CC BY
60
Радиофизика
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2014, № 3 (1), с. 24-30
УДК 621.372.543.2
СИНТЕЗ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕЛЕКТИВНЫХ ЦЕПЕЙ РАДИОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА
© 2014 г. С.Д. Ханов
ФНПЦ «НИИИС им. Ю.Е. Седакова», Н. Новгород
xcd@rambler.ru
Поступила в редакцию 28.03.2014
Рассматривается вопрос синтеза частотной характеристики селективных цепей радиоприемных устройств на основе методики расчета комбинационных каналов. Приводятся расчетные формулы, результаты расчета частот комбинационных каналов для двух преобразований частоты. Экспериментально показано наличие отклика на промежуточной частоте при наличии сигнала на комбинационном канале.
Ключевые слова: синтез, радиоприемное устройство, комбинационные каналы приема, промежуточная частота, гетеродин, частотная характеристика.
Введение
Современные радиоприемные устройства (РПУ) представляют собой сложную систему, состоящую из большого числа взаимосвязанных узлов. Процесс их разработки невозможен без анализа существующей элементной базы и сетки частот, т.е. промежуточной частоты, частот гетеродина, количества и вида преобразований. Разработчик, основываясь на своих знаниях и опыте, выбирает несколько оптимальных схем построения РПУ, включающих, как правило, узлы, характеристики которых не соответствуют существующей элементной базе [1]. В большинстве схем построения РПУ [2] такими узлами являются селективные цепи или преселекторы, что обусловливает актуальность задачи их синтеза.
В данной работе представлены:
1. Пример расчета комбинационных каналов для двух преобразований частоты на основе методики [3];
2. Экспериментальные данные, подтверждающие наличие отклика на промежуточной частоте при наличии сигнала в полосе комбинационных каналов.
Математическая модель
На основе методики расчета комбинационных каналов [3] представим частотную структуру комбинационных каналов в удобном и наглядном виде. Помеху определим как сигнал с частотой ^ на входе преобразователя, при частоте гетеродина f = const.
Частоты комбинационных каналов подчиняются соотношению:
Мп + ^Г = fПЧ, где fП- частота, создающая комбинационную составляющую на частоте ,
т, п = ±1+2+3...
Для случая ^ - ^ = fПЧ функция (~тд2) от аргумента с параметром п представлена двумя семействами линейных функций [3]:
-тд2 =
+ mq2 =
2ql +1 3q1 + 2
4qi + 3
nq1 + n -1
q1 + 2
2q1 + 3 3q1+ 4 4q + 5
- nq1 - n +1
при
при
n = +1
n = +2 n = +3
n = +4
n > 0
n = -1
n = -2 n = -3
n = -4
(1)
n < 0.
Для случая = ^ - ^ функция (-тд2) от аргумента с параметром п также представлена двумя семействами линейных функций [3]:
-mq2 =
q1 - 2
2q1- 3 3q - 4
4q1 - 5
nq1 - n -1
при
n = +1
n = +2 n = +3
n = +4
n > 0
Таблица 1
Исходные данные двух преобразований_
Вид преобразования /г, МГц /с, МГц /пч, МГц
/ПЧ = /г — /С 875 625-750 125-250
/ПЧ = /С — /г 500 625-750 125-250
30
ч
\ 33.6
Ч 29.9 Ч ч
V \ 26.1 ч* иИ
\ 22.4 /г Л Ч
ч Ч, Ч ■Ч 18.7 / ,4 ,4
/
■ч »ч, \ 14.9 Г Ч г*"*
ч "Ч N 11.2 - Г*
Ч' ■ - «г
е.гоо 3.300 3:74. . 2.5 к е.ооо
Ч2>0 7.65 6.30 5.95 5.10 4.25 3.40 2.55 гда- 0.00 0.75 1.50 2.25 3.00 3.75 4.50 5.25 6.00 6ЛЧТ
•ч
■Ч / 7.4ВЧ Ч Ч, м
Ч ■5* : / 11.2 X ч
Ч >- г 14.9 ч "К 84....
