Circuiti di ingresso e ricevitore RF. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Come abbiamo già scoperto nel primo capitolo, per aumentare la sensibilità e la selettività reale di un ricevitore eterodina, il circuito di ingresso deve fornire un coefficiente di trasferimento di potenza prossimo all'unità nella gamma di frequenza operativa e la più possibile attenuazione dell'uscita segnali di banda. Tutto questo è la proprietà di un filtro passa-banda ideale, quindi il circuito di ingresso deve essere implementato sotto forma di filtro.

Il circuito di ingresso ad anello singolo spesso utilizzato è il peggiore per soddisfare i requisiti. Per aumentare la selettività, è necessario aumentare il fattore di qualità caricato del circuito, indebolendo la sua connessione con l'antenna e il mixer o URF. Ma poi quasi tutta la potenza del segnale ricevuto verrà spesa nel circuito e solo una piccola parte di essa passerà al mixer o all'URF. Il coefficiente di trasferimento di potenza sarà basso. Se, invece, il circuito è fortemente connesso all'antenna e al mixer, il fattore di qualità caricato del circuito diminuirà e attutirà leggermente i segnali delle stazioni adiacenti in frequenza. Ma accanto alle bande amatoriali funzionano anche emittenti molto potenti.

Un unico circuito di ingresso come preselettore può essere utilizzato sulle bande HF a bassa frequenza, dove i livelli di segnale sono piuttosto elevati, nei ricevitori eterodina più semplici. Il collegamento con l'antenna dovrebbe essere reso regolabile, e il circuito stesso sintonizzabile, come mostrato in Fig. 1. In caso di interferenze da stazioni potenti, è possibile indebolire la connessione con l'antenna riducendo la capacità del condensatore C1, aumentando così la selettività del circuito e allo stesso tempo aumentando le perdite in esso, il che equivale all'accensione l'attenuatore. La capacità totale dei condensatori C2 e C3 viene scelta tra circa 300...700 pF, queste bobine dipendono dalla portata.

Fig. 1. Circuito di ingresso ad anello singolo

Risultati significativamente migliori sono ottenuti dai filtri passa-banda abbinati all'ingresso e all'uscita. Negli ultimi anni, c'è stata una tendenza ad applicare filtri passa-banda commutabili anche all'ingresso di ricevitori di comunicazione professionali ad ampio raggio. Usa filtri di ottava (raramente), di mezza ottava e di un quarto di ottava. Il rapporto tra la frequenza superiore della loro larghezza di banda e quella inferiore è rispettivamente pari a 2; 1,41 (radice quadrata di 2) e 1,19 (radice quarta di 2). Naturalmente, più stretti sono i filtri di ingresso, maggiore è l'immunità ai disturbi del ricevitore ad ampio raggio, ma il numero di filtri commutati aumenta notevolmente. Per i ricevitori progettati solo per le bande amatoriali, il numero di filtri di ingresso è uguale al numero di bande e la loro larghezza di banda è scelta uguale alla larghezza di banda, solitamente con un margine del 10 ... 30%.

Nei ricetrasmettitori, è consigliabile installare filtri passa-banda tra l'antenna e l'interruttore di ricezione/trasmissione dell'antenna. Se l'amplificatore di potenza del ricetrasmettitore è sufficientemente ampio, come nel caso di un amplificatore a transistor, la sua uscita può contenere molte armoniche e altri segnali fuori banda. Un filtro passa-banda aiuterà a sopprimerli. In questo caso è particolarmente importante il requisito di un coefficiente di trasferimento della potenza del filtro vicino all'unità. Gli elementi filtranti devono essere in grado di sopportare una potenza reattiva diverse volte la potenza nominale del trasmettitore ricetrasmettitore. Si consiglia di scegliere l'impedenza caratteristica di tutti i filtri di banda in modo che sia uguale e uguale all'impedenza d'onda dell'alimentatore 50 o 75 Ohm.

