Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 [8] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

требуемой длительности фронтов несущей. Если ее частота не превышает 30 МГц, подойдут диоды со временем переключения около 1 не и менее и транзисторы с граничной частотой около 1 ГГц и выше Следует отметить, что при частоте несущей более 30-40 МГц обеспечить ключевой режим смесителя, используя распространенные сегодня радиокомпоненты, становится задачей отнюдь не простой.

Наиболее высокие требования предъявляются к первым смесителям приемников и последним перед широкополосным трактом - передатчиков. В приемниках высокого класса с многократным преобразованием частоты в качестве первого смесителя используют в основном балансные и двухбалансные пассивные смесители с питанием синусоидальной несущей [33]. При единственной ПЧ и частоте несущей менее 30 МГц целесообразно применять балансные и двухбалансные ключевые смесители, которые позволяют даже с распространенными маломощными радиокомпонентами достигать динамического диапазона свыше 90 дБ, причем как в пассивных, так и активных смесителях.

Постоянство нагрузки пассивных смесителей обеспечивают путем включения между смесителем и выходным фильтром либо широкополосного каскада усиления с входным сопротивлением, равным оптимальному сопротивлению нагрузки смесителя, либо так называемого «диплексора» (расщепителя). Диплексор состоит из подключенных к выходу смесителя последовательного контура, настроенного на ПЧ, через который полезная боковая без заметного ослабления поступает на фильтр ПЧ, и цепи из последовательно соединенных параллельного контура, также настроенного на ПЧ, и резистора с сопротивлением, равным выходному сопротивлению смесителя. Этим резистором поглощается мощность большинства побочных составляющих, что препятствует их отражению обратно в смеситель, приводящему к снижению динамического диапазона на 3 - 10 дБ, иногда и более.

В менее ответственных узлах можно успешно применять активные балансные смесители на маломощных полевых транзисторах как в синусоидальном [34, 35], так и ключевом режиме На частотах до 2. 3 МГц очень хорошие результаты дают ключевые смесители на основе элементов цифровых КМОП серий К176, К561 и др. как активные на логических элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ, так и пассивные на базе двусторонних ключей, например К561КП1, КП2. В смесительных детекторах целесообразно использовать и более простые однотактные ключи на полевых транзисторах [29, 36]

Гетеродинами обычно называют генераторы гармонических колебаний, используемые для преобразования частоты (ГОСТ ограничивает применение термина «гетеродин» только радиоприемниками). В спортивой аппаратуре используют гетеродины на основе автогенераторов с параметрической и кварцевой стабилизацией, а также синтезаторы частот как прямого синтеза, т. е использующие исключительно умножение, деление и преобразование частоты, так и косвенного - на основе колец фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) Причем в последнее время все большее распространение получают цифровые синтезаторы, в кольца ФАПЧ которых включают цифровые делители частоты. В большинстве современных спортивных аппаратов, выпускаемых зарубежными фирмами, в качестве основного гетеродина используют декадные цифровые синтезаторы частоты с квазиплавной перестройкой.

В радиолюбительской литературе вопросы схемотехники и реализации требуемой стабильности автогенераторов с параметрической и кварцевой стабилизацией и гетеродинов в целом освещены довольно широко (например, [7, с 37-44, 37-39])



Но крайне мало затронуты вопросы, имеющие очень важное значение при реализации высокой реальной избирательности приемников и низкого уровня внеполосного шума и побочных излучений передатчиков, а именно: шумовые характеристики гетеродинов и факторы, влияющие на число и уровень побочных колебаний. Не в последнюю очередь это связано, по-видимому, со сложностью измерения уровня боковых шумов и побочных колебаний в любительских условиях. Поэтому здесь приведены некоторые соображения, касающиеся в основном качественной стороны вопросов, возникающих при проектировании малошумящих гетеродинов или усовершенствовании существующих.

1. Уровень боковых шумов автогенератора вблизи частоты основного колебания обратно пропорционален добротности колебательной системы.

2. Если не брать в расчет генераторы со специальными прецизионными резонаторами, уровень шумов вблизи частоты основного колебания меньше у генераторов с кварцевой стабилизацией, а вдали от этой частоты - у генераторов с параметрической стабилизацией.

3. Минимум относительного уровня шумов автогенератора на данном активном элементе имеет место при вполне определенном режиме (токе и напряжении питания) элемента. Наивысшая стабильность частоты автогенератора достигается при его мощности, меньшей, чем необходимо для получения минимума относительного уровня шумов.

4. Традиционный способ развязки автогенератора и нагрузки, т. е. уменьшения влияния нагрузки на стабильность автогенератора, слабая связь с буферным каскадом через небольшую емкость могут существенно увеличить уровень шумов гетеродина. Хорошей развязки следует добиваться не за счет ослабления межкаскадных связей, а за счет использования в буферных каскадах транзисторов с малыми проходными емкостями.

