Выбор и распределение усиления приемника

Общее усиление приемника выбирают так, чтобы обеспечить уверенный неискаженный прием передаваемых сообщений. Общее усиление обеспечивают высокочастотный (до детектора) и низкочастотный (после детектора) тракты приемника. Поскольку проще получить большое усиление на НЧ, усиление ВЧ тракта выбирают по возможности меньшим, как правило – минимально необходимым для нормальной работы детектора (демодулятора) приемника. Общее усиление ВЧ тракта выбирают так, чтобы обеспечить неискаженное детектирование принимаемого сигнала, если его уровень на входе приемника соответствует чувствительности. При приеме на наружную антенну в диапазонах ДВ, СВ, КВ и УКВ коэффициент усиления ВЧ тракта

К_вч.min = , (3.2)

где U_вх.дет – номинальная амплитуда сигнала на входе детектора; E_АР – реальная чувствительность приемника (действующее значение).

При приеме на магнитную антенну чувствительность измеряется напряженностью электрического поля Е в точке приема, обеспечивающей на выходе приемника нормальную выходную мощность. Напряжение на входе 1–го каскада приемника с магнитной антенной (мВ)

U_ВХ1 = Eh_ДQ_Эm₂ (3.3)

где Е – обычно задается в мВ/м; Q_Э – эквивалентная добротность контура ВЦ; m₂ – коэффициент включения входа первого каскада в контур ВЦ; h_Д – действующая высота магнитной антенны, м; на ДВ и СВ h_Д»(0.3...1.5) см. Конструктивная добротность катушки контура магнитной антенны может быть равна 200..300. Коэффициент включения транзистора в контур магнитной антенны определяется по формуле:

(3.4)

где R₁₁ — входное сопротивление транзистора на частоте f_max, кОм;

С_{э min} — минимальная эквивалентная емкость контура магнитной антенны, пФ;

f_max — максимальная частота поддиапазона, МГц;

Q_{э max} — эквивалентная добротность контура магнитной антенны на f_max;

Q_к — конструктивная добротность контура магнитной антенны.

С_{э min} выбирается порядка 50-150 пФ.

На практике большей частью m₂ = 0,1...0,2.

В этом случае общее усиление ВЧ тракта

К_вч.min = , (3.5)

Усиление ВЧ тракта выбирают с запасом

К_вч = К_запК_вч.min, (3.6)

где К_ЗАП – коэффициент запаса усиления (производственный запас), учитывающий разброс параметров электронных приборов, неточность сопряжения контуров, а также старение электронных приборов, расстройку контуров и уменьшение напряжений питания в процессе эксплуатации. В диапазонах ДВ, СВ, КВ принимают К_ЗАП =1.4...2.0, на УКВ – К_ЗАП = 2.5...3.5.

Номинальное значение амплитуды сигнала на входе детектора выбирают так, чтобы получить малые искажения и большой коэффициент передачи детектора; в зависимости от типа детектора U_ВХ.ДЕТ=0.1...2.0 В.

Для детектирования АМС обычно применяют диодные детекторы на полупроводниковых диодах, работающие в линейном режиме – при U_ВХ.ДЕТ³0.5...1.0 В, при этом коэффициент гармоник k_Г<1 %, коэффициент передачи детектора К_Д»0.6...0.8. При U_ВХ.ДЕТ<0.3...0.5 В диодный детектор работает в квадратичном режиме в динамическом диапазоне входных сигналов 20...30 дБ (при больших сигналах детектор переходит в линейный режим, при малых – растут внутренние шумы).

Диодные АД при правильно выбранных режиме и нагрузке вносят очень небольшие искажения и обеспечивают линейное детектирование в большом динамическом диапазоне входных сигналов – до 60...70 дБ.

Транзисторные АД имеют К_Д=3...10 при U_ВХ.ДЕТ=0.1...0.2 В, однако детектирование сопровождается значительными нелинейными искажениями (k_Г=3...10 %). Искажения возрастают при U_ВХ.ДЕТ<0.05 В и U_ВХ.ДЕТ>0.5 В. Транзисторные АД применяют в переносных и бортовых приемниках, где важно уменьшение массы, габаритов и потребляемой мощности.

Для детектирования однополосных сигналов (ОПС) используют балансные и кольцевые перемножители (детекторы) на полупроводниковых диодах; входное напряжение таких детекторов U_ВХ.ДЕТ£20...40 мВ, коэффициент передачи кольцевого детектора К_Д=0.4...0.6, амплитуда опорного напряжения U_ОП=1...2 В.

