КРИТЕРИИ ВЫБОРА fпр (Сифоров, с.240; Линде.с.170)
1.fпр должна находиться за пределами диапазона(поддиапазонов) рабочих частот, в противном случае прием вблизи fc=fпр будет поражен сильным комбинированным свистом. Желательно fпр унести подальше от крайних частот поддиапазонов.
2.Нельзя выбирать fпр близкой к частоте какой-либо мощной станции, чтобы избежать мешающее ее действия по прямому каналу.
3.Чем выше fпр тем выше избирательность по зеркальному и другим побочным каналам, тем больше разнос fг и fс-меньше проникновение в антенну колебаний гетеродина.
4.Чем ниже fпр, тем легче обеспечить узкую ПП, высокую избирательность по соседнему каналу и требуемая усиления тракта ПЧ.
5.Желательно выбирать стандартное значение fпр.
Для РВ РП с АМ диапазонов ДВ, СВ, КВ стандартное значение fпр=465кГц-располагается между ДВ и СВ диапазонами.
Для РВ РП с ЧМ УКВ-диапазона стандартное значение fпр=10,7мГц-располагается гораздо ниже рабочего диапазона 65,8-74мГц-СССР
87,5-108мГц-Европа, США, Канада.
рациональным проектированием РП, приемлемыми средствами и затратами. Поэтому супергетеродинный метод приема является основным, как наиболее совершенный.
3.Основные показатели рп.
3.1.Чувствительность.
Чувствительность РП-способность принимать слабые сигналы, количественно оценивается в минимальным уровнем модулированного сигнала в антенне, при котором обеспечивается нормальный прием (нормальное функционирование оконечного устройства).
Минимальный уровень сигнала может быть задан:
-в ед. э. д .с. в антенне Еа (В,мВ,мкВ) –действующее эффективное значение.
Задания чувствительности по э.д. с используется в диапазоне волн длиннее МВ.
В зависимости от значения и класса РП Еа может быть в пределах от долей мкВ до ед. МВ;
-в ед. мощности в антенне (на согласованном входе РП) РА (Вт, мкВт).
Используется в диапазонах ДМВ и более коротких волн.
Может быть в пределах 10 -9 -10 -19 Вт;
-в ед. напряженности электрической составляющей поля в точке приема Е (В/м, мВ/м, мкВ/м)-действующее эффективное значение.
Используется для РП, работающих от встроенной (магнитной или штыревой) антенны.
Может быть в пределах от десятков мкв/м до десятков мВ/м.
В этом случае Еа=hдЕ, где hд-действительная высота антенны.
Очевидно, что чем больше общее усиление РП от антенного входа до выхода, тем выше чувствительность-тем меньше уровень сигнала, который нужно подать на выход для нормальной работы оконечного устройства.
Однако это справедливо, пока усиление не велико, и уровень входного сигнала значительно превышает уровень собственных шумов РП, которые усиливаются и попадают в оконечное устройство вместе с полезным сигналом. Если уровни соизмеримы, то сигнал может быть не различен на фоне шума-утонет в шумах.
Таким образом чувствительность РП может быть ограничена:
Усилением, если оно маловато;
Собственными шумами, если усиления достаточно.
Различают следующие виды и термины чувствительности:
1.Чувствительность, ограниченная усилением- определяется минимальным уровнем модулированного сигнала в антенне, обеспечивающим получение нормальной выходной мощности полезного сигнала.
Как правило, нормальная выходная мощность.
Рвых н=0,1 Рвых ном.
Термин характеризует усилительные свойства РП без учета его собственных шумов-соответствует реальной чувствительности РП с относительно малым усилением. Используется, как расчетный показатель, для оценки запаса по усилению с целью обеспечения заданной чувствительности.
2.Реальная чувствительность -определяется тем же, что и 1, но при заданном отношении сигнал/шум на выходе РП.
Отношение сигнал/шум или коэффициент различимости на выходе РП:
По мощности
По напряжению
Dр вых=D 2 u вых-в разах
Dр вых=Du вых-в д Б
Задается, как правило, в д Б-от 10 до 26д Б в зависимости от вида сигнала.
3.Предельная (пороговая) чувствительность-определяется так же как 2., но при
D вых=1(0 д Б) .
Характеризует предельные возможности РП по приему слабых сигналов.
Относительная шумовая температура tш.
