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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Receptores para conversión directa de señales AM y FM. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / recepción de radio Para recibir señales telegráficas y de banda lateral única, los radioaficionados de onda corta en los últimos años suelen utilizar los llamados receptores de conversión directa. A diferencia de los superheterodinos, no tienen una ruta de IF ni un detector; solo hay un convertidor de frecuencia que transfiere el espectro de la señal de alta frecuencia recibida directamente a la región de audiofrecuencia (en otras palabras, el filtrado y la amplificación de la señal principal se produce a baja frecuencias). Gracias a esto, un receptor de conversión directa resulta mucho más sencillo que uno superheterodino, tanto en su fabricación como en su instalación. La alta sensibilidad y selectividad características de los superheterodinos se obtienen fácilmente utilizando transistores modernos de bajo ruido (el nivel de ruido que crean, referido a la entrada de un amplificador de baja frecuencia, puede ser de 0,1...0,2 μV) y es bastante simple pero efectivo. Filtros de paso bajo (LPF). A esto se suma la selectividad "natural" del oído humano, los teléfonos (altavoces), cuya sensibilidad disminuye al aumentar la frecuencia. Las ventajas indicadas de los receptores de conversión directa atraen cada vez más la atención de los diseñadores de equipos de radiodifusión. Sin embargo, un receptor de conversión directa convencional no puede demodular señales AM y FM. El hecho es que su mezclador no detecta las oscilaciones recibidas, sino que convierte su frecuencia. Por lo tanto, al sintonizar, por ejemplo, la frecuencia de una estación de radio que transmite desde AM, inicialmente se escucha un silbido (la portadora late con oscilaciones del oscilador local), cuyo tono disminuye a medida que la diferencia entre las frecuencias de la señal y las locales oscilador disminuye. Es casi imposible desmontar la transmisión en estas condiciones. Con una sintonización más precisa, el tono del ritmo con frecuencia F se vuelve muy bajo, inaudible, pero la transmisión va acompañada de cambios periódicos de volumen con frecuencia 2F. Esto sucede porque la fase de las oscilaciones del oscilador local cambia continuamente en relación con la fase de la señal recibida. Cuando las fases coinciden, el volumen de transmisión es normal, cuando su diferencia es de 90° o 270°, baja a cero, cuando se desplaza 180°, la señal aparece nuevamente, pero su polaridad está invertida. El punto aquí son los latidos de las dos bandas laterales de la señal AM, que, al convertirse en frecuencia de audio, se suman o restan en la salida del mezclador. Con la modulación de frecuencia, la frecuencia de la señal cambia en el tiempo con vibraciones de sonido que van desde fс-Δf hasta fс+Δf (fс - frecuencia portadora, Δf - desviación de frecuencia del transmisor). La frecuencia de batido F en la salida del mezclador receptor de conversión directa en este caso, incluso con una sintonización fina, no permanece constante: varía de 0 a Δf. - por lo tanto, generalmente es imposible desmontar la transmisión. La buena calidad de recepción de señales AM y FM se obtiene sincronizando la oscilación del oscilador local con la frecuencia portadora de la señal, lo que se puede realizar de varias formas. La forma más sencilla es utilizar el fenómeno de capturar oscilaciones del oscilador local portador de señal. Para hacer esto, parte del voltaje de la señal del circuito de entrada o de la salida del amplificador de RF se introduce en el circuito del oscilador local. La banda de captura está determinada por la fórmula 2Δfз=fcUc/QUг (fс es la frecuencia de la señal que coincide con la frecuencia del oscilador local, Uc es el voltaje de la señal de entrada, Q es el factor de calidad del circuito del oscilador local, Uг es el voltaje a través de él ). Debe configurarse (ajustando el voltaje de la señal introducida en el circuito) al mínimo requerido para una sincronización confiable (aproximadamente 200...400 Hz). Esto mejora la inmunidad al ruido del receptor al reducir la probabilidad de que la