Радиоқабылдағыш құрылғылардың түрлері мен қолдану аясы

РЖК көп каскадты болуына байланысты қиындықтарды негізінде, каскадтарға неғұрлым жоғарылау күшейтілуді қамтамасыз ететін, регенеративтік және аса регенеративтік күшейткіштерді қолдануға  мүмкіндік береді. Алайда  мұндай күшейткіштер өте күшті бұрмаланады, тұрақсыздандыру факторларға қатысты  неғұрлым төмен тұрақтылығына, жоғары паразиттік сәулелену мүмкіндігіне ие. Осы себептерге байланысты олар сирек,  көбінесе АЖЖ портативті қабылдағыштарда қолданылады.

Қолданылатын РЖК кез келген түрлерінде  тура күшейту сұлбасына тиесілі кемшіліктерді толығымен жою мүмкін емес, сондықтан қазіргі таңда  осындай реттелуі бекітілген РПрУ  тек қана қысқа толқынды және оптикалық ауқымдарда ғана қолданылады.

РҚҚ көрсеткіштерінің көбін елеулі түрде жақсарту қабылданатын сигнал жиілігін қайта құру негізінде - оны жиілік өрісіне аударып, онда неғұрлым тиімдірек өңделу арқылы жүзеге асады. Барлық радиодиапазондарда кең тараған осы негізде құрылған супергетеродиндік қабылдағыш схемасы (1.5 сурет) кең қлоданылады. Осындай қабылдағышта жиілік сигналдары fс  араластырғыш (Ар) және қосымша ауытқулар өндіргіші - гетеродиннен (Г) тұратын жиілік қайта құрушысы (ЖҚ) ішінде бекітіліген, басқаша айтқанда аралық fпр жиілікке  қайта құрылады, және осында негізгі күшейтілу мен жиілік іріктелуі іске асады. Араластырғыш  ішінде сызықты емес элемент немесе өлшемдері ауыспалы элемент бар, сондықтан гетеродиннің  fг жиілігіне сигнал мен тербелістері нәтижесінде жиілігі бар тербелістер пайда болады. Мұндағы  m,п - тұтас сандар болып табылады. Осы комбинациялық құрамдастарының біреуі араластрығыш шыққанда сүзгімен (резонанс жүйесі) бөлінеді және кейін аралық жиілік күшейткішімен (АЖК) күшейтілетін шығыс сигналдың жаңа негізгі жиілігі ретінде қолданылады. Әдетте неғұрлым қарқынды комбинациялық құрамдас  т=1, п=1 (қарапайым қайта құру) пайдаланылады, алайда т≠1, п=1(күрделі немесе комбинациялық қайта құру) қолданылады.  Осымен бірге  fг мен fс жиіліктерінің айырмасын (айырымдық түрлену), сондай-ақ  олардың қосындысын (қосынды түрлену) пайдануға болады.  Неғұрлым кең қолданылатын қарапайым айырмалық қайта құруда әдетте (гетеродин реттелуі "жоғарғы"),  бірақ та "төменгі" реттелу де болуы мүмкін . Екі жағдайда да  fг таңдаған кезде  fпp  жұмыс диапазонының шегінен төмен болуы қамтамасыз етіледі (fnp<fc min)..

Қабылдағыштың қайта құрылысында  fпр тұрақты болып қалғуы үшін fс жиілігінің кейбір диапазондарында КТ, РЖК резонанс тізбектерінің және гетеродиннің  қайта құрылуы жүзеге асады. Сигналда пайдалы ақпарат бар және оны қайта құрылу үрдісінде сақтау керек болған соң ЖК онда жүріп жатқан үрдістердің сызбалы емес сипатына қарамастан сигналға қатысты  сызбалы болу тиіс. Өзге сөзбен айтқанда, жиілік қайта құрылған кезде сигнал шоғыры оны құрайтын амплитудалық және фазалық қатынастарды  бұзбастан аралық жиілік аймағына ауыстырылады.

