Антенна любительского радиоприемника принимает сотни и тысячи радиосигналов одновременно. Их частоты могут варьироваться в зависимости от передачи на длинных, средних, коротких, ультракоротких волнах и телевизионных диапазонах. В промежутках между ними работают любительские, правительственные, коммерческие, морские и другие станции. Амплитуды сигналов, подаваемых на антенные входы приемника, варьируются от менее 1 мкВ до многих милливольт. Радиолюбительские контакты происходят на уровне порядка нескольких микровольт. Назначение любительского ресивера двоякое: выбор, усиление и демодуляция нужного радиосигнала, и отсеивание всех остальных. Приемники для радиолюбителей доступны как отдельно, так и в виде составляющей части трансивера.

Основные узлы ресивера

Радиолюбительские приемники должны иметь возможность принимать крайне слабые сигналы, отделять их от шума и мощных станций, всегда присутствующих в эфире. При этом для их удержания и демодуляции необходима достаточная стабильность. В целом производительность (и цена) радиоприемника зависит от его чувствительности, избирательности и стабильности. Есть и другие факторы, связанные с эксплуатационными характеристиками устройства. К ним относятся охват и считывание частоты, режимы демодуляции или детектирования ДВ, СВ, КВ, УКВ-радиоприемников, требования к мощности. Хотя ресиверы различаются по сложности и производительности, все они поддерживают 4 основные функции: прием, селективность, демодуляцию и воспроизведение. Некоторые также включают усилители для повышения уровня сигнала до приемлемых значений.

Прием

Это способность ресивера обрабатывать слабые сигналы, собираемые антенной. Для радиоприемника данная функциональная возможность прежде всего связана с чувствительностью. Большинство моделей имеет несколько необходимого для повышения мощности сигналов от микровольт до вольт. Таким образом, общий коэффициент усиления приемника может достигать порядка миллиона к одному.

Начинающим радиолюбителям полезно знать, что на чувствительность ресивера влияют электрические шумы, генерируемые в антенных контурах и самом устройстве, особенно во входных и радиочастотных модулях. Они возникают при термическом возбуждении молекул проводника и в компонентах усилителя, таких как транзисторы и трубки. В целом электрический шум от частоты не зависит и увеличивается с температурой и шириной полосы.

Любые помехи, присутствующие в антенных терминалах приемника, усиливаются вместе с принимаемым сигналом. Таким образом, существует предел чувствительности ресивера. Большинство современных моделей позволяет принимать 1 мкВ или меньше. Многие спецификации определяют эту характеристику в микровольтах для 10 дБ. Например, чувствительность 0,5 мкВ для 10 дБ означает, что амплитуда шума, генерируемого в ресивере, примерно на 10 дБ ниже сигнала в 0,5 мкВ. Иначе говоря, уровень помех приемника составляет около 0,16 мкВ. Любой сигнал ниже этого значения будет перекрываться ими и не будет слышен в динамике.

На частотах до 20-30 МГц внешний шум (атмосферный и антропогенный) обычно значительно выше внутренних помех. Большинство приемников имеют достаточную чувствительность для обработки сигналов в этом частотном диапазоне.

Селективность

Это способность приемника настраиваться на требуемый сигнал и отклонять нежелательные. В ресиверах используются высокодобротные LC-фильтры для пропускания только узкой полосы частот. Таким образом, полоса пропускания приемника имеет важное значение для устранения нежелательных сигналов. Селективность многих ДВ-ресиверов составляет порядка нескольких сотен герц. Этого достаточно для отсеивания большинства сигналов, близких к рабочей частоте. Все радиолюбительские приемники КВ- и СВ-диапазонов должны иметь избирательность около 2500 Гц для любительского голосового приема. Многие ресиверы и трансиверы ДВ/КВ используют переключаемые фильтры для обеспечения оптимального приема сигнала любого типа.

Демодуляция, или детекция

Это процесс разделения НЧ-составляющей (звука) из входящего модулированного сигнала несущей. В контурах демодуляции используются транзисторы или лампы. Два наиболее распространенных типа детекторов, применяемых в ВЧ-приемниках, - это диодный для ДВ и СВ и идеальный смеситель для ДВ или КВ.