Fig.2. Filtri passa-banda: a - a forma di L; b - A forma di U

Lo schema classico del filtro passa-banda a forma di L è riportato in Fig. 2a. Il suo calcolo è estremamente semplice. Innanzitutto, viene determinato il fattore di qualità equivalente Q = fo/2Df, dove fo è la frequenza media dell'intervallo, 2Df è la larghezza di banda del filtro. L'induttanza e la capacità del filtro si trovano dalle formule:

dove R è l'impedenza caratteristica del filtro.

In ingresso e in uscita il filtro deve essere caricato con resistenze uguali alla caratteristica, possono essere l'impedenza di ingresso del ricevitore (o l'uscita del trasmettitore) e l'impedenza dell'antenna. Il disadattamento fino al 10...20% ha praticamente scarso effetto sulle caratteristiche del filtro, ma la differenza tra la resistenza di carico e la resistenza caratteristica distorce più volte nettamente la curva di selettività, principalmente nella banda passante. Se la resistenza del carico è inferiore a quella caratteristica può essere collegato tramite un autotrasformatore alla presa della bobina L2. La resistenza diminuirà in k² volte, dove k è il rapporto di accensione, uguale al rapporto tra il numero di spire dalla presa al filo comune e il numero totale di spire della bobina L2.

La selettività di un collegamento a L potrebbe non essere sufficiente, in tal caso due collegamenti vengono collegati in serie. I collegamenti possono essere collegati tra loro tramite rami paralleli o sequenziali. Nel primo caso si ottiene un filtro a forma di T, nel secondo uno a forma di U. Gli elementi L e C dei rami collegati vengono combinati. Ad esempio, la Fig. 2b mostra un filtro passa banda a forma di U. Gli elementi L2C2 sono rimasti gli stessi e gli elementi dei rami longitudinali sono stati combinati nell'induttanza 2L e nella capacità C1/2. È facile vedere che la frequenza di sintonizzazione del circuito in serie risultante (così come del resto dei circuiti filtro) è rimasta la stessa e uguale alla frequenza media della gamma.

Spesso, quando si calcolano i filtri a banda stretta, il valore della capacità del ramo longitudinale C1 / 2 risulta essere troppo piccolo e l'induttanza è troppo grande. In questo caso il ramo longitudinale può essere collegato alle prese delle bobine L2, aumentando la capacità di 1/k² volte e riducendo l'induttanza della stessa quantità.

Fig.3. Filtro a doppio circuito

Nei filtri a radiofrequenza è conveniente utilizzare solo circuiti oscillatori paralleli collegati da un terminale a un filo comune. Il circuito di un filtro a due circuiti con accoppiamento capacitivo esterno è mostrato in Fig.3. L'induttanza e la capacità dei circuiti paralleli vengono calcolate utilizzando le formule (1) per L2 e C2 e la capacità del condensatore di accoppiamento dovrebbe essere C3=C2/Q. I coefficienti di commutazione delle uscite del filtro dipendono dalla resistenza d'ingresso richiesta Rin e dalla resistenza caratteristica del filtro R: k²=Rin/R. I coefficienti di accensione su entrambi i lati del filtro possono essere diversi, fornendo la corrispondenza con l'antenna e l'ingresso del ricevitore o l'uscita del trasmettitore.

Per aumentare la selettività, tre o più circuiti identici possono essere collegati secondo il circuito di Fig. 3, riducendo la capacità dei condensatori di accoppiamento C3 di 1,4 volte.

Fig.4. Selettività di un filtro a tre circuiti

La curva di selettività teorica di un filtro a tre loop è mostrata in Fig.4. Il detuning relativo x=2DfQ/fo viene tracciato orizzontalmente, mentre l'attenuazione introdotta dal filtro viene tracciata verticalmente. Nella banda di trasparenza (x<1), l'attenuazione è zero e il coefficiente di trasmissione di potenza è uno. Ciò è comprensibile se si tiene conto del fatto che la curva teorica è costruita per elementi senza perdite con un fattore di qualità progettuale infinito. Un vero e proprio filtro introduce anche una certa attenuazione nella banda passante, che è associata a perdite negli elementi filtranti, principalmente nelle bobine. Le perdite nel filtro diminuiscono con un aumento del fattore di qualità di progetto delle bobine Q0. Ad esempio, a Q0 = 20Q, le perdite anche in un filtro a tre loop non superano 1 dB. L'attenuazione al di fuori della banda passante è direttamente correlata al numero di loop di filtro. Per un filtro a due loop, l'attenuazione è 2/3 indicata in Fig. 4, e per un circuito di ingresso a loop singolo, è 1/3. Per il filtro ad U Fig. 3b, la curva di selettività Fig. 4 è adatta senza alcuna correzione.