/ А / 18.7 N ч ч ч,
/ 22.4 N ч *™Ч
ч 26.1 к. ч
Ч Ч 29.9 ч N к.
33.6 +гпч2 ч
Рис. 1. Изображение одной из номограмм для определения частот комбинационных каналов при /ПЧ = /г — /С
+ тд2 =
2<?1 — 1 341 — 2
441 — 3
— П41 + п +1
при
п = —1
п = —2 п = —3
п = —4
п < 0,
(2)
где 41 и 42 - нормированные по /ПЧ частоты настройки / и частоты помехи /П соответственно.
Подробное описание использования номограмм для определения частот комбинационных каналов (рис. 1-4) представлено в [3].
На рис. 5 в верхней плоскости представлены вычисленные комбинационные каналы для
/пч = /Г — /о а в нижней - для /ПЧ = /С — /Г . В
скобках указаны значения пит, соответствующие комбинационному каналу. Следует отметить, что амплитуды каналов определены качественно относительно основного канала приема и \т\ + |п|.
Программная модель
В программе Spectr-M реализован, на основе семейств линейных функций (1) и (2), расчет комбинационных каналов приема. Для получения данных по комбинационным каналам приема в программе необходимо выбрать вид преобразования, установить частоты гетеродина /г и сигнала /с .
В качестве примера рассмотрим два преобразования, данные для которых приведены в табл. 1.
Эксперимент
С помощью программы Spectr-M и значений из таблицы 1 получим частотное распределение комбинационных каналов: столбцы т, п, /\, /2 -
для /ПЧ = /г — /С (табл. 2) и /ПЧ = /С — /г (табл.
3), где т, п = ±1,±2,±3,±4,±5, частоты/ь /2 определяют полосу комбинационных каналов.
Для экспериментального подтверждения наличия отклика входного сигнала на промежуточной частоте было использовано следующее
11.0 т=-5,п=Е ЯаШ
10.0 т=-Е ,п=4 т= 4,п=5
9.00 т= 1 -5,п=3т=-4,п=4 т =-3,п=5
8.00 I т=-5,п 1 =т=-4,п=3 гг =-3,п=4 гг =-2,п=5
7.00 т=-5,1т= Л 1 п=2 т=-3,п=3 т=- 2,п=4 т=-1 ,п =5
в.00 т=-4,п= гг 1 =-3.11=2 т=-2,п =3 т=- 1,11=4
5.00 т=-3,п =1 1 т=-2,п=2 п=-1 ,п=3
4.00 т=- 2.1 =1 т=-1 ,г =2
3.00 т= 1 ,п=1
2.00
1.00 2.5 0 6.000
0.00 1. № Ш 3.94 7.92 9.90 11.8 13.8 15.8 17.8 19.8 21.7 23.7 25.7 27.7 29.7 31.6 33.6 35.6 37.6
1.00 т= ,п=-1
2.00 1Т =2,п=- т=1,п =-2
3.00 т=3 п =-1 т=2,г =-2 п=1,п=-3
4.00 т=4.п т=3, 1=-2 т= 2,п=-3 т= .п=-4
5.00 т=5,п= 4.п=-2 т=3,п =■3 т=2,п=- т=1 ,п -5
6.00 т= 5, ,п=-3 т=3,п=-4 т=2,г =-Б
