Влияние побочных составляющих. Спектр частот важнейших составляющих преобразования показан на рис. 5.7 (для иллюстрации симметрии относительно частоты гетеродина спектры составляющих условно показаны наклонными). На работу преобразователя влияют обе побочные составляющие, возникающие в результате смесительного действия диода. Зеркальная составляющая /з=2/г-fc,

JlmL

I f Puc. 5.7. Спектр частот fyMH в приемном смесителе

расположена в спектре зеркально симметрично принимаемому сигналу относительно частоты гетеродина и отстоит от него по частоте на 2fjjjj.Зеркальную составляющую не следует путать с зеркальным каналом супергетеродинного приемника, который также отстоит от основного канала на 2F. Зеркальная составляющая не подается извне, а образуется в самом смесителе, когда вторая гармоника частоты гетеродина, генерируемая диодом, перемножается с принимаемым сигналом. Возникнув, эта составляющая проходит по линии передачи в направлении антенны. Отражаясь от входного полосового фильтра, настроенного на частоту сигнала, она возвращается к диоду, где, взаимодействуя с колебаниями гетеродина, также образует компоненты промежуточной частоты. В зависимости от фазы отражения новый сигнал ПЧ может совпадать по фазе с первоначальным сигналом, а может и не совпадать. Таким образом, между смесителем и фильтром на зеркальной частоте образуется линия стоячей волны. Очевидно, что величина потерь преобразования смесителя, их частотная зависимость, и, следовательно, коэффициент шума зависят от нагрузки по зеркальной составляющей. При оптимизации нагрузки Сдается получить выигрыш в коэффициенте шума до 1,5 дБ по сравнению со случаем поглощения зеркальной составляющей в развязывающем ферритовом устройстве. Однако наиболее неблагоприятное влияние оказывает изменение фазы зеркальной составляющей (в условиях эксплуатации, например, при замене смесительного диода) на частотную характеристику потерь преобразования и, следовательно, на равномерность характеристик (АЧХ и ГВЗ) приемника. Поэтому в приемных смесителях широкополосной радиорелейной аппаратуры большой емкости зеркальная составляющая для предотвращения ее влияния на характеристики преобразования, как правило, поглощается с помощью развязывающих ферритовых устройств, включаемых на входе смесителя.

Аналогичным образом влияет на работу преобразователя и суммарная составляющая частоты foywM=fi+fc, возникающая в смесительном диоде. Радикальным способом устранения неблагоприятного влияния суммарной составляющей является включение во входную цепь смесителя в непосредственной близости к диоду фильтра нижних частот (фильтра гармоник). Частота среза фильтра обычно выбирается в пределах 1,25-1,5 с- Фильтр нижних частот может быть как отражающего типа (в аппаратуре КУРС-4, КУРС-6, «Восход-М»), так и поглощающего типа («Рассвет»).

Смеситель вместе с входными устройствами и цепями сложения принимаемого сигнала и гетеродина образует преобразователь частоты приемника. Он может быть построен как по однотактной, так и по двухтактной (балансной) схемам.

Однотактиый преобразователь.. Структурная схема однотактного преобразователя приведена на рис. 5.8. Сигнал, поступающий через полосовой фильтр (ПФ), нагруженный ферритовым вентилем (ФВ), складывается с колебаниями гетеродина с помощью вилки фильтров и поступает через фильтр гармоник (ФГ) на смеситель (См). Вилка состоит из двух узкополосных фильтров - пропускающего и режекторного, настроенных иа частоту гетеродина. В цепь гете-

родина включен узкополосиый фильтр (ФУП), пропускающий энергию гетеродина к тройнику вилки фильтров и препятствующий попаданию принимаемого сигнала в цепь гетеродина во избежание его потерь. В цепь сигнала включен режекторный фильтр (РФ), пропускающий принимаемый сигнал и отражающий энергию гетеродина к смесителю. Он препятствует проникновению энергии гетеродина на вход приемника. Расстояния между фильтрами в вилке подбирается

Сигнал

т РФ

Рис. 5.8. Структурная схема однотактного преобразователя

Рг РГ См

\ Сигнал ПЧ

уетеродин

для каждого ствола таким образом, чтобы обеспечить малый коэффициент отражения как в цепи сигнала, так и в цепи гетеродина. Обычно последнее звено фильтра узкой полосы конструктивно совмещается с тройником.

