Настройка диапазонных радиоприемников

Якутский  колледж связи и энергетики им. П.И. Дудкина 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

На тему: Настройка диапазонных приемников 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: Пономарёв  И.Е.    Проверила: Утагонова Ф.Д.

Группа: ЭСС-41                                                     Оценка:

                                                                                 Дата: 
 

г. Якутск 2011

     Для приема сигнала от требуемой станции необходимо выполнить ряд операций управления: включить аппаратуру, настроить на частоту сигнала, подключить необходимые выходные устройства, скоммутировать соответствующие фильтры, переключить антенны и т.д. Среди названных важной операцией является настройка РПрУ на требуемую рабочую частоту, включающая в себя установку необходимых частот гетеродинов (в профессиональных РПрУ их может быть несколько) и настройку резонансных цепей преселектора приемника на частоту сигнала. Синтезаторы частот позволяют сравнительно легко автоматизировать в приемнике установку частот гетеродинов с очень малым временем срабатывания. Наибольшие трудности вызывает быстрая автоматическая перестройка преселектора приемника, при которой происходят включение нужного поддиапазона и перестройка резонансных цепей. 

     Настройка резонансных цепей  преселектора РПрУ. При построении РПрУ важную роль играет вид элемента, изменяющего частоту настройки его избирательных цепей. Возможные элементы настройки частоты таких цепей РПрУ показаны на рис. 1. На практике используют также сочетания перестраиваемых элементов.

     От  коммутирующих элементов требуются  высокое сопротивление контакта для коммутируемого тока в разомкнутом состоянии и малое сопротивление - в замкнутом, малая проходная емкость между контактами в разомкнутом состоянии на рабочей частоте. Для коммутации в избирательных цепях применяют механические либо электронные коммутирующие элементы. Механические контакты, используемые для коммутации в высокочастотных цепях РПрУ, обладают невысокой надежностью из-за окисления, загрязнения и механического износа; большой паразитной емкостью контактных пар; громоздкостью, а также необходимостью больших усилий при переключении. Устройство управления механическими контактами достаточно сложно, особенно в автоматизированных приемниках. При этом не удается обеспечить малое время настройки. Все это ограничивает использование механических контактов в современных РПрУ.

     Все большее применение для коммутации в высокочастотных цепях приемников находят герконы и полупроводниковые  коммутационные диоды. Геркон представляет собой герметизированный магнитоуправляемый контакт - два плоских лепестка из магнитомягкого сплава, вваренные в противоположные концы стеклянной капсулы. Свободные концы лепестков перекрывают друг друга, контактирующие поверхности лепестков покрыты благородным металлом (золотом, родием), стеклянная капсула заполнена защитным газом или вакуумирована. Если капсулу ввести в магнитное поле, то лепестки намагничиваются и притягиваются друг к другу, при этом контакт замыкается. При ослаблении магнитного поля ниже определенного уровня лепестки размыкаются под действием силы упругости. Магнитное поле создается от помещенной вокруг капсулы электромагнитной катушки управления. Полупроводниковые коммутационные диоды с электронным управлением имеют большое сопротивление, малую емкость при напряжении обратного смещения и малое дифференциальное сопротивление при токе прямого смещения.

     Неперестраиваемый вход и коммутируемые  фильтры. При неперестраиваемом широкополосном преселекторе антенна, УРЧ и ПЧ приемника согласуются между собой с помощью широкополосных трансформаторов. Настройка приемника обеспечивается установкой частот гетеродина, при этом время настройки минимально.

В профессиональных РПрУ ДКМ диапазона широко используется фильтровой способ настройки приемников, при котором весь диапазон перекрывается рядом неперестраиваемых фильтров с запасом по взаимному перекрытию. Коммутируются фильтры цепью управления; число фильтров зависит в основном от требований к избирательности и ограничивается сложностью цепи управления.

     Настройка изменением емкости. При емкостной настройке резонансных цепей используются конденсатор переменной емкости (КПЕ) с воздушным или пленочным диэлектриком, дискретный конденсатор, варикап. Применение КПЕ обусловливается рядом его достоинств, таких как большое перекрытие по емкости, высокая добротность и линейность контура с КПЕ. К недостаткам КПЕ можно отнести большие габариты узла настройки и ограниченное из-за сложности конструкции число синхронно перестраиваемых на высокой частоте контуров, невысокую надежность и, что существенно, значительное время настройки.

