Супергетеродинный приемник

Супергетеродинный приемник относится к радиотехнике и может использоваться в радиотехнических системах различного целевого назначения. Достигаемый технический результат - повышение чувствительности и помехоустойчивости приемника путем обеспечения приема полезной информации, содержащейся в одной боковой полосе, и сужения полосы пропускания приемника. Супергетеродинный приемник содержит приемную антенну, входную цепь, усилитель радиочастоты, смеситель, гетеродин, два фильтра нижних частот, два фильтра верхних частот, два измерителя отношения сигнал/шум, электронный коммутатор, усилитель промежуточной частоты, детектор, усилитель частоты модуляции, оконечное устройство, схему АРУ. 3 ил.

 

Предлагаемый приемник относится к радиотехнике и может использоваться в радиотехнических системах различного целевого назначения.

Известны супергетеродинные приемники (авт. свид. №№1718695, 1758883, 1785410, 1799226, 1799227; патенты РФ №№1838882, 2001533, 2007046; Радиоприемные устройства. Под ред. А.Г.Зюко. - М.: Связь. 1975, с.8, рис.1.2 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Супергетеродинный приемник» см. (Радиоприемные устройства. Под ред. А.Г.Зюко. - М.: Связь. 1975, с.8, рис.1.2), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный приемник обладает по сравнению с приемниками прямого усиления более высокими характеристиками по чувствительности и избирательности, что, безусловно, является его важнейшими достоинствами. Такого типа приемник может принимать сигналы с различными видами модуляции, в частности с амплитудной модуляцией. Мгновенное значение напряжения простейшего сигнала с амплитудной модуляцией можно записать в следующем виде:

u=U_mc[1+mCos(Ωt+ϕ)]Cosω_ct,

где U_mc - амплитуда напряжения несущего колебания;

Ω - частота модуляции;

m - коэффициент модуляции;

ϕ - начальная фаза частоты модуляции;

ω_с - несущая частота сигнала.

При модуляции несущей одной частотой Ω в спектре сигнала имеются три спектральные составляющие, которые можно получить, раскрыв вышеприведенное выражение U=U_mcCosω_ct+1/2mU_mcCos[ω_c-Ω)t-ϕ]+1/2mU_mcCos[ω_c+Ω)t+ϕ].

Ширина спектра Δω_сп простейшего амплитудно-модулированного сигнала (АМС) равна удвоенной частоте модуляции, т.е Δω_сп=2Ω.

В случае модуляции несущей сигнала сложным колебанием, имеющим в своем составе частоты модуляции от Ω_min до Ω_max, в спектре АМС существует несущая и две боковые полосы частот: нижняя боковая полоса (НБП) и верхняя боковая полоса (ВБП), содержащие одинаковую информацию. Ширина спектра АМС в этом случае определяется максимальной частотой модуляции, т.е. Δω_сп=2Ω_max.

Полоса пропускания в супергетеродинном приемнике Δω_п выбирается с учетом ширины спектра принимаемого сигнала и она должна удовлетворять условию

Δω_п≥Δω_сп. Полоса пропускания приемника, которая формируется в тракте промежуточной частоты, является его важным параметром, поскольку от нее зависит такая важнейшая характеристика приемника, как его чувствительность. Чем шире полоса пропускания приемника, тем ниже его чувствительность и помехоустойчивость, поскольку в более широкую полосу приемника попадает больше шумов, затрудняющих прием полезного сигнала. Это особенно важно в условиях сложной электромагнитной обстановки и постановки помех.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и помехоустойчивости супергетеродинного приемника при приеме АМС за счет сужения полосы пропускания тракта промежуточной частоты.

Поставленная задача решается тем, что в супергетеродинный приемник, содержащий последовательно соединенные антенну, входную цепь, усилитель радиочастоты и смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, детектор, усилитель частоты модуляции и оконечное устройство, снабжен двумя фильтрами нижних частот (ФНЧ), двумя фильтрами верхних частот (ФВЧ), двумя измерителями отношения сигнал/шум, электронным коммутатором и схемой АРУ, причем к выходу смесителя подключены последовательно включенные первый ФНЧ, граничная частота которого равна значению промежуточной частоты, и первый ФВЧ, граничная частота которого равна разности промежуточной частоты и максимальной частоты модуляции, выход первого ФВЧ соединен с первым сигнальным входом электронного коммутатора и с входом первого измерителя отношения сигнал/шум, выход которого соединен с первым управляющим входом электронного коммутатора, к выходу смесителя подключены также последовательно включенные второй ФНЧ, граничная частота которого равна сумме промежуточной частоты и максимальной частоте модуляции, и второй ФВЧ, граничная частота которого равна промежуточной частоте, выход второго ФВЧ соединен с вторым сигнальным входом электронного коммутатора и с входом второго измерителя отношения сигнал/шум, выход которого соединен с вторым управляющим входом электронного коммутатора, выход которого подключен к входу усилителя промежуточной частоты, выход которого через схему АРУ соединен с вторым входом этого усилителя.

