Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

Сайт "Cner"

Среда, 30.09.2020
Главная » Статьи » Другие статьи » Статьи из литературы

Техника прямого преобразования ждёт экспериментаторов

В последние годы радиолюбители, работающие на КВ диапазонах, в основном используют телеграф (CW) и однополосную модуляцию (SSB). Приём осуществляется, как правило, на приёмниках супергетеродинного типа с промежуточным преобразованием частоты. Однако существует и другой метод приёма CW и SSB сигналов, незаслуженно забытый из-за широкого распространения в своё время амплитудной модуляции и некоторых технических трудностей, которые легко могут быть устранены в транзисторных усилителях. Это метод прямого преобразования сигналов в приёмниках.

Направление это в технике преобразования сигналов только начинает развиваться, и будущее его, вероятно, мы не в состоянии в полной мере оценить. Во всяком случае несомненно, что здесь открывается благодатное поле деятельности для коротковолновиков-конструкторов.


                                   
Рис.1; а-блок-схема приёмника прямого преобразования; б-блок-схема приёмника прямого преобразования с усилителем ВЧ; в-блок-схема трансивера прямого преобразования; Г-гетеродин; БСД-балансный смесительный детектор; ФНЧ-фильтр нижних частот; УНЧ-усилитель низкой частоты; УВЧ-усилитель высокой частоты.

Структурная схема приёмника прямого преобразования показана на рис. 1, а. Он состоит из балансного смесительного детектора (БСД), фильтра нижних частот (ФНЧ), усилителя низких частот (УНЧ) и гетеродина (Г). Как видно, подобный приёмник элементарно прост. И принцип его работы следующий: радиосигналы попадают в смесительный детектор, на выходе которого образуется широкий спектр низкой частоты, из которого выделяются при помощи ФНЧ нужные сигналы. Затем они усиливаются УНЧ.

Поскольку в полосу пропускания ФНЧ попадают сигналы, частоты которых лежат как выше, так и ниже частоты гетеродина, то образуется низкочастотный зеркальный канал. То есть фактическая полоса пропускания приёмника имеет двукратную ширину полосы ФНЧ. Этот недостаток приёмников прямого преобразования может быть устранён путём применения фазовой компенсации сигналов, о чём будет сказано дальше.

Смесительный детектор принципиально ничем не отличается от обычного смесителя, и чувствительность его может быть очень высока - порядка микровольт. Поэтому всё усиление осуществляется на НЧ. Это очень ценное свойство приёмника прямого преобразования, так как, используя усилитель НЧ, выполненный на транзисторах, а тем более на интегральных схемах, можно построить малогабаритный и простой приёмник.

Смесительный детектор обязательно должен быть балансным в отношении входного сигнала. В этом случае отсутствует перекрёстная модуляция. Чтобы исключить излучение сигнала гетеродина в эфир, смеситель должен быть балансным и в отношении сигнала гетеродина. А для того, чтобы не возникла перекрёстная модуляция в усилителе НЧ, фильтр следует подключать непосредственно после смесительного детектора.

Применение усилителя высокой частоты (УВЧ), как это показано на рис. 1, б, имеет как положительные, так и отрицательные стороны. С точки зрения устранения перекрёстной модуляции целесообразно работать на возможно низком уровне сигнала в смесительном детекторе, то есть без усилителя ВЧ. С другой стороны, применение его повышает чувствительность приёмника и позволяет в смесительном детекторе использовать обычные элементы, доступные широким массам радиолюбителей. Кроме того, применение усилителя ВЧ гарантирует хорошую развязку гетеродина с антенной. Поэтому, использование линейных усилителей ВЧ с умеренным умеренным коэффициентом усиления будет наиболее рациональным.

Какие же ещё требования должны быть соблюдены в приёмнике прямого преобразования? Нужно прежде всего добиваться максимального коэффициента преобразования самого смесительного детектора. Поэтому из простых преобразователей, вероятно, самым подходящим является кольцевой балансный модулятор. обладающий максимальным для пассивных элементов коэффициентом преобразования Кп<3,9 дБ.

Сигнал гетеродина не должен содержать гармоник, которые обусловливали бы ложный приём сигналов на частотах гармоник. С этой точки зрения желательно применение предварительной, хотя бы грубой, фильтрации сигналов, подаваемых на смесительный детектор. Недопустима паразитная амплитудная модуляция, например фоном переменного тока сигнала гетеродина, так как при этом принимаемый сигнал тоже окажется модулированным. Конструкция гетеродина должна быть такова, чтобы отсутствовали наводки на смесительный детектор. Сильный сигнал гетеродина ухудшает работу смесительного детектора и увеличивает шумы преобразования.