Радиожиілік тізбектер көбінесе неғұрлым кең өткізу жолағына ие болғандықтан олар тек алдын-ала жиілік іріктеуін (селекцияны) қамтамасыз етеді, осының салдарынан КТ және РЖК преселектор деп аталынады. Ал қабылдағыштың негізгі іріктеушілігі аралық жиілік трактысында іске асады.

Қабылданатын сигнал жиілігі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым РЖК тұрақты төмен шулы күшейтуге қол жеткізу қиынға соғады. Сондықтан қысқа сантимертлік және ерекше миллиметрлік және оптикалық толқындардағы қабылағыштар  РЖК-сыз келеді, сонымен бірге алдын-ала іріктеу функциясы толығымен КТ-ға жатады, ал жиілік қайта құрушысы сипаттамасына жоғары талаптар қойылады.

Сигналды неғұрлым төмен бекітілген жиілікке аудару келесі артықшылықтарға ие: Паразиттік кері байланыс (КБ) рөлі төмендеу есебінен тұрақты жоғары күшейтуді жүзеге асыру;  өткізу жолағын фильтрлі (резонанстық) тізбектерді күрделендірмей тарылту; қайта құру қажеттілігі болмаған соң УПЧ іске асыруын жеңілдету. Алайда жиілікті қайта құру РПрУ көрсеткіштері мен сипаттамаларына кері әсер етуін бейтараптандыру үшін арнайы шаралар қабылдауын талап ететін, супергетеродин қабылдауының ерекшеліктері қатарымен байланысты. Осындай ерекшеліктерге жататындары: РПрУ трактына түрлі кедергілер өтетін қабылдаудың жанама каналының пайда болуы;  гетеродин жиілігінің тұрақсыздығының қабылдағыш реттеуіне әсер етуі; гетеродин тербелістерінің сәулеленуін  қабылдау антенна арқылы жүргізу мүмкіндігі.

Жанама каналдар бойынша іріктеуге жоғары талаптар қойылғанда жиіліктің екі немесе үш еселік сатылы қайта құрылуын жүргізу қажет, негізгі аралыққа дейін төмендете отырып, және онда көрші канал бойынша қажетті іріктеушілік пен күшейту жүзеге асады.  Қосынды сияқты айырмалық қайта құруда  fnp>fc max болатын жиіліктің мұндай қайта құрылуы мүмкін.  Осындай супергетеродиндік қабылдағыш инфрадин деп аталады және оның жұмысындағы айырмашылық, жиілік диапазонында тек қана гетеродин  қайта құралады,  ал преселектор мүлдем қайта құрылмайды  (кең жолақты проселекторлар) немесе кіру сүзгілерін қайта қосу арқылы  (фильтрлік преселекторлар) қайта құрылады. Жоғары аралық жиілікті содан кейін өзге өңдегіш арқылы төмендетуге тура келеді. Инфрадин құндылығына неғұрлым күрделі және кәміл қайта құрылмайтын КТ жоғары іріктеушілігі есебінен жанама каналдарды елеулі басу және сондай-ақ реттеуін жайдақтату болып табылады. Кемшіліктері - кең жолақты кіру каскадтарының күшейту элементтерінің өзге бөгет жасайтын сигналдармен артық жүктеме қаупі және жиілігі жоғары гетеродиннің жиілігі тұрақтылығына астам жоғары талаптардың болуы. Қозғалмалы байланыс жүйелерінде және қабылдағыш реттеуі ізделінбейтін  өзге де жүйелерде қолданылады.