Структурная схема предлагаемого супергетеродинного приемника представлена на фиг.1. Принципиальная схема электронного коммутатора изображена на фиг.2. На фиг.3 представлены спектр АМС на входе приемника и на выходах фильтров верхних частот. Супергетеродинный приемник содержит последовательно включенные приемную антенну 1, входную цепь 2, усилитель 3 радиочастоты и смеситель 4, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5. К выходу смесителя 4 подключены последовательно включенные первый 6 ФНЧ, граничная частота которого равна значению промежуточной частоты, и первый 8 ФВЧ, граничная частота которого равна разности промежуточной частоты и максимальной частоты модуляции. Выход первого 8 ФВЧ соединен с первым сигнальным входом электронного коммутатора 12 и с входом первого 10 измерителя отношения сигнал/шум, выход которого соединен с первым управляющим входом электронного коммутатора 12, к выходу смесителя подключены также последовательно включенные второй 7 ФНЧ, граничная частота которого равна сумме промежуточной частоты и максимальной частоте модуляции, и второй 9 ФВЧ, граничная частота которого равна промежуточной частоте. Выход второго 9 ФВЧ соединен с вторым сигнальным входом электронного коммутатора 12 и с входом второго 11 измерителя отношения сигнал/шум, выход которого соединен с вторым управляющим входом электронного коммутатора 12, выход которого подключен к входу усилителя промежуточной частоты 13. К выходу усилителя 13 промежуточной частоты подключены последовательно соединенные детектор 14, усилитель 15 частоты модуляции и оконечное устройство 16, причем выход усилителя промежуточной частоты 13 через схему АРУ 17 соединен с вторым входом этого усилителя.

Супергетеродинный приемник работает следующим образом. Принятый сигнал с амплитудной модуляцией с выхода приемной антенны 1 через входную цепь 2 поступает на усилитель 3 радиочастоты, где происходит его усиление. Усиленный сигнал со средней частотой ω_с с выхода усилителя 3 радиочастоты подается на вход смесителя 4, на второй вход которого с гетеродина подается напряжение с частотой ω_г. В результате этого преобразования спектр с частоты сигнала ω_с переносится на промежуточную частоту ω_пр с сохранением закона модуляции (см. Фиг.3а). При нижней настройке частоты гетеродина ω_г промежуточная частота ω_пр равна разности частот сигнала и гетеродина, т.е. ω_пр=ω_c-ω_г. С выхода смесителя сигнал подается на вход первого 6 ФНЧ, граничная частота ω_фнч1 которого выбирается равной промежуточной частоте ω_пр. На выход фильтра 6 пройдет промежуточная ω_пр и все спектральные составляющие, частоты которых меньше промежуточной частоты. Далее они подаются на вход первого 8 ФВЧ, граничная частота которого ω_фвч1 равна разности промежуточной частоты и максимальной частоты модуляции, т.е.

(ω)_фвч1=ω_пр-Ω_max. В результате на выходе фильтра 8 выделяется спектральная составляющая на промежуточной частоте и нижняя боковая полоса (см.Фиг 3б). Аналогично, с выхода смесителя 4 сигнал подается на вход второго 7 ФНЧ, граничная частота ω_фнч2 которого выбирается равной сумме промежуточной частоты ω_пр и максимальной частоте модуляции, т.е. ω_фнч2=ω_пр+Ω_max. С выхода фильтра 7 отфильтрованный сигнал подается на вход второго 9 ФВЧ, граничная частота ω_фвч2 которого выбирается равной промежуточной частоте ω_пр. На выход фильтра 9 пройдет промежуточная ω_пр и все спектральные составляющие, частоты которых больше промежуточной частоты. В результате на выходе фильтра 9 выделяется спектральная составляющая на промежуточной частоте и верхняя боковая полоса (см. Фиг 3в). С выходов первого 8 и второго 9 ФВЧ сигналы поступают соответственно на входы первого 10 и второго 11 измерителей отношения сигнал/шум, а также на первый и второй сигнальные входы электронного коммутатора 12. На выходе измерителей 10 и 11 отношений сигнал/шум вырабатываются управляющие напряжения, пропорциональные отношениям сигнал/шум в нижней и верхней боковых полосах АМС, которые подаются соответственно на первый и второй управляющие входы электронного коммутатора 12. Электронный коммутатор 12 в соответствии с управляющими напряжениями, поступающими на его первый и второй управляющие входы, обеспечивает прохождение на его выход сигналов нижней или верхней боковых полос, с большим отношением сигнал/шум. В зависимости от электромагнитной обстановки это может быть сигнал или нижней или верхней боковых полос, каждая из которых содержит одинаковую информацию АМС. Сигнал НБП или ВБП с выхода электронного коммутатора 12 подается на усилитель 13 промежуточной частоты, полоса пропускания которого выбирается равной только максимальной частоте модуляции Ω_max. После усиления сигнала усилителем 13 промежуточной частоты осуществляется детектирование сигнала детектором 14 и усиление низкочастотного сигнала в усилителе 15 частоты модуляции, после чего низкочастотный сигнал, содержащий полезную информацию, регистрируется оконечным устройством 16. Сигнал на промежуточной частоте с выхода усилителя 12 промежуточной частоты поступает на схему 17АРУ, на выходе которой вырабатывается управляющее напряжение U_упp, которое подается на второй вход усилителя промежуточной частоты, обеспечивая необходимую регулировку его коэффициента усиления.

