Приемник прямого преобразования: не так хорош, но и не так плох

В любом тематическом сообществе рано или поздно возникает предмет для показательной ненависти. Скажем, «настоящего ножемана» перекосит от упоминания какого-нибудь «Кизляра», а уж что сделает с «настоящим аудиофилом» упоминание формата 44,1 кГц/16 бит, даже представлять не стоит. Ну что ж, если что и положено демонстративно ненавидеть в радиосреде — так это, естественно, радиостанции с приемниками прямого преобразования.

Сначала — типичные ошибки

Забавная, но не менее распространенная от этого ошибка — считать, что у приемников прямого преобразования «нет гетеродина», хотя сам по себе термин «прямое преобразование» кое-на что намекает. Собственно говоря, в разных странах и в разное время приемники такого типа назывались то синхродинными, то гомодинными (гусары, молчать!). Принципиальная разница здесь в том, что, если у гетеродинного приемника частота гетеродина значительно отличается от частоты принимаемого сигнала, то у приемника прямого преобразования, напротив, близка к ней — результирующий сигнал можно демодулировать в АМ простейшими методами (а при работе в телеграфе и не демодулировать вовсе). Собственно, первый гомодин Коулбрука (1924 год) был настолько прост, насколько это вообще возможно:

Каноничный же приемник прямого преобразования на блок-схеме выглядит так:

От супергетеродинного приемника с одинарным преобразованием частоты (да, оно вовсе не обязательно двойное) конструкцию отличают только отсутствие фильтра промежуточной частоты, ее усилителя и демодулятора.

Далее, однокристальные трансиверы с приемниками прямого преобразования любят под одну гребенку называть страшной аббревиатурой «RDA». Вот только RDA — это общий префикс для маркировки микросхем вполне конкретной компании RDA Microelectronics, так что называть так любой чип подобного типа — все равно, что любой процессор «интелом», а любой планшет — «айпэдом».

И далее немного истории

В чисто аналоговой связи приемники прямого преобразования к середине XX века ушли на второй план, и достаточно долго оставались скорее уделом энтузиастов-радиолюбителей для самостоятельной сборки.

В низшем сегменте правили бал приемники прямого усиления, а сменяли их уже супергетеродины, обладавшие куда лучшей избирательностью приема и чувствительностью (за счет усиления сигнала промежуточной частоты). У приемников прямого преобразования же основное усиление происходило уже на звуковой частоте, что требовало создания малошумящего и высокочувствительного, но низкочастотного усилителя — на лампах это было проблематично, вопрос решили только малошумящие транзисторы, а затем и операционные усилители. Кроме того, простыми приемники прямого преобразования оставались только при работе телеграфом или в амплитудной модуляции. Проще говоря, именно в аппаратуре связи они быстро оказались ни к селу, ни к городу.

Однако приход интегральных микросхем ситуацию изменил, и особенно в двухтысячных. И тем более в портативной технике, где крайне важны габариты. Ибо вот это, например — не особо уже и современный чип BK4815, объединяющий в себе практически все схемы, отвечающие за прием и передачу, кроме оконечника усилителя мощности, усилителя звуковой частоты и входного усилителя:

Что у него внутри?

Замечу. что свой приемник такого типа у вас точно есть, и, возможно, даже не один — радиотракты сотовых телефонов, если что, работают именно по схеме прямого преобразования в силу все тех же требований компактности: радиочип сейчас можно сделать по размеру меньше, чем займет один только фильтр промежуточной частоты супергетеродина. Возьмем, скажем, блок-схему популярного Beken BK4819:

В подобных чипах уже встроен и малошумящий входной усилитель (LNA), что позволяет при минимуме обвеса получить хорошую чувствительность приемника (чувствительность, если что — это минимальный уровень эталонно-модулированного сигнала на входе, при котором обеспечивается заданное соотношение сигнал/шум на выходе — обычно 12 или 20 дБ SINAD, «замеры чувствительности» по уровню открытия шумодава оставим горе-обзорщикам на Ютубе). Затем сигнал поступает на квадратурный смеситель (матчасть, если кому интересно), на выходе которого мы имеем уже два сигнала I и Q, которые, будучи отфильтрованы и нормализованы по уровню усилителем с переменным коэффициентом усиления (VGA), поступают на вход аналого-цифрового преобразователя, а от него — на цифровой сигнальный процессор (DSP), на блок-схеме не показанный.

