Дослідження способів підвищення чутливості та селективності супергетеродинних радіоприймачів

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                           

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НІЖИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ МИКОЛИ ГОГОЛЯ

 

 

Кафедра фізики

 

 

Сибірякова Тетяна Олександрівна

 

 

Дослідження способів підвищення чутливості та селективності супергетеродинних  радіоприймачів

 

 

 

Напрям підготовки: 6.040204 – Прикладна фізика

 

 

 

Дипломна робота з  фізики

 

 

 

 

 

                                                  Науковий керівник :

                          доцент

Закалюжний Віктор Миколайович

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ніжин – 2012

ЗМІСТ

 

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ………………………………………………………3

ВСТУП…………………………………………………………………………...4 
РОЗДІЛ 1. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДІОПРИЙМАЧІВ………….6

1. Принципи дії приймачів різних видів…………………………….6

                 1.1.1. Детекторний радіоприймач……………………………………12

                 1.1.2. Радіоприймач прямого підсилення……………………………14

               1.1.3. Радіоприймач прямого перетворення………………………...16

               1.2 Супергетеродинні приймачі та їх особливості………………….19

РОЗДІЛ 2. ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ ПІДВИЩЕННЯ СЕЛЕКТИВНОСТІ СУПЕРГЕТЕРОДИННИХ РАДІОПРИЙМАЧІВ……………………………...27

               2.1 Застосування   вузькосмугових вхідних фільтрів( пасивних преселекторів)  ……………………………………………………….27

                 2.2. Застосування активних преселекторів………………………..…33

2.3. Застосування ефективних ФОС………………………………….36

ВИСНОВКИ……………………………………………………………………...38

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………………………………….40

ДОДАТКИ………………………………………………………………..............42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ

АЧХ – амплітудно-частотна характеристика.

ВАХ – вольт-амперна характеристика.

ВК – вхідний контур.

ВЧ – висока частота.

КХ – короткохвильовий.

НВЧ – надзвичайно  висока частота.

НЧ – низька частота.

ПВЧ – підсилювач високої  частоти.

ПНЧ – підсилювач низької  частоти.

ПРЧ – підсилювач радіочастоти.

ПЧ – проміжна частота.

РЧ – радіочастота.

УКХ – ультракороткі  хвилі.

ФНЧ – фільтр низьких  частот.

ФОС – фільтр основної селекції.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

          Різноманітні системи радіозв’язку  міцно увійшли в усі сфери  життя та діяльності людини  – від космічної галузі до побуту. Здавалося б, з часів винайдення радіо О. Поповим радіотехніка розвинулася настільки, що здатна задовольнити більшість потреб суспільства в засобах дистанційної комунікації. Однак, перенасичення радіодіапазонів сигналами мільйонів службових радіостанцій висуває до зв’язкової приймальної апаратури низку специфічних вимог, найважливіша з яких полягає в досягненні максимально можливої селективності радіоприймачів без втрати  їх чутливості.

     Радіоприймач - електронний пристрій призначений для приймання, оброблення та відображення в зрозумілому для людини вигляді інформації, яка передається електромагнітними хвилями. Приймач є найбільш розповсюдженим радіотехнічним пристроєм, значення якого в економічному, соціальному і культурному житті людини неможливо переоцінити. Радіозв'язок неможливий без радіоприймача, з винайденням якого і розпочалася ера радіо.

  У радіотехніці  використовуються такі види приймачів:  детекторний, прямого підсилення, прямого перетворення та супергетеродинні  приймачі, які є найпоширенішими у системах радіозв`язку. Супергетеродин – радіоприймач, де основне підсилення різних за частотою радіосигналів відбувається після перетворення їх на сигнали проміжної (постійної) частоти. Від радіоприймача з прямим підсиленням радіосигналів відрізняється головним чином наявністю перетворювача частоти, складовою частиною якого є гетеродин. В цьому перетворювачі прийняті радіосигнали взаємодіють з власними високочастотними коливаннями гетеродина, внаслідок чого й виникають електричні коливання проміжної частоти, яка є сумою або різницею частоти радіосигналу і гетеродина. Змінюючи частоту гетеродина, можна приймати радіосигнали від різних станцій. Дальше підсилення сигналу, прийнятого супергетеродином відбувається в підсилювачі проміжної частоти. До найпоширеніших належать супергетеродини, де частота радіосигналів перетворюється одноразово. Створено також приймачі з подвійним і потрійним перетворенням [9,10].