Электронный коммутатор 12 имеет два сигнальных входа 1_с и 2_с, на которые поступают соответственно сигналы с выходов ФВЧ 8 и 9, и два сигнальных выхода, которые после объединения подключаются к входу усилится 13 промежуточной частоты, два управляющих входа 1_упр и 2_упр, на которые подаются управляющие напряжения соответственно с выходов измерителей 10 и 11 отношения сигнал/шум. Конденсаторы 28-31 являются разделительными. Резисторы 22-25 уменьшают влияние разброса параметров диодов 18-21 при их замене. Резисторы 26 и 27 образуют делитель для получения напряжения, прикладываемого к диодам. В исходном состоянии диоды 18-21 подзаперты положительным напряжением, которое снимается с резистора 26 и прикладывается к катодам диодов. Управляющее напряжение, поступающее на управляющие входы электронного коммутатора 12, должно быть положительной полярности.

Электронный коммутатор 12 работает следующим образом. Если отношение сигнал/шум НБП больше отношения сигнал/шум ВБП, то управляющее напряжение U_упр.1 на входе 1_упр по величине превосходит управляющее напряжение U_урп.2 на входе 2_упр. В этом случае диоды 18 и 19 открываются, а диоды 20 и 21 дополнительно подзапираются. Открытые диоды 18 и 19 пропускают сигнал НБП на вход усилителя 13 промежуточной частоты. И, наоборот, если отношение сигнал/шум верхней боковой полосы больше отношения сигнал/шум нижней боковой полосы, то диоды 20 и 21 открываются, а диоды 18 и 19 подзапираются. Следовательно, на вход усилителя 13 будет поступать сигнал ВВП.

Таким образом, предлагаемый супергетеродинный приемник по сравнению с прототипом имеет полосу пропускания в два раза меньшую, что повышает чувствительность приемника и обеспечивает его более высокую помехоустойчивость, что особенно важно в условиях сложной электромагнитной обстановки и постановки помех. Это достигается за счет обеспечения приема полезной информации только по одной боковой полосе. Анализ отношения сигнал/шум в двух независимых боковых полосах и автоматический выбор наибольшего из них позволяет автоматически подключать к входу усилителя промежуточной частоты ту полосу, в которой в данный момент времени будет максимальное отношение сигнал/шум.

Супергетеродинный приемник, содержащий последовательно соединенные антенну, входную цепь, усилитель радиочастоты и смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, детектор, усилитель частоты модуляции и оконечное устройство, снабжен двумя фильтрами нижних частот, двумя фильтрами верхних частот, двумя измерителями отношения сигнал/шум, электронным коммутатором и схемой АРУ, причем к выходу смесителя подключены последовательно включенные первый ФНЧ, граничная частота которого равна значению промежуточной частоты и первый ФВЧ, граничная частота которого равна разности промежуточной частоты и максимальной частоты модуляции, выход первого ФВЧ соединен с первым сигнальным входом электронного коммутатора и с входом первого измерителя отношения сигнал/шум, выход которого соединен с первым управляющим входом электронного коммутатора, к выходу смесителя подключены также последовательно включенные второй ФНЧ, граничная частота которого равна сумме промежуточной частоты и максимальной частоте модуляции, и второй ФВЧ, граничная частота которого равна промежуточной частоте, выход второго ФВЧ соединен с вторым сигнальным входом электронного коммутатора и с входом второго измерителя отношения сигнал/шум, выход которого соединен с вторым управляющим входом электронного коммутатора, а его выход подключен к входу усилителя промежуточной частоты, выход которого через схему АРУ соединен с вторым входом этого усилителя.