> Техника, страница 83 > Супергетеродинный прием

Супергетеродинный прием

Супергетеродинный прием, Метод приема радиосигналов, при котором применяется трансформация начальной (основной) частоты этих сигналов /₀ в промежуточную частоту /_и, причем f_n хотя и ниже /₀, но лежит в пределах радиочастот. Принятые антенной и начальными контурами приемника колебания частоты f₀ комбинируются с колебаниями частоты Д от местного гетеродина H_t(фигура 1), и получающиеся биения (смотрите) детектируются в первом детекторе В_г, после к-рого

Фигура 1.

фильтр К^выделяет колебания разностной (промежуточной) частоты f_n так, что должен быть соблюдено условие: f_n= ft~fo · В дальнейшей части устройства колебания частоты f_n усиливаются Р и вторично детектируются П₂, а при незатухающих сигналах предварительно комбинируются с колебаниями второго гетеродина Н₂. Затем в форме сигналов низкой частоты они обычно снова усиливаются в В, после чего действуют на воспринимающие аппараты S [телефоны, громкоговорители, реле пишущего приема (смотрите) и т. д.]. Принципиальный состав супергетеродинного приемника дан на фигуре 1*

а более подробная схема—на фигура 2. Перед первым детектором нередко применяется предварительное усиление на частоте /₀ №>> Ф^иг· 2).

Трансформация частоты, кроме С. п., применяется также при гетеродинном приеме (смотрите) и при инфрадинном приеме (смотрите), с к-рыми С. п. принципиально однороден. Однако в отличие от первого С. п. пригоден и для телеграфной и для телефонной связи, от второго же он отличается лишь тем, что при С. п. применяется понижение частоты и в дальнейшем— использование разностной частоты биений, в то время как при инфрадинном приеме /_пвсегда выше/₀ и далее используется суммарная частота биений. Самая трансформация частоты при помощи гетеродина подобна детектированию модулированного сигнала. Колебания гетеродина Е_г sin ω₂ί, обычно более сильные, играют роль несущего колебания, а принимаемый сигнал e₀sin co₀t соответствует одной боковой _βволне (вторая отсутствует). Допуская для простоты, что детектирование происходит по квад-ратич. закону, находим, что после первого детектора ток пропорционален следующей величине:

. (Е_г sin (o₂t + е₀ sin co₀t)²=Е sin² <o₂t 4-

-f- el sin² co₀t + 2Е_ге₀ sin co₂t sin a>_Qi =

= I (Щ + e₀)^s - (^Ei cos 2o)₂i + e₀ cos 2ω₀ί) -

— Е_гео cos (ω₂ + ω₀) t + Е_ге₀ cos (ω₂ — ω₀) t.

Последний член и дает промежуточную частоту, причем одинаково допустимо, чтобы со₂== 2nf_% ^=2π/₀, то есть чтобы f_% - f₀=f_n или /₀ -

— Д=f_n. Это значит, что для гетеродина возможны две настройки, дающие почти одинаковый эффект приема. Из совокупности колебаний, указываемых ур-ием, после детектирования промежуточная частота f_n выделяется фильтром F, состоящим обычно из двух связанных контуров. Допустимы как более сложные формы фильтра, так и применение лишь одного контура, настроенного на /_п. Дальнейшее от-фильтровывание и одновременно усиление частоты f_n происходят в усилителе промежуточной частоты Р. При приеме модулированного сигнала вместо начального колебания e₀sin a>₀t имеются и боковые частоты (смотрите), которые также трансформируются при помощи первого гетеродина. Получается полоса колебаний вокруг частоты /_п, не отличающаяся от обычного модулированного колебания, т. к. относительная сила составных колебаний и разность их частот сохраняются без изменения.

Следует учитывать, что детекторная характеристика (в частности для Πχ) имеет параболич. (квадратический) вид лишь в нижнем участке, т,^. для слабых колебаний, далее обычно идет прямолинейная часть. В последней кпд при детектировании достигает максимума, и оно происходит без искажения сигнала. Поэтому мощность колебаний гетеродина Н_х и его связь с детектором В_г подбираются так, чтобы детектирование происходило на прямолинейном участке детекторной характеристики Ώ_λ. Что касается наивыгоднейшего соотношения между амплитудой принимаемых сигналов и таковой же местного гетеродина, то на основании данных теории f¹] и измерений [²,³] м. б. даны следующие выводы. 1) При анодном детектировании и большинстве случаев сеточного величина результирующего колебайия (промежуточной частоты) прямо пропорциональна амплитуде принимаемых колебаний, если местные колебания имеют оптимальную величину. 2) В свою очередь амплитуда местных колебаний для наилучшего гетеродинирования должен быть равна абсциссе той точки характеристики (средний анодный ток г_а как функция приложенной к сетке синусоидальной эдс е), которая имеет наибольшую крутизну. Если обозначить значение силы тока промежуточной частоты, получающейся в том случае, когда амплитуда местного колебания равна таковой же принимаемого колебания, через А₀, а амплитуду тока промежуточной частоты при оптимальном гетеродинировании через А_тт., то из общей ф-лы еле-

дует: при е= 0,1 У,%^=21; при е= 0,005 У,=420 и при е=0,0002=10 500,т.е.