Для сложения принимаемого сигнала с колебаниями гетеродина в однотакт-ном преобразователе вместо внлки фильтров может быть использован ферритовый циркулятор (рис. 5.9). В этом случае принимаемый сигнал после полосового фильтра проходит через циркулятор (Ц) (плечи / и 2) и поступает на фильтр гармоник (ФГ) и смеситель (См). Гетеродин через фильтр узкой полосы (ФУП), нагруженный ферритовым вентилем (ФВ), подключен к плечу 3 циркулятора. В соответствии с направлением циркуляции энергии, обозначенным на схеме стрелкой, она попадает в плечо Отражаясь от полосового фильтра, настроенного на частоту сигнала, энергия гетеродина снова поступает на

Сигнал

(рГ См

Сигнал

Гетеродин

Рис. 5.9. Структурная схема преобразователя с цнркулятором

Рис. 5.10. Волноводный приемный смеситель аппаратуры КУРС-6-. / - вывод ПЧ; 2 - ПУПЧ; 3 - дроссель СВЧ; 4 - ступенчатый трансформатор; 5 - фильтр гармоник; 6 - держатель диода- 7 - малошумящий смесительный диод

пипупатр и через плечи / и 2 подается на фильтр гармоник и смеситель. в этой схеме циркулятор одновременно выполняет функции вентиля в цепи сигнала Действительно, волна, отраженная от смесителя, направляется цирку-

лятором в цепь гетеродина, где поглощается в ферритовом вентиле и до полосового фильтра не доходит.

Точно так же обстоит дело с зеркальной составляющей, возникающей в диоде. Она тоже поглощается в ферритовом вентиле. Таким образом обеспечивается согласованная нагрузка полосового фильтра н нагрузка диода на зеркальней частоте. Вместо ферритового вентиля в цепи гетеродина в качестве развязывающего устройства может быть использован циркулятор с нагрузкой. Такая схема одн01актного преобразователя применена в аппаратуре КУРС-4 и КУР--6.

Конструкция волноводного приемного смесителя, применяемого в однотакт-ном преобразователе, приведена на рис. 5.10. Полупроводниковый диод установлен в центре волновода сеченне.м 40X3 мм. Смеситель не требует подстройки при смене диода. Согласование активного сопротивления диода с волноводом сечением 40x20 мм достигается с помощью ступенчатого трансформатора.

Реактивная составляющая компенсируется короткозамкнутой линией, образованной отрезком волновода за диодом и задней стенкой. Фильтр гармоник вафельного типа. В цепи промежуточной частоты имеется двухзвенный запирающий дроссель СВЧ. Дроссель выполнен в виде двух четвертьволновых короткозамк-ыутых радиальных линий, связанных между собой коаксиальной линией длиною четверть волны. Коаксиальная линия заполнена диэлектриком.

Такая конструкция эквивалентна фильтру низких частот и обеспечивает ослабление СВЧ сигнала в цепи промежуточной частоты не менее 30 дБ. Входное сопротивление дросселя со стороны диода весьма мало во всем диапазоне рабочих частот. Вывод ПЧ приемного смесителя и точка соединения его с предварительным усилителем промежуточной частоты (ПУПЧ) является точкой наиболь-щей чувствительности приемника радиорелейной станции без УСВЧ. Для защиты От СВЧ и ПЧ наводок эта точка должна быть хорошо экранирована (не менее 100 дБ). Поэтому обычно приемный смеситель соединяется с корпусом ПУПЧ с помощью фланцевого соединения. Для необходимого контакта между фланцами стык снабжен специальной пружинной прокладкой.