Fig.5. Filtro a tre circuiti - schema pratico

Uno schema pratico di un filtro a tre loop con una larghezza di banda di 7,0...7,5 MHz e la sua caratteristica misurata sperimentalmente sono mostrati rispettivamente nelle figure 5 e 6. Il filtro è calcolato secondo il metodo descritto per la resistenza R=1,3 kOhm, ma è stato caricato sulla resistenza di ingresso del mixer ricevitore eterodina 2 kOhm. La selettività è leggermente aumentata, ma nella banda passante sono comparsi picchi e cali. Le bobine filtranti sono avvolte spire per accendere telai di diametro 10 mm con filo PEL 0,8 e contengono 10 spire ciascuna. Il ritiro della bobina L1 per far corrispondere la resistenza dell'alimentatore d'antenna a 75 ohm viene effettuato dal secondo giro. Tutte e tre le bobine sono racchiuse in schermi separati (coppe cilindriche in alluminio da pannelli lampada a nove pin). La sintonizzazione del filtro è semplice e si riduce alla sintonizzazione dei circuiti per la risonanza con i trimmer della bobina.

Fig.6. Curva di selettività misurata di un filtro a tre circuiti.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alle problematiche relative all'ottenimento del massimo fattore di qualità costruttiva delle bobine filtranti. Non si dovrebbe cercare una miniaturizzazione speciale, poiché il fattore di qualità aumenta con l'aumento delle dimensioni geometriche della bobina. Per lo stesso motivo, non è consigliabile utilizzare un filo troppo sottile. L'argentatura del filo dà un effetto notevole solo sulle bande HF ad alta frequenza e su VHF con un fattore di qualità costruttiva della bobina superiore a 100. Si consiglia di utilizzare filo litz solo per avvolgimenti di bobine nelle gamme di 160 e 80 m. Le minori perdite nel filo argentato e nel filo litz sono dovute al fatto che le correnti ad alta frequenza non penetrano nello spessore del metallo, ma scorrono solo in un sottile strato superficiale del filo (il cosiddetto effetto pelle).

Uno schermo perfettamente conduttivo non riduce il fattore di qualità della bobina ed elimina anche le perdite di energia negli oggetti che circondano la bobina. Gli schermi veri introducono delle perdite, quindi è consigliabile scegliere un diametro dello schermo pari ad almeno 2-3 diametri della bobina. Allo stesso tempo, anche l'induttanza diminuisce in misura minore. Lo scopo principale degli schermi è eliminare le connessioni parassite tra gli elementi. Non ha senso, ad esempio, parlare di ottenere un'attenuazione superiore a 20 ... 30 dB se i dettagli del filtro non sono schermati e il segnale può essere indotto dai circuiti di ingresso a quelli di uscita. Lo schermo dovrebbe essere fatto di un materiale ben conduttivo (rame, alluminio è un po' peggio). Non è consentita la verniciatura o la stagnatura delle superfici interne dello schermo.