5. Переходы по переменному току между каскадами гетеродина могут заметно увеличить уровень боковых шумов, особенно вблизи частоты основного колебания. Связь между каскадами следует делать гальванической, а если это невозможно, емкость конденсаторов связи должна быть возможно большей. Все это относится и к цепи связи гетеродина с активным смесителем.

6. Базу биполярного или затвор полевого транзистора малошумящего автогенератора следует гальванически связывать с «землей»: в схемах с общей базой (затвором) - непосредственно, в схемах с общим эмиттером (истоком) - через дроссель или катушку связи. Режим транзистора по постоянному току обеспечивают, используя двухполярный источник питания. Традиционный «гридлик» в малошумящих генераторах опасен.

7. Относительный фазовый сдвиг, вносимый активным элементом автогенератора, растет пропорционально повышению рабочей частоты. Так же растет и влияние нестабильности, шумов и пульсаций источников питания на стабильность частоты и уровень шума автогенератора.

8. Умножение частоты колебаний приводит к пропорциональному росту уровня шумов и побочных колебаний, деление частоты - к пропорциональному уменьшению уровня шумов и к резкому уменьшению уровня побочных колебаний. При больших коэффициентах деления уровень шумов вдали от частоты основного колебания определяется шумами самого делителя.

9. Шумы делителей и других цифровых узлов на ненасыщенной логике - ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ - меньше, чем при использовании насыщенной логики ТТЛ, ДТЛ, РТЛ.



10. Усилитель-ограничитель может уменьшить уровень шума генератора примерно на 3-4 дБ за счет «срезания» амплитудной составляющей шума, линейный усилитель - только увеличить.

11. Уровень паразитных излучений цифровых $Злов и наводок на выходные цепи синтезаторов частоты уменьшается при сокращении физических размеров цифровых узлов и уменьшении длины линий связи между микросхемами.

12. Наименьший уровень паразитных излучений цифровых узлов и наводок по цепям питания достигается при использовании уравновешенных по питанию ЭСЛ-микросхем и слаботочных КМОП-микросхем.

13. Хорошая развязка по питанию аналоговых и цифровых узлов синтезатора - непременное условие получения низкого уровня побочных колебаний. Хорошие результаты дает питание аналоговых и цифровых узлов от отдельных стабилизаторов, установленных и заземленных непосредственно в месте установки питаемого узла. Дополнительный положительный эффект дает питание этих стабилизаторов от отдельных выпрямителей, подключенных к отдельным обмоткам силового трансформатора, причем заземлять эти выпрямители вместе с фильтрами пульсаций следует также лишь в местах заземления стабилизаторов.

14. Недопустимо использовать разные логические элементы или узлы, размещенные в одном корпусе микросхемы, для обработки сигналов разных частот (за исключением кратных, если выходная частота - самая низкая из них). При таком использовании в результате нелинейных эффектов, аналогичных происходящим в смесителях, колебания исходных частот «обрастают» массой комбинационных составляющих.

15. Как цифровые, так и аналоговые узлы, в которых происходит генерация и обработка колебаний разных частот, следует размещать в отдельных экранированных коробках.

Рекомендации, касающиеся синтезаторов частоты, имеют в основном практический характер. Теория и схемотехника синтезаторов изложены, например, в [40] . Но и из данного перечня ясно, что создание высококачественного синтезатора - задача далеко не тривиальная и на данном этапе, пожалуй, непосильная для большинства радиолюбителей. Более того, в трансиверах для радиолюбителей, выпускаемых зарубежными фирмами, цифровые синтезаторы частоты, довольно сложные и выполненные с широким применением узлов высокой степени интеграции, не обеспечивают требуемых для действительно высококачественных аппаратов уровня шумов и побочных колебаний. Например, у одного из лучших и самых дорогих трансиверов «Milspec 1030» [41] шум синтезатора характеризуется цифрами -90 дБ-Гц при расстройке 1 кГц и - 135 дБ-Гц при расстройке 20 кГц.

Многие другие аппараты с синтезаторами не могут претендовать и на это - типичные цифры для уровня шумов в дальней зоне - около -(100-120) дБ-Гц. Хотя при небольших расстройках около (1-3) • Ю-5 синтезаторы, как правило, обеспечивают меньшие шумы, чем гетеродины, построенные на основе диапазонных автогенераторов с параметрической стабилизацией, можно утверждать, что на сегодня последние имеют меньший уровень шумов и побочных колебаний и более подходят для приемников с высокой реальной избирательностью и для малошумящих передатчиков. Такие гетеродины, однако, уступают синтезаторам по стабильности частоты и не позволяют легко и качественно реализовать такие удобства, как, например, многоканальная память частот, набор частот с тастатуры, почти мгновенный переход на заданную частоту и др. Правда, существуют способы значи-



0 1 2 3 4 5 6 7 [8] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58



0.1108