7.00 1 I п=5,п=-3т=4,гг 4 т=3,п=- 5
8.00 I т=5,п=-4 1=4,п=-5
9.00 т=5,п= -5
10.0
Рис. 2. Распределение частот комбинационных каналов на частотной оси при фиксированном
диапазоне настроек приемника для = ^ — ^
Рис. 3. Изображение одной из номограмм для определения частот комбинационных каналов при = ^ — ^
оборудование: генератор сигналов, анализатор спектра, генератор и двойной балансный смеситель. На рис. 6 представлена схема соединения оборудования. При этом:
— генератор сигналов предназначен для формирования сигнала с частотой, соответст-
вующей полосе комбинационных каналов, и мощностью 0 dBm;
— анализатор спектра необходим для определения отклика на промежуточной частоте;
— генератор использовался в качестве гетеродина с fГ = 875 МГц для = ^ — ^ и
11.0 4
т=-5, |=5
10.0 I т=-5,п=4 ,п=5
9.00 гг 1=-Б.п=;т=4.г =4 т=- 5,п =5
8.00 I I т=-5,п=т=-4,п=3 т=-3,п=4 т=- 2,п=5
7.00 I ! т=-5т=4.п=2 т=-3.п =3 1=-2,п =4 т= 1,п=5
6.00 I т=-4,п=т=-31п=2 т=-2,п=3 т=-1 .п=*
5.00 1 т=-3,п=1 т= -2,п= т=-1 п=3
4.00 I т=-2.п=1 т ,п=2
3.00 т=-1 ,п =1
2.00
1.00 9.000 5.000
0.00 1.15 2.31 Пб 4.( 2 5.77 6.93 8.08 9.24 10.3 11.5 12.7 13.8 15.0 16.1 17.3 18.4 19.6 20.7 21.9
1.00 п=1.п=-1
2.00 т=2,п= -1 т=1 ,п=-2
3.00 т= 3.п=-1 1=2.п=-2 т=1,п= 3
4.00 т=4.п =-1 т=3 п=-2 т =2 п=-3 т =1 ,п=-4
5.00 т=5,п~ 6.00 ^ т= т=4,п=-2 т =3,г =-3 т=2,п=- 4 т=1,п =-5
5,п=-:т= 4,п=- 3 т=3,п= =4 т=2, 1=-5
7.00 I т=5,п=-3 т= 4,п=-1 т =3,п=- 5
8.00 т=5.п= 4 т=4.п=-5
9.00 т= 5,п=-5
10.0
Рис. 4. Распределение частот комбинационных каналов на частотной оси при фиксированном диапазоне настроек приемника для /ПЧ = fС — /г
Рис. 5. Представление комбинационных каналов fг = 500 МГц для fПЧ = /С — fг и мощностью ка курсора анализатора спектра на входной сиг-
10 dBm.
нал.
Повторяя измерения для 187 МГц (столбцы /187), P2) и для 125 МГц (столбцы ./(125), Pз), получим данные, представленные в таблице 2.
Для преобразования /ПЧ = /г — /С На генераторе выставляем /г = 875 МГц.
На анализаторе спектра выставляем курсор на
,Гл ;,г тт * Для преобразования / ПЧ = / С — / г
частоте 250 М1ц. На генераторе сигналов, в ^ ^^ ./114 ./с ./!
режиме непрерывной генерации, выставляем На генераторе выставляем /г = 500 Мгц.