Воспроизведение

Финальным процессом приема является преобразование обнаруженного сигнала в звуковой для подачи на динамик или наушники. Обычно для усиления слабого выхода с детектора используется каскад с высоким коэффициентом. Выход аудиоусилителя затем подается на динамик или наушники для воспроизведения.

Большинство радиолюбительских приемников имеют внутренний динамик и выходное гнездо для наушников. Простой одноступенчатый аудиоусилитель подходит для работы с наушниками. Для динамика обычно требуется 2-х или 3-ступенчатый аудиоусилитель.

Простые ресиверы

Первые приемники для радиолюбителей представляли собой простейшие устройства, которые состояли из колебательного контура, кристаллодетектора и наушников. Они могли принимать лишь местные радиостанции. Однако кристаллический детектор не способен правильно демодулировать сигналы ДВ или КВ. Кроме того, чувствительность и селективность такой схемы недостаточны для радиолюбительской работы. Увеличить их можно путем добавления аудиоусилителя к выходу детектора.

Радиоприемник прямого усиления

Чувствительность и избирательность могут быть улучшены путем добавления одного или нескольких каскадов. Этот тип устройств называется приемником прямого усиления. Многие коммерческие СВ-ресиверы 20-х и 30-х гг. использовали такую схему. Некоторые из них имели 2-4 ступени усиления для получения требуемой чувствительности и селективности.

Приемник прямого преобразования

Это простой и популярный подход для приема ДВ и КВ. Входной сигнал подается на детектор вместе с РЧ от генератора. Частота последнего несколько выше (или ниже) первого, чтобы можно было получить биение. Например, если на входе 7155,0 кГц, а ВЧ-генератор настроен на 7155,4 кГц, то смешиванием в детекторе создается звуковой сигнал 400 Гц. Последний поступает в высокоуровневый усилитель через очень узкий звуковой фильтр. Селективность в этом типе ресивера достигается с помощью колебательных LC-контуров перед детектором и звуковым фильтром между детектором и аудиоусилителем.

Супергетеродин

Разработан в начале 1930-х годов с целью устранения большинства проблем, с которыми сталкивались ранние типы радиолюбительских приемников. Сегодня супергетеродинный ресивер используется практически во всех типах услуг радиосвязи, включая радиолюбительские, коммерческие, а также для амплитудной и частотной модуляции и телевидения. Основное отличие от приемников прямого усиления заключается в преобразовании входящего РЧ-сигнала в промежуточный (ПЧ).

ВЧ-усилитель

Содержат LC-контуры, которые обеспечивают некоторую селективность и ограниченное усиление на требуемой частоте. РЧ-усилитель также обеспечивает два дополнительных преимущества в супергетеродинном приемнике. Во-первых, он изолирует и локального генератора от контура антенны. Для радиоприемника преимущество заключается в том, что ослабляются нежелательные сигналы, частота которых вдвое выше требуемой.

Генератор

Необходим для создания синусоидального сигнала с постоянной амплитудой, частота которой отличается от входящей несущей на величину, равную ПЧ. Генератор создает колебания, частота которых может быть либо выше, либо ниже несущей. Этот выбор определяется полосой пропускания и требованиями к настройке РЧ. Большинство таких узлов в СВ-приемниках и нижнем диапазоне любительских УКВ-ресиверов генерируют частоту выше входной несущей.

Смеситель

Назначением данного блока является преобразование частоты входящего несущего сигнала в частоту ПЧ-усилителя. Смеситель выводит 4 основных выходных сигнала из 2 входных: f 1 , f 2 , f 1 +f 2 , f 1 -f 2 . В супергетеродинном приемнике используется только либо их сумма, либо разность. Остальные могут вызвать помехи, если не будут предприняты надлежащие меры.

ПЧ-усилитель

Характеристики ПЧ-усилителя в супергетеродинном приемнике лучше всего описываются с точки зрения коэффициента усиления (КУ) и селективности. Вообще говоря, эти параметры определяются усилителем ПЧ. Селективность ПЧ-усилителя должна быть равна ширине полосы входящего модулированного РЧ-сигнала. Если она больше, то любая смежная частота пропускается и вызывает помехи. С другой стороны, если селективность слишком узкая, некоторые боковые полосы будут срезаны. Это приводит к потере четкости при воспроизведении звука динамиком или наушниками.