     Дискретный  конденсатор представляет собой  магазин конденсаторов постоянной емкости с последовательно-параллельным включением групп. Использованием дискретных конденсаторов вместо КПЕ можно значительно снизить время настройки, которое определяется в основном временем срабатывания схемы управления и коммутирующих элементов. Применяют также сочетание дискретного конденсатора с дискретной катушкой индуктивности. К недостаткам дискретного конденсатора можно отнести ограниченность числа настроек, а также усложнение коммутирующих цепей. Стремятся применять элементы с малыми активными потерями и малой проходной емкостью. Обычно переключение отдельных конденсаторов проводится с помощью герконов или коммутационных полупроводниковых диодов, что позволяет использовать для настройки РПрУ компьютерную технику.

     К достоинствам электронной варикапной настройки можно отнести: малые  габариты и массу; практическую безынерционность изменения емкости варикапа, сводящую к минимуму время настройки; малую мощность источника управляющего напряжения, определяющую экономичность такого способа настройки; сравнительно высокую стабильность параметров варикапа при изменении температуры окружающей среды и нечувствительность к вибрациям; большой реализуемый коэффициент перекрытия емкости. При варикапной настройке сравнительно просто осуществляется увеличение числа одновременно перестраиваемых колебательных контуров.

      Одним из основных недостатков данной настройки является значительная нелинейность варикапа, особенно заметная при сильных сигналах и малых смещениях, что приводит к ухудшению избирательности приемника. Уменьшение нелинейных эффектов достигается увеличением минимального смещения на варикапе и включением в емкостную ветвь контура дополнительного линейного конденсатора, что, однако, снижает коэффициент перекрытия диапазона. От этого недостатка свободно встречно-последовательное включение двух варикапов (рис. 2): благодаря взаимной компенсации четных гармоник тока существенно снижаются нелинейные эффекты. При этом требуется строгая идентичность варикапов. При варикапной настройке необходимо обеспечить высокую стабильность источника управляющего напряжения. 

                       Рис. 2

     Настройка изменением индуктивности. Такая настройка осуществляется вариометром или дискретной катушкой индуктивности. При использовании вариометра в конструкции предусматривается механическое перемещение сердечника внутри каркаса катушки, либо замыкание части витков с помощью токосъемника. Переменная индуктивность обеспечивает достаточно большой коэффициент перекрытия (до 5). Однако при перестройке изменяется добротность катушки, низка температурная стабильность параметров, настроечный механизм конструктивно сложен и имеет большие габариты, ограничено число синхронно перестраиваемых контуров, невысока устойчивость к механическим воздействиям. Использование дискретной катушки индуктивности позволяет применять электронный способ настройки. По свойствам такая настройка аналогична настройке дискретным конденсатором, однако при прочих равных условиях эта система настройки более громоздка.

     Переключение  фильтров ВЦ и поддиапазонов. В приемниках используется в основном два вида настройки резонансных цепей преселектора: фильтровая и фиксированная (в некоторых РПрУ сочетают эти виды настройки). При фильтровой настройке преселектора все сводится к коммутации фильтра, в полосе пропускания которого находится частота принимаемого сигнала. При фиксированной настройке диапазон частот, как правило, разбивается на ряд поддиапазонов и процесс настройки начинается с включения требуемого поддиапазона с последующей настройкой в его пределах избирательных цепей преселектора на частоту сигнала. При этом возможна плавная или дискретная перестройка цепей.

     Переключение  фильтров ВЦ и поддиапазонов в  РПрУ с автоматической настройкой состоит из двух операций: выработки блоком управления сигнала управления для цепи переключения после набора на передней панели приемника значения требуемой частоты принимаемого сигнала, что осуществляют с помощью клавишного поля (тастатуры), либо специальных переключателей; коммутации избирательных цепей или их реактивных элементов. При ручной настройке требуемый поддиапазон коммутируется нажатием (переключением) соответствующего контакта на передней панели приемника.

     Выработка сигнала управления. Для управления автоматическим включением нужного фильтра или поддиапазона с помощью переключателей СЧ приемника целесообразно выбирать частотные границы так, чтобы любой частоте каждого фильтра или поддиапазона соответствовала своя комбинация положений переключателей СЧ. Сигнал управления может вырабатываться устройством, реализованным с помощью двоичных элементов транзисторной логики. При формировании сигналов управления включение каждого фильтра ВЦ или каждого поддиапазона соответствует определенной комбинации положений переключателей СЧ. При этом вырабатываются специальные выходные команды, поступающие на устройство преобразования в стандартные сигналы управления логическими цепями, которые далее в формирователе сигналов включения требуемого фильтра или поддиапазона преобразуются в сигналы управления.

