用于直接转换 AM 和 FM 信号的接收器。方案、说明

用于直接转换 AM 和 FM 信号的接收器。无线电电子电气工程百科全书

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近年来，短波无线电爱好者经常使用所谓的直接变频接收机来接收电报和单边带信号。与超外差不同，它们没有 IF 路径和检波器 - 只有一个变频器，将接收到的高频信号的频谱直接传输到音频区域（换句话说，滤波和主要信号放大发生在低频）。因此，直接变频接收器在制造和设置方面都比超外差接收器简单得多。使用现代低噪声晶体管可以轻松获得超外差固有的高灵敏度和选择性（它们产生的噪声水平降低到低频放大器的输入，可以为 0,1 ... 0,2 μV），并且相当简单但有效的低噪声-通滤波器（LPF）。除此之外，人类听觉、电话（扬声器）的“自然”选择性，其灵敏度随着频率的增加而降低。直接变频接收机的这些优点越来越吸引广播设备设计者的注意。

然而，传统的直接变频接收器无法解调AM和FM信号。事实上，它的混频器并不检测接收到的振动，而是转换它们的频率。因此，例如，当调谐到从 AM 发射的无线电台的频率时，首先会听到哨声（载波随着本地振荡器的振荡而跳动），其音调随着信号与本地振荡器之间的频率差而减弱。振荡器减小。在这种条件下几乎不可能拆卸变速器。通过更精确的调音，频率为F的节拍音调变得非常低，听不见，但是，传输伴随着频率为2F的音量的周期性变化。发生这种情况是因为本地振荡器的相位相对于接收信号的相位连续变化。如果相位一致，则传输量正常，如果相差90°或270°，则传输量为零，如果相差180°，则信号再次出现，但其极性反转。这里的要点是 AM 信号的两个边带的节拍，这些节拍被转换为音频，并在混频器的输出处进行相加和相减。

通过频率调制，信号频率随声音振动而变化，范围从fc-Δf到fc+Δf（fc是载波频率，Δf是发射机频率偏差）。在这种情况下，即使进行微调，直接变频接收器的混频器输出处的拍频 F 也不会保持恒定 - 它在 0 到 Δf 之间变化。 - 所以根本不可能拆卸变速箱。

AM 和 FM 信号的良好接收质量是通过将本地振荡器的振荡与信号的载波频率同步来获得的，这可以通过多种方式来实现。最简单的方法是利用捕获信号载波的本地振荡器的振荡现象。为此，来自输入电路或来自射频放大器输出的部分信号电压被引入本地振荡器电路。捕获频带由公式 2Δfз=fcUc/QUг 确定（fс 是与本振频率一致的信号频率，Uc 是输入信号电压，Q 是本振电路的品质因数，Ug 是其两端的电压）。应将其设置（通过调整引入电路的信号电压）为可靠同步所需的最小值（大约 200 ... 400 Hz）。这提高了接收器的抗噪能力，减少了噪声渗透时钟链的机会。当电路品质因数 Q = 35、电压 Ug = 0,1 V 和捕获频带 2Δfz = 400 Hz 时，CB 频带（频率为 1400 kHz）的同步电压约为 1 mV，单位为 KB频带 (14 MHz) - 约 100 μV。

更复杂和更先进的同步接收器包含锁相环（PLL）。文章 [1,2, XNUMX] 专门描述了此类接收器。

还有其他使用直接变频接收器接收调制信号的方法，这些方法已被提出很长时间了，但可能由于名气不大，尚未得到推广。本文的目的是引起人们实验室爱好者对异步接收机的关注，以便切实解决其在业余无线电通信和广播接收中的使用问题。

在直接转换接收器中检测 AM 振荡的最简单方法是将其相对于载波失谐 2 ... 3 kHz，并在输出端打开全波检波器，如图 1 所示。 1.这里U1是混频器，G1是本振，Z1是低通滤波器，A2是低频放大器。在后者的输出处，形成 3 ... 1 kHz 的频率拍频信号。由传输的信息调制幅度。通过耦合电容器 C1，该信号被馈送到检测器 (V4 - V4)。在其输出端，发出双拍频脉动电压，其包络根据接收信号的调制定律而变化。因此，在耳机中可以听到无线电传输和具有双拍频 (6 ... 2 kHz) 的连续哨声（被隔直电容器 C3 稍微减弱）。您可以通过在检测器的输出和电话之间连接一个截止频率约为 XNUMX kHz 的低通滤波器来消除这种干扰。

用于 AM 和 FM 信号的直接转换接收器
图。 1

根据所考虑的功能图的接收器（本质上是具有非常低的超外差 - 等于拍频 - IF）适合实验，但不适合广播接收，因为由于失谐较大，不能小于低于 1,6 kHz，频带路径的带宽与信号的频谱不一致，这会恶化抗噪性并导致失真。现在已经清楚，接收 AM 信号的任务是为了将包络隔离在音频范围内的非常低的“载波”频率，并且必须抑制后者的振荡。这在具有两个所谓的正交 LF 通道的接收器中是可能的，其中的信号相位偏移 90°。在这种情况下，在正交信号的两个半波检测之后，将获得相同的脉动（也具有双倍频率）电压，但脉动本身将变成反相（当频率加倍时，相移也加倍），并且可以通过简单地将检测到的信号相加来消除它们。

