704_Mikushin_A.V._Skhemotekhnika_mobil'nykh_radiostantsij_

Эквивалентная схема этого фильтра приведена на рисунке 2.155. В ней последовательные контура включены параллельно, образуя тем самым два полюса, как в полосовом фильтре Чебышева или Баттерворта второго порядка.

Lm1 Cm1

Lm2 Cm2

Рисунок 2.155. Эквивалентная схема фильтра на поверхностных волнах с двумя резонаторами

Реализуемая таким фильтром типовая амплитудно-частотная характеристика приведена на рисунке 2.156.

Рисунок 2.156. Амплитудно-частотная характеристика фильтра

сдвумя резонаторами

Впромышленно выпускаемых фильтрах используется от четырех до восьми резонаторов. Так как частоты полюсов полосового фильтра отличаются друг от друга незначительно, то отражатели разных резонаторов мы будем воспринимать как один широкий отражатель. Внешний вид ПАВ фильтров с открытой верхней крышкой приведен на рисунке 2.157.

172

ний. А так как это фильтр нижних частот, то он одновременно избавит от проблем неидеальности амплитудно-частотной характеристики в области верхних частот, которые могут вызываться эффектом тройного эха или воздействием объемной волны.

Рисунок 2.159. Схема согласования ПАВ фильтра с стандартным значением сопротивления 50 Ом

Фильтры, производимые иностранной фирмой EPCOS содержат все цепи согласования внутри корпуса, поэтому достаточно обеспечить сопротивление источника сигнала и сопротивление нагрузки, равным 50 Ом, и мы получим заданную АЧХ.

Рисунок 2.160. Пример амплитудно-частотной характеристики ПАВ-фильтра

B9909 фирмы EPCOS

174

2.3.14. Линейные усилители промежуточной частоты

Как уже мы обсуждали ранее, линейный усилитель первой промежуточной частоты должен обладать небольшим усилением. Его задача скомпенсировать потери в фильтрах и преобразователях частоты. В то же самое время помеха может перегрузить этот усилитель, поэтому усилитель должен быть охвачен системой автоматической регулировки усиления. В качестве примера подобного усилителя можно рассмотреть схему, построенную на микросхеме AD8367. Ее внутренняя схема приведена на рисунке 2.161

Рисунок 2.161. Внутренняя схема микросхемs AD8367

То, что эта микросхема может быть охвачена местной схемой автоматической регулировки напряжения, позволяет избежать перегрузки выходного каскада мощной внедиапазонной помехой. Дополнительно динамический диапазон расширяется за счет дискретного 9-каскадного аттенюатора. Принципиальная схема усилителя промежуточной частоты, собранного на микросхеме AD8367, приведена на рисунке 2.162.

Рисунок 2.162. Принципиальная схема усилителя ПЧ собранного на микросхеме AD8367

175

В этой схеме фильтр L1C1 позволяет преобразовать входное сопротивление микросхемы в стандартное сопротивление 50 Ом. Фильтр L2C9 приводит выходное сопротивление микросхемы к значению 50 Ом. Замкнутые выводы 5 и 6 включают автоматическую регулировку напряжения.

Следует заметить, что, как мы это уже обсуждали ранее, чувствительность приемника и его динамический диапазон обычно определяют первые каскады. Поэтому в схеме второго гетеродина и усилителя промежуточной частоты можно применить схему с более скромными параметрами, обладающую меньшими габаритами и стоимостью. В качестве примера можно назвать отечественную микросхему КФ174ХА42 или КС1066ХА1, иностранные микросхемы TEA5570, AD609 или AD6459. Все они являются фактически готовыми приемниками, в которых содержатся смесители, усилители, системы АРУ и демодуляторы, поэтому рассмотрим работу одной из этих микросхем позднее.

2.3.15. Усилители-ограничители

При разработке любого блока радиоэлектронного устройства важно выполнять требования, предъявленные к нему на этапе разработке структурной схемы. При разработке структурной схемы радиоприемного устройства мы определили, что от усилителя второй промежуточной частоты требуется обеспечить максимальное усиление мощности принимаемого сигнала. Именно усилитель второй промежуточной частоты доводит уровень сигнала до значения, необходимого для нормальной работы ЧМ демодулятора, тем самым обеспечивая необходимую чувствительность приемника радиостанции. В то же самое время уровень принимаемого сигнала может быть достаточно большим при работе на небольшом расстоянии от передатчика.

