книги / Радиоприемные устройства.-1

Q

На рис. 1.6 показано расположение некоторых каналов приема для малых величин т , п < 2. Побочные каналы приема в супергетеродинном РПУ имеют ясный физический смысл. Прямой канал (1.12) соответствует колебанию по­ мехи, совпадающей с промежуточной частотой РПУ. Это колебание при недо­ статочном подавлении помехи в преселекторе попадает на вход смесителя и да­ лее выделяется в ТПЧ. Зеркальный канал (1.13) образуется вследствие выде­ ления в смесителе разностной частоты lfnM - / гI = / п. Каналы (1.14) обус­ ловлены преобразованием помех на гармониках гетеродина (второй, третьей и т.д.), которые содержатся в колебании гетеродина, а также возникают в сме­ сителе за счет его нелинейности; каналы (1.15) —преобразованием на гармо­ никах интенсивной помехи, возникающих из-за нелинейности переселектора и смесителя, и т.д.

Как следует из (1.13)—(1.16) , характерной особенностью всех гетеродин­ ных каналов является изменение их положения в зависимости от частоты на­ стройки РПУ / 0 = / г - / п или / 0 = / г + / п .

Таким образом, по побочным каналам в РПУ могут попадать мешающие сигналы других радиостанций или шумы, энергия которых суммируется с энергией шумов в основном канале приема.

Очевидно, что побочные каналы приема должны быть ослаблены в пресе­ лекторе РПУ. С этой целью необходимо повышать избирательные свойства и линейность преселектора, ’’чистоту” спектра колебания гетеродина, приближая его к моногармоническому, а также линейность смесителя. Избирательность преселектора может быть увеличена двумя способами: 1) с помощью его пере­ стройки в соответствии с частотой основного канала приема/0‘ ,когда для лю­ бой / с будет обеспечено требуемое подавление побочных каналов (рисЛ .7,а); 2) с помощью неперестраиваемого преселектора, для которого все побочные гетеродинные каналы оказываются смещенными за границы его полосы про­ пускания и эффективно подавляются для всех возможных значений/ 0 взадан-

См

SES- iMn-rlFlK-x -ЕЬ CD -СЮ--

Рис. 1.8

Рис. 1.9

ном диапазоне перестройки РПУ / cmin - /стах (рис. 1.7, б ) .

Используя (1.12)—(1.16), нетрудно показать, что необходимым условием вьшесения всех побочных каналов приема (при т , п < 2) из полосы пропус­ кания неперестраиваемого преселектора является выполнение неравенства f > 2/ , где Л _ ov —максимальная частота принимаемого сигнала.

Радиоприемники с преобразованием частоты сигнала в частоту, превышаю­ щую частоту рабочего диапазона, называют РПУ инфрадинного типа. Их особенностью является: исключение в диапазонных РПУ перестройки пресе­ лектора (так называемые широкополосные преселекторы) (рис. 1.8, а) или использование упрощенной перестройки путем коммутации входных фильт-

ров (так называемые фильтровые преселекторы) (рис. 1.8, б). К достоинст­ вам инфраданных РПУ относятся: возможность значительного подавления по­ бочных каналов из-за высокой избирательности неперестраиваемых цепей, ко­ торые могут быть значительно сложнее и, таким образом, эффективнее, чем перестраиваемые цепи; упрощение настройки и управления РПУ, не требую­ щего перестройки преселектора или использующего упрощенную перестройку, и т.д. Основной недостаток таких РПУ — более высокие, чем для перестраи­ ваемого преселектора, требования к его линейности.

Тракт промежуточной частоты инфрадинных приемников может строиться по-разному: с усилением на высокой частоте f или с^ее понижением (РПУ с многократным преобразованием частоты). Структурная схема последнего тракта дана на рис. 1.9.

В структуре, приведенной на рис. 1.9, первый гетеродин —перестраивае­ мый, а остальные - неперестраиваемые, так как частоты их входных сигналов не изменяются. Как правило, f ni > / п2 > ... > / nfI. На практике используют два (реже три) преобразования частоты.