Aq -Я-0

выгоды оптимального гетеродинирования особенно сказываются при малых величинах принимаемых сигналов.

Из методов выпрямления обыкновенный способ сеточного детектирования обычно не под ходит для С. п., т. к. кпд его зависит от сопротивления гриб лика (смотрите) для модулирующей частоты и значительно уменьшается при высокой вторичной частоте (в данном случае /_п). Анодноё детектирование, менее чувствительное при слабых сигналах, дает при больших амплитудах несущего колебания кпд не меньше сеточного, при этом результаты его м. б. удовлетворительны для любой модулирующей частоты. Поэтому в первом детекторе при С. п. не следует применять обычной формы сеточного Детектирования, но нормальным является метод анодного детектирования. При этом колебания, подаваемые от гетеродина, должен быть достаточной амплитуды, а именно порядка 2—4 V. Соответственно сеточное смещение D_x берется порядка 4—6 V. В качестве первого детектора рационально применять экранированную лампу, т. к. он работает одновременно как усилитель высокой частоты, а первый контур фильтра F, включенный в анодную цепь лампы, можно взять с достаточно большим резонансным сопротивлением для частоты f_n.

После трансформации частоты дальнейшая часть супергетеродинного приемника Р, В, S не отличается по существу от нормального приемника, но выполнена на постоянную основную частоту /_п. Величина последней выбирается на практике в зависимости от диапазона основных частот. Как правило берут /_п=0,1-4-0,01 /₀; в радиовещательных приемниках f_n—порядка 100—50 kHz; по америк. практике /_п= 175 kHz; для ультракоротких волн f_n=1 500-Г-600 kHz. Принципиально возможно применение супергетеродинного преобразования частоты не один, а несколько раз (например для коротких волн, ультракоротких и т. д.), в практике это одцако почти не используется вследствие достаточности одного преобразования. Преимущества С. п. заключаются в том, что он позволяет повысить чувствительность приема, весьма сильно увеличить избирательность и отчасти упростить настройку приемников. Повышение чувствительности достигается вследствие возможности значительно увеличить общее усиление до основного детектора, то есть второго детектора П₂. Главное усиление происходит на промежуточной частоте, причем эффективность и устойчивость усиления возрастают с понижением частоты, т. к. уменьшается ограничивающее влияние «паразитной» емкости С_ы «сетка—анод». Помимо этого при С. п. возможно также применить предварительное усиление Р₀ на основной частоте /₀ в одном или большем числе каскадов, к тому же и первая детекторная лампа дает добавочное усиление сигнала при преобразовании частоты. Нередко, особенно же в радиовещательных приемниках, предварительное усиление соединяют со схемой селектора (преселектор а), имеющего назначение фильтрации на высокой частоте, с целью пропуска к первому детектору сигналов только принимаемой желательной частоты. Этот селектор устраивается или в общем конструктивном оформлении со всем приемником или в виде добавочного приспособления, включаемого при наличии сильных радиопомех в антенну, перед собственно супер гетеродинным приемником. В связи с появлением ламп с переменной крутизной (смотрите Электронная лампа) необходимость в селекторных схемах при приемниках с такими новейшими лампами в значительной степени отпадает. Разделение общего усиления высокой частоты между двумя различными частотами /₀ и f_nпозволяет получить весьма большой эффект, так как отпадает влияние паразитных связей между конечными и начальными цепями, практически ставящих предел возможному усилению на одной частоте. Общее усиление до второго детектора при С. п. легко м. б. доведено до 10⁶ и выше (по напряжению) и на практике часто не м. б. полностью использовано вследствие внешних помех и внутренних шумов в первой лампе. Высокая чувствительность, достигаемая при С. п., позволяет применять антенны с малой действующей высотой, например рамочного типа или суррогатные. Метод С. п. весьма распространен для переносных приемников, т. н. передвижек, снабжаемых в качестве антенн небольшими рамками, а также и перевозимых (например военных). Значительное повышение избирательности при С. п. достигается тем, что главная его избирательность получается на промежуточной частоте f_ni между тем как для приемника в целом она относится к основной частоте /₀. Если относительная ширина полосы приема составляет для частоты f_n п% (например 5%, что легко достижимо, и для f_n=60 kHz, дает 3 000 Hz), то для частоты /₀ эта полоса составит η·/_Μ//₀ (например для 6 000 kHz всего 0,05%). Такая избирательность для основной частоты весьма велика и почти недостижима другими средствами. Нек-рое упрощение настройки при С. п. достигается вследствие того, что часть преемника после Ό_χ фиксирована и при приема регулируют лишь контур основной частоты и гетеродин. Однако эти регулировки не вполне одинаковы, как это имеет место при настройках в приемниках прямого усиления на частоте /₀. Поэтому, когда требуется иметь лишь одну ручку управления, приходится применять специальные схемы, например, включая в гетеродине два добавочных постоянных конденсатора, последовательно и параллельно переменному, можно добиться одинакового хода обеих регулировок для широкого диапазона частот, что позволяет механически связать их между собою.

