Тема 1.1. Назначение и классификация радиоприемных устройств.

Тема 1.3. Основные электрические параметры РПУ.

Основные электрические параметры РПУ:

• диапазон рабочих частот
• чувствительность
• избирательность
• частотная точность
• динамический диапазон
• выходная мощность и некоторые другие.

Диапазон рабочих частот

Это та область рабочих частот, в которой РПУ может плавно или скачком перестраиваться с одной частоты на другую. При плавной перестройке задается F_{o min} и

F_{o max}, то есть нижняя и верхняя границы диапазона. Относительною ширину диапазона характеризует коэффициент перекрытия К_д:

К_д = F_{o max} / F_{o min}

Для обеспечения большего К_д, Диапазон разбивают на части – поддиапазоны и определяют коэффициент перекрытия по поддиапазону:

К_диап = F_{диап max} / F_{диап min}

Коэффициент перекрытия по поддиапазону ограничен конструкцией конденсатора переменной емкости у которого C_max / C_min = 25...50 и при этом

С учётом паразитных емкостей, которые увеличивают С_min, коэффициент перекрытия обычно принимают равным 2...3, причем, чем выше частота принимаемого сигнала, тем меньше коэффициент перекрытия.

Чуствительность

Это способность РПУ обеспечить нормальную работу при наименьшем уровне сигнала на входе:

• милливольты и милливатты – для приема на внешние антенны в диапазоне метровых волн;

• микровольты и микроватты – для приема на внешние антенны в диапазоне дециметровых волн;

• для приема на магнитные антенны чуствительность измеряется в единицах напряженности поля в точке приема – милливольт на метр или микровольт на метр (mV*m, m V*m).

Зная напряженность поля в точке приема Е_п и действующую высоту магнитной антенны h_д можно вычислить теоретическую чуствительность РПУ, то есть ЭДС сигнала в антенне:

Е_а = Е_п*h_д

Однако теоретическая чуствительность РПУ снижается из-за влияния собственных шумов РПУ, ширины полосы пропускания, вида принимаемого сигнала, нелинейных явлений в каскадах. Поэтому, для оценки качества РПУ пользуются понятиями Реальная чуствительность и Предельная чуствительность.

Реальная чуствительность – это наименьшая ЭДС сигнала в антенне, при которой обеспечивается нормальная выходная мощность при заданном соотношении сигнал/шум.

Нормальная выходная мощность – 10% от номинальной мощности сигнала на выходе приемника. Заданное соотношение сигнал/шум определяется видом принимаемого сигнала.

Например, соотношение мощности сигнала к мощности шума для РПУ:

• радиовещания 50...1000
• радиолокации 0,5..10
• радиотелефонии 3.....10

Реальная чуствительность зависит от режима работы детектора, субъективных свойств оператора (“глухой” радист) и неудобна с практической точки зрения для оценки РПУ с различными трактами, поэтому для оценки РПУ используют величину Предельной чуствительности – наименьшую ЭДС в антенне при соотношении сигнал/шум = 1.

Избирательность

Это степень ослабления помехи, отличающейся по частоте от принимаемого сигнала. Избирательность зависит от формы АЧХ РПУ (или от формы резонансной характеристики). Резонансная характеристика – это зависимость коэффициента усиления от частоты входного сигнала при постоянной настройке РПУ. На разных частотах коэффициент усиления не одинаков. Если настроить резонансные контура РПУ на частоту F_о – то РПУ будет принимать сигнал, несущая частота которого равна F_о. Коэффициент усиления Fо на этой частоте максимален и называется резонансным. При этом на выходе РПУ сигнал имеет максимальную величину. Величина других сигналов будет меньше. Таким образом сигналы с другими частотами будут ослаблены, то есть принимаемый сигнал будет выделен. Так осуществляется процесс избирательности. Количественно избирательность оценивается коэффициентом избирательности:

s _и = К_о/К D _f (1),

где К D _f – коэффициент усиления на частоте f, отличающейся от частоты f_о на величину абсолютной расстройки | D f | = f – f_o.

Таким образом избирательность показывает во сколько раз по сравнению с сигналом ослабляется равная ему по величине помеха при заданной расстройке.

С помощью резонансной характеристики и формулы (1) можно построить характеристику избирательности, которая показывает зависимость ослабления помех при изменении расстройки при:

_D f = 0, K D _f = K_o и s _и = 1.

