Проектирование и расчет структурной схемы радиоприемника

Москва 2005 г.

Техника радиовещания на УКВ с частотной модуляцией (ЧМ) начала развиваться с 30-х годов, когда были обнаружены высокая помехоустойчивость и высокое качество сигнала при этом виде модуляцию. Частотная модуляция относится к широкополосным видам модуляции, при которых излучаемая передатчиком полоса частот намного превышает полосу частот модулирующего звукового сигнала. Происходит как бы «обмен» полосы на отношение сигнал-шум, которое может достигать на выходе ЧМ детектора от –70 до –80 дБ. В связи с этим максимальную девиацию частоты радиовещательных передатчиков устанавливают равной 60 кГц (в РФ) или 75 кГц (в США). Полоса частот, занимаемая станцией в эфире, получается более 100 кГц, поэтому вещание с ЧМ ведется только на УКВ. Ширина радиовещательного УКВ диапазона в РФ (65, 8 – 73 МГц) втрое превосходит суммарную ширину участков, отведенных для радиовещания в диапазонах ДВ, СВ, и КВ.

Ультракороткие волны слабо огибают земную поверхность, а так же препятствия, встречающиеся на пути их распространения. Поэтому радиус действия УКВ ЧМ передатчиков обычно превосходит 70 – 100 км. Даже в зоне «радиовидимости» встречаются области глубокой «тени» со слабой напряженностью поля. Тем не менее, УКВ радиовещание полностью оправдано в городах и густонаселенных местностях, где построена густая сеть УКВ радиостанций и ретрансляторов. Эпизодически возможен и дальний прием УКВ станций, обусловленных сверхрефракцией радиоволн в тропосфере или другим причинам, например, отражением от спорадических ионосферных образований.

Одновременно с количественным развитием сети УКВ вещания происходил и качественный процесс – непрерывное совершенствование техники УКВ приема. Сверхрегенераторы применявшиеся ранее, виду их исключительной простоты, были полностью заменены супергетеродинными приемниками. Классическая структурная схема супергетеродинного приемника, включающая УВЧ, преобразователь частоты, УПЧ с большим коэффициентом усиления, ограничитель, частотный детектор (ЧД) и УПЧ существует без заметных изменений уже более полувека. Изменялась лишь элементная база – лампы уступили место транзисторам, затем интегральным микросхемам, с развитием стерео вещания добавился стерео декодер. Эта же структурная схема используется и во вех современных УКВ приемниках, выпускаемых промышленностью.

Попытки улучшить качество работы и помехоустойчивость приемника ЧМ привели к усовершенствованию всех перечисленных элементов структурной схемы приемника. Были созданы малошумящие высокочастотные каскады с большим динамическим диапазоном, тракты ПЧ с монолитными пьезокерамическими фильтрами УНЧ с большой выходной мощностью и пренебрежимо малыми частотными и нелинейными искажениями. В наименьшей степени этот процесс затронул «классический» частотный дискриминатор (ЧД) или детектор отношений.

Предпринимались поиски новых технических решений, улучшающих УКВ прием. Основные изобретения были сделаны в конце 30-х годов, однако, из-за слабого развития техники они долго не получали распространения. К этим изобретениям относятся отрицательная обратная связь по частоте (Чеффи, 1937), следящий фильтр (Виницкий, 1940), приемник с синхронно-фазовым ЧД (Кросби, 1938). ............