Практически на всех форумах, посвященных радио, периодически возникает вопрос - можно ли запеленговать работающий радиоприемник. Наиболее «продвинутые», кто еще помнит азы физики, отвечают, что можно т.к. в приемнике есть гетеродин, который излучает, другие говорят, что нельзя. Вопрос был актуален лет 30 назад, когда люди тайком слушали «голоса», но и сейчас можно услышать страшилки о том, что если настроить приемник на «милицейскую волну», то за владельцем тут же приедут.
Так можно или нельзя? Попробуем разобраться и проведем эксперимент.
Подробности под катом.
Чтобы понять, можно ли запеленговать приемник, обратимся к их истории создания.
Регенеративный приемник
В 30-50е годы, первые годы появления массового радио, самым простым и популярным тогда был регенеративный приемник:Этот приемник работает за счет положительной обратной связи в антенном контуре, за счет чего контур вводится в режим генерации. Благодаря положительной обратной связи повышается качество приема (подробности можно прочитать в Википедии). Приемник имеет простую конструкцию всего лишь из одной лампы, при этом обеспечивает весьма качественный прием (некоторые радиолюбители собирают их до сих пор), однако контур, подключенный к антенне, действительно излучает. Эти приемники действительно излучали настолько сильно, что их пользователи мешали друг другу, и в городах это становилось проблемой. По некоторым источникам, во время ВОВ это позволяло немцам пеленговать и ловить владельцев приемников на оккупированных территориях.
Приемник прямого усиления
Приемники этого типа не имеют внутренних генераторов, поэтому ничего не излучают. За счет простоты конструкции были популярны у пионеров в радиокружках. Однако их параметры оставляют желать лучшего, и со временем их заменили более совершенные супергетеродинные.
Супергетеродинный приемник
Приемники этого типа обладают хорошими характеристиками, они используются и сейчас.
Много или нет 300мВт для радиосвязи? Для старых коротковолновых приемников часто делали большие уличные антенны. Предположим, что до антенны дойдет лишь 1% от излучаемой гетеродином мощности. Сигнал мощностью 3мВт с уличной антенной действительно может быть принят на расстоянии 50-100 метров. Однако уже для транзисторных приемников мощность гетеродина меньше в 10 раз, и прием сигнала мощностью в доли милливатта уже не может рассматриваться всерьез. В лучшем случае его было бы слышно на расстоянии в несколько метров.
В общем, теоретически уже все ясно. Можно ли запеленговать работающий радиоприемник? Проблема действительно была с регенеративными приемниками (и их, по отзывам, в войну действительно пеленговали), могла быть со старыми ламповыми радиолами (но доказательств этому найти не удалось), а в дальнейшем с уменьшением габаритов и элементной базы излучаемая мощность стала настолько малой, что ею уже можно было пренебречь. Более того, неизвестно даже, существовали ли вообще во времена СССР попытки такой пеленгации, никаких достоверных упоминаний нет. Возможно, опыты в каких-то НИИ и проводились, но дальше этого дело вероятно не пошло. Да и, как известно, никакой уголовной ответственности в СССР за прослушивание «голосов запада» не было, и, по отзывам, слушали их практически все, кто хотел.
Эксперимент
Напоследок, обещанный опыт. К сожалению, старой «Ригонды» или чего-то похожего у меня нет (а было бы интересно проверить), так что проверим этот миф в современном варианте. Испытуемый - широкополосный приемник Icom IC-R6 (в быту часто называемый «сканер») с частотами приема от 0 до 1.3ГГц (куплен он был совершенно легально в московском магазине, с чеком и гарантией).
Если верить страшилкам, то сразу после включения за мной должны приехать. Проверим, что же этот «сканер» излучает в эфир. Задачи будет две - поймать сигнал гетеродина, и узнать, что за станцию слушает пользователь.
Первым делом найдем в сети сервис-мануал и посмотрим схему радиочасти:
Как можно видеть, входной сигнал должен «попасть» в полосовой фильтр, центральная частота которого 266.7МГц. VFO (Variable Frequency Oscillator), он же гетеродин, которым и перестраивается частота, способен работать в диапазоне 266-1100МГц.
Отсюда понятно, что надо искать. Для примера, настроим приемник на FM-радиостанцию на частоте 89МГц. Сигнал станции должен попасть в полосовой фильтр на частоте 266МГц, для этого гетеродин должен быть на частоте 89+266 = 355МГц. Для поиска используем контрольный SDR-приемник, способный показать широкую полосу в несколько МГц.
Сначала ищем сигнал гетеродина, настраиваемся на 355МГц. Видим кучу всего:
Где здесь искомый сигнал?