     Супергетеродинні  радіоприймачі широко використовуються в службових системах радіозв’язку, отже досягнення в них високої селективності без втрати чутливості є важливою та актуальною задачею на сьогоднішній день.

     Мета дослідження: розроблення системи заходів з підвищення селективних властивостей діючих супергетеродинних радіоприймачів, призначених для службового радіозв`язку.

     Об`єкт дослідження: супергетеродинні радіоприймачі короткохвильового діапазону.

     Предмет дослідження: методи та засоби підвищення селективних властивостей супергетеродинних радіоприймачів.

     Методи дослідження: теоретичний аналіз спеціальної літератури з радіотехніки та електроніки, модельний експеримент.

 

    

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 1. ОСНОВНІ  ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДІОПРИЙМАЧІВ

1.1 ПРИНЦИПИ ДІІ ПРИЙМАЧІВ РІЗНИХ ВИДІВ

          У даному пункті ми коротко зупинимось на основних вимогах, що висуваються до радіомовних приймачів, і на значенні ролі найголовніших параметрів або характеристик, яку вони грають в роботі приймача.

     Чутливість. Від чутливості приймача залежить його здатність приймати слабкі сигнали, тобто передачі віддалених станцій. Чутливість визначається загальним підсиленням, що забезпечується всіма каскадами приймача, - від його входу до виходу. Проте, розподіл всього підсилення між окремими елементами приймального тракту не може бути будь-яким. Так, наприклад, надмірно велике підсилення по низькій частоті може призвести до виникнення сильних шумів на виході приймача; недостатнє підсилення прийнятих коливань до детектування призводить до зайвих спотворень в процесі детектування слабких сигналів; надмірно велике підсилення по високій частоті може призвести до нестійкої роботи приймача, до його самозбудження тощо. Тому питання про питому вагу окремих частин приймача в загальному підсиленні відіграє істотну роль.

          Селективність. Селективність — це здатність радіоприймача виділяти зі всіх електромагнітних коливань різних частот, які впливають на приймальну антену, лише коливання тієї частоти, на яку він налаштований. Здійснюється селективність за рахунок використання явища резонансу в коливальних контурах приймача.

     Частотний склад радіотелефонного сигналу, що приймається, досить складний: у нього входить частота передавальної станції - несуча, і бічні частоти, що утворюються при модуляції несучої частоти звуковими частотами[20].

     Модуляцією коливань називається зміна амплітуди, частоти або початкової фази високочастотного ( 1) коливання по закону низькочастотного ( 2). Найпростішою модуляцією є однотональна, тобто модуляція однієї частоти. Реальна модуляція в усіх видах радіозв‘язку звичайно багатотональна. При однотональній амплітудній модуляції А=А0(1+b0cos 2t), при частотній модуляції = 0(1+b0cos 2t) і при фазовій модуляції початкова фаза високочастотного коливання визначається як = 0(1+b0cos 2t). Технічно амплітудну модуляцію здійснюють за допомогою елементів з нелінійною ВАХ ( наприклад p-n-переходи в транзисторному генераторі або в модуляторі). При найпростішому законі не лінійності

 

                               I=

1U+ 2U²                                         (1.1)

 

де  1 та 2 – лінійна та нелінійна електропровідність.