     В качестве пульта управления широко применяется  тастатура, позволяющая быстро набирать нужную для приема частоту. Для контроля набираемой частоты предусматривается  световой индикатор. Набранное на тастатуре число, соответствующее частоте принимаемого сигнала, должно преобразовываться из десятичного в двоичный код и однозначно включать нужный фильтр ВЦ или поддиапазон. Упрощенная структурная схема включения требуемого фильтра ВЦ или поддиапазона (рис. 3) содержит блок записи частоты принимаемого сигнала, блок коммутации (БК) фильтров преселектора (поддиапазонов) и индикатор-дисплей (И). Блок записи частоты содержит тастатуру (Т), преобразователь кода (ПК) и регистры хранения двоичного кода - регистры памяти (РП), позволяющие уменьшить время перестройки. Блок коммутации фильтров вырабатывает сигналы управления. Сигналы, поступающие от пульта дистанционного управления (ДУ), воздействуют на формирователь сигналов управления, минуя тастатуру и преобразователь кода.

Рис. 3 

     Автоматическая  настройка РПрУ. Для РПрУ характерна автоматизация процессов настройки; при этом предусматривается возможность как местного, так и дистанционного управления. Во многих приемниках реализуется программное управление. Цепь автоматической настройки приемника на рабочую частоту должна обеспечить переключение всех необходимых элементов при переходе с одной частоты на другую, а также подстройку этих элементов при воздействии дестабилизирующих факторов для обеспечения требуемой точности. После набора нужного значения частоты на тастатуре в ПК подается специальный управляющий сигнал, свидетельствующий о начале настройки. В процессе настройки выбирается нужный поддиапазон, устанавливаются необходимые частоты гетеродинов и осуществляется перестройка резонансных цепей в пределах выбранного поддиапазона. После окончания настройки вырабатывается специальный сигнал, свидетельствующий о готовности РПрУ к приему.

Большинство систем автоматической настройки РПрУ в зависимости от применяемых способов управления можно разделить на электромеханические, электронные и электронно-электромеханические, или комбинированные. В электромеханических системах обычно используется двигатель, а настройка осуществляется с помощью КПЕ. В электронных системах электромеханические устройства исключены. При этом электронная система настройки может быть реализована на основе аналоговых и цифровых устройств (аналоговая и цифровая электронная настройки). К комбинированным системам можно отнести, например, приемники, в которых управляющее напряжение для варикапов снимается с потенциометра, вращаемого мотором.

     В одной из возможных систем настройки  приемника перестройке подвергаются избирательные цепи преселектора до тех пор, пока промежуточная частота на выходе ФСИ не станет равной номинальной. При этом цепью управления формируется команда, по которой цепь настройки фиксирует требуемые значения настроечных элементов преселектора. Эта система настройки работоспособна только при приеме полезного сигнала. Кроме того, в такой системе в режиме приема отсутствует слежение за сопряжением гетеродина (СЧ) и преселектора, что может привести к изменению основных показателей радиотракта приемника.

Более широкое применение нашли системы  с одновременной перестройкой резонансных  цепей преселектора и гетеродина. Предположим, что в приемнике  использовано двойное преобразование частоты (рис. 4), что

обусловливает наличие в его радиотракте двух преобразователей частоты ( и ). При смене частоты приема цепь управления (ЦУ) включает цепь настройки (ЦН),

обеспечивающую  возвратно-поступательную сопряженную  перестройку резонансных цепей преселектора и гетеродина (Г).

Рис. 4 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Сопряженность перестройки отражена на рисунке  штриховой линией. Напряжение с частотой поступает на ПЧ приемника и на блок преобразования частоты (БПЧ) гетеродина, на который одновременно поступают частоты от СЧ, изменяющиеся в зависимости от значения частоты сигнала. Перестройка гетеродина ведется до тех пор, пока частота напряжения на выходе БПЧ не попадет в полосу пропускания фильтра компенсации (ФК), настроенного на вторую гетеродинную частоту ; при перестройке приемника частота постоянна. Начиная с этого момента происходит переключение РПрУ из режима поиска в режим частотной автоподстройки (цель ЧАПЧ), которая заканчивается, как только уровень сигнала управления с выхода дискриминатора ЧД станет меньше зоны нечувствительности.

     В системе с вспомогательным каналом настройки (рис. 5) предусматривается плавно перестраиваемый вспомогательный генератор переменной частоты (ГПЧ), имитирующий принимаемый сигнал.

