Как найти частоту гетеродина

Расчет гетеродина
приемника включает в себя следующее.

Определение
структуры контура гетеродина и параметров
его элементов, исходя из требуемой
точности сопряжения настроек гетеродина
и преселектора (п.7.1).

Подбор температурных
коэффициентов емкостей дополнительных
конденсаторов, включенных в контур
гетеродина, для обеспечения температурной
стабильности его частоты (п.7.2).

Расчет автогенератора,
являющегося источником напряжения
гетеродина для преобразователя частоты.

Расчет автогенератора
на транзисторах, входящих в ИМС К174ПС1,
приведен в п.7.3.

В общем случае
автогенератор может быть выполнен на
отдельном транзисторе. Его расчет может
быть произведен по любой из существующих
методик. Один из вариантов расчета,
ориентированный на термостабилизацию
параметров транзистора [18], приведен в
п.7.4.

При выборе связи
автогенератора с ИМС преобразователя
исходят из подаваемого на выводы 11 и 13
ИМС К174ПС1 напряжения гетеродина.
Ориентировочное значение этого напряжения
20…50 мВ.

7.1. Расчет сопряжения настроек гетеродина и преселектора

7.1.1. Задачи расчета

Параметры элементов
колебательного контура гетеродина при
известных параметрах контура преселектора
выбирают из соображений обеспечения
сопряжения настроек гетеродина и
преселектора с допустимой погрешностью.

Контур гетеродина
перестраивается в диапазоне частот от

f_Г
МИН = f_МИН
+ f_ПЧ
до f_Г
МАКС = f_МАКС
+ f_ПЧ ,

где f_МИН
и f_МАКС
—
крайние частоты настройки преселектора
с учетом запаса по перекрытию. Контур
гетеродина имеет коэффициент перекрытия
по частоте

K_ДГ
= f_{Г МАКС}
/ f_{Г МИН}
,

отличающийся от
коэффициента перекрытия по частоте
контура преселектора

K_Д
= f_МАКС
/ f_МИН
,

что и вызывает
погрешность сопряжения при одноручечной
настройке.

Погрешность
сопряжения определяется выражением

f_СОПР
= f_СОПР
/ f_0
ПРЕС
= | f_Г
—
f_0
ПРЕС
—
f_ПЧ |
/ f_0
ПРЕС
,

где f_0
ПРЕС
—
частота настройки преселектора,
изменяющаяся от f_МИН
до f_МАКС.
Значительная погрешность сопряжения
приводит к различию частот настройки
преселектора и приемника в целом, в
результате чего ухудшается чувствительность
и избирательность приемника.

Задача состоит в
определении числа и частот точного
сопряжения, максимальной в диапазоне
частот погрешности сопряжения, структуры
и параметров контура гетеродина. При
использовании идентичных элементов
настройки в преселекторе и гетеродине
точное сопряжение можно получить только
в одной, двух и трех точках диапазона,
как показано на рис.7.1.

7.1.2. Выбор числа точек точного сопряжения

Число точек точного
сопряжения определяется значением
коэффициента перекрытия по частоте
рассчитываемого диапазона K_Д.

При K_Д
<
1.1 достаточно одной точки точного
сопряжения, частота которой рассчитывается
по формуле, приведенной на рис.7.1; при
1.1 <
K_Д
<
1.7 необходимы две точки, при K_Д
> 1.7 —
три точки точного сопряжения. Формулы
для их расчета также приведены на
рис.7.1.