В итоге можно сказать, что достоинством приёмника прямого преобразования является исключительная простота его, при высокой чувствительности (1 - 10 мкВ) и селективности. Крутизна ската эквивалентной частотной характеристики составляет практически до 50 дБ/кГц, при относительно несложных ФНЧ. Второе его преимущество - простота настройки: требуется настройка на рабочий диапазон только гетеродина, что легко осуществляется, например, гетеродинным индикатором резонанса в домашних условиях. Кроме того, приёмник прямого преобразования отличает высокая стабильность работы. Гетеродин может работать лишь на одном самом низкочастотном диапазоне. Все же остальные любительские диапазоны могут быть получены умножением рабочей частоты гетеродина.

Так как усиление в таком приёмнике обеспечивается на низкой частоте,  в нём могут быть применены самые экономные и малогабаритные усилители на интегральных схемах. Это весьма заманчивая перспектива, особенно для "лисоловов" (правда, тогда "лисы" не должны работать АМ). Последним достоинством приёмника прямого преобразования является то, что у него отсутствует высокочастотный зеркальный канал, и он имеет минимум комбинационных помех. Это, кстати, обычный недостаток профессиональных приёмников с многократным преобразованием.

Однако существуют, конечно. у подобных приёмников и недостатки. Прежде всего - это наличие низкочастотного зеркального канала, непосредственно примыкающего к частоте гетеродина. Второй недостаток заключается в том, что усилитель НЧ с коэффициентом усиления 10^7 - 10^11 является весьма критичным как в отношении наводок фона переменного тока, так и устойчивости работы. Однако в усилителях, выполненных на транзисторах, первая трудность легко устраняется. Даже в сетевом ламповом приёмнике целесообразно построить хотя бы первый каскад усилителя ПЧ на транзисторах, что весьма просто решает вопрос подавления фона. А применение гибридной схемы обеспечивает максимальное усиление при минимальном числе усилительных элементов. Это повышает устойчивость работы усилителя НЧ.

В итоге можно сказать, что приёмник прямого преобразования намного проще супергетеродинного и представляет особый интерес для начинающих радиолюбителей.

На наш взгляд дальнейшее усовершенствование отдельных приёмников прямого преобразования не имеет смысла. Более перспективным является конструирование трансиверов. Здесь могут быть достигнуты очень хорошие результаты, правда за счёт усложнения схемы. Блок-схема трансивера прямого преобразования изображена на рис. 1,в. Сопряженность каналов приёма и передачи в нём намного облегчает работу, а сам он остается очень простым.

Методы фазовой компенсации и прямого преобразования прекрасно дополняют друг друга. При этом можно одним комплектом фазовращателей получить SSB сигнал при передаче и устранить низкочастотный зеркальный канал при приёме. Блок-схема подобного фазового трансивера прямого преобразования показана на рис.2. Его данные (для диапазона 80 метров): подводимая мощность передатчика - 10 Вт; нестабильность частоты - не более 10 гц/мин; отличие частот передачи и приёма - не более 1 кГц; уровень сигнала гетеродина на входе приёмника - не более 200 мкВ; номинальная чувствительность приёмника - 5 мкВ; реальная чувствительность приёмника (с учётом перекрёстных помех) - 50 мкВ; полоса пропускания - 2 х 1,6 кГц; подавление помех по соседнему каналу (+/- 5 кГц) - 50 дБ; подавление помех при расстройке на +/- 1 мГц - 55 дБ.


                             
Рис.2. Блок-схема фазового трансивера прямого преобразования: УВЧ-усилитель высокой частоты; УНЧ-усилитель низкой частоты; БС-балансный смеситель; ФНЧ-фильтр нижних частот; ФД-фильтр диапазонный; ФВ-фазовращатель; ШФВ-широкодиапазонный фазовращатель; ЗДГ-задающий диапазонный генератор; уч-умножитель частоты; VOX-автомат управления голосом; АРУ-автоматический регулятор усиления.

Трансивер содержит общий для приёмника и передатчика задающий генератор ЗДГ (работающий на диапазоне 3,5 мГц); широкополосный фазовращатель ШФВ (0,3 - 3 кГц); умножитель частоты УЧ с диапазонным фильтром ФД и комплект высокочастотных фазовращателей ФВ (один для каждого диапазона). Остальные узлы аппаратуры находят лишь однократное применение. УВЧ обозначен усилитель высокой частоты, управляемый системой автоматического регулятора усиления АРУ. Балансные смесители БС одинаковы как для приёмника, так и для передатчика. Они выполняют соответственно роль балансного смесительного детектора и балансного модулятора. Фильтр нижних частот ФНЧ приёмника имеет переключаемую полосу пропускания 1 кГц для приёма телеграфных и 3 кГц - SSB сигналов. ФНЧ в тракте передатчика имеет постоянную ширину полосы 3 кГц. Система голосового управления VOX  осуществляет необходимые переключения. Остальная часть трансивера содержит лишь усилители низкой частоты УНЧ.