interferencia pase a través del circuito de sincronización. Con un factor de calidad del circuito de Q = 35, voltaje Ug = 0,1 V y una banda de captura de 2Δfз = 400 Hz, el voltaje de sincronización en el rango CB (a una frecuencia de 1400 kHz) es de aproximadamente 1 mV, en el rango KB ( 14 MHz) - alrededor de 100 μV. Los receptores síncronos más complejos y avanzados contienen un bucle de bloqueo de fase (PLL). Los artículos [1,2] se dedicaron a la descripción de dichos receptores. Existen otros métodos para recibir señales moduladas mediante un receptor de conversión directa, que fueron propuestos hace mucho tiempo, pero, probablemente, debido a su falta de popularidad, aún no se han generalizado. El propósito de este artículo es llamar la atención de los entusiastas de los laboratorios públicos sobre los receptores asíncronos para resolver prácticamente el problema de su uso en las comunicaciones de radioaficionados y para la recepción de transmisiones. La forma más sencilla de detectar oscilaciones de AM en un receptor de conversión directa es desafinarlo a 2...3 kHz con respecto a la portadora y encender un detector de onda completa en la salida, como se muestra en la Fig. 1. Aquí U1 es un mezclador, G1 es un oscilador local, Z1 es un filtro de paso bajo, A1 es un amplificador de paso bajo. A la salida de este último se forma una señal de batido con una frecuencia de 2...3 kHz. amplitud modulada por la información transmitida. A través del condensador de aislamiento C1, esta señal se suministra al detector (V1 - V4). En su salida, se libera un voltaje que pulsa con el doble de frecuencia de batido, cuya envolvente cambia según la ley de modulación de la señal recibida. Como resultado, en los auriculares se escuchan tanto una transmisión de radio como un silbido continuo con una frecuencia de batido duplicada (4...6 kHz), algo debilitado por el condensador de bloqueo C2. Puede deshacerse de esta interferencia conectando un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte de aproximadamente 3 kHz entre la salida del detector y los auriculares.
El receptor según el circuito funcional considerado (esencialmente un superheterodino con una IF muy baja, igual a la frecuencia del batido) es adecuado para experimentos, pero no es adecuado para la recepción de transmisiones, ya que debido a la gran desafinación, que no puede ser menor que 1,6 kHz, el ancho de banda La ruta de transmisión no coincide con el espectro de la señal, lo que empeora la inmunidad al ruido y provoca distorsiones. La tarea de recibir señales AM, como ahora está claro, es... para resaltar la envolvente en una frecuencia "portadora" muy baja, que se encuentra en el rango de audio, y se deben suprimir las vibraciones de esta última. Esto es posible en un receptor con dos canales de baja frecuencia en cuadratura, cuyas señales están desfasadas 90°. En este caso, después de la detección de señales de cuadratura de onda completa, se obtendrán los mismos voltajes pulsantes (también con doble frecuencia), pero las pulsaciones en sí serán antifases (cuando se duplica la frecuencia, el cambio de fase también se duplica), y se puede eliminar simplemente sumando las señales detectadas. El diagrama de bloques de dicho receptor de señal AM se muestra en la Fig. 2 [3]. Contiene dos mezcladores: U1 y U2. La tensión del oscilador local G1 se les suministra a través de un desfasador de alta frecuencia U3, creando un desfase de 90°. Cada canal receptor tiene un filtro de paso bajo (Z1 y Z2), un amplificador de paso bajo (A1 y A2) y un detector - cuadrador de onda completa (un detector de onda completa que opera en modo de detección cuadrática realiza la operación de cuadratura, que por eso también se le llama cuadrado) U4 y U5. Las señales de las salidas de los detectores ingresan al dispositivo sumador U6.
La parte receptora, que consta de los detectores U4, U5 y el sumador U6, se puede fabricar según el circuito que se muestra en la Fig. 3. Equilibre los detectores (suprimiendo los latidos con frecuencia F = fc-fg) usando las resistencias de recorte R1 y R2. Las señales detectadas se agregan al devanado primario del transformador T1, que puede reemplazarse por un amplificador operacional si se desea.
