Почему большинство серьезных радиолюбительских и профессиональных приемников, охватывающих весь диапазон коротких волн, сложнее нашего многодиапазонного приемника даже на уровне блок-схемы? Какие задачи при этом решаются?
Напомним, что наш приемник, как и большинство вещательных аппаратов, представляет собой классический супергетеродин с одним преобразованием частоты. Исходная частота принимаемого сигнала смешивается в смесителе с частотой первого гетеродина и преобразуется в постоянную промежуточную частоту. Благодаря неподвижности этой промежуточной частоты ее можно очень хорошо отфильтровать от помех и качественно продетектировать даже в случае использования однополосной модуляции. Перестройка по принимаемому диапазону становится возможной благодаря перестройке 1-го гетеродина, который также называют генератором плавного диапазона (ГПД).
Чтобы понять, что здесь может быть "не так" в случае приема достаточно высокочастотных диапазонов, зададимся конкретными цифрами. Допустим, мы хотим принимать частоту в 29 МГц при промежуточной частоте в 500 кГц (0,5 МГц). Понятно, что для этого нам потребуется частота гетеродина в 28,5 МГц. Во-первых, создать достаточно стабильный ГПД на такую высокую частоту будет очень непросто. Скорее всего, такой приемник вам то и дело надо будет подстраивать, особенно при приеме SSB.
Во-вторых, преобразование частот всегда идет сразу и вверх, и вниз, из-за чего появляется побочный зеркальный канал приема. В данном случае он находится на 28 МГц. Относительная разница между 28 и 29 МГц не настолько уж велика. Входной фильтр, настроенный на 29 МГц, частоту в 28 МГц ослабит не так уж сильно. Так что зеркальная помеха будет нами прослушиваться тоже.
Как же быть?
1. Повышение ПЧ.
Один из выходов, иногда применяемый на практике - ничего не менять в блок-схеме, а только лишь увеличить промежуточную частоту. Опять-таки поясним на конкретном примере. Допустим, мы увеличим ПЧ вдесятеро - до 5 МГц. В таком случае частота ГПД у нас окажется пониже - не 28,5, а 24 МГц. Все ж таки обеспечить ее стабильность станет немного проще. Зеркальный канал в этом случае окажется на 19 МГц, так что даже простенький входной фильтр сможет его хорошо ослабить.
Но это решение порождает немало проблем. На повышенной ПЧ труднее обеспечить должное усиление УПЧ. Возрастает риск нарваться на его самовозбуждение из-за наводок или обратных связей через паразитные емкости.
Еще сложнее становится обеспечить должную фильтрацию ПЧ на повышенной частоте. Электромеханических фильтров на такие частоты уже нет, а пьезокерамические имеют слишком широкую полосу пропускания. Смириться с ухудшенной избирательностью? А как тогда быть, если мы собираем не приемник, а радиостанцию? Забивать эфир расширенной полосой своего сигнала? Поэтому тем любителям, которые используют это решение, приходится самим делать кварцевые фильтры. Для этого нужен набор кварцев со строго определенным сдвигом частот относительно друг друга с точностью до сотен, а то и десятков герц. И столь же точно сдвинутый относительно них кварц для опорного генератора. Всё это приходится подстраивать и согласовывать дополнительными катушками и конденсаторами. (В утешение нашим читателям отмечу, что описанный у нас на канале частотомер обеспечивает достаточную для таких работ точность измерений)
Вот почему конструкторы радиоаппаратуры стали применять схемы с двойным преобразованием частоты.
2. Двойное преобразование частоты с фиксированной первой ПЧ.
Упростим себе дело с аппаратом из предыдущего примера. Не будем возиться с самодельными кварцевыми фильтрами и пытаться сформировать окончательную полосу пропускания в 3 кГц на частоте в 5 МГц. Обойдемся фильтром из нескольких обычных LC-контуров. Он, как-никак, обеспечит предварительную фильтрацию куда получше, чем входной фильтр, выделяя уже не весь диапазон, а только ближайшие окрестности частоты нужной нам радиостанции. А если эту часть схемы сделаем на достаточно линейных элементах - радиолампах или полевых транзисторах, то способность какой-либо помехи "пробить" такую систему перекрестной модуляцией окажется весьма маловероятной. А затем пересадим сигнал на вторую ПЧ - старые добрые 500 или там 465 кГц. Вот там всё и отфильтруем-сформируем окончательно, и усилим как следует. Проблем со стабильностью настройки это нам не добавит - еще один дополнительный гетеродин, осуществляющий это преобразование, можно сделать на кварце. В нашем примере - на 4,5 МГц.