Ответ под спойлером
Как можно видеть, сигнал гетеродина ниже по уровню других сторонних помех, и, не зная это, отличить его невозможно. Я специально перестраивал приемник, чтобы линия «двигалась», иначе было бы вообще непонятно где ее искать. Максимальная дальность приема составила 5 метров , дальше сигнал полностью пропадал ниже уровня шумов.
Теперь попробуем «поймать» станцию, которую слушает пользователь. Настраиваемся на входную частоту фильтра 266МГц. Включаем… и ничего. Никакого присутствия звука. Переходим к плану «б»: обматываем приемник проводом, подключаем его вместо антенны, чтобы излучаемый им сигнал гарантированно был принят. Есть контакт: достаточно слабо на спектре виден сигнал нашей FM-станции на частоте 266.8МГц.
Сигнал даже можно послушать и убедиться, что это та самая радиостанция.
Выводы
Кратко можно ответить на поставленные вопросы темы.- Можно ли с большого расстояния запеленговать гетеродин работающего приемника? Можно, если разместить его в чистом поле, где нет помех, и нацелить на него антенну дальней космической связи. Во всех остальных случаях милливольты сигнала гетеродина потонут в общем шуме городских помех.
- Можно ли незаметно узнать, какую станцию слушает пользователь? Можно, если незаметно обмотать приемник проводом, и подключить провод к другому приемнику.
- Можно ли незаметно узнать по сигналу гетеродина, на какую частоту настроен приемник пользователя? Нет, т.к. единого стандарта для преобразований в современных супергетеродинах нет, нужно искать описание конкретной модели в сервис-мануале.
Надеюсь, данный ликбез был кому-то полезен.
Subcategory body:
ГЕТЕРОДИННЫЕ ПРИЕМНИКИ ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА
Наиболее эффективными гетеродинными детекторами для радиоастрономии при изучении спектров межзвездного излучения в диапазоне частот 0,1 - 1,25 ТГц на сегодня признаны смесители на основе туннельных переходов сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС - смеситель) . Данный тип гетеродинного приемника сочетает предельно низкую шумовую температуру, близкую к квантовому пределу, с широкой полосой промежуточных частот, а также требует малой мощности гетеродина. При дальнейшем повышении частоты (выше двойной щелевой частоты используемых сверхпроводников) чувствительность СИС -смесителей подает из-за увеличения внутренних потерь.
Другим распространенным полупроводниковым преобразователем частоты в гетеродинном приемнике, который может работать в диапазоне частот 0,3 - 5 ТГц, является диод с барьером Шоттки (ДБШ - смеситель). ДБШ - смесители не требуют глубокого охлаждении и могут работать в диапазоне температур от комнатных до гелиевых, что является основным их преимуществом при освоении терагерцового диапазона. К существенным недостаткам ДБШ - смесителей следует отнести низкую чувствительность и большую требуемую мощность гетеродина (порядка милливатта).
Указанные недостатки рассмотренных смесителей, применяемых в терагерцовом диапазоне, скорее всего, частично будут устраняться по мере их дальнейшего совершенствования, однако принципиальное улучшение характеристик смесительных устройств этого участка спектра возможно лишь путем использования новых физических механизмов преобразования частоты. Наиболее перспективным представляется использование эффекта разогрева электронов в резистивном состоянии тонких пленок сверхпроводников под действием терагерцового излучения и возникающей при этом инерционной нелинейности для преобразования частоты.
Смесители на эффекте разогрева электронов в резистивном состоянии тонких сверхпроводящих пленок - hot-electron bolometer (НЕВ) -обладают хорошей чувствительностью наряду с достаточно широкой полосой частот преобразования, а также требуют малой мощности гетеродина при субмикронных размерах чувствительного элемента. Они являются весьма перспективными приемными элементами на частотах выше 1,25 ТГц, так как не имеют частотных ограничений по механизму смешения и не содержат реактивной компоненты, что облегчает задачу согласования смесителя с различными типами квазиоптических антенн.
С уменьшением толщины сверхпроводящих пленок (d<10 нм для NbN) возрастает роль электрон -электронных столкновений в процессах энергообмена. Если пленки содержат большое количество статических дефектов, электроны рассеиваются не только на границах, но и на этих дефектах, в результате чего роль электрон -электронных столкновений становится определяющей в формировании функции распределения. При воздействии излучения на такие пленки, поглощенная энергия распределяется по электронной подсистеме, повышая ее температуру 0, что проявляется в росте сопротивления пленки. Эффект не зависит от частоты излучения - экспериментально доказана неселективность разогрева в диапазоне частот Ю10 - 1015Гц. Возбужденная электронная подсистема за счет электрон-фононного взаимодействия, характеризуемого временем электрон-фононного взаимодействия те.рь, остывает за время релаксации электронной температуры тв, передавая энергию фононной подсистеме пленки. На последнем этапе происходит остывание фононной подсистемы пленки за счет выхода неравновесных фононов в подложку. Описанный канал охлаждения электронной подсистемы называется фононным и реализуется в случае неупорядоченных плёнок с малой длиной свободного пробега. Полоса смесителей с фононным каналом охлаждения определяется в этом случае временем выхода неравновесных фононов в подложку resc и временем релаксации.
