Возможна ли чувствительность супергетеродинного приёмника с такой полосой быть < 1 мкВ при соотношении сигнал/шум 26 дБ? Это продолжение поста, в котором речь шла о девиации радиовещательного передатчика в диапазоне FM (87,5 -108 МГц).
В той статье, если в двух словах, я пришёл к выводу, что при девиации передатчика ±75 кГц полоса приёмника должна быть 200 — 250 кГц. Казалось, на этом можно было закончить тему, если бы не один комментарий, из которого следует, если отбросить отрицательные эмоции: «При такой полосе шумы и чутьё приёмника просто в загоне, реальная полоса частот тракта ПЧ современного типового FM приёмника находится пределах 30 - 40 кГц.»
Так ли это? Решил разобраться.
Понятно, что чем уже полоса, тем лучше чувствительность. Речь в комментарии шла о микросхемах со следящим приёмом, с обратной связью по частоте (ОСЧ) с низкой промежуточной частотой 70 кГц, с полосой тракта ПЧ 40 кГц. Это отдельная тема. Вопрос пока останется открытым.
Но почему сегодня пропал интерес к этим приёмникам? Пока только могу сказать, что для высшего класса они не дотягивают, так при девиации сигнала ±75 кГц нелинейные искажения более 3%, а ведь речь в тексте была о высоком качестве воспроизведения музыкальных программ.
И если для диапазона (65,8–73 МГц) УКВ-1 при девиации передатчика ±50 кГц полоса приёмника равна 120 - 160 кГц, то мало перестроить гетеродин и преселектор в случае переноса УКВ-1 в УКВ-2, надо ещё расширить полосу приёмника до 200 - 250 кГц, чтобы избавиться от искажений.
Эх мои девяностые! Помню в рамках конверсии эти узкополосные микросхемы с низкой промежуточной частотой существенно оказывали материальную помощь. Из них для любителей радио мы собирали простые наборы приёмников УКВ -1 диапазона 65,8 — 74 МГц. На этих волнах в те годы заработало несколько радиостанций («Молодёжный канал», «Европы Плюс» и «М-Радио»), которые пользовались успехом у молодёжи. Большой популярностью в то время пользовался набор с микросхемой КХА058 с низкой промежуточной частотой разработанной НПК «Сигнал».
Существовал набор не долго. Рынок стал заполняться дешёвыми китайскими приёмниками. Выполненные на микросхемах TDA7000 (К174ХА42А), TDA7021, TDA7088. Они больше напоминали игрушки. Да и чувствительность приёмников, выполненных на этих микросхемах была не лучшей: КХА058 -15 мкВ 26 дБ, TDA7021 - 7 мкВ 26 дБ, TDA7088 - 5 мкВ 26 дБ.
А заявленная чувствительность микросхемы тех лет TEA5710T с ПЧ 10,7 МГц с полосой 200 кГц – 2 мкВ при соотношении сигнал/шум 26 дБ оказалась лучше тех микросхем.
Но сейчас задача другая, как при полосе ПЧ 200 — 250 кГц не «загнать» чувствительность.
Я дедушка, и поэтому люблю поговорить о былом и своём повествовании начну отсчёт от советских приёмников прошлого века.
Для радиоприёмника «Ленинград-001- 010» в УКВ-диапазоне (65,8–73 МГц) при соотношении сигнал/шум 26 дБ чувствительность 2,5 мкВ. Серийный выпуск стереофонического радиоприёмника «Ленинград-001-стерео» начался в 1979 году на Ленинградском заводе «Радиоприбор». Модель соответствовала требованиям ГОСТ 5651-76 для аппаратуры высшего класса, а по некоторым характеристикам имела значительный запас, а реальная чувствительность была ниже 2 мкВ при соотношении сигнал/шум 26 дБ. Промежуточный тракт строился на контурах имел полосу 120 - 160 кГц.
Что это значит на практике?
При снижении уровня сигнала ниже 2,5 мкВ соотношение сигнал/шум ухудшается — в динамике нарастает шипение, появляются искажения.
При уровне сигнала выше 2,5 мкВ (например, 10–20 мкВ) приём будет уверенным, с высоким динамическим диапазоном и чёткостью звучания.
Отсчитаем ещё 6 лет, и вот на арене транзисторный тюнер "Ласпи-005-1-стерео" с 1985 года выпускал Севастопольский радиозавод имени Калмыкова. Чувствительность 2 мкВ, а реальная — 1,5 мкВ и это при полосе 120 - 160 кГц.
Почти полвека прошло с выпуска советских приёмников высшего класса. Какая сейчас чувствительность современных супергетеродинных приёмников?
Вернёмся к началу века, к диапазону УКВ-2 или как его называют FM 87, 5- 108 МГц и к приёмному тракта с ПЧ 10,7 МГц супергетеродинного приёмника с полосой 200 - 250 МГц.
И тут я решил чисто теоретически проверить, как ухудшится чувствительность 2 мкВ с переходом полосы пропускания с 120 кГц в 250 кГц при одинаковой крутизне скатов контуров, выбрав самые крайние значения полос.
В теории чувствительность ухудшилась в 1,4 раза. Разве можно утверждать, что при новой полосе (250 кГц) чувствительность будет в «загоне»?
Вот к примеру некоторые автомобильные приёмники на классической супергетеродинной схеме с ПЧ 10,7 МГц, достигавшие чувствительности < 1 мкВ:
Pioneer FH-X380UB (и аналогичные модели 2010-х гг.). Чувствительность 0,8 мкВ при 26 дБ.