С. п. имеет и свои недостатки. Главным из них является его чувствительность к помехам на некоторых“ волнах вне основного резонанса. Промежуточная частота f_n получается при данной настройке гетеродина на f_t не только при частоте /₀, но и при частоте /0, отличающейся от /о на 2f_n («зеркальное изображение» /₀относительно Д). Прием частоты Д ослабляется сравнительно с /₀ только за счет избирательности части приемника до первого детектора. Это одна из причин, по которой здесь применяют дополнительное резонансное усиление. Т. к. первый гетеродин Н₁ неизбежно обладает гармониками, то их биения с частотами nf_t±f_nтакже могут вызвать помехи, однако более слабые. Наконец в случае действия второго гетеродина он и его гармоники могут давать звуковые биения с колебаниями первого гетеродина. Это уменьшают или устраняют, ослабляя колебания второго гетеродина, например понижая его анодное напряжение. Супер гетеродинный приемник может также оказаться чувствительным к помехам на промежуточной частоте /_п. Это ослабляют хорошей экранировкой цепей промежуточной частоты и применением запирающего фильтра (смотрите) на частоту f_n в антенной цепи. Главное достоинство С. п., его высокая избирательность, может превратиться в его недостаток при слишком узкой полосе пропускаемых частот. С этим приходится бороться применением полосовых фильтров, относительной расстройкой контуров промежуточной частоты и повышением самой частоты /_Л. Точно также и высокое усиление супергетеродинного приемника может оказаться недостатком, так как делает его чувствительным даже к слабым помехам и внутренним шумам ламп. Это можно смягчить искусственно, вводя порог чувствительности, например с помощью смещения на первых лампах. Необходимо еще отметить, что большое число ламп, присущее супергетеродинным приемникам, также является их недостатком, усложняя и удорожая их. Возможно нек-рое сокращение числа ламп путем объединения первого детектора и гетеродина с использованием одной (двухсеточной) лампы. Это практикуется особенно в передвижках.

Принцип С. п. был впервые предложен Армстронгом в Америке в 1918 году В настоящее время по этому принципу строится большинство приемников для радиовещания в Америке и во Франции. В других странах супер гетеродинные приемники хотя и менее распространены, являются однако также одним из основных типов.* Для целей коммерч. радиоприема принцип С. п. также широко используется, особенно в больших устройствах, как для длинных, так и для коротких волн. С. п. начинает применяться и для ультракоротких волн. Практич. схемы, конструкции и фотоснимки типовых супергетеродинных приемников см. Ламповый приемник. Как метод использования трансформации частоты С. п., можно полагать, сохранит прочное место в технике радиоприема.

Лит.: i) Appleton Е.а. Taylor М., «Proceedings of the Inst, of Radio Engineers», N. Y., 1924, v. 12, 3; 2) Armstrong, «Proceedings of the Inst, of Radio Engineers», N. Y., 1917, y. 5; 3) Herd J., «Experimental Wireless», 1930, y. 7, 84.—С л e п я и л., Электронная лампа как детектор, М., 1929; BanneitzF., Taschenbuch d. drahtlosen Telegraphie u. Telephonie, B., 1927; More-c г о f t J., Principles of Radio Communication, 2 ed., N. Y., 1927; Cocking W., «Wireless World», L., 1931, y. 28, p. 498, 547; ibid., 1931, v. 29, p. 460; YilbigF., «Tele-graphen-u. Fernsprech-Technik», B., 1930, B. 19, 4, 5; Winters S.,«Radio*Eng.», N. Y., 1930, v. 10, 6; T a n-ner R., ibid., 1931, v. 11, 1; Nason С. H. W., ibid., 1931, v. 11, 2; Knouf R., ibid., 1931, v. 11, 4; Langley R., «Electronics», N. Y., 1931, v. 2, 5; Kolping E., «Radio Eng.», N.Y., 1931, v. 11, 5; Watts E., «Proceedings of the Inst, of Radio Engineers», N. Y., 1930, V.18, 4. Л. Слепян.