в усилителях на полевых транзистбрах также возможно каскадное включенне по схеме ОИ - 03. Широко применяют каскадные усилители радиочастот и в интегральном исполнении на базе интегральных схем типа 235УВ1, 2УС283 и др.

Особенности усилителей СВЧ. На частотах 300 МГц и выше внешние помехи малы и чувствительность приемника ограничивается собственными шумами, поэтому на частотах выше 300 МГц в качестве УРЧ применяют малошумящие усилители: регенеративные, параметрические, квантовые, на ЛБВ и на ЛОВ [14].

Регенеративным усилителем называют устройство, усиливающее радиосигналы за счет внесения в электрическую цепь отрицательного сопротивления.

Вносимое отрицательное сопротивление должно быть больше собственного сопротивления цепи, чтобы компенсировать часть потерь энергии в нагрузке.

Цепи источника сигнала и нагрузки в регенеративном усилителе совпадают, т. е. усилитель обладает свойством взаимности, и это ухудшает шумовые параметры усилителя. Для улучшения шумовых параметров усилителя его делают однонаправленным - усиливаемый сигнал проходит только в направлении от источника сигнала к нагрузке. Достигается это за счет ферритовых вентилей или ферритовых циркуляторов.

Одна из возможных схем с применением ферритового циркулк-тора приведена на рис. 6.14. В усилителе сигнал поступает через циркулятор на плечо 2 и далее в регенеративный усилитель РУ, усиленный сигнал {/свых через плечо 3 проходит в нагрузку. Шумы нагрузки поступают в плечо 4 и далее погашаются согласованной нагрузкой, не попадая в усилитель.

Широко применяются регенеративные усилители на туннельных диодах. Они просты по конструкции, малы по габаритам и массе, надежны в эксплуатации.

Несколько меньший уровень шумов, чем регенеративные усилители, имеют параметрические усилители. Принцип действия таких усилителей основан на преобразовании энергии колебаний местного генератора (генератора накачки ) в энергию усиливаемого сигнала. Преобразование чаще всего осуществляется с

Согласованная нагрузка

Нагрузка (радиотракт)

Регенеративный, (параметрический ) исилитель

Рис. 6.14. Схема регенеративного усилителя с циркулятором

помощью варикапа, на который подано отрицательное запирающее напряжение, и он работает как нелинейная емкость. Параметрические усилители также обладают свойством взаимности и включаются в радиотракт с помощью направленных вентилей или циркуляторов (рнс. 6.14).

Самый низкий уровень шумов имеют квантовые усилители, принцип действия которых основан на взаимодействии электромагнитного поля с активным веществом [8]. В качестве активного вещества чаще всего применяют рубин, который устанавливают в резонатор, настроенный на частоту сигнала. Резонатор помещают в сильное магнитное поле. Возбуждение активного вещества осуществляется с помошыо генератора накачки, при этом энергия генератора накачки преобразуется в энергию усиливаемого сигнала.

Квантовые усилители могут быть реализованы по схеме резонансных регенеративных усилителей или на ЛБВ. Квантовые усилители бегущей волны являются однонаправленными устройствами, позволяют реализовать высокое усиление и малый уровегть шумов. Для уменьшения уровня шумов квантовый усилитель охлаждают жидким гелием или азотом. В настоящее время уровень собственных шумов таких усилителей стал соизмерим с минимальным уровнем шумов атмосферы. Следует отметить, что это громоздкое и дорогостоящее устройство используется в наземных радиоприемных устройствах.

В диапазоне СВЧ применяются также усилители на лампах бегущей волны и .аампах обратной волны ЛОВ, принцип работы которых основан на взаимодействии промодулированного электронного потока с прямой или обратной волной замедляющей системы. Лампы ОВ и БВ являются широкополосными усилителями с высоким коэффициентом усиления. Современные ЛБВ перекрывают диапазон частот 2...40 ГГц, имеют полосу пропускания 40...80%, коэффициент усиления 30... 50 дБ, массу около 80 г. При реализации замедляющей системы на печатных платах на диэлектрической подложке существенно уменьшаются массогабаритные размеры ЛБВ и ЛОВ. Они более технологичны и дешевы в производстве.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы основные функции, выполняемые УРЧ в приемнике?