При работе с угловыми (частотными или фазовыми) видами модуляции, такими как частотная модуляция, GMSK, полезная информация заложена в изменении частоты или фазы, поэтому после выделения диапазона частот полезного сигнала, в ряде случаев можно потерять информацию об амплитуде исходного сигнала. Естественно при этом спектр принятого сигнала расширится, но так как подавление внедиапазонных помех уже завершено, то на этом этапе приема можно допустить расширение спектра сигнала.

То, что мы допустили возможность потери информации об амплитуде принимаемого полезного сигнала, позволяет применить усилители, ограничивающие его амплитуду. Это значительно упрощает схему усилителя промежуточной частоты, так как не требуется схема автоматической регулировки напряжения (АРУ).

В настоящее время выпускается достаточно много микросхем, реализованных по данной схеме. В качестве примера отечественной микросхемы усилителя промежуточной частоты с встроенным ограничителем амплитуды можно назвать микросхемы К174ХА10 или К174ХА42. Эти микросхемы предназначены для реализации однокристальных радиовещательных приемников.

Подобные микросхемы применяются и для реализации трактов промежуточной частоты профессиональных радиостанций. Это такие микросхемы фирм

176

Philips или NXP Semiconductors как SA607, SA616, SA627, SA636. Отличаются они друг от друга незначительно. В основном габаритами и входным/выходным сопротивлением усилителей. В микросхеме SA627 есть встроенный подавитель шума. Пример принципиальной схемы тракта второй промежуточной частоты, реализованной на микросхеме SA616, выпускаемой фирмой Philips Semiconductors, приведен на рисунке 2.163.

Рисунок 2.163. Принципиальная схема усилителя ПЧ собранного на микросхеме SA616

В данной микросхеме в одном корпусе сосредоточен транзисторный смеситель (MIXER), усилитель промежуточной частоты (IF AMP), ограничитель (LIMITER) и частотный детектор(QUAD). Коэффициент усиления усилителя промежуточной частоты IF в этой микросхеме равно 44 дБ. Коэффициент усиления усилителя-ограничителя LIMITER в микросхеме SA616 равен 58 дБ. Общий коэффициент усиления микросхемы достигает значения 100 дБ (сто тысяч раз по напряжению). Этого вполне достаточно для реализации предельной чувствительности приемников частотных видов модуляции.

К сожалению, узел смесителя имеет достаточно низкое значение IP3, равное – 9 дБм. Основная избирательность приемника по соседнему каналу осуществляется после этого узла, поэтому для обеспечения приемлемых параметров приемника в целом по интермодуляции и блокированию желательно смеси-

177

тель реализовывать на отдельной микросхеме с более высокими значениями этого параметра.

Вкачестве схемотехнического решения, которое позволяет применить встроенный в микросхему SA616 (SA627, SA636) преобразователь частоты, можно назвать применение узкополосных кварцевых фильтров первой промежуточной частоты (обычно 45 МГц). В этом случае уровень второго и четвертого соседних каналов (наиболее опасных с точки зрения интермодуляционных искажений) будет ослаблен в достаточной мере для того, чтобы этими искажениями можно было пренебречь. В этом описываемая микросхема используется

вкачестве тракта второй промежуточной частоты в супергетеродинном приемнике с двойным преобразованием.

Всхеме, приведенной на рисунке 2.163, на вход усилителя промежуточной частоты напряжение подается через керамический фильтр основной избирательности FLT1. Обычно применяется пьезокерамический фильтр, подобный SFPKA455KF4A-R1 фирмы Murata. Его средняя частота составляет 455 МГц. Такой фильтр способен ослабить мощность сигнала соседнего канала на 30 дБ, поэтому в тракт второй промежуточной частоты обычно включается два фильтра. Но фильтры не могут быть нагружены друг на друга, поэтому второй фильтр ставится на выходе усилителя промежуточной частоты IF. Так как сигнал соседнего канала уже подавлен на 30 дБ, то усиление мощности входного сигнала на 40 дБ ни к каким неприятным последствиям не приводит.