Якщо U1=U1m cos

1t, а U2=U2m cos 2t, то I= 1U1m cos 1t+ 1U2m cos 2t+ 1U² 1m cos² 1t+ 2U² 2m cos² 2t+2 2U1mU2m cos 1t cos 2t 1U1m(1+2mcos 2t) cos 1t.                                 (1.2)

Тут m=( 2/ 1)U2m називається глубиною модуляції, а також враховано, що на виході стоїть резонансний контур з власною частотою 1, який гасить коливання з сильно відрізняючимися від неї частотами 2, 2 2 та 2 1. Оскільки добуток косинусів у (1.2) можна перетворити на суму, та з врахуванням того, що Im= 1U1m, то

 

I= Im cos

1t+m Imcos( 1+ 2)t+ m Imcos( 1+ 2)t.    (1.3)

 

Отже, хоч в модуляції  і додаються два коливання  з частотами  1 та 2, внаслідок нелінійності ця операція еквівалентна додаванню трьох гармонічних коливань з частотами 1 (несуча частота), 1+ 2 та 1– 2 (бічні частоти). Якщо модуляція реальна, тобто не однотонна, то вона еквівалентна сумі цілого спектра частот в інтервалі від 1– 2max до 1+ 2max. Цим і обумовлено те, що будь-яка радіостанція займає на кожному каналі не одну частоту, а цілу смугу частот. Звузити цю смугу можуть спеціальні види зв‘язку, наприклад SSB.

     Отже, кожній звуковій частоті відповідає бічна частота, що відрізняється від несучої тим більше, чим вище тон, що створюється цією звуковою частотою. При передаванні мовлення або музики на коливання несучої частоти одночасно впливають різні за частотою звукові коливання, і відповідно, утворюється цілий ряд бічних частот. Для неспотвореного передавання необхідно прийняти і рівномірно підсилити всю цю смугу бічних частот.

          Якщо несучу частоту позначити через f, а частоту модуляції через F то бічні частоти матимуть значення f + F і f — F. При радіомовленні передається цілий спектр звукових частот, починаючи від найнижчих — порядка 50 гц — і закінчуючи найбільш високими — порядка 10 кгц. Бічні частоти, що виникають при цьому, утворюють по обидва боки від несучої частоти смугу шириною 20 кгц. Всі ці бічні частоти мають випромінюватися передавачем і однаково добре прийматися приймачем. Після детектування всі бічні частоти знову перетворяться на відповідні звукові частоти.

     Селективність  буде тим вищою, чим гостріша крива резонансу кожного з коливальних контурів приймача. Отже, щоб приймач мав дуже високу селективність (дуже гостре налаштування), його коливальні контури повинні мати дуже гостру (вузьку) резонансну характеристику.

          За цих умов сигнали всіх інших радіостанцій, несучі частоти яких помітно відрізняються від частоти радіостанції, що приймається, будуть впорівняно з її сигналами настільки сильно послаблюватись, що практично сигнали цих станцій не прийматимуться. Але, з іншого боку, ширина резонансної характеристики має бути достатньою для того, щоб разом з несучою контури приймача пропускали без послаблення всі бічні частоти, що утворилися в процесі модуляції.     Інакше, радіопередача, що приймається, відтворюватиметься із спотвореннями. Чим природнішого звучання радіопередачі ми хочемо добитися, тим ширшою має бути смуга бічних частот, оскільки вона повинна охоплювати всі частоти звукового спектру.

Рис.1.1.Резонансна характеристика радіоприймача

 

     Ідеальна резонансна характеристика радіомовного приймача повинна була б мати прямокутну форму.

Рис.1.2.Ідеальна прямокутна резонансна характеристика (А), та звичайна резонансна характеристика (Б)

     За цих умов приймач пропускав би без послаблення всю потрібну смугу бічних частот і в той же час не приймав радіосигналів інших станцій, несучі частоти яких лежать за межами цієї кривої. Проте практично неможливо створити приймач, резонансна характеристика якого мала б прямокутну форму. Реальна резонансна характеристика приймача має вигляд, зображений на рис.1.2, крива Б. Неважко помітити недоліки такої характеристики: щоб приймач міг пропустити без істотного послаблення досить широку смугу частот, потрібно значно розширити верхню частину такої характеристики; але це неминуче спричинить значне розширення і нижньої області характеристики. А це, у свою чергу, приведе до збільшення впливу перешкод, що створюються іншими станціями, тобто до пониження селективності приймача. Таким чином, по вигляду резонансна характеристика хорошого сучасного приймача повинна максимально наближатися до ідеальної (прямокутної форми). За цих умов забезпечуються досить широка смуга пропускання частот і одночасно хороша селективність, тобто велике послаблення сигналів всіх станцій, що заважають.