2. Перечислите основные параметры УРЧ и дайте их характеристику.

3. Каково влияние внутренней обратной связи на параметры УРЧ н какие меры применяются для ее уменьшения?

4. Что такое электронная настройка селективных цепей?

5. Какие типы УРЧ применяюгся в диапазоне СВЧ?

6.4. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Супергетеродинный прием и его особенности. Преобразователь частогы ПЧ является одним из основных узлов супергетеродинного приемника. Включается ПЧ после УРЧ. В преобразователе частоты изменяется частота сигнала без изменения закона его модуляции. Частота, полученная в результате преобразования, называется промежуточной и выбирается, как правило, значительно ниже частоты принимаемого сигнала. Благодаря соответствующему устройству преобразователя частоты промежуточная частота остается постоянной при приеме любой частоты сигнала, находящегося в рабочем диапазоне частот приемника. В силу постоянства промежуточной частоты супергетеродинный приемник обладает более высокой чувствительностью и избирательностью по сравнению с приемником прямого усиления, так как основное усиление сигнала ведется па проме.жуточной частоте с помощью усилителя, имеющего в качестве нагрузки иеперестраиваемые колебательные контуры. Такие контуры обладают более высокой добротностью, чем перестраиваемые контуры, находящиеся в УРЧ.

Принцип преобразования частоты. Преобразователь частоты (рис. 6.15) содержит нелинейный элемент (смеситель), источник вспомогательного колебания (гетеродин) и фильтр Фг. Фильтр Фи включенный перед преобразователем, реализует суммарную резонансную характеристику входной цепи и УРЧ (преселектора). Преобразование частоты можно рассматривать как результат перемножения двух высокочастотных напряжений, взаимодействующих между собой в схеме преобра.зователя: напряжения сигнала

Смеситель

Гетеродин

Рис. 6.15. Структурная схема преобразователя 182

/е=£/сСоз([/с<-Ьфс) И напряжения гетеродина f/r = C/rCos(f/rf-1--Ьфг). В результате перемножения получается напряжение преобразованной частоты

пр = KJ)rU, cos (f; pf +>пр). где iCcx - коэффициент, зависящий от параметров преобразователя; (/пр и фпр - частота и фаза преобразованного сигнала.

Из приведенного соотношения видно, что амплитуда, частота или фаза преобразованного напряжения имеют тот же закон изменения, что и напряжение сигнала, т. е. преобразование осуществляется без изменения закона модуляции.

Процесс преобразования можно осуществить с помощью либо нелинейного элемента, либо линейной цепи с переменным параметром. rtpH нелинейном преобразовании двух напряжений на выходе смесителя появляются комбинационные составляющие напряжений с частотами :t fr=tp/c, где , р - целые положительные числа.

Если п=р=1, то величина Uv. образована первыми гармониками частот сигнала и гетеродина. Такое преобразование частоты называют простым. При других значениях , р преобразование будет сложным. Такое преобразование возможно при нелинейном режиме работы преобразователя, когда на входе преобразователя действует сигнал достаточно большой амплитуды. При этом из-за нелинейности вольт-амперной характеристики смесителя появляются высшие гармонические составляющие частоты сигнала. Сложное преобразование иногда применяется в приемниках СВЧ диапазона.

Значительно чаще применяется режим преобразования при слабом сигнале,и тогда

<7 p = W,±f/,. (6.2)

где /С=0, 1, 2, 3, ...

