Расчет радиолокационного приемника

                 (15)

     Одна из них выделяется фильтром и называется напряжением промежуточной частоты

                                (16) 

              Рисунок 15 

     Перемножитель напряжений можно реализовать с  помощью нелинейных цепей или  цепей с периодическим изменением параметров под действием гетеродина. В качестве нелинейных или параметрических элементов, которые называют смесителями, в настоящее время используют транзисторы в дискретном или интегральном исполнении и диоды.

     Сигнал  на входе смесителя должен быть малым, чтобы нелинейность его характеристики не приводила к заметным искажениям принимаемого сигнала. Напряжение гетеродина сравнительно велико, поэтому проводимость смесителя меняется по закону изменения напряжения гетеродина (рисунок 15). Ее можно представить в виде ряда Фурье

                                            ⁽¹⁷⁾

где - амплитуда k-й гармоники проводимости нелинейного элемента; - постоянная составляющая проводимости.

     Ток на выходе смесителя i = g₂₁(t) u_C Подставляя в это выражение (13) и (17), получаем

                    ⁽¹⁸⁾

     Из (18) видно, что комбинационные составляющие kω_Г ± ω_C появляются вследствие изменения проводимости нелинейного элемента (НЭ) при воздействии напряжения гетеродина. Они имеют такую же структуру, как исходный сигнал. Постоянная составляющая проводимости не дает преобразования частоты. Аналогичные результаты получаются при изменении емкости смесителя под действием напряжения гетеродина.

     Основными показателями качества ПЧ являются: коэффициенты усиления по напряжению и по мощности, диапазон рабочих частот, избирательность, коэффициент шума, искажения, устойчивость, надежность. Они аналогичны показателям резонансных усилителей, однако некоторые из них имеют особенности, присущие режиму преобразования частоты. Например, в отличие от усилителей в ПЧ имеют место побочные каналы приема, которые ухудшают их избирательные свойства и заставляют принимать специальные меры. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1.10. Детекторы радиосигналов 

     Детектором  называют устройство для создания напряжения, изменяющегося в соответствии с законом модуляции одного из параметров входного сигнала. Детекторы можно классифицировать по характеру входного сигнала и виду параметра, который подвергается модуляции, по способу выполнения и т.д.

     Радиосигналы  можно подразделить на три основные группы:

     1) непрерывные квазигармонические, в  которых передаваемое сообщение  заложено в модуляцию одного  из следующих параметров колебания: амплитуды U_ВХ частоты f_ВХ, фазы φ_ВХ. В зависимости от вида модуляции детектируемого сигнала различают амплитудные (АД), частотные (ЧД) и фазовые (ФД) детекторы;

     2) радиоимпульсные, в которых сообщение  передается с помощью модуляции одного из следующих параметров сигнала: пикового напряжения U_ПИК, частоты f_ВХ, длительности импульса τ_И (широтно-импульсная модуляция ШИМ), времени начала импульса t_НИ (временная импульсная модуляция ВИМ). Для детектирования подобных сигналов используют детекторы радиоимпульсов;

     3) видеоимпульсные,   модуляция   которых  может осуществляться изменением пикового значения импульса U_ПИК (амплитудно-импульсная модуляция АИМ), длительности импульса τ_И (ШИМ), времени начала импульса t_НИ (ВИМ или ФИМ); возможно изменение комбинации импульсов в группе (импульсно-кодовая модуляция - ИКМ). Детектирование подобных сигналов осуществляется детектором видеоимпульсов и декодерами. Детектор, реагирующий на пиковое значение видеоимпульса, называют пиковым. В зависимости от способа обработки сигнала детекторы бывают аналоговыми и цифровыми.

     Амплитудный детектор — устройство, на выходе которого создается напряжение в соответствии с законом модуляции амплитуды входного гармонического сигнала. Если на входе АД действует напряжение и_ВХ, модулированное по амплитуде колебанием с частотой F, то график изменения этого напряжения во времени и его спектр имеют вид, показанный на рис. 5.1, я. Напряжение на 

                                    Рисунок 16.