Егер  fг=fс таңдап алынса, онда  fпр=0 айырымдық қайта құруда сигнал жиілігін тура қайта құрумен  РҚҚ құру негізі қаланады ("нөлдік жиілікке" қайта құру). Араластырғыш ретінде көбейткіш пайдаланылады (сурет 1.6 г), оған синхрондау тізбегі арқылы (СТ) сигнал тербелісінің дәл фазасына дейін сәйкестірілген  гетеродин (СГ) тербелістері мен преселектордан сигнал түседі. Осында, синхрондық детектор рөліндегі көбейткіш шығу кезінде, сигнал модуляциясының ең жоғарғы жиілігіне сәйкес   Fм mах өткізу жолағымен төменгі жиілік фильтрі бөлетін (ТЖФ) модуляция жиілігімен  Fм сигналы алынады.  Фильтр fc  жиілігі Fм тах артық  барлық құрамдастарды басады, осының негізінде қабылдаудың жиілік іріктеушілігі іске асады.  Осындай қабылдағыш синхродин деп аталады. Оның құндылықтарына  қарапайымдылық пен қабылдаудың жанама каналдары қатарының болмауы жатады. Кемшіліктері - ФАПЧ жүйесі бар синхрондау тізбегінің шуға төмен тұрақтылығы, тракт желілігіне қойылатын аса жоғары талаптар. Екі каналды синхрондиндер негізінде жалпы гетеродиннің шаршылы тербелістерін пайдаланумен асинхрондық қабылдағыш іске асады, онда гетереодин мен сигналдың тербелістерін дәл фазасына дейін синхрондау керек емес.

РҚҚ құрылымының супергетеродиндік схемасы қазіргі уақытта ең кең тараған және жетілген болғандықтан оның негізгі ерекшеліктерін егжей-тегжейлі қарап көрейік.  Осы ерекшеліктерінің көбі жалған, қабылдаудың көрші және жанама каналдары деп аталатын, онда РҚҚ трактысына   fп жиілігі бар түрлі кедергілер өте алатын сигналдардың пайда болуымен байланысты.

Қабылдаудың негізгі каналы қабылдағыштың сигнал шоғыры орналасқан өткізу жолағымен жасалынады.  Қабылдаудың көрші каналы - бұл негізгі каналға fг жиілігінде жанасқан fск жиілігіндегі канал. Қабылдау іріктелуінің жеткіліксіздігі салдарынан  ол проселектормен фильтрленбейді және жиілік қайта құрушысында  АЖК жолағына түсетін және сондықтан пайдалы сигналмен  бірге тең өңделіп, күшейтіліп f’пр=│fг – fск│≈fпр сигнал жасайды. Көрші канал бойынша  кедергілермен күресудің негізгі шарасы – АЖК іріктеушілігін арттыру.

Қабылдаудың барлық жанама каналдарының жалпы формуласын (пайдалы каналмен бірге) ертерек қабылданған мағынада f fп=(mfг±fпр)/n түрінде жазуға болады, онда пайдалы сигнал үшін  fп=fc, m=1, п=1,  "қосу" белгісі  гетеродиннің "төменгі" реттеуге тиіс, "алу" белгісі - "жоғарғыға".

Айналы немесе симметриялық канал fп=fзк=fг+fпр=fс+2fпр (m=1, n=1) жиілігінде "жоғарғы" реттеуде немесе fп=fзк=fг – fпр=fc – 2fпр "төменгі" реттеуде сыртқы кедергілер кезінде пайда болады. Егер бұл жиілік проселектор өткізу жолағына түссе, онда ЖК пайдалы сигналға түсетін жиілікпен  пайда болады. Нәтижесінде пайдалы сигнал мен кедергінің шоғырлары бірінің үстіне бірі салынып, олардың жиілік фильтрлеуі мүмкін емес. Айналы канал бойынша кедергілерді төмендету үшін проселектордың жиілік іріктеушілігін арттыру қажет. fпр артуы  преселектордағы пайдалы сигнал жиілігінен  2fпр кем осы құрамдасты  жақсырак фильтрлеуге мүмкіндік береді, алайда пайдалы сигнал шоғырының ауқымымен байланысты өткізу жолағының АЖК жоғары іріктеушілігін қамтамасыз ету қиынға түседі. Көрші және айналы каналдар бойынша кедергілерді төмендету бойынша талаптар өте жоғары болса, бір-екі сатылы жиілікті қайта құру қолданылады.

