Супергетеродинный приемник. 
Теория электросвязи

Супергетеродинный приемник обеспечивает очень высокую и практически одинаковую избирательность во всех диапазонах волн, а также равномерное усиление в высокочастотном тракте. Это достигается введением в главный тракт приемника (рис. 7.13) преобразователя частоты, состоящего из смесителя (СМ), маломощного генератора высокой частоты — гетеродина (Г), фильтра сосредоточенной селекции (ФСС; он, но существу явля;

Рис. 7.13. Структурная схема супергетеродинного приемника

ется оптимальным фильтром для принимаемых сигналов) и усилителя промежуточной частоты (УПЧ).

Радиосигнал из антенны через входную цепь подается на вход МШУ и УВЧ, а затем на вход смесителя — узла с двумя входами, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подается сигнал с гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя.

Таким образом, на выходе смесителя преобразователя частоты образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты выделяется с помощью ФСС и усиливается одним или несколькими каскадами УПЧ, затем поступает на детектор.

В супергетеродинном приемнике спектр принимаемого сигнала с помощью преобразователя частоты переносится с несущей частоты /₀ на промежуточную:

где /_г — частота гетеродина.

ФСС и УПЧ не перестраиваются по частоте, что позволяет получить в супергетеродинном приемнике высокую частотную избирательность при неизменной полосе пропускания, а также реализовать оптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные фильтры на промежуточной частоте.

Обладая достоинствами, супергетеродинный приемник не лишен ряда недостатков. Один из них — наличие дополнительных паразитных каналов приема. Наиболее значительный недостаток — наличие зеркального канала — мешающего входного сигнала, который не может быть подавлен фильтрами ПЧ. Так как промежуточная частота в соответствии с формулой (7.1) равна абсолютной разности частот сигнала и гетеродина, то приемник может принимать сигналы двух передающих станций с разными несущими частотами /₀, /₃ и соответственно спектрами S (f₀), SiJJ, расположенными симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина f. (рис. 7.14).

Если частота/₀ одного сигнала меньше, а другого/₃ — больше частоты гетеродина /_г на/_ич, то на выходе УПЧ одновременно будут присутствовать два преобразованных сигнала с равными частотами — основной /_пч =/_г -/₀ и зеркальной/_зк =/_пч =/₃ -/_г. Как нетрудно заметить, /₃ -/₀ = 2/_11Ч, т. е. зеркальный канал отстоит от основного (полезного, принимаемого) на удвоенное значение промежуточной частоты. Итак, если частоты двух передатчиков различаются между собой на удвоенную величину промежуточной.

Рис. 7.14. Ослабление зеркального канала полосовыми фильтрами.

частоты и не принято никаких мер, чтобы ослабить зеркальный канал, то они будут почти одинаково хорошо слышны.

Поскольку зеркальный канал расположен «по другую сторону» спектра относительно частоты гетеродина и сдвинут на частоту /_пч, то и методы борьбы с ним в основном фильтровые. Подавление частот зеркального канала осуществляется с помощью специальных полосовых фильтров, включенных во входную цепь и УВЧ приемника. Они содержат фильтры, настраиваемые на частоту /₀. Эти же фильтры ослабляют сигнал частоты зеркального канала/₃> по отношению к которой фильтры расстроены (АЧХ K (f) на рис. 7.14). Для уменьшения помех от зеркального канала применяют метод двойного преобразования частоты.

Соседний канал приема — канал, частота которого меньше или больше на частоту /_пч принимаемого сигнала. Из-за недостаточной избирательности он не отфильтровывается преселектором и образует в преобразователе частоты сигнал /_пр = | /_г — /_ск| ~ /_пч, попадающий в полосы пропускания ФСС (или фильтра на ПАВ) и поэтому усиливаемый и обрабатываемый наравне с полезным сигналом. Основная борьба с соседними каналами — повышение избирательности ФСС.

Интермодуляционный канал приема возникает при прохождении через преселектор вместе с полезным сигналом частоты /_с двух (и более) внеполосных сигналов и помех на частотах /_п1,/_п2, которые в смесителе образуют колебания с комбинационными частотами nf_c ± mf_nX ± pf_n2 ± …, где п, т, р — целые числа. Если какая-либо одна или несколько из комбинационных частот попадает в полосу пропускания ФСС и УПЧ, то создается интермодуляционный канал приема. ИМИ усиливаются в тракте наравне с полезным сигналом, накладываются на него, снижают отношение сигнал/шум и искажают принимаемое сообщение. Особенно опасны ИМИ в системах связи с многостанционным доступом, когда интермодуляция возникает между полезными сигналами. Подавление сигналов побочных каналов приема (в том числе и зеркального) улучшается при повышении промежуточной частоты /_пч.

При изменении частоты настройки высокочастотного тракта приемника необходимо также одновременно перестраивать частоту гетеродина. Это достигается путем сопряжения органов настроек высокочастотного тракта и гетеродина, для чего в приемнике применяется единственная ручка (обычно — электронный элемент) настройки. С ее помощью одновременно изменяют резонансную частоту высокочастотного тракта и частоту колебаний гетеродина, сохраняя между ними фиксированную промежуточную частоту.

К недостаткам супергетеродинного приемника следует отнести и возможность приема помехи с частотой, близкой или равной промежуточной частоте. Такая помеха может пройти весь тракт без преобразования в преобразователе частоты и усилиться в УПЧ. Ее прием аналогичен приему по схеме прямого усиления независимо от частоты гетеродина. Для подавления подобных помех во входную цепь сунергетеродинного приемника вводят режекторный фильтр, настроенный на промежуточную частоту.

В супергетеродинном приемнике возможно также появление комбинационных каналов, вызывающих комбинационные свисты. На некоторых частотах работы приемника в результате сложных нелинейных процессов в преобразователе частоты получается сигнал с частотой/'_ч, близкой к промежуточной частоте. Тогда полезный и паразитный сигналы усиливаются в УПЧ, но при этом возникают биения их несущих частот. В результате биений появляется низкочастотная огибающая полезного сигнала с частотой /св⁼ 1/пч — /пч1> которая выделяется амплитудным детектором и после усиления в УПЧ прослушивается в виде свиста.

При проектировании супергетеродинного приемника побочные каналы приема могут быть устранены рациональным выбором промежуточной частоты, режима работы преобразователя частоты и необходимой частотной избирательности преселектора и УПЧ. Наиболее эффективным является использование схем смесителя, выполняющих близкое к идеальному перемножение напряжений, а также электронной развязки цепей гетеродина и высокочастотного тракта. В настоящее время супергетеродинная структура приемника стала фактически стандартом в профессиональной и любительской радиосвязи.