Оптимальная полоса пропускания коротковолнового приемника равна 2300-2500 Гц. Хотя некоторые из более высоких боковых полос, связанных с речевыми сигналами, выходят за пределы 2500 Гц, их потеря существенно не влияет на звучание или информацию, передаваемую оператором. Селективность 400-500 Гц достаточна для работы ДВ. Эта узкая полоса помогает отклонить любой сигнал соседней частоты, который может мешать приему. В любительских радиоприемниках, цена которых выше, используются 2 и более каскада ПЧ-усиления с предшествующим высокоселективным кристаллическим или механическим фильтром. При такой компоновке между блоками используются LC-контуры и преобразователи ПЧ.

Выбор промежуточной частоты определяется несколькими факторами, которые включают: усиление, селективность и подавление сигнала. Для низкочастотных диапазонов (80 и 40 м) ПЧ, используемая во многих современных радиолюбительских приемниках, равна 455 кГц. ПЧ-усилители могут обеспечить превосходный коэффициент усиления и селективность 400-2500 Гц.

Детекторы и генераторы биений

Детекция, или демодуляция, определяется как процесс разделения аудиочастотных компонентов от модулированного сигнала несущей. Детекторы в супергетеродинных приемниках также называют вторичными, а первичным является узел смесителя.

Автоматическая регулировка усиления

Целью узла АРУ является поддержание постоянного уровня выходного сигнала, несмотря на изменения входного. Радиоволны, распространяющиеся через ионосферу, то ослабляются, то усиливаются из-за явления, известного как замирание. Это приводит к изменению уровня приема на антенных входах в широком диапазоне значений. Поскольку напряжение выпрямленного сигнала в детекторе пропорционально амплитуде принятого, часть его может использоваться для управления коэффициентом усиления. Для приемников, использующих ламповые или npn-транзисторы в узлах, предшествующих детектору, для уменьшения КУ подается отрицательное напряжение. Усилители и смесители, использующие pnp-транзисторы, требуют положительного напряжения.

Некоторые радиолюбительские приемники, особенно лучшие транзисторные, имеют усилитель с АРУ для большего контроля над характеристиками устройства. Автоматическая регулировка может иметь разные временные константы для сигналов различных типов. Постоянная времени задает продолжительность контроля после прекращения трансляции. Например, во время интервалов между фразами КВ-ресивер немедленно возобновит полное усиление, что вызовет раздражающий всплеск шума.

Измерение силы сигнала

В некоторых приемниках и приемопередатчиках предусмотрен индикатор, указывающий относительную силу трансляции. Обычно часть выпрямленного сигнала ПЧ от детектора подается на микро- или миллиамперметр. Если у приемника есть усилитель АРУ, то этот узел также можно использовать для управления индикатором. Большинство измерителей калибруются в S-единицах (от 1 до 9), которые представляют приблизительно 6-дБ изменение мощности принимаемого сигнала. Среднее показание или S-9 служит для индикации уровня в 50 мкВ. Верхняя половина шкалы S-метра калибруется в децибелах выше S-9, обычно до 60 дБ. Это значит, что сила принятого сигнала на 60 дБ выше 50 мкВ и равна 50 мВ.

Индикатор редко бывает точным, поскольку на его работу влияют многие факторы. Однако он очень полезен при определении относительной интенсивности входящих сигналов, а также при проверке или настройке приемника. Во многих приемопередатчиках индикатор служит для отображения состояния функций устройства, таких как конечный ток радиочастотного усилителя и выходная мощность РЧ.

Помехи и ограничения

Начинающим радиолюбителям полезно знать, что любой ресивер может испытывать трудности с приемом из-за трех факторов: внешнего и внутреннего шума и интерферирующих сигналов. Внешние помехи на ВЧ, особенно ниже 20 МГц, намного выше, чем внутренние. Только на более высоких частотах узлы приемника составляют угрозу для крайне слабых сигналов. Большинство шумов генерируется в первом блоке, как в радиочастотном усилителе, так и в каскаде смесителя. Для снижения внутренних помех приемника до минимального уровня было приложено много усилий. В итоге появились малошумящие схемы и компоненты.