Қабылдаудың тура каналы немесе аралық жиілік каналы егер кедергі fп=fпр (m=0, n=1)жиілігіне ие болса және ЖҚ қайта құрусыз АЖК трактына өтетін жағдайларда пайда болады. Күресудің негізгі шаралары - КТ  fпp жиілігіне режекторлық фильтр (фильтр-қақпақ) енгізу және преселектордың іріктеушілігін арттыру.

 fпр жақын жиіліктер сондай-ақ гетеродин гармоникасындағы кедергілерінің қайта құрылуы нәтижесінде пайда болуы мүмкін                        (m=2,3…; n=1;fп=), гетеродин қатысуынсыз өздерінің гармоникаларында (m=1; n=2,3…;fп=(fг ± fпр)/n), гетеродин қатысуымен өздерінің гармоникаларында (m=1; n=2,3…;fп=(fг ± fпр)/n), комбинациялық жиіліктерде (m=2,3…; n=2,3…). Осы жанама каналдарды азайту бойынша негізгі шаралар  гетеродин гармоникалары деңгейін төмендету, преселектор желісін арттыру, араластырғыштың тиісті жұмыс режимін таңдау болып табылады.  Интермодуляциялық каналдың пайда болу тетігі § 1.3. қарастырылды. Бұл каналдың әлсіреуіне  преселектор жиілік іріктеушілігін арттыру және РЖК  күшейтуін төмендету жол береді.

РЖК бар үлгілі супергетеродиндік қабылдағыш радиотрактысының нормаланған АЖС (1.1) сәйкес формуламен анықталады:

Әдетте КТ мен РЖК мына ЖҚ мен ЖҚК салыстарғанда неғұрлым кең жолақты, сондықтан супергетеродинде радиотрактының нәтижелі АЖС және өткізу жолағы негізінде аралық жиілік трактының АЖС анықталады (сурет 1.7).  (1.2) сәйкес  супергетеродиндік қабылдағышының бірсигналды іріктеушілігі

онда Кп – fп кедергі жиілігіндегі тиісті каскадты (беру) күшейту коэффициенті. Көрші канал бойынша іріктеушілік неғұрлым қиын іске асады, өйткені преселектор жасайтын КТ және РЖК тізбектері    fcк жиіліктерінде аз іріктеушілікке ие (Se вц ≈ 1, Sе урч ≈ 1) және Secк≈Se пчSynч. Қабылдаудың жанама каналдары үшін Seпч≈1, Seупч≈1 болғандықтан, оларға қатысты іріктеушілік, айтылғандай, Seвц және Seypч ұлғайту есебінен, немесе салыстырғанда тар жолақты преселекторды қабылдаудың fс негізгі каналының жиілігіне сәйкес қайта құру, немесе Seурч мағынасын арттыруды қамтамасыз ететін және  fпр тиісті таңдауымен АЖС қайта құрылмайтын нысан беру арқылы болады.  Жиілікті көп есе пайдалану  көрші және айналы каналдар бойынша жоғары іріктеушілікке қол жеткізеді,  алайда оның бәрі УТ елеулі қиындауымен байланысты және атап айтқанда, қабылданатын хабарламаларды бұрмалауынан және  трактының күшейту коэффициентін азайтуынан құтылу үшін  барлық гетеродиндер жиілігінің жоғары іріктеушілігін қамтамасыз ету қажеттілігі. Радиотракт қабылдағыштың негізгі шуыл өлшемдерін қалыптастыруда да маңызды рөл атқарады.