这种 AM 信号接收器的框图如图 2 所示。 3 [1]。它包含两个混音器 - U2 和 U1。本机振荡器电压 G3 通过高频移相器 U90 馈送到它们，产生 1° 的相移。接收器的每个通道都有一个低通滤波器（Z2和Z1）、一个低音放大器（A2和A4）和一个全波检波器——正交器（工作在二次检波模式的全波检波器执行平方操作），因此也称为正交器）U5 和 U6。来自检测器输出的信号被馈送到求和装置UXNUMX。

用于 AM 和 FM 信号的直接转换接收器
图。 2

接收器部分由检波器U4、U5和加法器U6组成，可按图3所示电路制作。 1. 检测器通过微调电阻 R2 和 R1 实现平衡（它们实现了对频率 F = fc-fg 的节拍的抑制）。检测到的信号被添加到变压器 TXNUMX 的初级绕组中，如果需要，可以用运算放大器代替。

用于 AM 和 FM 信号的直接转换接收器
图。 3

对频率为2F的信号的抑制程度取决于通道的平衡和相移设置的误差。当通道增益不平衡为 + -1% 且相移设置误差为 + -1° 时，它达到 40 dB。这样的抑制对于弱信号或干扰条件下的无线电通信和广播接收来说已经足够了，而对于高质量的接收来说，至少应该达到60dB，当然这需要调整误差降低一个数量级。

接收 FM 信号的最简单方法与 AM 信号的描述基本相同（见图 1）。唯一的区别是，此时隔离电容C1的电容值要小（以保证检测前的信号区分）。在这种情况下，检测到的电压将与接收信号和本地振荡器的振荡之间的拍频成比例。接收FM信号的类似方法被用在具有低IF和按照脉冲计数器|4|原理工作的检测器的已知设备中。这种方法的缺点是存在低频镜像通道，与所需带宽相比，它使接收器带宽增加了一倍。

具有正交通道的 FM 信号异步接收器 [5] 包含与接收 AM 振荡的设备相同的输入部分，但来自 LF 放大器 A1 和 A2 输出的信号被馈送到处理设备，其框图如图所示4.它由微分电路U7和U8、乘法器U9、U10和减法器A3组成(电路元件的编号继续图2中开始的)。在这种情况下，滤波器Z1、Z2的带宽被取为对应于FM信号的最大偏差Δfmax（在广播中为50kHz，在无线电通信中为6...12kHz）或稍大。微分电路的时间常数的选择也是基于同样的考虑：RC=(0,5....0,7)/ 2πΔfmax。环形二极管混频器或集成电路可以用作乘法器，并且差分放大器可以用作减法器。

用于 AM 和 FM 信号的直接转换接收器
图。 4

考虑接收器的操作。假设信号 S2 滞后信号 S1 90°。在这种情况下，微分信号S'2与信号S1同相，并且其幅度与频率F成正比。在乘法器U10的输出处，出现与该频率成正比的正电压及其二次谐波。类似的过程发生在乘法器U9中，但由于微分信号和信号S2异相，因此在其输出处出现负极性电压。在减法器A3中，二次谐波相互抵消。信号频率失谐相对于本地振荡器频率的符号的变化使信号S2的相位改变180°，对于fc>fg，信号S2的相位为-90°（在U2混频器中，频率和分别从信号的频率和相位中减去本地振荡器振荡的相位），并且对于 fc

接收器的辨别曲线（输出电压对失谐的依赖性）如图 5 所示。 5.其“零”对应于本地振荡器对信号的载波频率的微调。在所考虑的接收器中更容易对频率为 F 的拍频及其谐波提供良好的抑制，因为干扰只能在 F 处听到

用于 AM 和 FM 信号的直接转换接收器
图。 5

具有正交通道的直接变频异步接收机比超外差接收机具有一定的优势。例如，其中很容易实现高选择性——由一个线圈和两个电容器组成的简单 U 形低通滤波器提供了相当于在超外差 IF 路径中使用三电路 FSS 的效果。如果采用有源RC滤波器进行滤波，那么接收器中的线圈数量一般可以最小化。这种接收器的主要优点是所有放大和所有信号处理都发生在低频，集成电路可以广泛使用，无需采取任何特殊的屏蔽和去耦级联措施。缺点包括电路的一些复杂性（然而，它们使立体声系统中的路径变得双重复杂！）并且，也许比传统方法稍差，接收质量不够仔细的通道平衡。

总之，值得注意的是，在 AM 信号接收器（图 2）中添加根据图 4 中的框图制作的设备。 6、将其变成同时接收AM和FM信号的装置，并在单边带接收器中引入额外的低频移相器[XNUMX]。

文学

Lyubarsky S. 同步 AM 探测器。 - 收音机。 1979 年，M 10。 31.
Polyakov V. 带 PLL 直接转换接收器的 FM 检波器 - 无线电，1978 年，第 11 期，第 41 页XNUMX.
美国专利：329.50 类，第 3792364 号，日期为 12.02 月 1974 日。 XNUMX年
Terentiev R. 晶体管甚高频单元。 - 收音机。 1971 年，第 2 期，第47.
英国专利：H3A 类。 1173977 年 23.11.1966 月 XNUMX 日第 XNUMX 号
美国专利：329.50 类，第 2943193 号，日期为 13.06.1960 年 XNUMX 月 XNUMX 日

作者：V.Polyakov，莫斯科

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