RU2097920C1

RU2097920C1 - Receiver of frequency-modulated signals

Info

Publication number: RU2097920C1
Application number: RU94028497A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Легкий; Б.Е. Беланов; А.Р. Саблин
Original assignee: Новосибирский государственный технический университет
Priority date: 1994-07-28
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1997-11-27
Also published as: RU94028497A

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: device has serial circuit of input stage 1, interface amplifier 2, clipping filter 4, controlled high- frequency amplifier 4, mixer 5, direct current amplifier 6, heterodyne 7, as well as serial circuit of high-frequency amplifier 8 for automatic level adjustment system, amplitude detector 9 and direct current amplifier 10 for automatic level adjustment system. Symmetry input of heterodyne 7 is connected to second symmetry input of mixer 5, which symmetry output is connected to symmetry input of direct current amplifier 6. Symmetry input of high- frequency amplifier 8 is connected to connection point of symmetry output of controlled high-frequency amplifier 4 and first symmetry input of mixer 5. Output of direct current amplifier 10 is connected to control input of controlled high-frequency amplifier 4. Output of direct current amplifier 6 serves as terminal of receiver and is designed for connection to high-end amplifier. EFFECT: simplified manufacturing, increased reliability of reception, increased quality of sound. 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиоприемной технике и может быть использовано при построении приемных устройств частотно-модулированных (ЧМ) сигналов вещательного и связного назначения. The invention relates to a radio reception technique and can be used in the construction of frequency-modulated (FM) receiving devices for broadcast and connected signals.

В настоящее время из-за резкого увеличения стоимости эксплуатации сети проводного вещания (возросшая цена провода, плата за использование опор ЛЭП) стоит задача перехода на ретрансляционную УКВ-систему местных передач с частотной модуляцией. Соответственно УКВ ЧМ-радиоприемники, предлагаемые при этом потребителю, не должны уступать абонентским громкоговорителям в качественных показателях при умеренной стоимости в крупносерийном и массовом производстве. В этом плане нельзя считать оптимальным супергетеродинный вариант построения приемных устройств, отличающихся значительным искажением сигнала, а также большим числом нетехнологичных намоточных элементов, требующих тщательной регулировки. Currently, due to a sharp increase in the cost of operating a wire broadcasting network (increased wire price, fees for using power transmission line poles), the task is to switch to a VHF relay system of local transmissions with frequency modulation. Accordingly, VHF FM radio receivers offered to the consumer should not be inferior to subscriber loudspeakers in quality indicators at a moderate cost in large-scale and mass production. In this regard, the superheterodyne design of receiving devices that differ in significant signal distortion, as well as a large number of non-technological winding elements requiring careful adjustment, cannot be considered optimal.

Известен и наиболее широко применяется радиоприемник ЧМ-сигналов, содержащий последовательно соединенные входную цепь, усилитель высокой частоты, преобразователь частоты с гетеродином, усилитель промежуточной частоты, ЧМ-детектор, усилитель низкой частоты, в котором выход усилителя промежуточной частоты соединен с его управляющим входом цепью автоматической регулировки усиления (АРУ), а выход ЧМ-детектора соединен с управляющим входом гетеродина цепью автоподстройки частоты (Буга Н. Н. и др. Радиоприемные устройства. М. Радио и связь, 1986, с. 12). Указанный радиоприемник называется супергетеродинным и имеет следующие основные недостатки: значительные интермодуляционные нелинейные искажения, возникающие в двух принципиально нелинейных блоках преобразователе частоты и ЧМ-детекторе. Во-вторых, двух-, трехкаскадный усилитель промежуточной частоты (ПЧ) имеет довольно низкую полосу пропускания (из-за эффекта старения и механических воздействий контуры каскадов расстраиваются и частотная характеристика тракта ПЧ может искажаться и сужаться до 50-80 кГц и менее). В результате в усилителе ПЧ возникают существенные частотные искажения и паразитная амплитудная модуляция. В-третьих, супергетеродинным радиоприемникам свойственно наличие побочных (зеркальных) каналов приема и интерференционных "свистов", которые не устраняются полностью во входной цепи и усилителе высокой частоты. В-четвертых, не обеспечивается высокая помехоустойчивость при воздействии мощных сигналов по соседнему каналу, они взаимодействуют с полезным сигналом на нелинейном элементе преобразователя частоты. В результате этого прослушиваются несколько близко расположенных по частоте станций (в крупных городах число программ в диапазоне 66 73 МГц достигает 5 7), а также возникают перекрестные искажения полезного сигнала. Усилитель высокой частоты без автоматической регулировки усиления подвержен перегрузке сигналами мощных станций, в результате чего также имеют место нелинейные искажения и побочные каналы приема. В свою очередь, изготовление и регулировка нескольких контурных катушек усилителя ПЧ намного усложняют технологию и увеличивают себестоимость изделия. The FM radio receiver is known and most widely used, it contains an input circuit, a high-frequency amplifier, a frequency converter with a local oscillator, an intermediate-frequency amplifier, an FM detector, a low-frequency amplifier, in which the output of the intermediate-frequency amplifier is connected to its control input by an automatic circuit gain control (AGC), and the output of the FM detector is connected to the control input of the local oscillator by a self-tuning circuit (Bug N. N. and other radio receivers. M. Radio and communications, 19 86, p. 12). The specified radio receiver is called superheterodyne and has the following main disadvantages: significant intermodulation non-linear distortions arising in two fundamentally non-linear blocks of the frequency converter and the FM detector. Secondly, a two-, three-stage intermediate frequency (IF) amplifier has a rather low passband (due to the effect of aging and mechanical influences, the cascade circuits are upset and the frequency response of the IF path can be distorted and narrowed to 50-80 kHz or less). As a result, significant frequency distortions and spurious amplitude modulation occur in the IF amplifier. Thirdly, superheterodyne radio receivers are characterized by the presence of side (mirror) reception channels and interference "whistles", which are not completely eliminated in the input circuit and high-frequency amplifier. Fourth, high noise immunity is not provided when exposed to powerful signals on an adjacent channel, they interact with a useful signal on a nonlinear element of the frequency converter. As a result of this, several stations located close in frequency are listened (in large cities the number of programs in the range 66 73 MHz reaches 5 7), and cross-distortion of the useful signal also occurs. A high-frequency amplifier without automatic gain control is subject to overloading with signals from powerful stations, as a result of which nonlinear distortions and side channels of reception also occur. In turn, the manufacture and adjustment of several loop coils of the IF amplifier greatly complicate the technology and increase the cost of the product.

Таким образом, освоение массового производства качественных недорогих радиоприемников УКВ-диапазона требует нового подхода к выбору принципа действия и схемы. Thus, the development of mass production of high-quality low-cost VHF radios requires a new approach to the selection of the operating principle and scheme.

Известен радиоприемник ЧМ-сигналов, построенный на базе синхронно-фазового детектора диапазона до 200 МГц (патент ГДР N272751, МКИ Н 03 Д 9/00, заявл. 1.6.88, опублик. 18.10.89). Приемник содержит аналоговый перемножитель, на один вход которого подается принимаемый сигнал, на другой - напряжение гетеродина. Выход перемножителя через частотнокорректирующую цепь соединен с входом усилителя постоянного тока, выходной сигнал которого подается на элемент фазовой подстройки частоты гетеродина, а также на выход приемника. В указанном приемнике, если не предусмотреть соответствующих мер и использовать обычные (небалансные) усилитель ВЧ и усилитель НЧ, то из-за нарушения симметрии плеч умножителя сузится его динамический диапазон и возникнут чрезмерно большие нелинейные искажения сигналов мощных станций. Кроме того, разбалансировка перемножителя приведет к большому температурному дрейфу постоянных напряжений схемы. Однако самым значительным недостатком такого приемника является подверженность воздействию низкочастотных электромагнитных полей, например сетевой частоты, когда радиоприемник нельзя приближать к массивным металлическим и другим токопроводящим объектам. Фоновый НЧ-сигнал от них подавляется при этом недостаточно. Это приводит к необходимости тщательной экранировки всего радиоприемника с соответствующим усложнением и удорожанием конструкции. A known FM radio receiver based on a synchronous-phase detector of a range up to 200 MHz (GDR patent N272751, MKI N 03 D 9/00, application. 1.6.88, published. 18.10.89). The receiver contains an analog multiplier, on one input of which a received signal is supplied, on the other - the local oscillator voltage. The output of the multiplier through the frequency-correcting circuit is connected to the input of the DC amplifier, the output signal of which is supplied to the phase-tuning element of the local oscillator frequency, as well as to the output of the receiver. In the specified receiver, if you do not provide for appropriate measures and use the usual (unbalanced) high-frequency amplifier and low-frequency amplifier, then due to a violation of the symmetry of the shoulders of the multiplier, its dynamic range will narrow and excessively large non-linear distortions of the signals of powerful stations will occur. In addition, the imbalance of the multiplier will lead to a large temperature drift of the constant voltage of the circuit. However, the most significant drawback of such a receiver is its exposure to low-frequency electromagnetic fields, such as mains frequency, when the radio receiver cannot be brought closer to massive metal or other conductive objects. The background low-frequency signal from them is not sufficiently suppressed. This leads to the need for careful shielding of the entire radio receiver with the corresponding complication and cost of construction.

Известен радиоприемник ЧМ-сигналов, описанный в книге: Поляков В.Т. Радиовещательные ЧМ-приемники с фазовой автоподстройкой. М. Радио и связь, 1983, с. 73 и являющийся прототипом предлагаемого изобретения. Указанное устройство содержит последовательно соединенные входную цепь, усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель постоянного тока и гетеродин, при этом выход гетеродина подключен к второму входу смесителя, а выход усилителя постоянного тока соединен также с входом усилителя низкой частоты. Его недостатками являются нетехнологичность, неустойчивость приема, некачественное воспроизведение. Known radio FM signals described in the book: Polyakov V.T. FM broadcast receivers with phase-locked loop. M. Radio and Communications, 1983, p. 73 and which is the prototype of the invention. The specified device contains a series-connected input circuit, a high-frequency amplifier, a mixer, a DC amplifier and a local oscillator, while the output of the local oscillator is connected to the second input of the mixer, and the output of the DC amplifier is also connected to the input of the low-frequency amplifier. Its disadvantages are low technology, instability of reception, poor quality reproduction.

В приемнике-прототипе реализуется невысокое качество приема и воспроизведения, проявляющееся в низкой чувствительности, в недостаточной избирательности по соседнему каналу, в значительных нелинейных искажениях, а также в неустойчивой работе (с подвозбуждением). The prototype receiver implements low reception and playback quality, which is manifested in low sensitivity, inadequate selectivity on the adjacent channel, in significant non-linear distortions, as well as in unstable operation (with excitation).

Неперестраиваемая входная цепь и резистивный (согласующий) усилитель высокой частоты обеспечивают коэффициент передачи, близкий к единице. Поэтому основное усиление сигнала происходит в усилителе постоянного тока и усилителе низкой частоты. При этом низкочастотные фоновые наводки недостаточно ослабляются входной цепью и усилителем высокой частоты и затем проходят смеситель и усилитель постоянного тока с петлей фазовой автоподстройки подобно полезному сигналу. В результате низкочастотный фон прослушивается довольно громко, особенно при близком расположении массивных токопроводящих предметов или рук человека. Соответственно шумы усилителя высокой частоты, смесителя и гетеродина (вместе с напряжением фона) не позволяют получить чувствительность приемника лучше 30 50 мкВ, чего недостаточно для уверенного качественного приема в радиусе до 30 50 км. A non-tunable input circuit and a resistive (matching) high-frequency amplifier provide a transmission coefficient close to unity. Therefore, the main signal amplification occurs in a DC amplifier and a low frequency amplifier. In this case, the low-frequency background noise is not sufficiently attenuated by the input circuit and the high-frequency amplifier and then the mixer and the direct current amplifier pass with a phase-locked loop like a useful signal. As a result, the low-frequency background is heard quite loudly, especially with the close proximity of massive conductive objects or human hands. Accordingly, the noise of a high-frequency amplifier, a mixer, and a local oscillator (together with the background voltage) do not allow one to obtain a receiver sensitivity of better than 30 50 μV, which is not enough for reliable high-quality reception in a radius of up to 30 50 km.

Примененный в приемнике-прототипе смеситель выполнен по обычной (небалансной) схеме с несимметричными входами и выходами. Это определяет значительную зависимость режима и качества работы смесителя от амплитуды гетеродинного колебания, от фазы и величины проникающего на сигнальный вход гетеродинного напряжения, от температурного дрейфа. В результате этого не удается обеспечить оптимальный режим работы смесителя: резко падает его коэффициент передачи, возникают большие нелинейные искажения сигнала, при изменении положения антенны на различных участках частотного диапазона в зависимости от фазовых соотношений радиоприемник возбуждается. The mixer used in the prototype receiver is made according to the usual (unbalanced) scheme with asymmetric inputs and outputs. This determines a significant dependence of the mode and quality of the mixer on the amplitude of the heterodyne oscillation, on the phase and magnitude of the heterodyne voltage penetrating the signal input, on temperature drift. As a result of this, it is not possible to ensure the optimal mode of operation of the mixer: its transmission coefficient drops sharply, large non-linear distortions of the signal occur, when the position of the antenna in different parts of the frequency range changes, depending on the phase relations, the radio receiver is excited.

Особенно заметны перекрестные искажения и помехи при наличии мощного сигнала соседнего канала, который взаимодействует с полезным сигналом на нелинейных элементах согласующего усилителя и смесителя и даже приводит к возможности прямого детектирования сигнала и помех. Cross distortion and interference are especially noticeable in the presence of a powerful signal of the adjacent channel, which interacts with the useful signal on the nonlinear elements of the matching amplifier and mixer and even leads to the possibility of direct detection of the signal and interference.

Таким образом, радиоприемник-прототип является очень "капризным" при регулировке и эксплуатации, то есть непригодным для серийного производства, что и подтверждается опытом радиопромышленности в России и за рубежом. Thus, the prototype radio is very "capricious" in the adjustment and operation, that is, unsuitable for mass production, which is confirmed by the experience of the radio industry in Russia and abroad.

Из анализа приведенного уровня техники видно, что задачей изобретения является создание технологичного (с малым числом подстраиваемых катушек индуктивности) приемника частотно-модулированных сигналов с устойчивым приемом (за счет высокой чувствительности и избирательности) и качественным воспроизведением (за счет синхронно-фазового отслеживания частоты с точностью до фазы, высокой избирательности, минимальных нелинейных искажений и подавления фоновых помех). From the analysis of the prior art it is seen that the objective of the invention is the creation of a technological (with a small number of adjustable inductance coils) receiver of frequency-modulated signals with stable reception (due to high sensitivity and selectivity) and high-quality reproduction (due to synchronous-phase frequency tracking with accuracy to phase, high selectivity, minimal non-linear distortion and suppression of background noise).

Это достигается тем, что в известное устройство, состоящее из последовательно соединенных входной цепи, согласующего усилителя, смесителя, усилителя постоянного тока и гетеродина, причем выход гетеродина подключен к второму входу смесителя, а выход усилителя постоянного тока является одновременно выходом приемника, введены заградительный фильтр, регулируемый усилитель высокой частоты, а также соединенные последовательно высокочастотный усилитель цепи АРУ, амплитудный детектор и усилитель постоянного тока цепи АРУ. Заградительный фильтр включен между выходом согласующего усилителя и сигнальным входом регулируемого УВЧ, выход которого соединен с первым входом смесителя и с входом высокочастотного усилителя цепи АРУ. Выход усилителя постоянного тока цепи АРУ подключен к управляющему входу регулируемого УВЧ. Соответственно регулируемый усилитель высокой частоты перестраивается по диапазону и выполнен по балансной схеме с симметричным выходом, смеситель выполнен по двойной балансной схеме с симметричными первым входом, вторым входом и выходом. Усилитель постоянного тока и высокочастотный усилитель цепи АРУ собраны по балансным схемам с симметричным входом, а гетеродин имеет симметричный выход. This is achieved by the fact that in a known device consisting of a series-connected input circuit, a matching amplifier, mixer, DC amplifier and a local oscillator, the output of the local oscillator is connected to the second input of the mixer, and the output of the DC amplifier is simultaneously the output of the receiver, a stop filter is introduced, an adjustable high-frequency amplifier, as well as a series-connected high-frequency amplifier of the AGC circuit, an amplitude detector and a constant current amplifier of the AGC circuit. The barrage filter is connected between the output of the matching amplifier and the signal input of the adjustable UHF, the output of which is connected to the first input of the mixer and to the input of the high-frequency amplifier of the AGC circuit. The output of the DC amplifier of the AGC circuit is connected to the control input of the adjustable UHF. Accordingly, the adjustable high-frequency amplifier is tuned in a range and is made according to a balanced circuit with a symmetric output, the mixer is made according to a double balanced circuit with a symmetrical first input, second input and output. The DC amplifier and high-frequency amplifier of the AGC circuit are assembled according to balanced circuits with a balanced input, and the local oscillator has a balanced output.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого приемника; на фиг. 2 принципиальная схема его возможной реализации. In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed receiver; in FIG. 2 schematic diagram of its possible implementation.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные входную цепь (ВЦ) 1, согласующий усилитель (СУ) 2, заградительный фильтр (ЗФ) 3, регулируемый усилитель высокой частоты (РУВЧ) 4, смеситель (СМ) 5, усилитель постоянного тока (УПТ) 6, гетеродин (Гет) 7, а также включенные последовательно высокочастотный усилитель регулирующей цепи (цепи АРУ) (УАРУ) 8, амплитудный детектор (АД) 9 и усилитель постоянного тока цепи АРУ (УПТ АРУ) 10. При этом симметричный выход гетеродина 7 соединен с вторым симметричным входом смесителя 5, симметричный выход которого соединен с симметричным входом усилителя постоянного тока 6. Симметричный вход высокочастотного усилителя цепи АРУ 8 подключен к точкам соединения симметричного выхода регулируемого усилителя высокой частоты 4 и первого симметричного входа смесителя 5. Выход усилителя постоянного тока цепи АРУ 10 соединен с управляющим входом регулируемого УВЧ 4. Выход усилителя постоянного тока 6 является входом предлагаемого приемника, рассчитанным на подключение высококачественного усилителя звуковой частоты. The proposed device (Fig. 1) contains a series-connected input circuit (CC) 1, matching amplifier (SU) 2, a blocking filter (ZF) 3, an adjustable high-frequency amplifier (HFC) 4, a mixer (SM) 5, a DC amplifier ( UPT) 6, local oscillator (Get) 7, as well as sequentially connected high-frequency amplifier of the regulatory circuit (AGC circuit) (UARU) 8, amplitude detector (AM) 9 and DC amplifier of the AGC circuit (UPT AGC) 10. Moreover, the balanced output of the local oscillator 7 is connected to the second symmetric input of the mixer 5, the symmetric output which is connected to the symmetric input of the DC amplifier 6. The symmetric input of the high-frequency amplifier of the AGC circuit 8 is connected to the connection points of the symmetric output of the adjustable high-frequency amplifier 4 and the first symmetric input of the mixer 5. The output of the DC amplifier of the AGC circuit 10 is connected to the control input of the adjustable UHF 4 The output of the DC amplifier 6 is the input of the proposed receiver, designed to connect a high-quality audio amplifier.

Все блоки структурной схемы могут быть собраны по типовым схемам. Входную цепь 1 целесообразно использовать перестраиваемую в диапазоне частот согласованно с частотой гетеродина для ослабления мощных соседних и внедиапазонных сигналов, которые могут вызвать перекрестные искажения и прямое детектирование помех на нелинейности активных элементов последующего согласующего усилителя. Сравнительно узкая полоса (2-3 МГц) обеспечивается в таких случаях слабой связью контура с антенной. Кроме того, согласующий усилитель должен иметь достаточно высокое входное сопротивление, чтобы не снижать добротность входной цепи 1. Его собирают по резистивной схеме, например каскадной ОИ-ОЭ, для уменьшения общего числа нетехнологичных (требующих настройки) контурных катушек индуктивности (для ослабления внедиапазонных помех достаточна избирательность входной цепи 1 и регулируемого усилителя высокой частоты 4). При чувствительности радиоприемника десятки - единицы микровольт в городских условиях возможен значительный уровень индустриальных помех и низкочастотного фона электрической сети. Заградительный фильтр 3, непропускающий НЧ-помехи и фон сети, выполняют либо в виде Т-образного (П-образного) фильтра, либо с использованием малогабаритного недорогого дросселя типа ДММ или ДМШ в нагрузочной цепи резистивного усилителя. Регулируемый усилитель ВЧ 4 перестраиваемый резонансный можно собрать на дифференциальной ИС соответствующего диапазона частот с симметричным включением выходов в колебательный контур и управляющим входом: М45121, 175 УВ2, 175 УВ4, К174 УП2, К174 УП3. Смеситель 5 двойной балансный с полной симметрией выполняют по схеме аналогового перемножителя на основе сдвоенного дифференциального усилителя (см. Буга Н. Н. и др. Радиоприемные устройства. М. Радио и связь, 1986, с. 158). При рабочем диапазоне до 40 МГц в смесителе 5 может быть применена ИС-526ПС1. ИС К174ПС1 работоспособна до 200 МГц, а МИС-17 до 900 МГц. Усилитель постоянного тока 6 интегральный операционный усилитель серии 140 или типовой дифференциальный каскад на транзисторах. All blocks of the structural diagram can be assembled according to standard schemes. The input circuit 1, it is advisable to use tunable in the frequency range in accordance with the local oscillator frequency to attenuate powerful neighboring and out-of-band signals, which can cause crosstalk and direct detection of interference on the nonlinearity of the active elements of the subsequent matching amplifier. A relatively narrow band (2-3 MHz) is provided in such cases by a weak connection of the circuit with the antenna. In addition, the matching amplifier should have a sufficiently high input resistance so as not to reduce the quality factor of the input circuit 1. It is assembled according to a resistive circuit, for example, a cascade OI-OE, to reduce the total number of non-technological (requiring tuning) loop inductors (sufficient to attenuate out-of-band interference is sufficient selectivity of the input circuit 1 and the adjustable high-frequency amplifier 4). With a radio sensitivity of dozens or units of microvolts in urban conditions, a significant level of industrial interference and low-frequency background of the electric network is possible. The barrier filter 3, which does not allow for low-frequency interference and the network background, is either implemented as a T-shaped (U-shaped) filter or using a small-sized inexpensive choke type DMM or DMSh in the load circuit of a resistive amplifier. An adjustable RF 4 tunable resonant amplifier can be assembled on a differential IC of the corresponding frequency range with a symmetrical inclusion of outputs in the oscillating circuit and a control input: M45121, 175 UV2, 175 UV4, K174 UP2, K174 UP3. The double balanced mixer 5 with full symmetry is performed according to the analog multiplier scheme based on a dual differential amplifier (see N. N. Bug and other radio receivers. M. Radio and communications, 1986, p. 158). With an operating range of up to 40 MHz in mixer 5, IS-526PS1 can be used. IS K174PS1 is operational up to 200 MHz, and MIS-17 up to 900 MHz. DC Amplifier 6 140 Series Integrated Operational Amplifier or typical transistor differential stage.

Гетеродин 7 радиоприемника выполняют по традиционной транзисторной схеме, например трехточечной (см. книгу Поляков В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. М. Патриот, 1990, с. 188). Выходной сигнал необходимо снимать непосредственно с колебательного контура с помощью симметричной катушки связи, а не через повторитель напряжения. Следует отметить, что лучшие результаты дает смеситель, совмещенный с гетеродином и выполненный на двойном балансном перемножителе типа К174ПС1 (рабочая частота до 200 МГц) или МИС-17 (до 900МГц). Близкая схема приведена в книге: Радиоприемные устройства. /Под ред. Барулина Л.Г. М. Радио и связь, 1984, с. 157. Достаточно в схеме рис. 5.13 выводы 2 и 3 микросхем соединить с шиной питания нагрузочными резисторами, с которых и снимать симметричный выходной НЧ-сигнал. The heterodyne 7 of the radio receiver is performed according to a traditional transistor circuit, for example a three-point one (see the book Polyakov VT Radio amateurs on the direct conversion technique. M. Patriot, 1990, p. 188). The output signal must be removed directly from the oscillatory circuit using a symmetrical coupling coil, and not through a voltage follower. It should be noted that a mixer combined with a local oscillator and made on a double balanced multiplier of the type K174PS1 (operating frequency up to 200 MHz) or MIS-17 (up to 900 MHz) gives the best results. A close diagram is given in the book: Radio receivers. / Ed. Barulina L.G. M. Radio and Communications, 1984, p. 157. It is enough in the diagram of fig. 5.13, pin 2 and 3 of the microcircuit to connect to the power bus with load resistors, from which to shoot a balanced low-frequency output signal.

Естественно, что контуры L1', C2 (незаземленная нагрузка усилителя ВЧ 4) и 2, C3 (гетеродинный) должны быть настроены на частоту сигнала и перестраиваются по диапазону. Высокочастотный усилитель цепи АРУ 8 - резистивный, собранный по дифференциальной схеме с симметричным входом, например, на ИС 526ПС1, К174ПС1 или МИС-17 в зависимости от рабочего диапазона частот. Амплитудный детектор 9 обычный диодный последовательный детектор, постоянная времени нагрузочной цепи которого R_нC_н должна быть меньше минимального периода звуковых модулирующих колебаний принимаемых сигналов. Усилитель постоянного тока цепи АРУ 10 выполняется по обычной схеме с гальванической связью каскадов (например, типовой каскад ОИ-ОЭ). Он должен обеспечивать усиление 10 20 дБ при достаточно высоком входном сопротивлении: R_вх>R_н. Вход предлагаемого приемника подключается к усилителю НЧ, который содержит каскад предварительного усиления, а также усилитель мощности на ИС К174УН7, К174УН14 или комплементарных транзисторах (если радиоприемник используется отдельно в виде переносного или автомобильного). Усилитель НЧ и акустическая система должны иметь минимальные нелинейные искажения. При этом реализуются качественные показатели предлагаемого приемника.Naturally, the circuits L1 ', C2 (ungrounded load of the RF amplifier 4) and 2, C3 (heterodyne) must be tuned to the signal frequency and are tuned in the range. The high-frequency amplifier of the AGC circuit 8 is a resistive one, assembled according to a differential circuit with a symmetric input, for example, on the IS 526PS1, K174PS1 or MIS-17, depending on the working frequency range. Amplitude detector 9 is a conventional diode series detector, the time constant of the load circuit of which R _n C _n must be less than the minimum period of sound modulating oscillations of the received signals. The DC amplifier of the AGC circuit 10 is performed according to the usual scheme with galvanic coupling of cascades (for example, a typical cascade OI-OE). It should provide a gain of 10 to 20 dB with a sufficiently high input impedance: R _I > R _n . The input of the proposed receiver is connected to a low-frequency amplifier, which contains a pre-amplification cascade, as well as a power amplifier for the K174UN7, K174UN14 IC or complementary transistors (if the radio receiver is used separately as a portable or car). The bass amplifier and speaker system should have minimal non-linear distortion. In this case, the quality indicators of the proposed receiver are realized.

В зависимости от назначения радиоприемника он может включать в себя также стереодекодер (желательно синхронный с малым коэффициентом гармоник) и второй усилитель НЧ, сетевой источник питания, системы автопоиска, бесшумной настройки, переключения диапазонов, индикации. Многодиапазонный приемник или тюнер целесообразно строить на базе диапазонных модулей, каждый из которых содержит блоки 1-10 предлагаемого устройства и включается путем подачи напряжения питания. Depending on the purpose of the radio receiver, it can also include a stereo decoder (preferably synchronous with a low harmonic coefficient) and a second bass amplifier, mains power supply, auto-search system, silent tuning, band switching, indication. It is advisable to build a multi-band receiver or tuner on the basis of range modules, each of which contains blocks 1-10 of the proposed device and is turned on by applying a supply voltage.

Пример принципиальной схемы предлагаемого устройства приведен на фиг. 2. В этом УКВ-приемнике ЧМ-сигналов входная цепь 1 образована элементами L1, C1, C2, VD1. Согласующий усилитель 2 выполнен в виде резистивного каскада VT1, VT2. Заградительным фильтром 3 является дроссель L2 и выходное сопротивление согласующего усилителя 2. Регулируемый усилитель ВЧ 4 построен на ИС ДА1 К174ПС1 и транзисторе VT3, являющемся элементом регулировки усиления. Смеситель 5 с совмещенным гетеродином 7 выполнен в виде двойного балансного перемножителя на микросхеме ДА3 К174ПС1. В качестве УПТ6 применен дифференциальный усилитель VT6, VT7 (КТ3107), в нагрузке которого включена пропорционально-интегрирующая цепочка R28, C31, определяющая полосу удержания и избирательность приемника. Выходной сигнал УПТ 6 подается на варикап VD6 гетеродина 7 и на вход внешнего усилителя НЧ (транзисторы VT8, VT9). Высокочастотный усилитель цепи АРУ 8 также собран на ИС К174ПС1 (ДА2), что существенно уменьшает номенклатуру комплектующих. Амплитудный детектор 9 построен на диодах VD3, VD4 с нагрузкой R16, C15, а УПТ АРУ 10 на каскаде из двух транзисторов VT5, VT6. Переменный резистор R5 является регулятором настройки на станции диапазона. Сопротивление R21 позволяет точно сбалансировать основные блоки: смеситель 5, УПТ 6, гетеродин 7. An example of a schematic diagram of the proposed device is shown in FIG. 2. In this FM VHF receiver, the input circuit 1 is formed by the elements L1, C1, C2, VD1. Matching amplifier 2 is made in the form of a resistive stage VT1, VT2. The obstruction filter 3 is the inductor L2 and the output impedance of the matching amplifier 2. An adjustable high-frequency amplifier 4 is built on the DA1 K174PS1 IC and transistor VT3, which is an element of gain control. The mixer 5 with the combined local oscillator 7 is made in the form of a double balanced multiplier on the chip DA3 K174PS1. The differential amplifier VT6, VT7 (KT3107) was used as UPT6, the load of which included the proportional-integrating chain R28, C31, which determines the holding band and selectivity of the receiver. The output signal UPT 6 is fed to the varicap VD6 of the local oscillator 7 and to the input of an external bass amplifier (transistors VT8, VT9). The high-frequency amplifier of the AGC circuit 8 is also assembled on the IS K174PS1 (DA2), which significantly reduces the range of components. Amplitude detector 9 is built on diodes VD3, VD4 with a load of R16, C15, and UPT AGC 10 on a cascade of two transistors VT5, VT6. The variable resistor R5 is the tuning control on the band station. Resistance R21 allows you to precisely balance the main blocks: mixer 5, UPT 6, local oscillator 7.

В диапазоне ДМВ в качестве элементов ДА1, ДА2, ДА3 могут применяться ИС типа М45121, М42104, МИС-17. При этом каскад ОИ-ОЭ на транзисторах VT1, VT2 можно исключить с учетом сравнительно высокого коэффициента усиления микросхем серии М42 и М45, реализовав полностью симметричный тракт с высоким качеством приема сигналов и с эффективным подавлением помех (НЧ-фон, соседние каналы, мощные внедиапазонные помехи). In the UHF range, the elements of type M45121, M42104, MIS-17 can be used as elements of DA1, DA2, DA3. In this case, the OI-OE cascade on transistors VT1, VT2 can be excluded taking into account the relatively high gain of the microcircuits of the M42 and M45 series, by implementing a fully symmetric path with high quality signal reception and with effective noise suppression (low-frequency background, adjacent channels, powerful out-of-band interference )

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Перестраиваемая входная цепь 1 ослабляет внедиапазонные помехи, предотвращая перекрестные искажения входного сигнала. Далее сигнал усиливается в малошумящем согласующем усилителе 2, который развязывает гетеродинные цепи от антенны, а также согласует вход усилительного тракта с контуром входной цепи (позволяет получить необходимую добротность 25 30 и избирательность входной цепи). Заградительный фильтр 3 не пропускает низкочастотные помехи, обусловленные электромагнитными наводками, внедиапазонными станциями СВ, ДВ и КВ, индустриальными шумами. Регулируемый усилитель высокой частоты 4 осуществляет основное усиление ЧМ-сигнала на несущей частоте, которая регулируется по цепи АРУ с целью исключения перегрузок мощными сигналами близкорасположенных станций. Такое построение высокочастотного тракта обеспечивает чувствительность РП прямого преобразования, сравнимую с чувствительностью супергетеродина, где основное усиление с АРУ, избирательность и подавление НЧ-помех реализуется в усилителе ПЧ. При этом достигается широкий динамический диапазон (60-70 дБ), а значит хорошая линейность работы и качественный прием. За счет применения цепи быстрой АРУ ослабляется паразитная амплитудная модуляция. С симметричного выхода усилителя ВЧ 4 ЧМ-сигнал поступает на первый вход двойного балансного смесителя 5. Современная элементная база (интегральные аналоговые перемножители) и симметричное включение по обоим входам и выходу обеспечивают сбалансированный режим смесителя 5 и его устойчивость к наводкам напряжения гетеродина 7 в рабочем диапазоне. The tunable input circuit 1 attenuates out-of-band interference by preventing crosstalk of the input signal. Further, the signal is amplified in a low-noise matching amplifier 2, which decouples the heterodyne circuits from the antenna, and also matches the input of the amplifier path with the input circuit (allows you to obtain the necessary quality factor 25 30 and selectivity of the input circuit). The barrage filter 3 does not allow low-frequency interference due to electromagnetic interference, out-of-band stations CB, LW and HF, industrial noise. An adjustable high-frequency amplifier 4 carries out the main amplification of the FM signal at the carrier frequency, which is regulated by the AGC circuit in order to eliminate overloads by powerful signals of nearby stations. Such a construction of the high-frequency path ensures the sensitivity of the direct conversion RP, comparable to the sensitivity of a superheterodyne, where the main gain with AGC, selectivity, and low-frequency noise suppression are implemented in the IF amplifier. This achieves a wide dynamic range (60-70 dB), which means good linearity and high-quality reception. Through the use of a fast AGC circuit, spurious amplitude modulation is attenuated. From the symmetric output of the RF amplifier 4, the FM signal is fed to the first input of the double balanced mixer 5. The modern element base (integrated analog multipliers) and the symmetric inclusion on both inputs and output provide a balanced mode of the mixer 5 and its resistance to local oscillator voltage pick-ups 7 in the operating range .

При поступлении на его первый симметричный вход сигнала
U_c(t) = U_mcos[ω_ot+Φ(t)],
а на второй (опорный) симметричный вход напряжения гетеродина 7
U_г(t) = U_гcos[ω_ot+Φ(t)]
на симметрично выходе в результате перемножения U_c(t) и U_r(t) получается колебание вида

где
U_m, U_r амплитудные значения напряжений сигнала и гетеродина; ω_o средняя частота ЧМ-сигнала; Φ(t) изменяющаяся фаза при угловой модуляции; k масштабный коэффициент передачи перемножителя; Φ_г(t) = 0
Сигнал с удвоенной частотой не проходит через нагрузочные цепи смесителя 5, на выходе которого получается сигнал, повторяющий изменение разности фаз Φ(t) между ЧМ-сигналом и гетеродинным колебанием

Если в гетеродине обеспечить сдвиг фазы колебания U_r(t) относительно сигнала U_c(t) на угол π/2 то напряжение на выходе смесителя 5 примет вид:

а при малых предельных значениях Φ(t) можно записать

Полная фаза φ(t) ЧМ-сигнала связана с мгновенной частотой соотношениями:

Соответственно при гармонической ЧМ Δω(t) = Δω_м•cosΩt и

где

индекс модуляции частоты сигнала.Upon receipt of its first symmetrical input signal
U _c (t) = U _m cos [ω _o t + Φ (t)],
and on the second (reference) symmetric input of the local oscillator voltage 7
U _g (t) = U _g cos [ω _o t + Φ (t)]
at the output symmetrically, as a result of multiplying U _c (t) and U _r (t), a vibration of the form

Where
U _m , U _{r the} amplitude values of the voltage of the signal and the local oscillator; ω _{o the} average frequency of the FM signal; Φ (t) changing phase with angular modulation; k scale factor of the multiplier; Φ _g (t) = 0
The signal with a doubled frequency does not pass through the load circuits of the mixer 5, at the output of which a signal is obtained that repeats the change in the phase difference Φ (t) between the FM signal and the local oscillation

If in the local oscillator to provide a phase shift of the oscillation U _r (t) relative to the signal U _c (t) by the angle π / 2, then the voltage at the output of the mixer 5 will take the form:

and for small limit values Φ (t), we can write

The full phase φ (t) of the FM signal is related to the instantaneous frequency by the relations:

Accordingly, for harmonic FM Δω (t) = Δω _m • cosΩt and

Where

modulation index of the signal frequency.

Таким образом, выходное напряжение U_см(t) изменяется по закону модуляции (в данном примере по гармоническому):

Особенностью применения двойного балансного смесителя 5 (его симметрия не нарушается при подключении балансных схем усилителя ВЧ 4, усилителя постоянного тока 6 и симметричного выхода гетеродина 7) является практически полное подавление фоновых низкочастотных наводок. При этом также минимизируется температурный дрейф уровней постоянного напряжения в смесителе 5, особенно если применяется вариант с совмещенным гетеродином 7, выполненный на общем кристалле с идентичными транзисторами в плечах балансной схемы, например, на основе ИС К174ПС1 или МИС-17. Важно также, что указанный смеситель является активным усиливает сигнал на 10-22 дБ. Усиленное в УПТ 6 напряжение U_см(t) поступает на управляющий вход гетеродина 7 в качестве напряжения фазовой АПЧ, подстраивая частоту гетеродина до значения частоты сигнала ЧМ с точностью до фазы.Thus, the output voltage U _cm (t) varies according to the law of modulation (in this example, harmonic):

A feature of the use of the double balanced mixer 5 (its symmetry is not broken when connecting the balanced circuits of the RF amplifier 4, the DC amplifier 6 and the balanced output of the local oscillator 7) is the almost complete suppression of low-frequency background noise. At the same time, the temperature drift of the DC voltage levels in the mixer 5 is also minimized, especially if a variant with a combined local oscillator 7 is used, made on a common chip with identical transistors in the shoulders of a balanced circuit, for example, based on the K174PS1 or MIS-17 IC. It is also important that the specified mixer is active amplifies the signal by 10-22 dB. The voltage U _cm (t) amplified in the circuit breaker 6 is supplied to the control input of the local oscillator 7 as the voltage of the phase AFC, adjusting the frequency of the local oscillator to the frequency of the FM signal accurate to the phase.

Поскольку АЧХ УПТ 6 может иметь любую заданную полосу пропускания и крутизну спада, обеспечивается высокая избирательность приемника. Since the frequency response of UPT 6 can have any given bandwidth and slope, a high selectivity of the receiver is ensured.

Синхронно-фазовый детектор (СФД), образованный смесителем 5, УПТ 6, гетеродином 7 с петлей ФАПЧ, обеспечивает практически неискаженное детектирование ВЧ- и СВЧ-сигналов с частотной модуляцией, когда напряжение с выхода УПТ 6 в качестве модулирующего (информационного) колебания подается на выход приемника. The synchronous-phase detector (SFD), formed by a mixer 5, UPT 6, local oscillator 7 with a PLL loop, provides almost undistorted detection of RF and microwave signals with frequency modulation, when the voltage from the output of UPT 6 as a modulating (information) oscillation is applied to receiver output.

Таким образом, в предлагаемом приемнике прямого преобразования достигаются потенциальные возможности синхронно-фазового детектирования ЧМ-сигналов:
1. по технологичности отсутствуют подстраиваемые катушки индуктивности промежуточной частоты;
2. по устойчивости приема за счет высокой чувствительности полоса удержания петли фазовой автоподстройки достаточна для устойчивого отслеживания частоты слабого сигнала (единицы микровольт) без перезахвата мощного сигнала соседнего канала. Высокая избирательность, определяемая крутизной спада частотной характеристики петли ФАПЧ и принципом отслеживания частоты сигнала с точностью до фазы, также делает прием устойчивым;
3. по качеству воспроизведения за счет отслеживания частоты сигнала с точностью до фазы. Высокая избирательность и АРУ по высокой частоте позволяют устранить прослушивания мешающих станций, перекрестные искажения и прямое детектирование мощных сигналов. Отсутствие детектора, применение балансного синхронного преобразователя частоты и АРУ по высокой частоте минимизируют нелинейные искажения, свойственные супергетеродинным приемникам. Балансная (симметричная) схема ослабляет фоновые помехи низкой и сетевой частоты.Thus, the proposed direct conversion receiver achieves the potential for synchronous-phase detection of FM signals:
1. by adaptability there are no tunable inductors of intermediate frequency;
2. in terms of reception stability due to high sensitivity, the loop lock loop bandwidth is sufficient for stable tracking of the frequency of a weak signal (units of microvolts) without intercepting a powerful signal of the adjacent channel. High selectivity, determined by the steepness of the decrease in the frequency response of the PLL loop and the principle of tracking the frequency of the signal with phase accuracy, also makes the reception stable;
3. the quality of playback by tracking the frequency of the signal with an accuracy of phase. High selectivity and AGC at a high frequency can eliminate listening to interfering stations, crosstalk and direct detection of powerful signals. The absence of a detector, the use of a balanced synchronous frequency converter and AGC at a high frequency minimize the non-linear distortions inherent in superheterodyne receivers. The balanced (symmetrical) circuit attenuates the background noise of low and network frequencies.

Claims

A radio frequency-modulated signal receiver comprising a series-connected input circuit, a matching amplifier, mixer, DC amplifier and a local oscillator, the output of the local oscillator connected to the second input of the mixer, and the output of the DC amplifier being the output of the receiver, characterized in that a low-frequency a blocking filter, an adjustable high-frequency amplifier, as well as a series-connected high-frequency amplifier of the regulatory circuit, an amplitude detector, and an amplifier the DC amplifier of the control circuit, while the matching amplifier is connected to the first input of the mixer through a series-connected low-pass filter and a high-frequency adjustable amplifier at the signal input, the output of the adjustable amplifier is also connected to the input of the high-frequency amplifier of the control circuit, the output of the DC amplifier of the control circuit is connected to the control input of an adjustable high-frequency amplifier, respectively, an adjustable high-frequency amplifier is made according to balanced circuit with a balanced output, the mixer is made in a double balanced circuit with a symmetrical first input, a second input and output, the DC amplifier and a high-frequency amplifier of the control circuit are assembled according to balanced circuits with a symmetric input, and the local oscillator has a balanced output and is tuned according to the tuning range input circuit and adjustable high-frequency amplifier.