1.3 Радиоқабылдағыш  құрылғылардың шу коэффициенті  және шу температурасы 

Омдық кедергілері бар құрылғының ішкі флуктуация шуы негізі  тізбектердің барлық пассивті элементтері және қатты денеде немесе вакуумде зарядты тасымалдайтын қағидамен жұмыс істейтін белсенді құралдар  болып табылады. 

Тізбектің ом кедергісі бар болатын барлық пассивті элементтер мен жұмысы қатты денеде немесе вакуумдегі заряд тасымалдаушыларының ағымдарын басқару принципіне негізделген белсенді құрылғылар қабылдағыштың ішкі флуктуациялық шуларының көздері болып табылады.

Жылу қозуы ықпалымен әрбір омдық кедергілерінде зарядты ерікті тасымалдаушылар ретсіз орнын ауыстырып жылжиды, сол арқылы осы кедергілерде флуктуация тоқтары мен кернеудің азаюы туындайды.  Осы тоқтар және кернеулер жылу шуы деп аталынады, олардың орта мәні нөлге тең, ал энергетикалық спектрі 1011…1012 Гц жиілік ретіне дейін бір қалыпты болып есептелуі мүмкін («ақ шу»).  Осылайша, омдық кедергісі бар кез келген абсолют нөл температурасында табылған тізбек элементі ЭДС Еш шу генераторы эквиваленті түрінде немесе R  ішкі кедергісімен «шуы жоқ» Iш тоқ шу генераторы ұсынылуы мүмкін. ЭҚК (электр қозғаушы күші)  шуы және тоқ энергетикалық спектрлері Найквист формулаларымен анықталады, ал олардың орташа шаршылары (бытырау) сәйкесінше осыған тең:

                                                (1.3)

осындағы k=1,38 10-23Дж/К. Гц – Больцман тұрақтысы; Т – тізбектің абсолютті температурасы, К ; Пш—шуыл, интегралды немесе энергетикалық жол, Гц, шуыл өлшеу немесе есептеу бойынша.  Жалпы жағдайда ,

осындағы γ(f) – мөлшерленген АЖС УТ (амплитудалық-жиілік сипаттамасы).  kT шамасы жылу флуктуациясы интенсивтілігінің 1Гц жиілік жолында R=1Ом арқылы сипаттайды.

Транзисторлар мен жартылай өткізгіш диодтарда табиғаты әр түрлі физикалық  шу негіздері  бар. Қос полярлы транзисторлардың (ҚТ) шулары радиожиілік диапазондарында үш жасаушысы бар: көлемді кедергі базасы аймағы, эмиттер және коллектор жылу шулары, эмиттерлік және коллекторлық р-n-ауысу (бытыралы шу) арқылы өтетін заряд тасымалдаушы күлтілдеуі   саны, тоқ базасы мен коллекторлық күлтілдеу, заряд тасымалдаушы қайта әрекет ету айтулы кездейсоқ, эмиттерден базаға инжекторланған, қарама-қарсы белгілер заряды тасымалдаушы еріктілері.    Шу деңгейі төмен дала транзисторында (ДТ) бастау және науа көлемді кедергісінің жылу шуы бар, канал шу жылуы негізінен басқарма резисторы болып табылады, сонымен қатар бекітпе жойылуы тоқтың бытыралы шуы.

УП шу сипаты есептік баға үшін шуы жоқ екендігі туралы жорамал бар, ал шу болса, Uш вx (1.8. суреті) кернеу электрод шуы басқармасынан күшейту байқалады, олар екі жалған генераторларымен құралған:  ЭДС Еш вх г генераторы және Iш вх ішкі өткізілген  G11 генератор тоғы, олар УП өткізгіштігі кірісімен көрсетіледі. 

Транзисторда  пайда болған шулардың бірнеше негіздері бар, сол себептен есеп ыңғайы үшін осы шулардың негізгі бөлігі  Rш эквивалентті шу кедергісінде туындайды, ЭДС шуын анықтайтын, орта шаршы ол