значения частот ш столбца /(250) та^ицы 2. В На анализаторе спектра выставляем курсор на
столбец Р1 заносим значения амплитуды откли- частоте 250 Мгц. На генераторе сигналов, в
Таблица 2
Данные эксперимента при /ПЧ = /г — /С
№ т п /1, МГц /2, МГц / (250), МГц Л, 11Ви1 / (187), МГц Р2, 11Вт / (125), МГц Р3, иВт
1 -1 1 625 750 625 -8 688 -8 750 -8
2 -2 1 312 375 312 - 344 -47 375 -47
3 -1 2 1500 1625 1500 -40 1563 -38 1625 -40
4 -2 2 750 813 750 -47 782 -48 813 -49
5 -3 2 500 542 500 -48 521 -47 542 -48
6 -4 2 375 406 375 -48 391 - 406 -
7 -5 2 300 325 300 - 313 - 325 -
8 -2 3 1187 1250 1187 -45 1219 -48 1250 -47
9 -3 3 792 834 792 -48 813 -48 834 -49
10 -4 3 594 625 594 - 610 - 625 -49
11 -5 3 475 500 475 - 488 - 500 -47
12 -3 4 1083 1125 1083 -47 1104 -47 1125 -49
13 -4 4 813 844 813 - 829 - 844 -
14 -5 4 650 675 650 - 663 - 675 -
15 -3 5 1375 1417 1375 -49 1396 -49 1417 -49
16 -4 5 1031 1062 1031 - 1047 - 1062 -
17 -5 5 825 850 825 - 838 - 850 -
18 1 -1 1125 1000 1125 -9 1062 -10 1000 -9
19 2 -1 562 499 562 -48 530 -43 499 -44
20 3 -1 374 332 374 -47 353 -45 332 -47
21 2 -2 1000 937 1000 -49 968 -48 937 -48
22 3 -2 666 624 666 -48 645 -47 624 -47
23 4 -2 499 468 499 -48 483 - 468 -
24 5 -2 400 375 400 - 387 - 375 -47
25 2 -3 1437 1374 1437 -49 1405 -45 1374 -46
26 3 -3 958 916 958 -49 937 -48 916 -47
27 4 -3 718 687 718 - 702 - 687 -
28 5 -3 575 550 575 - 562 - 550 -
29 3 -4 1249 1207 1249 -49 1228 -49 1207 -48
30 4 -4 937 906 937 - 921 - 906 -
31 5 -4 750 725 750 -48 737 - 725 -
32 4 -5 1155 1124 1155 - 1139 - 1124 -46
33 5 -5 925 900 925 - 912 - 900 -
тах 250 Мгц, 187 Мгц и 125 Мгц соответственно. Пустые ячейки в столбцах Р\, Р2 и Р3 являются следствием:
1) низкого динамического диапазона анализатора спектра;
2) методики измерения - при настройке анализатора спектра отклик ПЧ отсутствовал, поскольку ширина комбинационных каналов меньше или равна полосе ПЧ.
режиме непрерывной генерации, выставляем значения частот из столбца /(250) таблицы 3. В столбце Р\ заносим значения амплитуды отклика курсора анализатора спектра на входной сигнал.
Повторяя измерения для 187 Мгц (столбцы /(187), Р2) и для 125 Мгц (столбцы /(125), Р3), получим заполненную таблицу 3.
Значения в столбцах Р\, Р2 и Р3 таблиц 2 и 3 свидетельствуют о величине отклика на часто-
Таблица 3
Данные эксперимента при /ПЧ = /С — /г
№ т п /1, МГц /2, МГц / (250), МГц Л, 11Ви1 / (187), МГц Р2, 11Вт / (125), МГц Р3, иВт
1 -1 1 250 375 250 -6 313 -8 375 -8
2 -1 2 750 875 750 -8 813 -40 875 -43
3 -2 2 375 438 375 -46 407 - 438 -
4 -1 3 1250 1375 1250 -23 1313 -25 1375 -25
5 -2 3 625 688 625 -45 657 -48 688 -47
6 -3 3 417 459 417 -42 438 -42 459 -45
7 -2 4 875 938 875 -46 907 - 938 -
8 -3 4 583 625 583 -40 604 -48 625 -8
9 -4 4 438 469 438 - 454 - 469 -
10 -5 4 350 375 350 - 363 - 375 -8
11 -2 5 1125 1188 1125 -44 1157 -46 1188 -47
12 -3 5 750 792 750 -8 771 -44 792 -45
13 -4 5 563 594 563 - 579 - 594 -
14 -5 5 450 475 450 - 463 - 475 -
15 1 -1 750 625 750 -8 687 -8 625 -8
16 1 -2 1250 1125 1250 -23 1187 -41 1125 -41
17 2 -2 625 562 625 -44 593 - 562 -
18 3 -2 416 374 416 -45 395 -48 374 -8
19 2 -3 875 812 875 -47 843 -47 812 -
20 3 -3 583 541 583 -40 562 -41 541 -44
21 4 -3 437 406 437 - 421 - 406 -
22 2 -4 1125 1062 1125 -44 1093 - 1062 -
23 3 -4 749 707 749 -8 728 -48 707 -49
24 4 -4 562 531 562 - 546 - 531 -
25 5 -4 450 425 450 - 437 -45 425 -
26 3 -5 916 874 916 -42 895 -43 874 -44
27 4 -5 687 656 687 - 671 - 656 -
28 5 -5 550 525 550 - 537 - 525 -
Выводы
1. Из рис. 5 видно, что наиболее опасными являются комбинационные каналы (1; -1) и (-1;1) (для случая /ПЧ = /г — /С - строка №18 табл. 2, для /ПЧ = /С — /г- строка №1 табл. 3). Данные комбинационные каналы соответствуют зеркальным. Одним из способов борьбы с комбинационными каналами, представленными на рисунке 5, является подавление их на входе преобразователя с помощью повышения избирательности преселектора и, как следствие, увеличение инерционности и длительности переходных процессов.