El grado de supresión de la señal en la frecuencia 2F depende del equilibrio del canal y del error al configurar el cambio de fase. Con un desequilibrio de ganancia en los canales de +-1% y un error en el ajuste del desfase de +-1°, se alcanza los 40 dB. Esta supresión es suficiente para comunicaciones por radio y recepción de transmisiones en condiciones de señales débiles o interferencias: para una recepción de alta calidad debe ser de al menos 60 dB, lo que, por supuesto, requiere reducir el error de ajuste en un orden de magnitud. El método más simple para recibir señales de FM no difiere esencialmente del descrito para las señales de AM (ver Fig. 1). La única diferencia es que la capacitancia del condensador de aislamiento C1 en este caso debe ser pequeña (para garantizar la diferenciación de la señal antes de la detección). Bajo esta condición, el voltaje detectado será proporcional a la frecuencia de batido entre la señal recibida y las oscilaciones del oscilador local. Un método similar para recibir señales de FM se utiliza en dispositivos conocidos con IF baja y un detector que funciona según el principio de un contador de impulsos |4| La desventaja de este método es la presencia de un canal espejo de baja frecuencia, que amplía el ancho de banda del receptor dos veces más de lo necesario. Un receptor asíncrono de señales de FM con canales en cuadratura [5] contiene la misma parte de entrada que el dispositivo para recibir oscilaciones de AM, pero las señales de las salidas de los amplificadores de baja frecuencia A1 y A2 se alimentan a un dispositivo de procesamiento, cuyo diagrama de bloques se muestra en la Fig. 4. Consta de los circuitos diferenciadores U7 y U8, los multiplicadores U9, U10 y el dispositivo restador A3 (la numeración de los elementos del circuito continúa lo iniciado en la Fig. 2). La banda de paso de los filtros Z1, Z2 se toma en este caso correspondiente a la desviación máxima Δfmax de la señal de FM (50 kHz en radiodifusión y 6...12 kHz en radiocomunicaciones) o ligeramente mayor. La constante de tiempo de los circuitos diferenciadores se elige a partir de las mismas consideraciones: RC=(0,5....0,7)/ 2πΔfmax. Se pueden utilizar mezcladores de diodos en anillo o circuitos integrados como multiplicadores y un amplificador diferencial como dispositivo sustractor.
Consideremos el funcionamiento del receptor. Supongamos que la señal S2 está retrasada 1° con la señal S90. En este caso, la señal diferenciada S'2 está en fase con la señal S1, y su amplitud es proporcional a la frecuencia F. A la salida del multiplicador U10 aparece una tensión positiva proporcional a esta frecuencia y sus segundos armónicos. En el multiplicador U9 ocurren procesos similares, pero como la señal diferenciada y la señal S2 están desfasadas, aparece un voltaje de polaridad negativa en su salida. En el dispositivo sustractor A3 los segundos armónicos se anulan entre sí. Cambiar el signo de desafinación de la frecuencia de la señal con respecto a la frecuencia de oscilación del oscilador local cambia la fase de la señal S2 en 180° en fc>f, la fase de la señal S2 es igual a -90° (en el mezclador U2 la frecuencia y fase de las oscilaciones del oscilador local se restan, respectivamente, de la frecuencia y fase de la señal), y en fc La curva de discriminación del receptor (dependencia del voltaje de salida de la desafinación) se muestra en la Fig. 5. Su "cero" corresponde a la sintonización fina del oscilador local a la frecuencia portadora de la señal. Es más fácil garantizar una buena supresión de los batidos con la frecuencia F y sus armónicos en el receptor considerado, ya que las interferencias solo se pueden escuchar en F
Los receptores asíncronos de conversión directa con canales en cuadratura tienen ciertas ventajas sobre los superheterodinos. En ellos, por ejemplo, se logra fácilmente una alta selectividad: un simple filtro de paso bajo en forma de U que consta de una bobina y dos condensadores proporciona un efecto equivalente al uso de tres circuitos FSS en la ruta IF de un superheterodino. Si utiliza filtros RC activos para filtrar, el número de bobinas en el receptor generalmente se puede reducir al mínimo. La principal ventaja de estos receptores es que toda la amplificación y el procesamiento de la señal se producen a bajas frecuencias, donde los circuitos integrados se pueden utilizar ampliamente sin tomar medidas especiales de blindaje y desacoplamiento de las cascadas. Las desventajas incluyen cierta complejidad de los circuitos (¡sin embargo, en los sistemas estereofónicos llegan a duplicar la complejidad del camino!) y, quizás, una calidad de recepción ligeramente peor que con los métodos tradicionales si los canales no están cuidadosamente equilibrados. En conclusión, es interesante observar que agregar al receptor de señal AM (Fig. 2) un dispositivo fabricado de acuerdo con el diagrama de bloques de la Fig. 4, lo convierte en un dispositivo para recibir señales tanto de AM como de FM, y la introducción de un desfasador de baja frecuencia adicional lo convierte en un receptor de banda lateral única [6]. Literatura
Autor: V.Polyakov, Moscú
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