Манипуляция передатчика осуществляется восстановлением несущей при помощи разбаланса БС. По теоретическим расчётам простые мостообразные RC фазовращатели обеспечивают на крайних участках 80-метрового диапазона (3500 и 3650 кГц) фазовую погрешность не более 1,7 электрических градусов, чему соответствует подавление нежелательной боковой полосы около - 30 дБ. В середине диапазона и на всех остальных диапазонах теоретически достигаемое подавление лучше.

Поскольку подобный трансивер не содержит ни одного кварцевого резонатора и высокочастотного фильтра, создание его может быть доступным многим радиолюбителям. Как показала практика, постройка и налаживание фазовых возбудителей весьма несложны, а их эксплуатационная надёжность достаточно высока. Например, фазовый возбудитель радиостанции UR2AO  эксплуатируется более 10 лет.

Однако какие же затруднения могут возникнуть при реализации этой идеи? Первое - достигаемая стабильность задающего диапазонного гетеродина. Из нашего опыта следует. что гетеродин на частоте 3,5 мГц имеет в режиме приёма временную флуктуацию частоты примерно 1 Гц/мин. Это можно считать удовлетворительным. Пока неизвестно, удастся ли сохранить эту стабильность и в режиме передачи. Второе - это стабильность подавления несущей передатчика на высоких частотах. Правда, появление интегральных диодных балансных и мостовых схем может, по-видимому, разрешить этот вопрос. Приведённая блок-схема трансивера, конечно не является единственной. Например, сочетание в конструкциях обоих методов супергетеродинного и прямого преобразования - может дать также весьма интересные результаты.


ЛИТЕРАТУРА

1. У.Хайвард. Прямое преобразование - незаслуженно забытый метод. "QST", 1968, №11.
2. Е.Г.Момот. Проблемы и техника синхронного радиоприёма. Связьиздат, 1960.
3. И.А.Каев, К.И.Егоров. Основы дальней связи. Связьиздат, 1948.
4. С.Бунимович, Л.Яйленко. техника любительской однополосной радиосвязи.-ДОСААФ, 1964.
5. И.А.Черняк, Б.В.Штейн. Однополосная модуляция с помощью фазовых схем.-Связьиздат, 1959.
6. Н.И.Чистяков. Пути и тенденции развития радиоприёмной техники. ж. Радиотехника, 1970, №5.


Об авторах статьи:

В дружной семье советских радиолюбителей почётное место занимают эстонские коротковолновики и ультракоротковолновики. Они не раз завоёвывали победы на всесоюзных и международных соревнованиях, им принадлежат многие наивысшие достижения в УКВ спорте. К плеяде талантливых эстонских радиолюбителей можно отнести имена таких асов эфира, как Э. Лохк (UR2AR), т.Томсон (UR2AO), К.Каллемаа (UR2HL), Э.Кеслер (UR2DZ).

Автор публикуемой  статьи Т.Томсон имеет солидный стаж работы в эфире - 24 года. За это время им проведено около 50 тысяч QSO с радиолюбителями 246 стран мира. Т.Томсон постоянный участник соревнований на коротких и ультракоротких волнах. В 1962 году он занял пятое место во всесоюзных соревнованиях на УКВ, ав 1965 году - во время "Полевого дня" - установил личный рекорд на диапазоне 430 мГц, проведя QSO с UA1DZ, QRH -485 км. Лучшим его достижением на 144 мГц является связь с OK1DE  на расстоянии 1250 км. В Эстонии каждый год сильнейшему коротковолновику присуждается звание "Лучший коротковолновик года". Пока этот титул прочно удерживает Э.Лохк (UR2AR), но всегда его постоянным соперником остаётся Т.Томсон.

Не забывает т.Томсон и об общественной работе: он - председатель квалификационно-дисциплинарной комиссии республиканской ФРС, редактор радиолюбительского раздела информационного бюллетеня "Связь, радио, телевидение" Министерства связи Эстонской ССР.

Томсон недавно защитил кандидатскую диссертацию.

Другой автор статьи - В.Линде (RR2TAS) - известен как большой энтузиаст всевозможных технических нововведений и усовершенствований в спортивной радиоаппаратуре.


Источник публикации: ж. Радио, 1972, №8, с. 10 -11, 14.

Категория: Статьи из литературы | Добавил: cner (20.08.2015)
Просмотров: 2276 | Рейтинг: 5.0/1