Другой канал охлаждения электронов в сверхпроводящих смесителях на горячих электронах был предложен в и далее развит в целом ряде работ. Здесь в качестве "холодного" резервуара выступает не фононная подсистема, а массивные контакты прибора. В этом случае скорость остывания ограничивается диффузией горячих электронов в контакты, а прибор носит название болометра на горячих электронах с диффузионным каналом охлаждения. В настоящее время практическое применение находят только НЕВ-смесители первого типа.
Определяющую роль в реализации многих приложений в терагерцовом спектральном диапазоне играет возможность совмещения большого динамического диапазона и широкой полосы промежуточных частот, используемых гетеродинных приемников излучения. Привлекательность НЕВ - смесителей с фононным каналом охлаждения в этом плане несомненна. Путем изменения объема чувствительного элемента смесителя, не ухудшая его эффективности преобразования, можно не только оптимизировать динамический диапазон приемника, но и регулировать величину требуемой оптимальной мощности гетеродина. Существующие твердотельные гетеродинные источники терагерцового излучения, применяемые в практических системах, не всегда имеют достаточный запас выходной мощности на частотах выше 1,5 ТГц.
Увеличение полосы ПЧ для НЕВ - смесителей с фононным каналом охлаждения может быть достигнуто за счет применения как ультратонких пленок толщиной в единицы нанометров, так и промежуточных диэлектрических подслоев между сверхпроводящей пленки и подложкой для улучшения их акустического согласования.
С радиотехнической точки зрения НЕВ - смеситель с фононным каналом охлаждения осуществляет нелинейное инерционное преобразование частоты. При этом, поскольку энергетическая щель в сверхпроводящей пленке в резистивном состоянии сильно подавлена и число квазичастиц велико, поглощение терагерцового излучения осуществляется почти так же, как если бы пленка находилась в нормальном состоянии и слабо зависит от выбора рабочей точки по постоянному току. Это позволяет достаточно просто согласовывать его с различными типами приемных антенн, поскольку импеданс пленки на высокой частоте является чисто активным и может быть оптимизирован путем изменения размеров чувствительного элемента в плане.
Согласование НЕВ - смесителя с принимаемым электромагнитным излучением достигается путем использования волноводной или квазиоптической схем. В первом случае чип из тонкого кристаллического кварца со смесителем и ВЧ фильтрами монтируется в короткозамкнутой волноводной секции со скалярной рупорной антенной. Во втором случае чувствительный элемент интегрируется с планарной антенной, которая располагается во втором фокусе эллиптической или в фокусе гиперполусферической линзы, выполненной, как правило, из высокоомного кремния. Среди планарных антенн популярность снискали три типа: двухщелевая, спиральная, и логопериодическая. Последние два типа относятся к так называемым частотно - независимым антеннам, их ожидаемая полоса рабочих частот может составлять несколько октав. Двухщелевая антенна является резонансной структурой с рабочей полосой порядка 30 % от центральной частоты. Несмотря на широкое использование этих планарных антенн на диэлектрических подложках в квазиоптических схемах согласования с терагерцовым излучением, их характеристики, такие как входная полоса, диаграмма направленности, эффективность, поляризационная чувствительность, изучены наиболее полно лишь на частотах до 0,6 ТГц. Исследование характеристик планарных антенн на более высоких частотах, конструируемых путем масштабирования низкочастотного варианта антенны, остается пока неудовлетворительным, что является определенным препятствием их эффективного использования. Несмотря на это, все же происходит накопление экспериментального материала, который помогает определиться с выбором планарной антенны того или иного типа при создании гетеродинного приемника для практических применений. На частотах выше 1,5 ТГц чаще всего исследуются такие параметры антенны как входная полоса и диаграмма направленности.
Наиболее активно используемым сверхпроводниковым материалом для создания НЕВ - смесителей терагерцового диапазона является высококачественные пленки нитрида ниобия.