Двухтактный (балансный) преобразователь. В этом преобразователе (рис. 5.11а) для сложения принимаемого сигнала и колебаний гетеродина используется мостовое устройство. Щелевой мост (ЩМ) делит энергию СВЧ сигнала,

Сигнал

Сигнал ПЧ

на ПУПЧ

Рис. 5.11. Балансный преобразователь:

а - структурная схема; б - схема смесителя с синфазно включенными диодами; в -схема смесителя с противофазио включенными диодами

подаваемого на входные плечи J и 2 пополам. В результате на оба полупроводниковых диода сдвоенной смесительной головки (См), подключенной через фильтр гармоник (ФГ) к выходным плечам 3 к 4 моста, поступают биения сигнала и гетеродина. Вследствие свойств мостовой схемы биения в плечах 3 и 4 сдвинуты по фазе на 180°. При синфазном включении диодов в сдвоенной головке, как показано на рис. 5.116, сигналы ПЧ на диодах противофазны, и для подключения к ПУПЧ требуется симметрирующий трансформатор. Недостатком схемы с трансформатором является трудность получения широкой полосы пропускания и малой неравномерности АЧХ.

В современных балансных смесителях, для того чтобы на выходе выделить сигнал ПЧ на несимметричной нагрузке и тем самым облегчить стыковку преобразователя с ПУПЧ, применяются специальные парные диоды прямой и обратной полярностей (рис. 5.11в). Последний имеет в обозначении букву «П» (перевернутый). В некоторых случаях применяются миниатюрные диоды, которые можно устанавливать в смесительной головке, также и в перевернуто.м по-ложеннп, естественно, при сохранении электрических параметров диода.

ВхоЗ сигнала,

t * -f

Вход гетероошФ

Рис. 5.1:. Балансный преобразователь приемника аппаратуры «Восход»: 1 - полосовой фильтр; 2 - ферритовый вентиль; 3 - ступенчатый переход; 4 - коаксиально-волиоводнын переход; 5 - щелевой .мост; 6 - угловой переход; 7 - сдвоенный фильтр гармоник; 8 - сдвоенная смесительная головка

Благодаря свойствам мостовой схемы цепи сигнала и гетеродина в балансном смесителе оказываются развязанными друг от друга. Прн хорошо согласованном смесителе и парно подобранных диодах величина развязки достигает 20 дБ и, следовательно, на такую же величину снижается уровень мощности гетеродина на входе приемника. Это преимущество балансной схейы по сравнению с однотактной, по существу, является единственным. По остальным параметрам обе схемы практически одинаковы.

Конструкция балансного преобразователя приемника аппаратуры «Восход» представлена на рис. 5.12.

5.7. ТРАКТ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ \ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА

Основное усиление сигнала,в приемопередатчиках гетеродинного типа осуществляется в тракте промежуточной частоты. На рис. 5.13 показана структурная схема типового тракта ПЧ. Наряду с усилителями сигнала ПЧ - предва-

Приемопередающая аппаратура РРЛ прямой видимости

Трант промежуточной частоты приемопередатчика

рительный УПЧ (ПУПЧ), главный УПЧ с системой автоматической регулировки усиления (ГУПЧ), оконечный УПЧ (ОУПЧ), в тракте имеются фильтр сосредоточенной селекции (ФПЧ), корректор группового времени запаздывания н вы-

От смесителя, приемника

ПУПЧ т КГВЗ

Ксместелт переЗттсг

Рис. 5.13. Типовая структурная схема тракта промежуточной частоты приемопередатчика

равниватель АЧХ приемопередатчика (КГВЗ), усилитель-ограничитель для подавления паразитной амплитудной модуляции (Огр ПЧ), устройство для подключения на вход передатчика замещающего генератора ПЧ в случае снижения уровня принимаемого сигнала до минимально допустимого.