Известная среди радиолюбителей КВ-радиостанция Лаповка создана именно по такому принципу. Основные проблемы такой конструкции связаны с ее ГПД, которому на высокочастотных диапазонах приходится работать все же на достаточно высоких частотах. При переключениях диапазонов и ГПД тоже приходится переключаться на новые контура. И на каждом диапазоне это надо подгонять и настраивать. Так что давайте посмотрим, что может дать иной принцип.
2. Двойное преобразование частоты с переменной первой ПЧ.
Идея на редкость красива - переключение диапазонов осуществляется простым переключением кварцевых резонаторов в первом гетеродине, который здорово опускает частоты сигналов до более умеренной первой ПЧ. Всё! - ни о каких частотах в десятки мегагерц вы уже больше не услышите. Но вот только, раз у нас кварцевый генератор неподвижен, то в таком случае необходимо, чтобы у нас по диапазону плавно перестраивалась первая (высокая) ПЧ.
Давайте снова перейдем к конкретным цифрам. Допустим, мы принимаем диапазон от 29 до 29,5 МГц. В таком случае первая ПЧ у нас пусть будет перестраиваемой от 5 до 5,5 МГц. Входной сигнал сюда спустит стабильный кварцевый генератор на 24 МГц.
Ну, а дальше ГПД, плавно перестраиваемый в диапазоне 4,5 - 5 МГц, преобразует сигнал уже в неподвижную ПЧ в 500 кГц. Как видите, ГПД у нас работает на весьма умеренных частотах, где уже нетрудно получить его хорошую стабильность, плавную настройку и т.д. А если мы хотим принимать любительский диапазон 21 - 21,45 МГц? Никаких проблем - переключите кварцевый на резонатор на 16 МГц. Заметьте: в ГПД ничего переключать не нужно. Нет нужды тащить множество длинных проводов к сотрясающемуся переключателю, а это тоже работает на стабильность частоты. Профит!
Именно так был устроен самый популярный среди советских коротковолновиков трансивер (приемопередатчик) UW3DI. Правда тем, кто его собирал, приходилось где-то выискивать четырехсекционный(!) воздушный КПЕ. Одна секция перестраивала ГПД, а остальные - трехконтурный фильтр первой ПЧ. Настройка и сопряжение этого хозяйства требовали хороших рук и головы. И хорошего приборного оснащения.
* * *
Итак, приведенные решения позволяют понизить частоту ГПД и получить хорошую стабильность и плавность настройки. Решается и проблема с побочным зеркальным каналом приема. Но, как почти всякое техническое решение, оно приносит и свои проблемы и недостатки. Это не только очевидное усложнение конструкции и настройки. Это - еще и увеличение числа так называемых "пораженных точек". Раз у нас в приемнике очень много разных гетеродинов, кварцованных и перестраиваемых, то в диапазоне принимаемых волн будут частоты, забитые самими сигналами гетеродинов, их гармониками и комбинационными частотами между ними.
Меры по борьбе с ними могут быть приняты следующие:
1. Поскольку частоты, на которых появятся самые мощные помехи такого рода, могут быть элементарно заранее подсчитаны, то вполне возможно подобрать такую величину первой ПЧ, чтобы как можно меньше их оказывалось в полосах частот, принимаемых приемником.
2. Очевидно, что появление многих комбинационных частот может быть предотвращено экранировкой генераторов и других каскадов приемника друг от друга, а также разделением при помощи фильтров цепей их питания.
3. Хорошим средством улучшения чистоты приема является применение балансных смесителей - симметричных схем, в половинках которых полезный сигнал складывается, а, например, напряжение гетеродина - взаимно компенсируется, и, таким образом, практически отсутствует в выходном сигнале. Однако понятно, что это усложняет схему и конструкцию аппарата. Например, может потребовать специального более сложного КПЕ. Еще большие проблемы это создает в многодиапазонных аппаратах, так как требует увеличения числа групп контактов в переключателе диапазонов, а длинные провода к переключателю ослабляют полезный эффект от применения такой схемы. вот почему в нашем многодиапазонном приемнике автор не стал применять подобного.
Наш аппарат с присоединенным конвертером фактически станет третьей из представленных схем. В задуманном аппарате взаимные помехи не станут большой проблемой. Приемник у нас в проводящем экранирующем корпусе, конвертер - в своем отдельном экранирующем корпусе. Фильтры питания, естественно, наличествуют. Так что паразитные взаимные связи между ними будут практически отсутствовать. К тому же низкочастотные КВ-диапазоны мы будем, как и прежде, принимать в начальной конфигурации аппарата с одним преобразованием частоты и минимумом помех.