Внешние помехи могут вызвать проблемы при приеме слабых сигналов по двум причинам. Во-первых, помехи, улавливаемые антенной, могут маскировать трансляцию. Если последняя находится вблизи или ниже уровня входящего шума, прием практически невозможен. Некоторые опытные операторы могут принимать трансляции на ДВ даже при больших помехах, но голос и другие любительские сигналы в этих условиях непонятны.

Эфирное радиовещание осуществляется радиостанциями на разных частотах посредством радиопередатчиков. Спектр радиочастот условно поделён на диапазоны, характеризуемые по длине волны вещания. По этой причине раньше диапазоны назывались соответственно: длинные волны ДВ (LW), средние волны СВ (MW), короткие волны КВ (SW) и ультракороткие волны УКВ (FM). Сегодня принято разделять их по частоте и обозначать в Герцах.

В обиход прочно вошло и другое обозначение диапазонов, к примеру, привычная аббревиатура «FM» — это тот же диапазон УКВ, в котором и работает большинство станций. В этом же диапазоне, кстати, работают и все ТВ каналы. Такие частоты радиостанций можно принимать на телевизорах с цифровым декодером DVB-T2.

Особенности FM диапазона

FM по т.н. «европейскому диапазону» включает волны с частотой от 87,5 до 108 МГц, т.е. спектр, свободный от волн телевещания. На данном диапазоне (при радиовещании производится частотная модуляция) организуется высококачественное стереозвуковое вещание, и при этом приёмник должен обладать совсем небольшой антенной. Правда, учитывая характеристики радиоволны, трансляция возможна на сравнительно небольшие расстояния.

Принципиальная схема возможного варианта РЧ тракта однодиапазонного любительского супергетеродина изображена на рис. 110. Каскады, собранные на транзисторах VT1 и VT2, образуют преобразователь частоты с отдельным гетеродином. Контуры L5C5, L6C7 и L8C16 настроены на промежуточную частоту (ПЧ) 465 кГц. Сигнал ПЧ, усиленный каскадом на транзисторе VT3, через катушку связи L9 поступает на детектор, выполненный на диоде VD1. С нагрузки детектора - переменного резистора R11-сигнал 34 через конденсатор С19 подается на вход усилителя 34 (на схеме - УЗЧ).

Через гнездо XS1 и конденсатор С1 к входному контуру L1C2C3 может быть подключена внешняя антенна, улучшающая прием передач отдаленных радиостанций.

Индикатором выхода, как и в предыдущем случае, может служить авометр, переключенный на измерение переменных напряжений, или транзисторный вольтметр переменного тока, подключенный к звуковой катушке головки громкоговорителя В А.

Детектор супергетеродинного приемника проверяют так же, как аналогичный каскад приемника прямого усиления, только частоту модулированных колебаний генератора сигналов РЧ берут равной 465 кГц.

После детектора проверяют и настраивают усилитель ПЧ, выполненный на транзисторе VT3. Гетеродин ца транзисторе VT2 на это время отключают от

источника питания. Если усилитель ПЧ не самовозбуждается, то даже при поднесении металлической отвертки к его деталям стрелка индикатора выхода не должна заметно отклоняться от нулевой отметки шкалы.

После такой проверки усилителя ПЧ модулированный сигнал частотой 465 кГц подают через конденсатор емкостью 510 … 1000 пФ-на базу транзистора VT3, предварительно отпаяв от ее вывода конденсатор С15. Подстроечником катушки L8 настраивают контур L8C16 на эту частоту, добиваясь наибольшего отклонения стрелки индикатора выхода.

Затем этот же сигнал подают на базу транзистора VT1, предварительно отпаяв от нее конденсатор С4 и восстановив соединение конденсатора С15 с базой транзистора VT3. Подстроечниками катушек L5 и L6 настраивают контуры ПЧ, добиваясь наибольшей громкости и максимального показания индикатора выхода. Первым настраивают контур L6C7, вторым - контур L5C5. После этого, несколько ослабив сигнал, еще раз, начиная с контура L8C16, настраивают все контуры ПЧ точно на частоту 465 кГц.

