Рогозин А.Е. - Поволжский государственный университет сервиса

СТАНОВЛЕНИЕ ГЕТЕРОДИННОГО СПОСОБА
ПРИЕМА СИГНАЛОВ
А. Е. Рогозин
Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти,
Россия
ESTABLISHMENT OF A WAY OF DIRECT TRANSFORMATION OF
RECEPTION OF SIGNALS
A.E. Rogozin
Volga region State University of Service, Togliatty, Russia
Жизнь современного общества немыслима без обмена сигналами,
несущими информацию, организация получения и обмена которой была и
остаётся одной из основных проблем, стоящих перед человечеством.
Переворот в передаче и обмене сигналами совершило изобретение радио.
Оно дало мощный стимул в развитии радиоэлектроники.
Неотъемлемой частью любой системы получения и передачи
информации являются устройства приема и обработки сигналов.
Радиоинженерами было замечено, что при наличии дополнительного
сигнала, частота которого близка к частоте принимаемого сигнала,
чувствительность приемного тракта резко возрастает. Причина этого эффекта
в то время не была известна, однако эффект был настолько ошеломляющий,
что метод незамедлительно нашел широкое применение в радиотелеграфии.
В 20-е годы ХХ в. выпрямляющие свойства контакта полупроводников с
металлом
начали
практически
использовать
в
радиотехнике.
Радиоспециалисту из Нижегородской радиотехнической лаборатории Олегу
Лосеву в 1922 году удалось применить выпрямляющее устройство на
контакте стали с кристаллом цинкита в приемнике под названием
"Кристадин".
Первый образец кристадина был изготовлен Лосевым в 1923 году. В это
время в Москве начала работать центральная радиотелефонная станция,
передачи которой можно было принимать на простые детекторные
приемники только вблизи столицы. Кристадин Лосева позволял не только
увеличить дальность приема радиостанции, но был проще и дешевле.[3]
Метод ”биений” получил широкое распространение в радиотехнике с
момента появления генераторов незатухающих колебаний, особенно с
изобретением катодных ламп, и получил название гетеродинного приема.
Первым ученым, который серьезно занялся не только практикой, но и
теорией гетеродинного способа приема и обработки сигналов был Е.Г.
Момот.[1] Он впервые теоретически доказал:
- необходимость синхронного гетеродинного приема;
- достаточно высокую частотную избирательность синхронного
детектора;
- возможность селекции по соседнему каналу на звуковых частотах.
Суть гетеродинного способа приема информации как раз и заключается,
в прямом преобразовании радиосигнала в звуковой путем переноса спектра
радиосигнала в область звуковых частот с помощью преобразователя
частоты.
Полезным эффектом в гетеродинном приемнике оказывается не
детектирование, а преобразование сигнала по частоте с выделением низкой
звуковой частоты биений =с-г. При этом чувствительность резко
возрастает, и если применить УЗЧ (усилитель звуковой частоты) с
чувствительностью порядка микровольта, то чувствительность всего
приемного тракта даже без УРЧ получается того же порядка.
Спектр принимаемых РЧ сигналов линейно переносится в область ЗЧ.
Фильтрация на звуковых частотах так же эффективна в приемниках прямого
преобразования, как на РЧ в приемниках прямого усиления и на ПЧ в
супергетеродинах. Однако здесь она производится на ФНЧ, реализуемых на
элементах RC, а не на полосовых фильтрах, требующих использования
катушек индуктивности.[2]
Идеальный перемножитель (двойной балансный смеситель) в
гетеродинном приемнике обладает почти идеальными избирательными
свойствами относительно частоты принимаемого сигнала. К сожалению, этот
факт до сих пор не получил признания современных теоретиков
радиоприема, а тем более разработчиков промышленной радиоаппаратуры.
Широко распространено мнение о слабой помехозащищенности
гетеродинного способа приема сигналов. Интуитивно преимущество
гетеродинного способа приема в последнее десятилетие почувствовали
радиолюбители,
которые
на
практике
получили
результаты,
подтверждающие
превосходство
гетеродинных
приемников
над
супергетеродинным по техническим и эксплуатационным характеристикам, а
также в простоте схемных решений. Однако встречаются разработки
любительских гетеродинных приемников, где смеситель выполнен на одном
диоде или транзисторе, хотя получение высокой реальной селективности в
таких приемниках невозможно.
