«Н»: Как можно представить себе полосовые фильтры?
«А»: Да вот хотя бы так, как показано на рис. 6.3. Хотя возможны и другие конфигурации. Полосовые фильтры не дают заметного повышения добротности, но зато делают более крутыми боковые склоны АЧХ. «Срез» АЧХ полосового фильтра по уровню 0,707 в отличие от одиночного контура, очень незначительно превосходит по ширине свое «основание»!
«Н»: Но полностью задачу это ведь все равно не решает?
«А»: Ну конечно нет! Вот почему и возник вопрос о том, нельзя ли для повышения избирательности по соседнему каналу, каким-либо способом понизить несущую частоту сигнала в приемнике, сохранив ее, однако, в передатчике!
Оказалось, именно это блестяще и подтвердил Армстронг, что подобное вполне реально!
«Н»: А с помощью какой лампы Алладина это удалось сделать?
«А»: С помощью так называемого СМЕСИТЕЛЯ, осуществляющего процесс преобразования частоты!
«С»: Вообще в различной радиоаппаратуре особую роль играют, так называемые, НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ. Это и детектирование, и модуляция, и даже некоторые случаи усиления сигнала. Основным признаком всякого нелинейного процесса является, Аматор…
«А»: …Изменение формы электрического сигнала, в результате чего в его спектре появляются НОВЫЕ ЧАСТОТНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ!
Однако нелинейный процесс осуществляется только в том случае, если в состав цепи вводится простой или сложный, но обязательно НЕЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ!
Вот именно к числу таких, нелинейных процессов, относится и ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ, лежащее в основе СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО метода приема.
«С»: Так вот, если к такому нелинейному элементу одновременно подвести два сигнала с различными частотами f1 и f2, то в цепи этого элемента появятся самые различные комбинации этих сигналов!..
Вузовские курсы по радиотехнике перечисляют несколько комбинаций, которые при этом получаются! Но нас интересуют только две… Так Аматор?
«А»: Мне очень неловко в этом признаться, но я всегда считал, что только одна!.. А именно f1 — f2. При том, что частота гетеродина fгет = f1, a f2 — частота несущей канала, в котором осуществляется прием… То есть fгет — fсигн.
«С»: Ты совершенно прав, но не следует забывать и о такой комбинации, как fсигн— fгет.
«А»: Ну конечно! Это ведь так важно для понимания термина ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ ПО ЗЕРКАЛЬНОМУ КАНАЛУ!
«С»: Друг мой, ты совершенно прав, но я имел в виду не только это… Кстати, чему соответствует эта разность частот?
«А»: fгет — fсигн? Она равна fпр, то есть ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЕ!
Однако особенно следует отметить следующее обстоятельство — если один из двух сигналов, породивших сигнал промежуточной частоты, будет модулированным, то сама промежуточная частота окажется… ПРОМОДУЛИРОВАННОЙ ЭТИМ ЖЕ САМЫМ СИГНАЛОМ!
Ну и совсем нетрудно понять, что поскольку fгет — это чистый, синусоидальный сигнал, то из этого следует, что произойдет перенос модулирующего сигнала (речь, музыка) на fnp!
«Н»: Здорово! А какой обычно выбирается промежуточная частота?
«С»: Дорогой Незнайкин! Спросил бы ты это, скажем, лет 20 назад, то я не моргнув глазом, с чувством глубокой убежденности ответил бы так. А именно, что промежуточная частота строго стандартизирована и равна в Европе — 465 кГц, а в США и Японии — 455 кГц!
«А»: А сейчас, как писал Дюма, «20 лет спустя», разве это не так?
«С»: Мы еще не раз будем иметь возможность убедиться, что совсем не так!
Но не будем пока брать это в голову! Продолжай пожалуйста, Аматор!
«А»: …Так вот, давайте посмотрим, чему будет равна полоса пропускания полосового фильтра, настроенного на частоту 465 кГц, если его добротность — 100?