Это означает, что помеха, частота которой равна частоте принимаемого сигнала не ослабляется. С увеличением расстройки от D f₁ до D f₂ избирательность увеличивается от s _и1 до s _и2. Избирательность обычно выражается в децибелах (дБ).

s _и(дБ) = 20*lg (s _и)

Это означает, что если s _и = 20 дБ, то помеха ослабляется в 10 раз. Если выразить в дБ коэффициент усиления, то

К(дБ) = 20*lg К

В этом случае:

s _и(дБ) = К_о(дБ) - К D _f(дБ)

На рисунке представлена характеристика односигнальной избирательности, то есть ее измерение проводилось при подаче на вход РПУ только одного сигнала с U_с = const и переменной частотой. Реально на входе РПУ одновременно действует много сигналов с различными частотами и амплитудами. Одновременное действие сигнала и помехи на входе элементов с нелинейными характеристиками проявляется как:

• перекрестная модуляция – перенос модуляции помехи на сигнал
• блокировка РПУ – забивание сигнала помехой
• интермодуляция – взаимная модуляция между сигналом и несколькими помехами.

В результате:

• при перекрестной модуляции вместе с сигналом прослушивается помеха, которая по характеристике односигнальной избирательности должна быть подавлена
• при блокировке сигнал на выходе уменьшается или пропадает совсем. Несущая помехи может сильно отличаться от несущей частоты сигнала, но ее амплитуда очень высока.

Реально односигнальная избирательность не позволяет судить о помехозащищенности приемника. Для этого обычно используется характеристика эффективной избирательности. Эффективная избирательность – это способность РПУ различать сигнал на частоте настройки и помехи с частотой за пределами полосы пропускания, уровни которых таковы, что они создают нелинейные эффекты, при одновременном действии сигнала и помехи.

Динамический диапазон.

Изменение амплитуд сигналов и помех в реальных условиях может достигать 80 дБ и более из-за влияния замираний, при изменении расстояния объектами (приемником и передатчиком). Пределы, в которых изменяется величина сигнала на входе РПУ, называется динамическим диапазоном.

Количественной оценкой динамического диапазона является коэффициент, называемый “динамический диапазон”:

Увеличение величины входного сигнала приводит к перегрузке ТРЧ (тракта радиочастоты), снижению избирательности, так как ТРЧ начинает работать в нелинейном режиме и при усилении сигнала в этом случае появляются комбинационные составляющие. Избежать этого можно, если отрегулировать динамический диапазон в пределах линейного участка динамической характеристики РПУ. Для количественной оценки линейности динамического диапазона вводят понятие Рабочего Динамического Диапазона:

Где: Е_{а п} – предельная чуствительность РПУ

E_{a max доп} - максимально допустимая ЭДС сигнала на входе РПУ.

Очевидно, что рабочий динамический диапазон D_p должен быть больше или равен D_c. Для этого в РПУ применяют АРУ и РРУ (А втоматическую и Р учную Р егулировку У силения), что позволяет уменьшить пределы изменения выходной мощности РПУ.

Выходная мощность

Это мощность, подводимая с выхода РПУ ко входу оконечного устройства. Выходная мощность Р_вых должна быть номинальной для данного конкретного типа оконечного устройства ОУ и колеблется от долей ватта до нескольких ватт. Различают нормальную и номинальную выходную мощность.

Номинальная выходная мощность – это наибольшая выходная мощность, при которой возникающие нелинейные искажения не превышают заданной величины. Номинальная выходная мощность соответствует 100% модуляции принимаемого сигнала. Нормальная выходная мощность соответствует 10% от номинальной, 30% модуляции сигнала и подводится к оконечному устройству при измерении характеристик РПУ.

Тема 1.1. Назначение и классификация радиоприемных устройств.

Радиоприемное устройство является частью системы передачи сообщений, использующей для этого энергию радиоволн. Предназначено оно для воспроизведения передаваемого сообщения с заданной степенью точности. Радиоприемное устройство состоит из трех основных частей:

• приемная антенна;
• собственно радиоприемник;
• воспроизводящее устройство.

Антенна преобразует энергию электромагнитного поля в энергию электрического тока высокой частоты. Антенна принимает все сигналы: и полезные и сигналы помех. Помехами являются все посторонние сигналы как от других передающих устройств, так и грозовые сигналы, космические излучения, помехи от электродвигателей, промышленные помехи и т.д.

Собственно радиоприемное устройство отделяет полезный сигнал от помех, усиливает его, преобразует в вид, необходимый для приведение в действие воспроизводящего устройства.

Воспроизводящее устройство преобразует электрический сигнал в сообщение. Воспроизводящих (или оконечных) устройств у одного радиоприемного устройства может быть несколько, если радиоприемное устройство предназначено для приема многоканального сигнала. В ряде случаев одно сообщение может приниматься радиоприемным устройством, состоящем из нескольких антенн и радиоприемников и одного воспроизводящего устройства.

Рассмотрим четыре основных функции радиоприемного устройства:

• выделение сигнала из помех;
• усиление радиосигнала;
• преобразование радиосигнала в электрический сигнал;
• преобразование электрического сигнала в сообщение.

