Структура и параметры широкополосного тракта
В гл. 1 мы ознакомились с фундаментальными основополагающими критериями построения широкополосных трактов приемников. Теперь пришло время углубить наши знания в схемотехнике и конструировании этих систем. Решение данной задачи облегчается тем, что в гл. 2 и особенно в гл. 3 уже рассмотрены основные схемотехнические методы и функциональные элементы. В качестве “иллюстрирующей” системы выберем относительно простой объект, а именно широкополосный тракт описываемого в следующей главе радиолюбительского приемника на диапазоны 80 м и 20м.
Этот широкополосный тракт предназначен для приема сигналов в диапазонах частот (fc)3,5 ... 4,0 МГц и 14,0... 14,5 МГц, преобразуемых к промежуточной частоте fZ = 9 МГц с использованием только одного диапазона частот гетеродина fu = 5,0... 5,5 МГц. Настройка в диапазоне 20 м соответствует реализации соотношения fс = fZ + fu , а в диапазоне 80 м-соотношения fс = fz — fu; в первом случае частота гетеродина и частота принимаемого сигнала изменяются согласованно, во втором случае понижение частоты гетеродина приводит к повышению частоты принимаемого сигнала. Таким образом, диапазон 80 м является одновременно зеркальным каналом (fi) приема для диапазона 20 м и наоборот; все это следует из фундаментального соотношения fc = fz + fu для процесса преобразования частоты.
Как показывает опыт и подтверждают кривые на рис. 1.2, для приема сигналов с частотами до 15 МГц (это как раз рассматриваемый нами случай) не имеет смысла использовать приемники с FRX < 20 дБ. Иногда высказываемые противоположные утверждения носят, по-видимому, субъективный характер, т. е. не следуют из измеряемых на практике характеристик приемников, или же они связаны с наличием нераспознанных дефектов системных компонентов (плохо установленные антенны, расстроенные селекторы и т. п.).
Из рис. 1.1 хорошо видно, что на выходе полосового фильтра преселектора с шириной полосы пропускания 1 МГц для наиболее “нагруженного” диапазона 80 м мощность (векторная сумма) принимаемых сигналов может достигать —12 дБм.
Соответственно этому динамическая характеристика (КР) нашего приемника должна быть определена в приемном тракте: между разъемом подключения антенны и фильтрами основной селекции.
Блок-схема приемного тракта со всеми необходимыми пояснениями представлена на рис. 4.1.
Четыре верхних строки цифр на этом рисунке представляют значения параметров IР3, КР, Gp и F для семи функциональных блоков; в двух следующих строках (в нижней части рисунка) указаны допустимые значения мощности широкополосного сигнала Phs и мощности полезного сигнала Pes в узлах сопряжения блоков; в самой нижней строке для сравнения приведены узловые уровни мощности полезного сигнала Рс10 при отношении сигнал/шум 10 дБ. Резюме по техническим характеристикам рассматриваемого широкополосного тракта и некоторая другая важная информация содержатся в самой нижней части рисунка.
Блок 1. Если непосредственно за разъемом подключения антенны мы устанавливаем аттенюатор с затуханием 20 дБ и используем его при приеме сигналов в диапазоне 80 м (учитывая, что в этом диапазоне Fex ? 40 дБ), то тем самым эффективно увеличиваем на эти 20 дБ значения параметров IP и КР широкополосного тракта. Точно так же изменяется RF, в результате атмосферные шумы, зачастую достигающие 4... 8 баллов по шкале S, снижаются более чем на 3 балла; динамические диапазоны при этом полностью сохраняются. Во многих случаях можно работать с ослаблением ВЧ-сигнала на 20 дБ и на диапазоне 20 м.
Блок 2. Мы используем полосовой фильтр третьего порядка, схема которого приведена на рис. 3.16, а. Этот фильтр должен быть субоктавным с Аi < 1 дБ. Для диапазона 80 м при fmg = 3,74 МГц и Вр = 0,5 МГц (» 13%) пригоден фильтр Чебышева с Ар = 0,1 дБ. Фильтр на диапазон 20 м, принимая во внимание довольно малое значение Аi, приходится делать менее узкополосным, чем это требуется, например, с fmg = 14,22 МГц и Вр = 1,8 МГц (» 12,7%). В этом случае мы выбираем фильтр Баттерворта с Ар = 3 дБ; внутри диапазона перестройки приемника D f = 0,5 МГц величина Ар для такого фильтра составляет » 0,002 дБ, и, следовательно, его избирательность эффективно выше, чем у фильтра с чебышевской характеристикой (см.