Для детектирования ЧМС используют дифференциальные ЧД с настроенными в резонанс или с расстроенными контурами, обладающие достаточно высокой крутизной и линейностью характеристики детектирования. Детекторы ЧМС с парой расстроенных контуров имеют наибольший коэффициент передачи, но конструктивно сложнее остальных. Детектор отношений имеет наименьший коэффициент передачи и наибольшие нелинейные искажения. Крутизна характеристики дифференциального ЧД достигает 10...30 мВ/кГц, дробного ЧД – 4...6 мВ/кГц. Дифференциальному ЧД должен предшествовать ограничитель амплитуды (ОА), амплитуда сигнала на входе ОА на БТ должна быть U_ВХ.ДЕТ³0.5...1.0 В – в зависимости от типа транзистора. Детектор отношений не требует ОА, поэтому его применяют в переносных приемниках, допускающих сравнительно большой уровень искажений. На входе транзистора детектора отношений амплитуда сигнала должна быть не менее 30...50 мВ.

При приеме частотно–манипулированных сигналов (ЧМ_НС) – частотной телеграфии (ЧТ) и двойной частотной телеграфии (ДЧТ) используют ЧД с взаимно–расстроенными контурами.

Все ФД являются когерентными, строятся с использованием перемножителей и требуют обязательного наличия опорного сигнала. ФД различают по типу используемого перемножителя, наличию или отсутствию ОА и методу создания опорного напряжения. Балансные и кольцевые фазовые детекторы на полупроводниковых диодах отличаются малым уровнем комбинационных составляющих на выходе; амплитуда сигнала на входе ФД должна быть порядка 50...100 мВ, коэффициент передачи около 0.5.

При распределении общего усиления ВЧ тракта по каскадам необходимо учитывать два противоречивых условия:

а) для уменьшения коэффициента шума приемника необходимо увеличивать коэффициенты передачи ВЦ и УРЧ;

б) для повышения многосигнальной избирательности усиление первых каскадов приемника (до фильтра основной селекции) должно быть небольшим, чтобы амплитуда сигнала и помехи на входах первого, второго и последующих каскадов не превышала их диапазона линейности.

Для получения предельно достижимой чувствительности, ограниченной шумами, коэффициенты усиления по мощности первого, второго и последующих каскадов выбирают так, чтобы коэффициент шума приемника за счет каждого последующего каскада возрастал примерно на 10 %. Максимальный коэффициент усиления преселектора выбирают так, чтобы шумы ПЧ мало влияли на общий коэффициент шума приемника:

К_ПР = К_ВЦК_УРЧ @ (5...10) (3.7)

где F_Ш.УРЧ и F_Ш.ПЧ – коэффициенты шума УРЧ и ПЧ соответственно, К_ПР – коэффициент усиления преселектора по напряжению. Обычно К_ПР£5...10 для предотвращения перегрузки ПЧ сильными помехами с малой расстройкой.

Общее усиление ВЧ тракта супергетеродинного приемника с однократным преобразованием частоты равно произведению коэффициентов усиления (коэффициентов передачи) отдельных каскадов:

К_ВЧ = К_ВЦК_УРЧК_ПЧК_УПЧ, (3.8)

где К_ВЦ – коэффициент передачи ВЦ; К_УРЧ, К_ПЧ, К_УПЧ – коэффициенты усиления УРЧ, ПЧ и УПЧ. В приемнике с двойным преобразованием частоты необходимо учесть усиление К_ПЧ2 второго ПЧ и К_УПЧ2 второго УПЧ. Найденное выше общее усиление ВЧ тракта распределяют между отдельными каскадами приемника с учетом известных ориентировочных значений и следующих соображений.

Коэффициент передачи ВЦ обычно находится в пределах К_ВЦ=2...5 (нагрузка – ПТ) или К_ВЦ=0.1...0.5 (нагрузка – БТ).

В приемниках с переменной настройкой коэффициент усиления преселектора изменяется при перестройке в пределах поддиапазона и при переходе с одного поддиапазона на другой. Соответственно изменяется общее усиление приемника и чувствительность, ограниченная усилением; допустимые пределы изменения – обычно не более, чем в 1.5...2 раза.

Характер изменения усиления (нарастание, убывание) в пределах поддиапазона зависит от схемы контуров и от элемента перестройки (индуктивность, емкость). При распределении усиления необходимо оценить минимальное значение коэффициента усиления преселектора К_пр.min; все последующие каскады должны обеспечить усиление, равное К_вч / К_пр.min.

Коэффициенты усиления каскадов УРЧ, ПЧ и УПЧ обычно выбирают максимально возможными, равными коэффициентам устойчивого усиления с учетом приведенных выше соображений по выбору усиления относительно широкополосных трактов. Формулы для расчета коэффициента устойчивого усиления некоторых каскадов на БТ и ПТ приведены в таблице 3.1. Коэффициент устойчивого усиления транзисторного ПЧ можно оценить приближенно

К_УСТ.ПЧ » 0.1К_{УСТ.УПЧ} (3.9)

Вид каскада усилителя	Схема включения АЭ	Куст
На полевом транзисторе     На биполярном транзисторе     Каскодный на полевом транзисторе   На биполярном транзисторе	С общим истоком С общим затвором   С общим эмиттером   С общей базой   —     —