При условии
равенства абсолютных погрешностей
сопряжения в худших точках диапазона
максимальная относительная погрешность
сопряжения рассчитывается следующим
образом:

—
при одной точке точного сопряжения

ч

,

—
при двух точках точного сопряжения

ч

,

—
при трех точках f_{СОПР
МАКС}
определяется по номограмме рис.7.2 и
зависит от отношения f_ПЧ
/ f_МАКС.
На крайней левой оси отмечают значение
коэффициента перекрытия диапазона K_Д,
на крайней правой оси —
f_ПЧ
/ f_МАКС,
соединяют эти точки прямой линией и в
точке ее пересечения со средней осью
считывают f_{СОПР
МАКС},%.

f

f_Гf_{Г МАКС}

f_Гf_Г

f_Г
ЖЕЛ

f_{Г ЖЕЛ}f_МАКСf_{Г ЖЕЛ}

f₃

f₂

f_Г
МИНf₁f_ПРЕСf₂

f_ПРЕС

f_ПРЕСf₁f₁

f_МИН

K_Д
< 1.1 1.1 <
K_Д
<
1.7 K_Д
>
1.7

Рис.7.1

Полученные значения
f_{СОПР
МАКС} не
должны превышать допустимых:

f_{СОПР
ДОП} = 0.25
F_ПРЕС
/ f_МАКС
,

гдеF_ПРЕС
—
полоса пропускания преселектора при
f_МАКС
(см. п.5.4).

Соседние файлы в папке Лекции Павловой

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

• 6 месяцев спустя…

Гетеродином (задающим генератором) в приёмнике (передатчике) в большинстве случаев называется генератор сигналов, который определяет частоту приёма. Хотя его роль называют вспомогательной, на качество работы приёмного или передающего устройства он оказывает весьма существенное влияние.

Назначение гетеродина и принцип гетеродинного приёма

На заре радиоприёма при построении схем приёмников обходились без гетеродинов. Выделенный входным колебательным контуром сигнал усиливался, а после детектировался и подавался на усилитель низкой частоты. С развитием схемотехники возникла проблема построения усилителя радиочастоты с большим коэффициентом усиления.

Для перекрытия большого диапазона он выполнялся с широкой полосой пропускания, что делало его склонным к самовозбуждению. Переключаемые усилители получались слишком сложными и громоздкими.

Все изменилось с изобретением гетеродинного приёма. Сигнал с перестраиваемого (или фиксированного) генератора подается на смеситель. На другой вход смесителя подается принимаемый сигнал, а на выходе получается огромное количество комбинационных частот, представляющих собой суммы и разности частот гетеродина и принимаемого сигнала в различных сочетаниях. Практическое применение обычно имеют две частоты:

• fгетеродина-fсигнала;
• fсигнала- fгетеродина.

Эти частоты называются зеркальными по отношению друг к другу. Приём ведется на одном канале, второй отфильтровывается входными цепями приёмника. Разность называется промежуточной частотой (ПЧ), её значение выбирается при проектировании приёмного или передающего устройства. Остальные комбинационные частоты отфильтровываются фильтром промежуточной частоты.

Для промышленной аппаратуры существуют стандарты для выбора значения ПЧ. В любительской аппаратуре эта частота выбирается из разных условий, включая наличие комплектующих для построения узкополосного фильтра.

Выделенная фильтром промежуточная частота усиливается в усилителе ПЧ. Так как эта частота фиксирована, а полоса пропускания невелика (для передачи голосовой информации вполне достаточно 2,5…3 кГц), усилитель для неё легко выполнить узкополосным с большим коэффициентом усиления.

Существуют схемы, где используется суммарная частота – fсигнала+ fгетеродина. Такие схемы называются схемами с «преобразованием вверх». Такой принцип упрощает построение входных цепей приёмника.

Существует и техника прямого преобразования (не путать с прямым усилением!), при которой приём ведется почти на частоте гетеродина. Такая схемотехника отличается простотой конструкции и настройки, но у аппаратуры прямого преобразования есть врожденные недостатки, заметно ухудшающие качество работы.

В передатчике также применяются гетеродины. Они выполняют обратную функцию – переносят низкочастотный промодулированный сигнал на частоту передачи. В связной аппаратуре может быть несколько гетеродинов. Так, если применяется схема с двумя или более преобразованиями частоты, в ней используются, соответственно, два и более гетеродинов. Также в схеме могут присутствовать гетеродины, выполняющие дополнительные функции – восстановление подавленной при передаче несущей, формирование телеграфных посылок и т.п.