Проведенный анализ преобразователя частоты позволяет легко перейти
к сути гетеродинного способа приема. Поскольку чувствительность
преобразователя частоты позволяет получить даже при использовании
пассивных элементов (диодов) сигнал на выходе ПЧ почти равный по
амплитуде радиочастотному сигналу на его входе, а при 12 спектр
радиосигнала переносится непосредственно в область звуковых частот, то
надобность в тракте промежуточной частоты и детекторе отпадает. Отсюда
формально гетеродинный приемник можно получить из супергетеродинного,
приняв значение промежуточной частоты, равное нулю. Естественно при
этом сразу исчезает вопрос селекции по дополнительным каналам приема,
т.к. основного (зеркального), самого опасного канала при нулевой
промежуточной частоте просто не существует, а дополнительные каналы,
обусловленные гармониками гетеродина соответствуют частотам выше 2с и
легко подавляются даже простейшими фильтрами нижних частот. Основное
усиление тракта необходимо обеспечить в тракте звуковых частот. Самое
главное: селекция по соседнему каналу обеспечивается, во-первых,
избирательными свойствами самого преобразователя частоты; во-вторых,
фильтром низких частот в тракте звуковой частоты, что дает основание
полагать о возможности существенного снижения полосы пропускания
приемного
тракта.
Это
приводит,
во-первых,
к
увеличению
чувствительности, и во-вторых, к повышению избирательности по соседнему
каналу. Таким образом, общим признаком гетеродинных приемников
является линейное преобразование принимаемой радиочастоты в низкую
(звуковую), что позволяет выделить их в отдельный класс радиоприемных
устройств. Можно обособить также ряд разновидностей гетеродинных
приемников, использующих различные методы обработки сигнала и
предназначенных для приема сигналов с различными видами модуляции. Все
гетеродинные приемники делятся на два больших подкласса: синхронные, в
которых предусмотрены средства синхронизации колебаний собственного
гетеродина с несущей принимаемого сигнала, и несинхронные, в которых
таких средств нет.[4]
Выводы:
- гетеродинные
приемные
тракты
осуществляют
выделение
модулирующей функции из РЧ сигнала путем прямого переноса спектра
сигнала из области высоких частот в область звуковых частот;
- практическую ценность представляют синхронные гетеродинные
тракты, осуществляющие синхронную (когерентную) обработку сигнала,
вытекающую из результатов статистического структурного синтеза
оптимальных радиоприемных устройств;
- гетеродинные приемные тракты не имеют зеркального канала, а все
дополнительные каналы приема находятся на частотном расстоянии от
принимаемой станции, равном удвоенной частоте принимаемого сигнала, и
могут быть легко подавлены простым фильтром нижних частот;
- осуществление селекции на звуковых частотах дает возможность
сузить полосу пропускания радиоприемных устройств, следовательно,
повысить
их
избирательность
и
эффективность
использования
радиочастотного диапазона.
- в гетеродинных приемных трактах основное усиление тракта и
избирательность реализуется на звуковых частотах, что исключает
необходимость наличия в приемном тракте большого количества катушек
индуктивности, следовательно, облегчает переход к интегральной
технологии производства радиоприемных устройств;
- чувствительность гетеродинных трактов не ниже чувствительности
супергетеродинных приемников.
Список литературы:
1. Момот, Е.Г. Проблемы и техника синхронного приема. [Текст] –М.:
Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио. 1961,
172с.
2. Поляков, В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования.
[Текст] –М.: Патриот, 1990, 262с.
3. Сотин, Б.С. Развитие техники радиоприема. Очерки истории
радиотехники. [Текст] –М.: Издательство Академии наук СССР, 1960, 446с.
4. Шевченко, Н.М. Конспект лекций по дисциплине «Приём и обработка
сигналов» [Текст] – Тольятти.: ПТИС, 2002, 260с.
Резюме
Синхронные гетеродинные приемники относятся к числу оптимальных
приемных устройств, поскольку их структура и принцип функционирования
соответствуют результатам, вытекающим из теории статистического
структурного синтеза оптимальных приемных устройств. Переход на
гетеродинный способ приема сигналов позволит комплексно решить
назревшие задачи теории и практики радиоприема.
Summary
The synchronous receivers of direct transformation concern to number of
optimum reception devices, as their structure and principle of functioning
correspond to results following from the theory of statistical structural synthesis of
optimum reception devices. The transition to a way of direct transformation of
reception of signals will allow in common to decide the ripened tasks of the theory
and practice of radioreception.