2. Получено фактическое подтверждение отклика на ПЧ при наличии сигнала на комбинационном канале (табл. 2 и табл. 3).
3. Частотное распределение комбинационных каналов позволяет расширить требования к синтезу амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) преселектора (штрихпунктирные линии на рисунке 5). Так, в работах [4, 5] АЧХ пресе-лектора синтезирована на основе требований к потерям: в зеркальном канале, в полосе пропускания, на промежуточной частоте и на частоте гетеродина. То есть были предъявлены требования только на один комбинационный канал -зеркальный.
Рис. 6. Схема соединения оборудования
Автор выражает благодарность А.В. Силину за полезные замечания по данной работе.
Список литературы
1. Белкин М.К., Белинский В.Т., Мазор Ю.Л., Те-решук Р.М. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. 2-е изд. К.: «Выща шк.», Головное изд-во, 1988. 472 с.
2. Заварин Г.Д., Мартынов В.А., Федоровцев Б.Ф. Радиоприёмные устройства. М.: Воениздат, 1973.
3. Бабанов Ю.Н., Силин А.В. Проблема взаимных помех при совместной работе радиосистем: Учебное пособие. ГГУ, 1975.
4. Бугров В.Н., Шкелёв Е.И., Ханов С.Д. // Вестник ННГУ. Серия Радиофизика. 2005. Вып. 1(3). С. 72-77.
5. Привер Э.Л., Ханов С.Д., Бугров В.Н. // Вестник ННГУ. 2007. № 6. С. 28-33.
FREQUENCY RESPONSE SYNTHESIS OF RADIO RECEIVER SELECTIVE CIRCUITS
S.D. Khanov
Frequency response synthesis of radio receiver selective circuits is considered on the basis of calculation of combination channels. Calculation formulas and results for frequencies of combination channels for two frequency transformations are given. A response at the intermediate frequency in the presence of a signal in the combination channel has been shown experimentally.
Keywords: synthesis, radio receiver, combination channels of reception, intermediate frequency, heterodyne, frequency response.
References
1. Belkin M.K., Belinskij V.T., Mazor Yu.L., Tere-shuk R.M. Spravochnik po uchebnomu proektirovaniyu priemno-usilitel'nyh ustrojstv. 2-e izd. K.: «Vyshcha shk.», Golovnoe izd-vo, 1988. 472 s.
2. Zavarin G.D., Martynov V.A., Fedorovcev B.F. Radiopriyomnye ustrojstva. M.: Voenizdat, 1973.
3. Babanov Yu.N., Silin A.V. Problema vzaimnyh pomekh pri sovmestnoj rabote radiosistem: Uchebnoe posobie. GGU, 1975.
4. Bugrov V.N., Shkelyov E.I., Hanov S.D. // Vest-nik NNGU. Seriya Radiofizika. 2005. Vyp. 1(3). S. 72-77.
5. Priver Eh.L., Hanov S.D., Bugrov V.N. // Vestnik NNGU. 2007. № 6. S. 28-33.