Побочные каналы приема в супергетеродинном приемнике. Рассмотрим схему преобразователя частоты, изображенную на рис. 6.15. При этом предположим, что Uc<.UrU p<Ur. Это предположение позволяет считать, что смеситель работает в линейном режиме относительно Uc и нелинейном режиме относительно Ur. Если fc изменять в широких пределах при фиксированном значении fr, то fnp также будет изменяться. Согласно (6.2) при К==0 fonp=fc; при К=1 fnp=fi±fc; при А:=2 fnp=2fr±fc и т. д. Если фильтр 02 настроен на fonp, то напряжение на выходе преобразователя появится только при условии соблюдения резонанса, т. е. при fnp=fonp.

Лвр

fei /г J}i fci

г/г 4г

Рис. 6.! 6. Зависимость коэффициента передачи преобразователя от частоты сигнала

Зависимость/=(0), называемая АЧХ преобразователя, приведена на рис. 6.16. Из рис. 6.16 видно, что АЧХ преобразователя имеет подъемы на частотах /с= *fr*fonp. Каждому подъему соответствует определенная полоса пропускания, зависящая от вида фильтра Фа, через которую на выход преобразователя могут проходить сигналы любой радиостанции и помехи. Один из этих подъемов (каналов) в приемнике является основным, остальные возможные каналы приема - побочные.

Наиболее неприятным для нормальной работы приемника являются канал прямого прохождения fc=fnp и зеркальный канал fai, расположенный симметрично основному каналу относительно частоты гетеродина. .За основной канал приема обычно принимают fci (см. рис. 6.16), т. е. верхнюю настройку гетеродина.

Способы ослабления приема по побочным каналам. Наличие побочных каналов приема ухудшает помехоустойчивость приемника. Основные способы устранения этого недостатка: подавление помех до преобразователя, оптимальный выбор fnp, применение двой ного преобразования частоты, балансного преобразователя.

Избирательность по входу. На рис. 6.17 приведены две АЧХ: о - АЧХ преобразователя, на которой штриховой линией показана резонансная характеристика цепей, стоящих до преобразователя; б - суммарная АЧХ преселектора и преобразователя. Из приведенного рисунка видно, что коэффициент передачи полезного сигнала значительно повышается по сравнению с коэффициентом передачи помех за счет избирательности фильтра Фь Ослабление сигнала на частоте fonp может быть получено значительно большим, если на входе приемника включить заграждающий фильтр, настроенный на частоту fo p.

Выбор величины промежуточной частоты. Промежуточная частота не должна находиться в диапазоне принимаемых частот и совпадать с частотами радиостанций. В приемниках с одним преобразователем частоты /пр=465 кГц для радиовещательных приемшков, для специальных приемников иногда исполь-184

а

ж Z/r J]Z Jc

Рис. 6.17. Амплитудно-частотные характеристики элементов тракта радиочастоты:

о -АХЧ преобразоввтеля; б - ЛХЧ рвдиотракта

А

Л

уют частоту 500 кГц. При более низких значениях fnp повышает-я устойчивость усилителей, легче получить более высокую изби-( ательность по соседнему каналу, однако избирательность по побочным каналам приема падает. При более высоком значении лег-е реализовать ослабление приема по побочным каналам, умень-аются массогабаритные размеры избирательных цепей. Следо-;ательно, выбор имеет противоречивый характер и должен проводиться из условий обеспечения заданных качественных показате-ей приемника при наиболее простой его конструкции. Двойное преобразование частоты. Применяется тех случаях, когда ослабление зеркального канала с помощью реселектора недостаточно, а увеличение промежуточной частоты ежелательно из-за усложнения тракта УПЧ. Схема двойного пре-бразования частоты изображена на рис. 6.18. Сигнал после пред-арительной фильтрации в Ф| поступает на смеситель 1, где осу-ествляется его преобразование до частоты fnpi. которая выбира-тся достаточно высокой, что обеспечивает высокую избиратель-

Л

с. 6.18. Структурная схема двойного преобразования час-