Если не углубляться в матчасть, то I и Q — это не чистый демодулированный сигнал, как было бы в случае с классическим приемником прямого преобразования, а только промежуточный этап: вот уже при их суммировании в зависимости от его метода можно демодулировать и амплитудную модуляцию, и частотную, и фазовую, а затем обрабатывать оцифрованный результат как душе угодно. В чипах прямого преобразования обработка начинается уже с оцифрованных I/Q, без аналогового сумматора.

Тут-то и зарыта собака

Подобная технология позволила «за копейки» создавать приемники, работоспособные в очень широком диапазоне частот — знай только перестраивай задающий генератор. Типичный пример — «народный» Quansheng UV-K5, на всем известном сайте проскакивавший и за тысячу, и при этом даже работавший.

Однако усложнение тракта обработки сигнала и его «цифровизация» не избавила приемник прямого преобразования от врожденной проблемы — близости к основной частоте (то есть той, которую мы слушаем) частоты зеркальной, которая в этом случае оказывается в том же самом диапазоне. Это приводит к тому, что сигнальному процессору. который получает информацию от АЦП, приходится разбираться не только с полезным сигналом, но и с паразитным, да еще и в широкой полосе (классический пример — то, что рации на BK4815 спокойно принимают и сигнал с отстройкой на 275 кГц при достаточной мощности паразитного сигнала). Если, скажем, для SDR-приемников это не баг, а фича (там, наоборот, ширина полосы обработки не лишняя для удобства, а обработка сигнала выполняется куда более мощным процессором ПК или ноутбука), то DSP в составе радиочипа «тупее» не в разы, а более чем на порядок.

Отсюда — возможность перегрузки DSP, при которой он начинает периодически «глохнуть». Это характерное «затыкание» хорошо чувствуется даже не только в перегруженном эфире: помнится, когда «Баофенг» с антенной RHD-771 оказался случайно поставлен рядом с работающим монитором, он именно что начал «глохнуть» с периодичностью 0,5 с — ситуация исправлялась уже в 10-20 см от экрана или просто возвратом на место штатной антенны. Что неудивительно, учитывая ее «качество». Наличие входных диапазонных фильтров несколько исправляет ситуацию (по крайней мере, устраняя внедиапазонные помехи — но и сокращая количество доступных диапазонов), но избавить подобные чипы от проблемы полностью не может. Конечно, можно услышать, что современные чипы прямого преобразования «уже почти не уступают супергетеродинам», но ключевое слово тут «почти».

И что делать?

Уровень этого «почти» в целом достигнут неплохой, так что, если использование рации предполагается не рядом с телевышкой или мощным источником индустриальных помех (я уже как-то упоминал один местный ТЦ, где и супергетеродины «глохнут» в определенном месте), особо и бояться нечего. В лесу (поход, рыбалка, охота и так далее) приемник прямого преобразования и вовсе будет работать, не «ломая себе голову». Что характерно, в комментариях уже появился «эксперт», явно ни разу в жизни не разбиравший и не смотревший схему хотя бы «Баофенга» — раздельные входные тракты с фильтрами давно есть и на самых примитивных китаерациях, если не говорить о совсем уж бессмысленных «ходиболтайках».

Ну, а в противном случае, если уж так критичен бюджет, то остается «вторичка» — да, рация будет не новой, да, однодиапазонной, да, нередко кондовой донельзя по «пользовательскому интерфейсу», зато — с честным и вполне приличным супергетеродинным приемником. Кстати, одна уже готовится на обзор.