«Н»: Даже я могу легко подсчитать, что полоса составляет 4,65 кГц!
«А»: И это в то самое время, как каналы от f1 и до f6 по-прежнему разделены промежутком в 10 килогерц! Прошу взглянуть на рис. 6.4.
Теперь в полосе приема оказалась ТОЛЬКО ОДНА СТАНЦИЯ! Поскольку после смешения частот и получения fпром в АЧХ «вмещается» только ОДИН канал! Приведем численное обоснование сказанного:
Итак,
f0 = 10 МГц; fгет = 10,465 МГц;
тогда:
fгет — fпром = 465 кГц!
Рассмотрим ситуацию с ближайшим каналом, частота которого равна:
f3 = 10,010 МГц.
При той же частоте гетеродина, равной 10,465 МГц, имеем:
fгет — f3 = 10,465 МГц — 10,010 МГц = 455 кГц.
В полосу пропускания контура промежуточной частоты f3 уже НЕ ПОПАДАЕТ!
«Н»: Вот что дает перенос полезного сигнала на новую несущую, равную fпром!
Мне кажется, что добротности, равной 100, здесь даже многовато!
«С»: Совершенно верно! Поэтому полосовые фильтры на 465 кГц, используемые для радиовещательных приемников, имеют обычно Q = 70–80. Попутно решалась задача, стоящая перед Армстронгом — как получить устойчивое высокое усиление для сигнала радиочастоты.
«Н»: А разве для ВЧ сигнала действительно необходимо высокое усиление?
«А»: Давай посмотрим… Пусть на антенном входе интересующая нас станция развивает сигнал, величина которого равна 50 микровольт!
«Н»: Так мало?
«А»: Ты хотел сказать — так много?! Потому что сигнал, обычно, несколько меньше!.. Подать на вход детектора необходимо хотя бы милливольт 100–200! Таким образом, даже при самом грубом подсчете, коэффициент усиления по напряжению до детектора — порядка нескольких тысяч! А реально, учитывая потери в аттенюаторе, преобразователе частоты и т. п. — несколько десятков тысяч раз!
«С»: А то и больше!
«А»: Однако сделать хороший усилитель высокой частоты (имеется в виду — однокаскадный) с коэффициентом усиления по напряжению «всего» 50 раз — задача очень непростая!
Ты, Незнайкин, еще вспомнишь мои слова насей счет! В то же время сделать хороший УПЧ с коэффициентом усиления НЕСКОЛЬКО ТЫСЯЧ — задача значительно более легкая!
«Н»: Ты меня убедил! А что, недостатков у супергетеродина действительно нет?
«А»: Да может ли такое быть? Это ведь не божественная сущность, а техническое устройство!
Основными недостатками супергетеродина является наличие ДВУХ крайне нежелательных каналов приема, которые всегда существуют независимо от того, в каком диапазоне осуществляется прием…
«С»: Я, пожалуй, не стал бы так категорически утверждать, что «всегда», хотя для рассмотренной структурной схемы супергетеродина Армстронга-Леви это действительно справедливо!.. Но дорогой Аматор, прошу прощения за вмешательство!
«А»: Я только благодарен за него, дорогой Спец, поскольку если с этими недостатками существуют средства борьбы, то я искренне рад!
«Н»: Не отвлекайтесь, пожалуйста!.. Так какие это ДВА канала?
«А»: Это ПОБОЧНЫЕ каналы приема, в дальнейшем будем называть их ПОМЕХАМИ. Первый — это ЗЕРКАЛЬНЫЙ канал (зеркальная помеха). Второй — помеха с частотой, равной промежуточной. Итак, во-первых, рассмотрим, что представляет из себя помеха по зеркальному каналу.
Мы уже говорили, что в супергетеродинах частота гетеродина ВСЕГДА выше частоты принимаемой станции. Будь это не так, мы просто не смогли бы принимать станции, расположенные в диапазоне длинных волн, поскольку частота гетеродина при этом должна была бы стать ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ!
