антенны приемника “Хобби Кинг”. На фотографии видно, что в месте выхода центральной жилки из стакана, имеется повреждение изолятора жилки, возникшее при припаивании оплетки кабеля к верней части стакана от перегрева. Короткого замыкания пока нет, но в будущем оно возможно от перегиба жилки.

Поэтому место повреждения нужно промазать эпоксидкой. Типичный заводской брак.

Иногда применяется упрощенный вариант антенны представленный на фото. Такой антеннойкомплектуется приемник аппаратуры «Turnigy». По своей эффективности эта антенна уступает антенне полуволновый диполь, ввиду отсутствия симметрирующего стакана.

При отказе аппаратуры прежде всего необходимо выяснить, где возникла неисправность –в приемнике или в передатчике.

Проверить передатчик на наличие излучения им в эфир электромагнитных волн очень легко индикатором электромагнитного поля, который явыложил тут

http://www.parkflyer.ru/32931/blogs/view_entry/3042/#position=read_moarhttp://www.parkflyer.ru/32931/blogs/view_entry/3122/#position=read_moar
Прибор чрезвычайно простой – головка на 50…..10 мкА и два СВЧ диода типа КД514.

Индикатором можно зафиксировать излучение электромагнитных волн от бытового радиотелефона, излучение сотового телефона, любой радиостанции, передатчиков от детских игрушек и т. д.

Если индикатор показывает, что передатчик излучает электромагнитные волны, можносделать вывод, что передатчик исправен и причиной резкого уменьшения радиуса действияаппаратуры является неисправность приемника.

К сожалению, кроме проверки целостностиантенны и кабеля с помощью тестера, в домашних условиях без использования специальной

измерительной аппаратуры больше ничего сделать нельзя. Разве что проверить исправность внутреннего микросхемного стабилизатора напряжения.

Для желающих более подробно познакомиться с теорией и конструкциями антенн и линий передач, рекомендую скачать и почитать замечательную книгу Карла Ротхаммеля «Антенны».

Скачать книгу можно тут http://www.ra4a.ru/load/1/3-1-0-1317Всем новых успехов творческих успехов !

Источник: http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/3768/