Мощность гетеродина в приёмнике невелика. Несколько милливатт в большинстве случаев достаточно для любых задач. Но сигнал гетеродина, если позволяет схемотехника приёмника, может просачиваться в антенну, и его можно принять на расстоянии нескольких метров.

Среди радиолюбителей имеет хождение байка, что во времена запрета прослушивания западных радиостанций представители спецслужб ходили по подъездам домов с приёмниками, настроенными на частоты «вражьих голосов» (с поправкой на промежуточную частоту). По наличию сигналов якобы можно было определить, кто слушает запрещенные передачи.

Требования к параметрам гетеродина

Основное требование к сигналу гетеродина – спектральная чистота. Если гетеродин вырабатывает напряжение, отличное от синусоиды, то в смесителе возникают дополнительные комбинационные частоты. Если они попадают в полосу прозрачности входных фильтров, это приводит к дополнительным каналам приёма, а также к появлению «поражённых точек» — на некоторых частотах приёма возникает свист, мешающий принимать полезный сигнал.

Другое требование – стабильность уровня выходного сигнала и его частоты. Второе особенно важно при обработке сигналов с подавленной несущей (SSB (ОБП), DSB (ДБП) и т.п.) Неизменность выходного уровня получить несложно применением стабилизаторов напряжения для питания задающих генераторов и правильным выбором режима активного элемента (транзистора).

Постоянство частоты зависит от стабильности задающих частотных элементов (ёмкости и индуктивности колебательного контура), а также от неизменности ёмкости монтажа. Нестабильность LC-элементов определяется, большей частью, изменяющейся во время работы гетеродина температурой. Для стабилизации компонентов контура их помещают в термостаты, а также применяют специальные меры для температурной компенсации уходов значений ёмкости и индуктивности. Катушки индуктивности обычно стараются сделать полностью термостабильными.

Для этого применятся специальные конструкции – катушки мотают с сильным натяжением провода, витки заливают компаундом, чтобы исключить сдвиг витков, провод вжигают в керамический каркас и т.п.

Для уменьшения влияния температуры на ёмкость задающего конденсатора его составляют из двух или более элементов, подбирая их с различными значениями и знаками температурного коэффициента ёмкости так, чтобы они взаимно компенсировались при нагреве или охлаждении.

Из-за проблем с термостабильностью не получили большого распространения гетеродины с электронным управлением, где в качестве ёмкости используется варикапы. Их зависимость от нагрева носит нелинейный характер, и скомпенсировать её очень сложно. Поэтому варикапы применяют только в качестве элементов расстройки.

Ёмкость монтажа складывается с ёмкостью задающего конденсатора, и её нестабильность также приводит к уходу частоты. Чтобы избежать нестабильности монтажа, все элементы гетеродина надо монтировать очень жестко, чтобы избежать даже минимальных сдвигов друг относительно друга.

Настоящим прорывом в построении задающих генераторов явилась разработка в 30-х годах прошлого столетия технологии порошкового литья в Германии. Это позволило изготавливать сложные трехмерные формы для узлов радиоаппаратуры, что дало возможность достигнуть невиданной на тот момент жёсткости монтажа. Это позволило вывести надежность систем радиосвязи вермахта на новый уровень.

Если гетеродин неперестраиваемый, частотозадающим элементом обычно служит кварцевый резонатор. Это позволяет получить чрезвычайно высокую стабильность генерации.

В последние годы наметилась тенденция перехода в применении в качестве гетеродинов вместо LC-генераторов цифровых синтезаторов частоты. Стабильность выходного напряжения и частоты в них достигается легко, а вот спектральная чистота оставляет желать лучшего, особенно если сигнал генерируется с помощью недорогих микросхем.

На сегодняшний день на смену старым технологиям радиоприёма приходят новые, такие как DDC – прямая оцифровка. Не за горами время, когда гетеродины в приёмной аппаратуре исчезнут как класс. Но это наступит не так скоро, поэтому знания о гетеродинах и принципах гетеродинного приёма будут востребованы ещё долго.