Далее переходят к «укладке» частот входного контура в заданные границы. Для этого в коллекторную цепь транзистора VT1 вместо контура L5C5 включают резистор сопротивлением 4 … 5 кОм, а коллектор транзистора через конденсатор емкостью 100… 200 пФ соединяют непосредственно с детектором, предварительно отключив от него катушку связи L9. Супергетеродин в таком случае превращается в приемник прямого усиления с каскадом усиления РЧ на транзисторе VT1. Напряжение питания на транзистор VT2 гетеродина пока не подают.

Входной контур L1C2C3 настраивают на заданный диапазон частот так же, как и в приемнике прямого усиления. Затем восстанавливают тракт ПЧ и подают питание на гетеродин. Модулированный сигнал генератора РЧ, настроенного на частоту f m in диапазона, подают на вход приемника через катушку L. Приемник настраивают на сигнал этой частрты при наибольшей емкости блока ‘КПЕ С2С13, изменяя подстрочником индуктивность катушки L3 гетеродинного контура. При точной настройке громкость звука в головке громкоговорителя и показание индикатора на выходе приемника будут наибольшими. Далее сопрягают настройки входного и гетеродинного контуров на высокочастотном конце диапазона. Для этого генератор сигналов РЧ перестраивают на частоту f raax диапазона, ротор блока КПЕ С2С13 устанавливают в положение минимальной емкости и подбором емкости входящего в гетеродинный контур подстроечного конденсатора СП добиваются максимального отклонения стрелки индикатора выхода.

Следует учесть, что изменение емкости подстроечного конденсатора С11 влияет и на настройку приемника на низкочастотном конце диапазона. Поэтому после подбора емкости этого конденсатора надо повторить сопряжение настроек контуров на низкочастотном конце диапазона, а затем снова подстроить контуры на Ёысокочастотном конце. И так несколько раз, пока настройки входного и гетеродинного контуров не будут сопряжены на обоих концах диапазона.

Точно так же, пользуясь приборами лаборатории, настраивают РЧ тракты супергетеродинных приемников с однотранзисторными преобразователями частоты.

О других видах радиотехнических измерений можно узнать, прочитав литературу, список которой приведен в конце книги.

Э лектрический ток, протекая в каком либо проводнике, порождает электромагнитное поле, распостраняющееся в окружающем его пространстве.
Если этот ток является переменным, то электромагнитное поле способно наводить(индуцировать) Э. Д. С. в другом проводнике, находящемся на каком то удалении - осуществляется передача электрической энергии на расстояние.

Подобный метод передачи энергии не получил пока широкого применения - весьма высоки потери.
Но для передачи информации, он используется уже более ста лет, и весьма успешно.

Для радиосвязи используются электромагнитные колебания, так называемого, радиочастотного диапазона направленные в пространство - радиоволны. Для наиболее эффективного излучения в пространство используют антенны различных конфигураций.

Полуволновой вибратор.

Простейшая антенна - полуволновой вибратор, состоит из двух отрезков провода, направленных в противоположные стороны, в одной плоскости.

Общая длина их составляет половину длины волны, а длина отдельного отрезка - четверть. Если один из концов вибратора направлен вертикально, вместо второго может использоваться земля, или даже - общий проводник схемы передатчика.

Например, если длина вертикальной антенны составляет - 1 метр, то для радиоволны длиной 4 метра (диапазон УКВ) она будет представлять наибольшее сопротивление. Соответственно, эффективность такой антенны будет максимальной - именно для радиоволн этой длины, как при приеме, так и при передаче.

Говоря по правде, в диапазоне УКВ, наиболее уверенный прием должен наблюдаться, при горизонтальном расположении антенны. Это связано с тем, что передача в этом диапазоне с на самом деле, выполняется чаще всего, с помощью горизонтально расположенных полуволновых вибраторов. Поэтому, именно - полуволновой вибратор(а не четвертьволновой) будет являться более эффективной приемной антенной.

Использование каких - либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт