Супергетеродинный радыоприемник

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) - один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной  промежуточной частоты (ПЧ) с последующим  её усилением. Основное преимущество супергетеродина  перед радиоприемником прямого  усиления в том, что наиболее критичные  для качества приема части приемного  тракта (узкополосный фильтр, усилитель  ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться  под разные частоты, что позволяет  выполнить их со значительно лучшими  характеристиками.

Супергетеродинный приёмник изобрёл американец Эдвин  Армстронг в 1918 году.

 Упрощённая структурная  схема супергетеродина с однократным  преобразованием частоты показана  на рисунке. Радиосигнал из  антенны подаётся на вход усилителя  высокой частоты (в упрощённом  варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя  - специального элемента с двумя  входами и одним выходом, осуществляющего  операцию преобразования сигнала  по частоте. На второй вход  смесителя подаётся сигнал с  локального маломощного генератора  высокой частоты - гетеродина.Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) - обычно конденсатором переменной ёмкости(КПЕ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой  стабилизацией.

В обычных вещательных  приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как  правило, равна 465 или 455 кГц, в бытовых  ультракоротковолновых - 6,5 или 10,7 МГц. В телевизорах используется промежуточная  частота 38 МГц.

В связных и высококлассных вещательных приемниках применяют  двойное (редко - тройное) преобразование частоты. О преимуществах такого решения и критериях выбора первой и второй ПЧ сказано ниже.

Преимущества

" высокая чувствительность. Супергетеродин позволяет получить большее усиление по сравнению с приёмником прямого усиления за счёт дополнительного усиления на промежуточной частоте, не приводящего к паразитной генерации: положительная обратная связь не возникает из-за того, что в каскадах ВЧ и ПЧ усиливаются разные частоты;

" высокая избирательность, обусловленная фильтрацией сигнала в канале ПЧ. Фильтр ПЧ можно изготовить со значительно более высокими параметрами, так как его не нужно перестраивать по частоте. Например, широко используют кварцевые, пьезокерамические и электромеханические фильтры сосредоточенной селекции;

" возможность принимать сигналы с модуляцией любого вида, в том числе с амплитудной манипуляцией (радиотелеграф) и однополосной модуляцией.

[править]Недостатки

Наиболее значительным недостатком является наличие так  называемого зеркального канала приёма - второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может  проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.

Например, пусть приемник с ПЧ 6,5 Мгц настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц и частота гетеродина равна 76,5 МГц. На выходе фильтра ПЧ будет выделяться сигнал с частотой 76,5 - 70 = 6,5 МГц. Однако, если на частоте 83 МГц работает другая мощная радиостанция, и её сигнал сможет просочиться на вход смесителя, то разностный сигнал с частотой также 83 ? 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен и создаст помеху. Величина подавления такой помехи (избирательность по зеркальному каналу) зависит от эффективности входного фильтра и является одной из основных характеристик супергетеродина.

Помехи от зеркального  канала уменьшают двумя путями. Во-первых, применяют более сложные и  эффективные входные полосовые  фильтры, состоящие из нескольких колебательных  контуров. Это усложняет и удорожает  конструкцию, так как входной  фильтр нужно еще и перестраивать  по частоте. Во-вторых, промежуточную  частоту выбирают достаточно высокой  по сравнению с частотой приема, иногда даже выше последней (так называемое "преобразование вверх"). В этом случае зеркальный канал приема оказывается  относительно далеко по частоте от основного, и входной фильтр приемника  может более эффективно его подавить. В этом случае ради упрощения приемника  иногда вообще отказываются от входного полосового фильтра, заменяя его  неперестраиваемым фильтром низких частот. В высококачественных приемниках часто применяют метод двойного преобразования частоты, причем, если первую ПЧ выбирают высокой по описанным выше соображениям, то вторую делают низкой (сотни, иногда даже десятки килогерц[1]), что позволяет более эффективно подавлять помехи от близких по частоте станций, то есть повысить избирательность приемника по соседнему каналу. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, широко применяются в профессиональной и любительской радиосвязи.