На тракт ПЧ модулированный по частоте сигнал ПЧ поступает со смесителя приемника, усиленный в тракте сигнал используется для выделения на ПРС или подается на вход передатчика данного направления связи. С выхода тракта ПЧ сигнал поступает иа вход преобразователя частоты передатчика.

Номинальное напряжение сигнала ПЧ на выходе приемника составляет 500 мВ на нагрузке 75 Ом (около --5 дБм), номинальное напряжение иа входе передатчика - 300 мВ (около +1 дБм).

В современной радиорелейной аппаратуре тракт ПЧ выполнен полностью на полупроводниковых приборах. Транзисторные УПЧ строятся в виде соединения щирокополосного усилителя с фильтром сосредоточенной селекции. Полоса пропускания УПЧ значительно превыщает щирину полосы ФПЧ.

Предварительный УПЧ предназначен для усиления сигнала, поступающего с выхода преобразователя частоты приемника, и должен вносить малый уровень

теплового Шума и обладать повыиГеииой линейностью для защиты приемника от воздействия радиопомех, попадающих в полосу пропускания СВЧ разделительного фильтра приемника. Предварительный УПЧ и смеситель приемника конструктивно составляют единое целое, вход ПУПЧ имеет оптимальное с точки зрения.согласования со смесителем входное сопротивление.

Для первого каскада ПУПЧ выбирается специальный малощумящий транзистор с больщим коэффициентом передачи тока иа высокой -частоте. Ослабление влияния последующих каскадов на коэффициент щума ПУПЧ достигается при большом значении коэффициента усиления первого каскада {Ki\, для чего применяется схема «с общим эмиттером». На рис. 5.14 дан пример схемы ПУПЧ аппаратуры КУРС. Коэффициент передачи такого усилителя составляет иа частоте 70 МГц около 30 дБ, коэффициент шума (ш= 1.5-т-1,7.

Транзисторные ПУПЧ обладают той особенностью, что их амплитудная характеристика имеет ограниченную линейность. Например, для ПУПЧ, приведенного иа рис. 5.14, линейность амплитудной характеристики начинает резко снижаться при выходном напряжении более 400 мВ.

Отличительной особенностью работы ПУПЧ является то, что иа его вход поступает ЧМ сигнал, прошедший тракты СВЧ передатчика (предыдущей станции) и приемника, в которых не скорректирована характеристика ГВЗ, и вследствие этого сигнал имеет паразитную амплитудную модуляцию. Коррекция ГВЗ производится в блоке КГВЗ, устанавливаемом на выходе ПУПЧ (см. рис. 5.15). При повышенных уровнях принимаемого сигнала в ПУПЧ возможно возникновение преобразования амплитудной модуляции в фазовую, что проявляется как дополнительное нелинейное искажение модулирующего сообщения.

Фильтр сосредоточенной селекции предназначен для создания избирательности приемника при малых рассстройках относительно границ полосы пропускания, а также ослабления радиопомех от соседних стволов радиорелейной системы. Фильтр обычно компонуется совместно с фиксированным корректором характеристики ГВЗ, так что иеравномериости характеристик ГВЗ и АЧХ такой пары малы в рабочей полосе частот. Коррекция характеристики ГВЗ приемопередатчика осуществляется отдельным перестраиваемым корректором.

При Относительной полосе пропускания около 30-50% характеристика ослабления фильтра в полосе задерживания должна иметь скаты почти симметричные относительно номинальной ПЧ.

На рис. 5.15 приведена электрическая схема ФПЧ аппаратуры КУРС. Повторяемость параметров фильтров и снижение трудоемкости их настройки до-

Ш73 СП

Рис. 5.14. Схема предварительного УПЧ

ifdE С7 2Ш L5 12) CW72.1LS СВ 5,11 L11 Ih "--- -

Вык.

С8 ф С9 =С11 С12 X В1,9Л-В,2Л. 15,4 J-

19,6

\11В\

\д9 \9В

Рис. 5.15. Схема полосового фильтра ПЧ с корректором ГВЗ