Значение полосы ПЧ квазиоптических смесителей, изготовленных на основе пленкиттолщиной 2.5-3.5 нм, осажденной на сапфировую подложку, достигает 4 ГГц, что не всегда достаточно для проведения радиоастрономических наблюдений, где в тракте ПЧ обычно используют малошумящие усилители с рабочей полосой 4-8 ГГц.
Таким образом, вопрос расширения полосы преобразования квазиоптических смесителей с фононным каналом охлаждения является весьма актуальным для практической радиоастрономии, что связано как с доплеровским уширением спектральных линий при наблюдении быстро перемещающихся источников терагерцового излучения, так и с ограниченностью перестройки частоты терагерцовых гетеродинных источников излучения.
Наиболее перспективными приемными устройствами в оптическом диапазоне волн, способными принимать частотно-модулированные и фазо-модулированные сигналы, измерять доплеровский сдвиг частот, осуществлять однополосный прием и т.д., считаются супергетеродинные приемники. Супергетеродинные приемники по сравнению с приемниками прямого усиления позволяют существенно уменьшить влияние фоновых засветок. Возможность подавления фонового излучения супергетеродинными приемниками обусловлена тем, что их полоса пропускания сравнительно невелика и определяется полосой пропускания радиотехнических цепей.
В то же время приемники прямого усиления принимают сигналы (и помехи) во всей полосе пропускания оптического фильтра. Использование супергетеродинных приемников оптического диапазона в различных системах связи и локации позволяет также подавить темновые шумы фотодетектора и ослабить влияние шумов последующих каскадов путем выбора мощности сигнала гетеродина.
Рассмотрим некоторые особенности супергетеродинных приемников оптического диапазона волн. Известно, что в радиодиапазоне энергия кванта hf значительно меньше энергии теплового излучения kT. Так, на длине волны 3 мм hf = 6,6x10 -23 Дж, в то время как kT = 4x10 -21 дж (при работе приемника при комнатной температуре). Следовательно, чувствительность приемников в радиотехническом диапазоне волн ограничивается тепловыми шумами.
В оптическом диапазоне волн на длине волны 1 мкм hf = 2x10 -19 Дж, т. е. тепловые шумы значительно меньше шумов, вызванных флуктуациями числа квантов. Следовательно, чувствительность приемников оптического диапазона ограничивается квантовыми флуктуациями.
Мощность сигнала, минимально обнаруживаемого оптическими супергетеродинными приемниками, можно найти из выражения
где h - постоянная Планка;
f - частота излучения лазера;
Δf - полоса пропускания приемника;
q - квантовая эффективность детектора.
Важной особенностью оптических супергетеродинных приемников является то, что мощность шумов приемника растет пропорционально мощности сигнала гетеродина. Чувствительность приемника при этом не ухудшается, так как с увеличением мощности гетеродина одновременно увеличивается мощность продетектированного сигнала. Этот эффект используют для подавления шумов приемника выбором необходимой мощности гетеродина. При некоторых значениях мощности гетеродина отношение сигнал/шум на выходе приемника может приближаться к отношению сигнал/шум нешумящего (идеального) приемника.
В оптическом диапазоне волн важное значение имеет также амплитудно-фазовое распределение волн сигнала и гетеродина на чувствительной поверхности детектора. Обычно размеры чувствительной поверхности детектора значительно превышают длину волны принимаемого сигнала. Поэтому ток промежуточной частоты от различных участков поверхности детектора будет иметь разные фазы, что в итоге приводит к уменьшению тока промежуточной частоты на выходе смесителя.
Для устранения этого явления необходимо, чтобы угол Θ между направлениями распространения волн сигнала и гетеродина
где Д - диаметр освещенной поверхности детектора;
λ - длина волны.
Так, при λ = 1 мкм и Д = 2 мм угол Θ = 50". Это условие накладывает жесткие требования на ориентацию и качество оптической системы.
В супергетеродинных приемниках лазерного излучения в качестве смесителей могут быть использованы детекторы приемников прямого усиления, т. е. вакуумные фотоэлементы, фотоумножители, фотодиоды, фото-ЛБВ и фотосопротивления.
К наиболее распространенным приборам, используемым в качестве смесителей, относятся фотоумножители. Их достоинством является то, что благодаря большому внутреннему усилению они работают при малых мощностях гетеродина. Частотная характеристика обычных фотоумножителей имеет ширину 100-200 Мгц, но может быть значительно увеличена за счет использования фотоумножителей со скрещенными полями или фото-ЛБВ. Основной недостаток фотоумножителей - низкая квантовая эффективность.