Рис. 5 

     Напряжение  с выхода ГПЧ, контуры которого сопряжены  с резонансными контурами преселектора, подается на преобразователь ПЧ_Н канала настройки. Точная настройка обеспечивается при совпадении частоты напряжения с выхода ГПЧ после преобразования в с номинальным значением промежуточной частоты. Напряжение последней с выхода УПЧ канала настройки подается на цепь переключения (ЦП), которая переводит приемник из режима поиска в режим подстройки. Напряжение подстройки снимается с выхода частотного детектора (ЧД), настроенного на промежуточную частоту канала настройки приемника, на выходе ЧД создается напряжение ошибки, обусловливающее дальнейшую работу цепи до точной настройки, при которой ошибка устраняется.

     При точной настройке снимается питание  с ГПЧ и включается основной канал  приема. Наличие вспомогательного канала настройки необязательно, поскольку напряжение от ГПЧ вводится совместно с напряжением первого гетеродина в ПЧ радиотракта приемника, а в качестве канала настройки может использоваться радиотракт. Недостатками такого метода являются сопровождающий настройку сдвиг резонанса из-за погрешности сопряжения между резонансными контурами преселектора и регулируемого генератора, а также ограничения, накладываемые на скорость перестройки контуров генератора и преселектора промежуточной частоты. Устройство с вспомогательным каналом настройки можно реализовать электронным способом.

     Некоторые недостатки устройства с вспомогательным  каналом устраняются при введении в усилительный тракт пилот-сигнала. Однако это может привести к появлению дополнительных помех в настраиваемом приемнике. Устранить данный недостаток можно, использовав кратковременное периодическое включение пилот-сигнала или снизив его энергию ниже уровня собственных шумов УТ, выделяя сигнал на выходе статистическими методами. При методе настройки с использованием пилот-сигнала на вход приемника подается напряжение с частотой принимаемого сигнала, получаемое преобразованием частоты первого гетеродина. Резонансные контуры преселектора перестраиваются до тех пор, пока напряжение на выходе тракта промежуточной частоты радиотракта РПрУ не станет максимальным.

     Возможная структурная схема настройки  с использованием пилот-сигнала показана на рис. 6.

Рис. 6

     Колебания гетеродина с частотой/_г преобразуются в преобразователе канала настройки в пилот-сигнал с частотой принимаемого сигнала. Команда на перестройку подается в цепь переключения (ЦП), которая обеспечивает подачу пилот-сигнала на вход приемника и включение цепи настройки (ЦН), перестраивающей резонансные цепи преселектора. При точной настройке преселектора на принимаемую частоту на выходе тракта промежуточной частоты появляется сигнал, который через ЦП выключает ЦН. Одновременно с входа приемника снимается пилот-сигнал; цепи автоматической настройки блокируются до поступления новой команды на перестройку. Цепь ЦН обеспечивает перестройку преселектора в сторону повышения частоты, что предотвращает его настройку на зеркальную частоту. Однако в таком устройстве отсутствует непрерывное слежение за точностью настройки.

     В устройстве настройки с регулированием по модели одновременно перестраиваются преселектор приемника и его упрощенная модель, на которую подается пилот-сигнал. В качестве такой модели можно использовать резонансный контур, аналогичный контурам преселектора и сопряженный с ними.

     В приемниках все большее применение находит цифровая электронная настройка. После набора на тастатуре требуемого значения принимаемой частоты на выходе блока записи (см. рис. 3) появляется определенная комбинация логических нулей и единиц, по которой специальный блок выработки управляющего напряжения (БУС) вырабатывает сигнал управления для резонансных цепей преселектора. При фильтровой настройке под действием этого сигнала включается требуемый фильтр входного устройства; при плавной или дискретной перестройке резонансных цепей преселектора устанавливается требуемый поддиапазон и подается необходимое напряжение на перестраиваемые элементы. При варикапной настройке БУС вырабатывает напряжение, обеспечивающее требуемые емкости варикапов; при настройке с помощью магазина дискретных конденсаторов БУС вырабатывает сигнал управления для нужной коммутации конденсаторов.

     Другой  блок управления вырабатывает по комбинации логических нулей и единиц на выходе блока записи частоты сигнал управления, который устанавливает нужный коэффициент деления делителя в цепях ФАПЧ СЧ. При этом на выходе синтезатора устанавливаются напряжения гетеродинов с требуемыми частотами. Частота высвечивается на цифровом индикаторе. В отличие от аналоговых цифровые индикаторы частоты обладают высокими точностью и быстродействием измерения частоты; результаты измерения частоты в цифровом индикаторе представляются в форме, удобной для ее дальнейшей обработки. 

Литература:

О.В. Головин -  «Радиоприемные устройства» 1997г.