Alpine CDE-173BT(2012 г.).Заявленная чувствительность 0,9 мкВ при 26 дБ;
JVC KD-R461 (2014 г.). Чувствительность 0,7 мкВ при 26 дБ.
Эти модели сочетают: супергетеродинную архитектуру с ПЧ 10,7 МГц, высококачественные керамические фильтры ПЧ (два фильтра 10,7 МГц), малошумящие входные каскады, цифровую индикацию и управление настройкой, но основной тракт — аналоговый супергетеродин.
Условия достижения высокой чувствительности.
Чтобы классический супергетеродин показал чувствительность < 1 мкВ при соотношении сигнал/шум 26 дБ, необходимо использование малошумящих транзисторов во входных цепях, а также хорошее согласование импедансов антенны и входного тракта. Играет также роль эффективная селекция по зеркальному каналу (селективный ВЧ входной фильтр), который повышает помехоустойчивость и положительно влияет на чувствительность.
За полувековой период многое изменилось в элементной базе. Появились транзисторы с коэффициентом шума 0,3 - 0,9 дБ, полосовые фильтры на ПАВ (фильтр поверхностных волн SAW) — защита от зеркального канала, высококачественные пьезокерамические фильтры, отвечающие за селективность по соседнему каналу, смесители с коэффициентом шума 6 дБ.
Изменилась технология производства с использованием авто монтажа с применением ЧИП компонентов, обеспечивающих маленькие размеры, снижающие паразитные связи, а также удачная экранировка каскадов, исключающая самовозбуждение.
Я решил проверить, а получится у меня такая же чувствительность, как у иностранных экземпляров. Выбрал два варианта.
Первый — супергетеродин с одним преобразованием частоты, ПЧ 10,7 МГц.
Второй — супергетеродин с двойным преобразованием частоты. Здесь получились два варианта.
1. ПЧ 28 МГц и 10,7 МГц.
2. ПЧ 10,7 МГц и 360 кГц, причём второй вариант как на полупроводниках, так и на лампах. Подвёл только ламповый вариант там чувствительность 3 мкВ при соотношении сигнал/шум 26 дБ, но это всё равно укладывается в высший класс. В остальных случаях чувствительность меньше 1 мкВ.
Однако на практике гибридные схемы low-IF и SDR-приёмники чаще показывают ещё более высокую чувствительность (0,3–0,8 мкВ) при меньших габаритах и стоимости. В массовых автомобильных магнитолах классические супергетеродины постепенно вытесняются более технологичными решениями.
Всё познаётся в сравнении. Что имеем на сегодня.
Классический супергетеродин при соотношение сигнал/шум 26 дБ имеет чувствительность 0,7- 1,5 мкВ. И это при полосе ПЧ 200 -250 кГц.
Гибридная микросхема low-IF 0,5 — 1,0 мкВ.
(Low-IF)— приёмник, в котором радиочастотный(РЧ) сигнал преобразуется в низкую промежуточную частоту (ПЧ). Это отличает их от традиционных супергетеродинных приёмников, где ПЧ 10,7 МГц. Эти приёмники сочетают преимущества в сравнении с трактом прямого преобразования.
Пример для микросхемы RDA5807M; чувствительность 1,2 – 1,8 мкВ при соотношении сигнал/шум 26 дБ в диапазоне FM.
Функциональная схема RDA5807M.
Сигнал с антенны усиливается малошумящим усилителем (LNA) в диапазоне 50–115 МГц, затем проходит через многофазный массив смесителей,который преобразует радиочастотный сигнал (RF) в низкую промежуточную частоту (Low-IF). Далее сигнал усиливается программируемым усилителем (PGA), оцифровывается высокоразрешающим АЦП (ADC) и обрабатывается цифровым сигнальным процессором (DSP), который выполняет демодуляцию FM и декодирование стереосигнала.
Цифровой приёмник SDR 0,3 — 0,8 мкВ.
Пример для RTL-SDR; чувствительность 0,5 — 2,0 мкВ при соотношении сигнал/шум 26 дБ в диапазоне FM.
RTL-SDR-приёмник (на базе чипов RTL2832U + R820T/R828D).
Структура: антенна - преселектор - R820T (РЧ-тракт) - драйвер доступа к устройству RTL2832U (АЦП + цифровая обработка) - USB - ПО на ПК.
Полоса пропускания до 2,4 МГц на входе, для FM-демодуляции используют полосу 200–250 кГц. В программах типа SDR# эту полосу задают в настройках демодулятора.
Из сказанного выше можно сделать вывод, что при полосе супергетеродинного приёмника 200 — 250 кГц реальная чувствительность < 1 мкВ, что соответствует лучшим экземплярам современных цифровых приёмников. Эта полоса при отличной чувствительности способна обеспечить высокий динамический диапазон, минимальные нелинейные искажения и высокое качество стереофонических программ.
Да, чуть не забыл. Если придётся подбирать пьезокерамические фильтры не ошибитесь с полосой пропускания. При использовании двух фильтров общая полоса уменьшается в 1,4 раза. Например, для двух фильтров.
LT10,7MA20 (маркировка L10,7A).
Реальная полоса пропускания = 330 кГц/1,4 = 235 кГц, то, что надо.
Всем успехов, удачи, с Днём Космонавтики!