Большую квантовую эффективность имеют фотокатоды, которые обеспечивают прием широкополосных сигналов. К недостаткам фотокатодов относят отсутствие внутреннего усиления сигнала и большую величину темнового тока.
Из краткого рассмотрения достоинств и недостатков различного типа приемников следует, что супергетеродинные приемники наиболее перспективны. Они имеют лучшую избирательность, большую чувствительность и лучшее соотношение сигнал/шум.
Тема эта оказалась настолько интересной, что я решил вынести ее в отдельную статью.
Напомню: на сорока двух метрах можно услышать радиолюбителей, работающих с однополосной модуляцией. Бытовые приемники ее обрабатывать не научены, поэтому из динамика будет раздаваться хрюканье и бульканье. Как более-менее неплохо принимать любителей с помощью двух
приемников, один из которых — «ВЭФ 214» — я расскажу ниже.
Для начала вспомним, что такое спектр
сигнала — это его представление в частотной
области.
Можно сказать — амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), хотя это понятие больше относится к радиотехническим цепям.
На картинке временно
е
представление сигнала — справа, в красном прямоугольнике, а частотное
— в синем. Любой сложный сигнал можно представить совокупностью элементарных синусоид, у каждой из которых есть своя амплитуда и частота. Откладывая значения амплитуд этих синусоид по вертикали, а частот — по горизонтали, мы получим спектр сигнала. Во временно
й же области по вертикали откладывается амплитуда сигнала, а по горизонтали — время.
Нам, людям, удобнее говорить об изменениях сигнала во времени, но есть случаи, когда для рассмотрения более предпочтительна частотная область. Например, когда мы описываем работу радиопередатчика, то совсем неважно, какие конкретно сигналы он будет передавать — песни группы «Brainstorm» или рассуждения радиохулигана Ш. Веллера о полезности канифольного дыма — важнее полоса частот, занимаемая им.
Условимся, что f — частота, U — амплитуда сигнала. Тогда на зеленой трапеции fн — нижняя частота в спектре низкочастотного звукового сигнала, fв — верхняя. Предположим, что Ш. Веллер передает свой голос, взяв за «крайние точки» 100 Гц и 3,1 кГц (условно — это цифры, соответствующие началу и концу верхней стороны трапеции; частотами от 0 до 100 Гц и от 3,1 кГц и выше пренебрегаем). Полоса частот, занимаемая его голосом «внутри передатчика» — 3000 Гц. Микрофон-то без проблем переводит колебания воздуха в электрический сигнал, но чтобы передать его по радио, сначала надо провести модуляцию — перенести весь спектр из низкочастотной области в высокочастотную, иначе голос Ш. Веллера никуда не полетит. Работает он, как и многие радиохулиганы, в режиме амплитудной модуляции (АМ) где-то на «сотке», то есть — около 3 МГц. И в эфир выходит на частоте f0 с синей фигуры — например, 3,1 МГц (3100 кГц
). Эта частота называется несущей
и нужна для работы детектора — именно на нее и настраивается приемный контур «Ишима», «Селги», «Океана», самодельного детекторного приемника — у кого что есть. Тогда f0-fв=3100-3=3097 кГц
(т. н. нижняя боковая полоса АМ-сигнала), f0+fв=3100+3=3103 кГц
(верхняя боковая). Результирующая полоса частот, занимаемая Ш. Веллером в эфире — 6 кГц
(от 3097 кГц
до 3103 кГц
; чтобы его услышать, приемник надо настроить на 3100 кГц
). Аналогичным образом работают и вещательные станции, но их полоса — 5 кГц
в КВ-диапазонах и 9 кГц
— в ДВ и СВ.
А здесь красная кривая — это АЧХ фильтра приемника, его полоса пропускания. В идеале имеет прямоугольную форму, но на практике близка к колоколообразной. fср1 и fср2 — частоты среза фильтра, низшая и высшая соответственно. Сигналы, находящиеся за их пределами, фильтр не пропускает.
Если представить, что слева и справа от спектра АМ-сигнала располагаются другие станции с такими же спектрами, то, перестраивая радиоприемник, мы двигаем АЧХ его входного фильтра по оси частот.