Выделение сигнала из помех называется избирательностью или селективностью приемника. Избирательность осуществляется благодаря различию свойств принимаемого сигнала и помех. Эти различия могут быть в направлении прихода в точку приема, во времени действия, по частоте, амплитуде или фазе принимаемого сигнала и ряду других характеристик. Основной вид избирательности - частотная, использующая различие по частоте сигнала и помехи. Частотной избирательностью называют способность радиоприемного устройства выделить спектр радиосигнала из всего спектра электромагнитных колебаний, действующих на его входе. Осуществляется она главным образом в приемнике. Для этого используются фильтры с наибольшим коэффициентом передачи в полосе пропускания. Радиоприемное устройство будет принимать тот сигнал, на частоту которого настроен фильтр.

Усиление сигнала необходимо потому, что сигнал поступающий на антенну очень мал по амплитуде и проводить с ним какие-либо преобразования технически очень сложно, так как каждый элемент схемы вносит соответствующие затухание.

Преобразование радиосигнала в электрический, соответствующий модулирующему, называется детектированием. Осуществляется оно с помощью устройства, называемого детектором. Для детектирования на вход детектора необходимо подать сигнал определенной величины и свободный от помех. Для этого служат усилители.

Усилители включаются так же и после детектора, чтобы довести мощность сигнала до необходимой для нормального срабатывания воспроизводящего устройства. Кроме того существуют различные устройства позволяющие подключать к радиоприемному устройству любое оконечное оборудование, от обычного динамика, до компьютера.

Исходя из вышеизложенного представляется возможным провести классификацию приемников.

По назначению:

• профессиональные - связные, радиоастрономические, радиолокационные, радионавигационные и т.д.;
• вещательные - массовые радиовещательные приемники.

По рабочему диапазону частот:

• НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ, УВЧ, СВЧ и т.д.;
• всеволновые.

Звуковое вещание осуществляется в диапазонах ДВ, СВ, КВ, УКВ и ДМВ.

По виду принимаемых сигналов:

• c АМ
• ЧМ
• ФМ и т.д.

По роду принимаемой информации приемники разделяют на:

• радиотелефонные
• радиотелеграфные
• фототелеграфные,
• телевизионные и т.д.

По месту установки приемники делятся на:

• стационарные
• бортовые
• автомобильные
• переносные.

По способу управления и коммутации различают приемники:

• с ручным управлением
• автоматическим управлением
• дистанционным управлением

По виду питания различают:

• сетевые приемники
• батарейные приемники
• приемники с универсальным питанием.

Практика показывает, что оценить качество выполняемых функций приемника возможно по электрическими параметрам приемника, таким как чувствительность, избирательность, частотная точность, диапазон рабочих частот, динамический диапазон и выходная мощность.

Чувствительностью называют способность приемника обеспечить нормальную работу воспроизводящего устройства при наименьшем сигнале в антенне или на входе приемника. Чувствительность оценивают наименьшей величиной ЭДС радиосигнала или его номинальной мощностью в антенне. Чем меньше эти величины, тем выше чувствительность. Количественно чувствительность выражается в микровольтах или в микроваттах.

Избирательностью называют степень ослабления помехи, отличающейся по частоте от полезного сигнала. Избирательность зависит от формы амплитудно- частотной характеристики радиоприемника, то есть от зависимости коэффициента усиления от частоты входного сигнала при постоянной настройке приемника. Количественно избирательность оценивается коэффициентом избирательности, который показывает во сколько раз по сравнению с сигналом ослабляется равная ему по величине помеха при заданной расстройке.

Частотная точность - это величина, определяющая возможность вхождения в связь в установленное время без поиска сигнала корреспондента, а так же ведения связи без подстройки приемника при сохранении заданного качества воспроизведения сообщения в течении всего сеанса связи. частотная точность как показатель - это разность между частотой настройки приемника и частотой принимаемого сигнала. Нестабильность настройки приемника во время работы оценивается изменением частоты настройки за определенный промежуток времени, то есть практически это стабильность работы приемника. Количественно оценивается коэффициентом расстройки.

Диапазон рабочих частот – это та область рабочих частот, в пределах которой радиоприемное устройство может плавно или скачком перестраиваться с одной частоты на другую без существенного изменения качества воспроизведения сигнала.

Динамический диапазон частот - это пределы, в которых изменяется величина входного сигнала. Динамический диапазон сигналов оценивается отношением наибольшего сигнала к наименьшему по мощности или напряжению. Обычно динамический диапазон выражают в децибелах. Желательно, чтобы динамический диапазон укладывался в линейный участок АЧХ приемника. В противном случае возникают искажения сигнала и снижение избирательности приемника.

Выходной мощностью приемника называют мощность, подводимую к воспроизводящему устройству. Величина выходной мощности должна соответствовать номинальной для данного типа воспроизводящего устройства и может быть от нескольких ватт до долей ватта.

Таким образом, данные параметры могут служить оценкой качества радиоприемного устройства