Le misure elencate garantiscono un fattore di qualità eccezionalmente elevato delle bobine, che si realizza, ad esempio, nei risonatori a spirale. Nella gamma dei 144 MHz può raggiungere 700...1000. La Figura 7 mostra il progetto di un filtro passa banda da 144 MHz a due risonatori progettato per l'inclusione in una linea di alimentazione da 75 ohm. I risonatori sono montati su schermi rettangolari di dimensioni 25X25X50 mm, saldati da lastre di rame, ottone o fibra di vetro a doppia faccia. Il divisorio interno è dotato di foro di collegamento di dimensioni 6X12,5 mm. I condensatori di sintonizzazione dell'aria sono montati su una delle pareti terminali, i cui rotori sono collegati allo schermo. Le bobine del risonatore sono senza cornice. Sono realizzati in filo argentato con un diametro di 1,5...2 mm e hanno 6 spire di un diametro di 15 mm, tese uniformemente per una lunghezza di circa 35 mm. Un terminale della bobina è saldato allo statore del condensatore del trimmer, l'altro allo schermo. Le prese per l'ingresso e l'uscita del filtro sono costituite da 0,5 giri di ciascuna bobina. La larghezza di banda del filtro sintonizzato è poco più di 2 MHz, la perdita di inserzione è calcolata in decimi di decibel.La larghezza di banda del filtro può essere regolata modificando la dimensione del foro di accoppiamento e selezionando la posizione delle prese della bobina.

Fig.7. Filtro risonatore a spirale

Sulle bande VHF a frequenza più alta, si consiglia di sostituire la bobina con un pezzo di filo o tubo diritto, quindi il risonatore a spirale si trasforma in un risonatore coassiale a quarto d'onda caricato con una capacità.La lunghezza del risonatore può essere scelta circa l / 8 e la lunghezza mancante fino a un quarto della lunghezza d'onda è compensata da una capacità di sintonizzazione.

In condizioni di ricezione particolarmente difficili sulle bande KB, il circuito di ingresso o filtro del ricevitore eterodina è reso sintonizzabile a banda stretta. Per ottenere un fattore di qualità del carico elevato e una banda stretta, la connessione con l'antenna e tra i circuiti viene scelta in modo minimo e per compensare le maggiori perdite viene utilizzato un amplificatore a transistor ad effetto di campo. Il suo circuito di gate devia poco il circuito e riduce quasi per nulla il suo fattore di qualità. Non è pratico installare transistor bipolari in URF a causa della loro bassa resistenza di ingresso e della non linearità molto maggiore. Lo schema URCH è mostrato in Fig. 8. Un filtro passa-banda sintonizzabile a due circuiti al suo ingresso fornisce tutta la selettività richiesta, pertanto nel circuito di drain del transistor è incluso un circuito a basso Q non sintonizzabile L3C9, deviato dal resistore R3. Questo resistore seleziona il guadagno della cascata. A causa della bassa amplificazione della neutralizzazione della capacità di passaggio del transistor non è richiesta.

Fig.8. Amplificatore RF

Il circuito di drain può essere utilizzato anche per ottenere una selettività aggiuntiva se il resistore di shunt viene omesso e il drain del transistor è collegato alla presa della bobina del loop per ridurre il guadagno. Lo schema di un tale URCh per un raggio di 10 m è mostrato in Fig. 9. Fornisce una sensibilità del ricevitore migliore di 0,25 μ V. Nell'amplificatore è possibile utilizzare transistor a doppia porta KP306, KP350 e KP326, che hanno una piccola capacità di trasmissione, che contribuisce alla stabilità dell'URF con un carico risonante.

Fig.9. URCH su un transistor a due porte

La modalità transistor viene impostata selezionando i resistori R1 e R3 in modo che la corrente consumata dalla fonte di alimentazione sia 4 ... 7 mA. Il guadagno si seleziona spostando il rubinetto della bobina L3 e quando la bobina è completamente accesa, raggiunge i 20 dB Le bobine di loop L2 e L3 sono avvolte su anelli K10X6X4 in ferrite 30VCh e hanno 16 spire di filo PELSHO 0,25. Le bobine di comunicazione con l'antenna e il mixer contengono 3-5 spire dello stesso filo. È facile introdurre un segnale AGC nell'amplificatore applicandolo al secondo gate del transistor. Quando il potenziale della seconda porta si riduce a zero, il guadagno diminuisce di 40...50 dB.

Letteratura

1. V.T.Polyakov. Radioamatori sulla tecnica della conversione diretta. M. 1990

Autore: VT Polyakov; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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