Так работает самый простой детекторный радиоприемник, состоящий из конденсатора переменной емкости (КПЕ), одной или нескольких катушек индуктивности (образуют параллельный колебательный контур, выполняющий роль перестраиваемого по частоте фильтра), диодного детектора и головных телефонов. Не считая антенны и заземления. Однако его недостатки — малая чувствительность и выходная мощность, обязательные громоздкая антенна и хорошее заземление — заставили искать более совершенные схемы. Одним из них стал приемник прямого усиления — тот же детекторный, но с усилителями высокой и низкой частоты. И если УНЧ никаких особых проблем не доставлял, то УВЧ, ввиду того, что на ранних этапах невозможно было совместить большой коэффициент усиления с работой в широкой полосе частот (например, СВ — 520 — 1600 кГц), необходимо было вручную перестраивать, чтобы приемник одинаково хорошо работал в начале и конце диапазона. Были и другие проблемы, которые решил принципиально новый тип радиоприемника — супергетеродинный. Несмотря на то, что он обладает определенными недостатками, которых лишен приемник прямого усиления, именно «гетеродин» стал основным типом приемника на долгие годы. Подавляющее большинство выпущенных промышленностью аппаратов сделаны именно по этой схеме.
В таком приемнике есть свой маломощный генератор синусоидальных колебаний — гетеродин. Он способен перестраиваться вверх и вниз по частоте, в то время как усилители высокой частоты в перестройке не нуждаются, что позволяет задать им большой коэффициент усиления на жестко заданной частоте. Входной контур перестраивается так же, как и у «предков», выделяя из всего эфира нужный сигнал, который потом преобразовывается в сигнал промежуточной частоты (fпч). Она всегда одинакова, вне зависимости от того, что принимается. Этот сигнал усиливается, подается на детектор, выделяющий информационную составляющую, попадает на УНЧ и воспроизводящее устройство.
Гетеродин настраивается на fпч выше
принимаемого сигнала — для этого он перестраивается синхронно со входным фильтром (именно поэтому КПЕ «ВЭФ 214», если снять с него пластиковую крышку, счетверенный — две секции для АМ и две для ЧМ, емкости входного контура и гетеродина соответственно). В большинстве советских приемников fпч для АМ равна 465 кГц, для УКВ — 10,7 МГц.
На графике гармоника гетеродина изображена правее от АЧХ фильтра красным столбиком — будем пока считать, что она находится только внутри приемника и в эфир не выходит.
Так вот, если в специальном устройстве — смесителе — перемножить сигнал, выделенный входным фильтром (несущую), и сигнал с гетеродина, то на выходе образуются два сигнала промежуточной частоты: один с частотой fг-f0
, другой — fг+f0
. Первый подается на усилитель промежуточной частоты (УПЧ), второй отфильтровывается как ненужный.
Например, все тот же Ш. Веллер вещает на все тех же своих 3100 кГц.
Слушать его будем «Ишимом», потому что «ВЭФ 214» до «сотки» не дотягивается. Входной контур настраивается на 3100 кГц
, а гетеродин — на 3565 кГц
. Смешиваясь, эти два сигнала дадут нам 465 кГц
, которые идут на каскады УПЧ, жестко настроенные на эту частоту, и далее по схеме.
Однако супергетеродин породил проблему зеркального канала приема. Так, fпч=465 кГц в примере могла быть получена иначе — через fпч=f*-fг, где f* — другая мощная станция, работающая на 465 кГц выше частоты гетеродина (и, чего уж там, на 2*ПЧ, на 930 кГц выше станции, на которую произведена настройка). Если представить, что входной фильтр приемника не очень хороший и пропускает f* в смеситель (обладает малой избирательностью по зеркальному каналу), то треп Ш. Веллера не будет слышен из-за шума и помех. Несущие 3100 кГц
и 4030 кГц
, взаимодействуя друг с другом и сигналом гетеродина в смесителе, порождают вой и свист.
Но иногда зеркальный канал бывает полезным. Не верите? А я летом довольно качественно принимал на «Ишим» местную станцию из FM-диапазона. 90,6 -2*10,7=69,4 МГц. А с «ВЭФ 216» проделывал другой трюк — обычным FM-трансмиттером крутил музыку на 92 МГц, а «ВЭФ» настраивал на 4,25 метра (70,6 МГц). Качество звучания при этом не отличалось от настоящих УКВ-станций.
Пора бы и закругляться с теорией. Если что-то осталось непонятным, то рекомендую прочесть книгу «Посвящение в радиоэлектронику» В. Т. Полякова.
А теперь — то, к чему мы так долго шли. Как же все-таки принимать любителей на «сороковке» двумя
приемниками? Сложность заключается в том, что любители используют однополосную модуляцию с частично или полностью подавленной несущей. Ведь сама по себе, как бы это смешно ни звучало, несущая ничего не несет — информация заключена в боковых полосах (кроме того, они абсолютно одинаковы). В итоге — КПД амплитудной модуляции не более 5% (по Полякову; в других источниках — до 33%. В любом случае, это не так уж и много). Поэтому в любительской связи используются более рациональные LSB и USB.