выходе  детектора Е_Д (рисунок 16, б) должно меняться в соответствии с законом изменения огибающей U_ВХ входного напряжения и_ВХ. Как известно, спектр AM колебания при модуляции тоном с частотой F состоит из трех составляющих: несущего колебания с несущей частотой f_Н и амплитудой U_Н и двух боковых составляющих с частотами f_Н + F и f_Н - F и амплитудами 0,5mU_Н (т - коэффициент модуляции); спектр продетектированного напряжения Е_Д состоит из двух составляющих: постоянной составляющей Е_д0 на частоте f =0 и низкочастотной составляющей с частотой F и амплитудой U_F (рисунок 16, в).

     Таким образом, напряжение на выходе АД содержит составляющие частот, которых не было во входном напряжении. Поэтому задача амплитудного детектирования не сводится к простой фильтрации с помощью линейной цепи с постоянными параметрами (линейная цепь с постоянными параметрами не создает составляющих с новыми частотами). Новые частотные составляющие могут возникнуть только при прохождении сигнала через параметрическую линейную либо через нелинейную цепь. Следовательно, в зависимости от способа выполнения АД можно подразделить на параметрические (синхронные) детекторы, использующие линейную цепь с периодически меняющимися параметрами, и детекторы на основе нелинейной цепи. В свою очередь, в зависимости от типа электронного прибора, реализующего нелинейную цепь, АД подразделяют на диодные, транзисторные и т.д. В зависимости от того, нелинейность характеристики какого тока транзистора используется для детектирования, транзисторные АД делят на коллекторные, базовые, эмиттерные, стоковые, затворные и истоковые. На практике наиболее часто используют диодные АД. Рассмотрим принцип действия параметрических и диодных АД.

     Параметрические (синхронные) АД. В синхронных детекторах (рисунок  17) под действием гетеродина периодически меняется во времени параметр цепи (наиболее часто - крутизна ПЭ). Поскольку к таким устройствам относятся и ПЧ, структурная схема параметрического АД совпадает со структурной схемой ПЧ (см. рисунок  6, г). Частоту гетеродина (Г) выбирают равной частоте несущего колебания на входе детектора, т.е. гетеродин должен быть синхронным с сигналом: f_г = f_с, поэтому такой АД называют синхронным. Ток на выходе ПЭ при f_г= f_с с учетом начальной фазы колебания   гетеродина  i₂ ≈ S₀U_C  cos (ω_Сt + φ_C) + 0,5S₁ U_C [cos (2ω_Ct +

+ φ_Г + φ_С) + cos (φ_Г  - φ_С)]+...

     Из  этого выражения следует, что  ток i₂ содержит составляющие различных частот f_C, 2f_C,... и составляющую нулевой частоты. Таким образом, в выходном токе i₂ возникают новые частотные составляющие; составляющая с нулевой частотой является полезной, создающей напряжение Е_Д на выходе фильтра. Полезная составляющая тока

                                                   (19)

     Для выделения i₂₀ используют фильтр, состоящий из параллельной R_НС_Н - цепи (рисунке 17). Составляющая тока i₂₀ создает на R_H напряжение

                                       (20)

     Из (20) следует, что АД создает напряжение в соответствии с законом изменения амплитуды входного сигнала. Кроме того, напряжение Е_д зависит от разности фаз ∆φ = φ_Г - φ_С, т.е. синхронный АД реагирует одновременно на два параметра входного сигнала: U_c и φ_С. Для работы такого АД необходимо, чтобы фаза сигнала равнялась фазе гетеродина: φ_С  = φ_Г; при этом cos ∆φ = 1, напряжение Е_Д максимально. Если φ_С = φ_Г ± 90°, то соs ∆φ = 0; Е_Д=0. Следовательно, необходима не только синхронность (f_Г=f_С), но и син-фазность (φ_Г = φ_С) напряжения гетеродина с напряжением сигнала.

                   Рисунок 17. 