Кроме того, в супергетеродине  возможен паразитный прием станций, работающих на промежуточной частоте. Его предотвращают экранированием отдельных узлов и приемника  в целом.

В целом супергетеродин требует гораздо большей тщательности в проектировании и наладке, чем  приемник прямого усиления. Приходится применять довольно сложные меры, чтобы обеспечить стабильность частоты  гетеродинов, так как от нее сильно зависит качество приема. Сигнал гетеродина не должен просачиваться в антенну, чтобы приемник сам не становился источником помех. Если в приемнике  больше одного гетеродина, существует опасность, что биения между какими-то из их гармоник окажутся в полосе звуковых частот и дадут помеху в виде свиста на выходе приемника.

[править]История

Использовать в  приемнике вспомогательный генератор  колебаний впервые предложил  американец Феденссен в 1901 г. Он же создал термин "гетеродин". В приемнике Феденссена гетеродин работал на частоте, очень близкой к частоте принимаемого сигнала, и возникающие при этом биения звуковой частоты позволяли приниматьтелеграфный сигнал (принцип, на котором работает приемник прямого преобразования). Гетеродинные приемники быстро усовершенствовались с изобретением в 1913 г. лампового генератора высокой частоты (до этого применялись электромашинные генераторы).

В 1917 г. французский  инженер Л. Леви запатентовал принцип  супергетеродинного приема. В его  приемнике частота сигнала пребразовывалась не непосредственно в звуковую, а в промежуточную, которая выделялась на колебательном контуре и уже после него поступала на детектор. В 1918 г. В. Шоттки дополнил схему Леви усилителем промежуточной частоты. Схема супергетеродина была выгодна в то время еще и тем, что тогдашние лампы не обеспечивали нужного усиления на частотах выше нескольких сот килогерц. Сдвинув спектр сигнала в область более низких частот, можно было повысить чувствительность приемника. Независимо от Шоттки к аналогичной схеме пришелЭ. Армстронг (его патент получен в декабре 1918 г, патентная заявка Шоттки сделана в июне). Армстронг впервые построил и испытал супергетеродин на практике. Он же указал на возможность многократного преобразования частоты.

В декабре 1921 г. английский радиолюбитель на супергетеродин с пятикаскадным УПЧ принял сигналы станций из США. С этого момента к супергетеродинам появляется практический интерес. Первые супергетеродины были громоздки, дороги и неэкономичны из-за большого числа ламп, прием сопровождался интерференционными свистами, проникающий в антенну сигнал гетеродина создавал помехи другим приемникам. Дальнейшее совершенствование ламп позволило сильно упростить и удешевить приемник: появились многосеточные лампы с большим усилением на высокой частоте, а затем и специализированные лампы для преобразователей частоты, служившие одновременно смесителем и гетеродином. Простой супергетеродин стало возможно построить на трех-четырех лампах, не считая выпрямителя[2][3]. Благодаря этому и другим усовершенствованиям с 1930-х годов супергетеродинная схема стала доминирующей для связных и радиовещательных приемников.

В России и СССР первым серийным супергетеродином был, по одним  источникам, приемник танковой радиостанции 71-ТК разработки 1932 г.[4] (завод № 203 в  Москве), по другим - радиоприемник "Дозор", разработанный в конце 20-х годов  в "Остехбюро" и переданный в серийное производство на завод им. Козицкого в Ленинграде.[5] Первый бытовой супергетеродин выпущен не позже 1931 г. (СГ-6, также завод им. Козицкого),[6] а первым, выпускавшимся в больших количествах, стал СВД 1936 года. Примерно с конца 1950-х гг. бытовые приемники в СССР строились исключительно по супергетеродинной схеме (кроме некоторых сувенирных приемников и радиоконструкторов.)