При подключении фильтров к другим элементам схемы очень важно согласовать их входное и выходное сопротивление. В фильтрах рассогласование входа и выхода фильтра по сопротивлению может привести к резкому изменению амплитудно-частотной характеристики (развал АЧХ). Входное сопротивление усилителей промежуточной частоты IF и LIMITER в микросхеме SA616 равно 1,5 кОм, поэтому никакого дополнительного согласования с фильтром SFPKA455KF4A-R1 не требуется (его входное и выходное сопротивление равно

1,5 кОм).

Работу следующей части микросхемы SA616, осуществляющей демодуляцию частотно-модулированного сигнала QUAD, мы рассмотрим позднее в главе, посвященной частотным демодуляторам.

2.3.14. Амплитудный детектор

При обсуждении видов модуляции принимаемого сигнала, применяющихся в наземных системах мобильной радиосвязи, мы выяснили, что амплитудная модуляция не применяется в системах наземной мобильной радиосвязи. Амплитудную модуляцию применяют только в диапазоне частот 118...136 МГц для связи с самолётами. В цифровых системах наземной мобильной радиосвязи, в том числе и сотовой связи, амплитудные детекторы (демодуляторы) в чистом виде не применяются. Однако, учитывая, что практически все современные виды цифровой модуляции содержат амплитудную составляющую, в видоизмененном виде в цифровом демодуляторе присутствует амплитудный детектор. Причем, если учесть, что индекс этой паразитной модуляции составляет не

178

30%, как в аналоговой АМ, а достигает 100%, то сложность решаемых задач возрастает на порядок.

Тем не менее, для полноты картины рассмотрим схему амплитудного детектора, позволяющего превратить значения амплитуды высокочастотного сигнала в низкочастотные колебания. Первоначально амплитуду высокочастотного колебания выделяли на электронных приборах с нелинейной вольтамперной характеристикой, таких как полупроводниковые диоды и транзисторы. Требующаяся для амплитудного детектирования вольтамперная характеристика (ВАХ) нелинейного элемента приведена на рисунке 2.164.

Рисунок 2.164. Вольтамперная характеристика нелинейного элемента, необходимая для детектирования амплитудной модуляции

При прохождении амплитудно-модулированного сигнала через электронный прибор с вольтамперной характеристикой, приведенной на рисунке 2.164, в выходном токе появляется составляющая, пропорциональная амплитуде входного сигнала. Процесс детектирования на электронном приборе с подобной вольтамперной характеристике поясняется на рисунке 2.165.

Рисунок 2.165. Процесс детектирования амплитудно-модулированного сигнала на линейной ВАХ

179

Реальные вольтамперные характеристики нелинейных элементов (таких как полупроводниковые диоды или транзисторы), применяющихся в амплитудных детекторах, значительно отличаются от требующейся ВАХ. В результате амплитудная характеристика детектора получается существенно нелинейной. У вольтамперных характеристик этих электронных приборов наблюдается ступенька в районе 0,2 ... 0,8 В. Наименьшей ступенькой обладают диоды Шоттки и обращенные диоды. Именно такие диоды и применяются в амплитудных демодуляторах. Пример вольтамперной характеристики полупроводникового диода Шоттки приведен на рисунке 2.166.

Рисунок 2.166. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода

Пример принципиальной схемы амплитудного детектора, выполненного на полупроводниковом диоде, приведен на рисунке 2.167. По таким схемам строятся и схемы вольтметров переменного тока.

Рисунок 2.167. Принципиальная схема амплитудного детектора

В данной схеме присутствует значительное влияние выходной цепи детектора на характеристики детектирования, точка перегиба вольтамперной характеристики не совпадает с нулевым значением напряжения входного сигнала. Все это приводит к тому, что в диодной (или транзисторной) схеме амплитудного детектора при росте глубины модуляции растут нелинейные искажения.

180