Для реализации синхронности и синфазности гетеродина создается специальная цепь синхронизации (см. рисунок 17), включающая в себя фильтр для выделения несущего колебания и_С, которое подводится к фазовому детектору системы автоматической подстройки частоты гетеродина.

     Диодные АД. Диодный АД, построенный по схеме  рисунок 18, называют последовательным, поскольку нагрузка R_Н и диод VD включены последовательно. Диодный АД, в котором диод и нагрузка включены параллельно, называют параллельным. Принцип работы диодного АД можно пояснить с временной или со спектральной точки зрения. 

               Рисунок 18.  

     Временная трактовка принципа работы АД. Пусть на вход АД поступает гармоническое напряжение с медленно меняющейся амплитудой и_ВХ= U_Сcos ω_Сt (рисунке 19). Если напряжение и_BX положительно (полярность и_ВХ соответствует показанной на рисунке 18), то диод открывается и конденсатор С_Н начинает заряжаться. Постоянная времени заряда τ₃ конденсатора определяется емкостью С_Н и малым сопротивлением открытого диода. По мере заряда С_Н выходное напряжение E_Д растет и стремится закрыть диод. Действительно, согласно рисунку 18 напряжение на диоде и_Д= и_ВХ- Е_Див момент t = t₁  u_ВХ = Е_Д, при этом и_Д= 0. Начиная с момента t₁ диод закрывается (и_вх<Е_Д), и конденсатор С_Н начинает разряжаться через резистор R_H. Постоянная времени разряда конденсатора τ_р=R_НС_Н »τ₃, поэтому   разряд С_Н происходит значительно медленнее, чем его 

Рисунок 19           Рисунок 20 

заряд. Разряд конденсатора С_Н продолжается до момента t = t₂, при котором напряжение и_д становится равным нулю. Начиная с момента t₂ диод снова открывается, и конденсатор С_Н начинает заряжаться. В результате серии зарядов и разрядов на выходе АД создается продетектированное напряжение Е_Д, имеющее пульсирующую составляющую с частотой сигнала. С учетом того, что время τ_Р в практических схемах АД во много раз больше периода несущей и_ВХ, уровень пульсации Е_Д мал.

     Спектральная  трактовка принципа работы АД.  На рисунке 20 показан примерный характер изменения тока диода при постоянной амплитуде детектируемого сигнала. При построении графика предполагается, что в установившемся режиме напряжение на выходе детектора Е_Д постоянно во времени. Напряжение на диоде и_Д = и_ВХ - Е_Д, т.е. напряжение Е_Д на выходе АД обусловливает отрицательное напряжение смещения на диоде, относительно которого прикладывается и_ВХ. Вольт-амперная характеристика диода i_Д = = F(u_Д) для простоты рассмотрения представлена линейной с нулевым обратным током. Ток i_Д протекает при открытом диоде и представляет собой импульсы с углом отсечки 9 < 90°. В этом токе имеется постоянная составляющая I_Д0, которая протекает по следующей цепи: диод, резистор нагрузки R_Н, катушка L, диод VD. Ток I_Д0 создает на резисторе R_H падение напряжения Е_д = I_д0 R_н. Составляющие тока диода i_д с частотами f_с, 2f_с,... протекают через диод VD, конденсатор нагрузки С_н, LC - контур, диод VD. Если и_ВХ - AM колебание, то напряжение Е_д изменяется в соответствии с законом изменения огибающей входного напряжения; при этом по такому же закону изменяется напряжение смещения на диоде. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.11. Гетеродинный тракт, регулировки и индикация в радиоприемных устройствах 

      В процессе изготовления и эксплуатации радиоприемника приходится регулировать ряд его показателей: частоту настройки, коэффициент усиления, полосу пропускания и др. В зависимости от вида регулируемого параметра различают: регулировку усиления, которая может осуществляться в трактах радиочастоты и промежуточной частоты, а также в последетекторной части приемника; регулировку частоты настройки, обеспечивающую прием сигналов в широком диапазоне частот; регулировку полосы пропускания, которая может производиться в трактах радиочастоты и промежуточной частоты, а также в последетекторной части приемника. Возможны регулировки и ряда других параметров.