Слева для сравнения — традиционная АМ. LSB, НБП (Lower Side Band, нижняя боковая полоса) — оранжевый спектр. USB, ВБП (Upper Side Band, верхняя боковая полоса) — зеленый. Несущая или не излучается совсем, или не в полную силу (поэтому нанесена пунктиром). А раз ее нет, то детектор бытового приемника работает неправильно, у него нет «опоры». Можно собрать маленький генератор на 465 кГц, который будет постоянно давать несущую, а можно вручную «подсвечивать» частоту — хоть это и сложнее, но для меня все же проще, чем найти «кварц» или пьезофильтр на 465 кГц.
Первые эксперименты я ставил на «216-м» и «Ишиме». «ВЭФ», работающий в связке приемником, настраивался на самый громкий сигнал от любителей (их может быть довольно много, потому что LSB/USB у
же, чем АМ, и станций помещается больше. Кроме того, на одной частоте могут работать передатчики с разной модуляцией, не мешая друг другу — нет перекрытия спектров). Любители в ответ хрюкали и булькали. «Ишим» настраивался на 465 кГц ниже
принимаемой станции (здесь как раз самое время выпустить гармонику гетеродина из корпуса в эфир. В советское время даже ходили легенды о том, что по городу ездили автомобили, способные поймать излучение гетеродина приемника, настроенного на запрещенную волну типа «Голоса Америки». Легенды небезосновательны — правда, автомобиль должен был бы подъехать почти вплотную). Надо ли говорить, что гетеродин «Ишима» в таком случае «светит» как раз на место отсутствующей несущей?
Чтобы добиться более-менее приемлемого качества, надо правильно выставить «подсветку». Допустим, «216-й» настроен на громко принимаемую LSB (синяя кривая фильтра; причем стараться ставить ее надо так, чтобы LSB попадала на нижний скат, где и должна быть — в противном случае спектр голоса будет инвертирован), а «Ишим» аккуратно подводится снизу (красная кривая фильтра и гармоника гетеродина). Тогда наводка от гетеродина, заходя в фильтр «216-го», будет вызывать свист — сначала высокой тональности, затем, по мере продвижения к максимуму резонансной характеристики — все ниже и ниже. Если его проскочить, то свист снова пойдет в сторону увеличения частоты. Искусство как раз и состоит в том, чтобы правильно выставить приемный контур рабочего приемника и оптимально «подсветить» частоту гетеродином вспомогательного, так, чтобы в рабочем свист звучал как можно ниже. Тогда голоса не будут ни «булькать», ни «чирикать».
Точно так же обрабатывается модуляция USB, только входной контур настраивается верхней половиной на верхнюю боковую полосу. Гетеродин подводится тем же образом — до самой низкой частоты свиста.
Сигнал от любителей должен быть довольно мощным, иначе ничего не получится, и будет слышен только вой несущей. Иногда у приемника может срабатывать АРУ — тогда «гетеродин» надо отставить чуть дальше от него. А еще для начала можно потренироваться на «морзянке» или обычных вещательных станциях — в первом случае очень хорошо слышно, как меняется частота звука в зависимости от настройки гетеродина вспомогательного приемника, а во втором — насколько низким должен быть свист.
Конечно, наконец-то услышать любителей — это было здорово, но у «216-го» полоса пропускания не регулируется (на «Ишиме» ее хотя бы можно сузить до 4 кГц, чтобы не так сильно лезли сигналы из соседних частот); кроме того, «Ишим» просто удобнее в управлении и настройке. Но ни один из моих приемников не мог настроиться на частоты 6500-6700 кГц (44-46 метров) — они просто лежали вне диапазонов. И вот — чудесный «214-й», словно бы созданный быть «саппортом» для прослушивания радиолюбителей на другом приемнике, более профессиональном, чем он сам! Работает это с точностью до наоборот — «Ишим» настраивается на любителей, а «214-й» «подсвечивает». Правда, если раньше из-за люфта в верньере «216-го» было нелегко настроиться на передающего любителя, то теперь из-за того же люфта нелегко точно попасть гетеродином в начало спектра. Поэтому в идеале «Ишимов» должно быть два, чтобы при хорошей антенне принимать еще и «восьмидесятку», диапазон 3500 — 3800 кГц.
Ну да ладно, шутки и науку — в сторону. Запаситесь хлебом, потому что начинаются зрелища!
Loading...