Блок 6. Так как рассматриваемый приемник предназначен в основном для SSB-связи (J3E), то мы используем восьмирезонаторный кварцевый фильтр с шириной полосы пропускания 2,1. ..2,5 кГц. Подобные фильтры характеризуются значениями Ai= 3,1 ...3,5 дБ; для монолитных фильтров Ai = 5...6дБ. С учетом работы на нагрузку с полным сопротивлением 50 Ом рекомендуется кварцевый фильтр типа XF-9S33 с Вр = 2,4 кГц и Ai = 3,2 дБ.
Блок 7. Этот усилитель полностью идентичен усилителю, используемому в блоке 4. К его выходу нужно подключить резистор с сопротивлением » 50 Ом, который оказывает обратное воздействие на фильтр основной селекции и оптимальным образом (в широкой полосе частот) нагружает выход последнего. Последующая часть схемы должна обеспечивать F < 8 дБ; в прототипе она представляет собой каскад из трех ИМС типа SL1612C с эффективным значением коэффициента усиления по напряжению 84... — 26 дБ (АРУ обеспечивает изменение этого коэффициента в пределах 110 дБ).
ВЧ-селекция. Прежде всего по формуле, приведенной на рис. 3.16, мы должны рассчитать значения фактора W fx для критических (в отношении требуемого ослабления) частот fz и fi. Затем, используя полученные значения W fx, из кривых на рис. 3.13 нужно найти соответствующие значения Afz и Afi (As). Все они превышают 70 дБ; можно было бы обеспечить и значения 75... 82 дБ (за исключением параметра Afz на диапазоне 20 м), для этого, правда, фильтр на диапазон 80 м нужно дополнить отсасывающим контуром на частоту fi (» 14 МГц). Значение параметра Afz, характеризующее ослабление ПЧ, определяется суммой As (для фильтра) и Ах (fe:fz) (для смесителя); селективность приемника по зеркальному каналу Аfi определяется только свойствами ВЧ-селектора. При указанных значениях Afz и Ап соответствующие помехи почти полностью исключаются; для высококачественных профессиональных приемников значения этих параметров > 80 дБ, а уровень 100 дБ соответствует границе “практичности”, переход через которую экономически неоправдан.
Помехоустойчивость.
Максимально допустимое значение будет здесь определяться допустимой мощностью рассеяния смесителя +23 дБм (0,2 Вт) (по отношению к этому значению величиной Рu можно, очевидно, пренебречь). Так как при нагрузке смесителя широкополосным сигналом такого уровня он уже на 14... 16 дБ “заходит” в область компрессии, то на его выходе мы получим максимум + 3 дБм. Таким образом, в компрессии будет находиться и усилитель блока 4. В результате исключаются перегрузки (> +10дБм) фильтра основной селекции. Максимальное значение Pcs не превышает уровня 0 дБ; последний определяется динамической характеристикой системы АРУ в тракте ПЧ приемника. В условиях, когда все каскады, находящиеся перед фильтром основной селекции, работают в линейном режиме (т. е. при уровнях сигналов ниже своих КР-уровней), можно принимать сигналы, мощности которых не превышают —1,5 дБм или +18,5 дБм (с отключенным и включенным ВЧ-аттенюато-ром соответственно); нужно, конечно, принимать во внимание и величину Phs.
Чувствительность. Проектируемое значение коэффициента шума приемника 20 дБ минус 5 дБ (резервных) на возможные потери (см. рис. 4.1, внизу). При измерениях на четырех прототипах получены значения 14... 15 дБ, причем F » 8 дБ для оконечных (вне широкополосного тракта) каскадов приемника.
Динамика. Согласно формуле, приведенной на рис. 1.5, при IР3 = +20дБм и RF = —125,2 дБм (F = 15 дБ) величина параметра DB3, на которую нужно обратить основное внимание, составляет 96,8 дБ. Это очень высокое значение подтверждено экспериментальными измерениями (96... 97 дБ). Таким образом, уменьшение чувствительности приемника, обусловленное интермодуляционными искажениями, заметным образом может проявиться только при мощности внеполосных сигналов Phs ? —28,4 дБм, т. е. при Phs = PDB3 (см. рис. 1.5); при Phs < PDB3 этот эффект очень мал и сказывается (селективно) на приеме только самых слабых полезных сигналов.
По профессиональной классификации все приведенные цифры характеризуют приемник “улучшенного среднего класса”.
Тем, кто проявляет более глубокий интерес к затронутым вопросам, настоятельно рекомендуем интенсивное аналитическое и интерпретационное изучение отмеченных выше взаимосвязей, так как они имеют исключительно важное значение. Без такой фундаментальной подготовительной работы конструирование уже не очень сложных, но высококачественных связных электронных устройств описанных, например, в настоящей главе и тех, которые будут описаны ниже, - становится обыкновенной авантюрой.