Возможен еще один путь построения РПУ —с помощью "прямого преобра­

Пусть преобразование частоты осуществляется с помощью перемножите­ ля, на входы которого х %и х 2 поступают колебания ис и иг с амплитудами

то колебание с частотой 2сос будет им отфильтровано. Сокращая полосу ФНЧ до £2тах (максимальной частоты модуляции сигнала), можно подавить в нем все составляющие входного спектра, которые отстоят от со, на частоту более ^шах* Таким образом, с помощью перемножигеля и ФНЧ удается обеспечить избирательность приема для всех колебаний, не совпадающих со спектром по­ лезного сигнала, при этом на выходе ФНЧ:

Так как в соответствии с (1.18) выходное колебание зависит от угла ^ ,

а

1-й канал

ФНЧ

2-й канал

Рис. 1.10

его выбор может обеспечить максимальный возможный уровень модулирую­ щего колебания: у = 0. Последнее требует синхронизации колебания гетероди­ на относительно колебания сигнала с точностью до фазы. Поэтому описанный метод называют синхронным методом приема, перемножитель —синхронным детектором (на его выходе получается сигнал модуляции), а РПУ —синхроди- ном. Структурная схема синхродина приведена на рис. 1.10, а. Она включает также преселектор, обеспечивающий предварительную избирательность и отно­ сительно небольшое усиление сигнала. К достоинствам синхродина относятся: простота (нет необходимости в УПЧ, функции ПЧ и детектора совмещены), отсутствие ряда побочных каналов (зеркального и прямого), возможность точного преобразования / с в заданную промежуточную частоту (нулевую).

Недостатками синхродина являются низкая помехоустойчивость цепи синхро­ низации, более высокие требования к линейности тракта.

На рис. 1.10, б приведена структурная схема синхродина, не требующая синхронизации колебания гетеродина с колебанием сигнала с точностью до фа­ зы (так называемый асинхронный приемник "прямого преобразования*’ час­ тоты сигншкх). Структура содержит два самостоятельных канала, в каждом из которых детектор-перемножитель управляется своим квадратурным коле­ банием гетеродина: х х = Umr cos сог t , х 2 = £/mrsina>r t .

Полагая vmv = 1, нетрудно показать, что на выходе ФНЧ каждого из кана­ лов получаются колебания:

Таким образом, как следует из (1.19), выходное напряжение в структуре, приведенной на рте. 1.10, б , не зависит от фазы .

Заметим, что возможны комбинации описанных структурных решений, направленные на подчеркивание их преимуществ. Так, совмещение инфрадинного РПУ с синхронным (асинхронным) ’’прямым преобразованием” проме­ жуточной частоты инфрадина в ’Нулевую частоту” позволяет повысить избира­ тельность РПУ и ослабить требования к фильтру промежуточной частоты, до­ стижение высокой избирательности которого на высоких частотах простыми методами затруднительно.

1.3. Технические характеристики и параметры радиоприемных устройств

1.3.1. Чувствительность радиоприемных устройств

Несмотря на различия видов технических характеристик РПУ, можно вы­ делить параметры, которые относятся к любому РПУ. Основными из них яв­ ляются: чувствительность; избирательность; частотная настройка; верность воспроизведения сообщения; присоединительные; эксплуатационные; кон­ структивные и др.

Указанные характеристики регламентируются соответствующими ГОСТа­ ми, ОСТами, ТУ и т.д.

Под чувствительностью понимают способность РПУ принимать слабые сиг­ налы. Количественно чувствительность — это минимальная ЭДС ЕА (мощ­ ность РА , напряженность поля Я д и т.д.) входного сигнала с заданными пара­ метрами, обеспечивающего нормальную работу ОУ.

Характеристики входного сигнала (вид и параметры модуляции), а также

понятие ’Нормальной работы” ОУ условны для каждого вида РПУ. Например, для радиовещательных РПУ с AM глубина модуляции т = 30 %, частота мо­ дуляции F M = 1000 Гц, нормальные условия работы ОУ (одного или несколь­

F M = 1000 Гц и т.д.

Казалось бы, чем больше усиление К РПУ от входа до ОУ, тем меньше величина ЕА и тем выше чувствительность. Однако большое усиление тракта приема приводит к проявлению внутренних шумов. Поэтому для каждого РПУ вводят такую характеристику, как отношение сигнала к шуму (сокра­ щенно "сигнал/шум ” условно обозначаемое, как С/Ш). Различают отношение С/Ш по мощности — (С/Ш)р и по эффективному значению напряжения (С/Ш) ц , которое далее для простоты обозначим, как С/Ш. Величины (С/Ш)р и С/Ш связаны между собой: (С/Ш)^ = (С/Ш) 2

Очевидно, чем больше отношение С/Ш, тем выше качество воспроизведе­ ния сообщения. Однако существенно увеличивать это отношение нецелесооб­ разно из-за затрат по созданию мощных излучений радиопередатчика, а также трудностей существенного повышения С/Ш в РПУ. Поэтому для каждого ра­ диоканала существуют минимально допустимые отношения С/Ш hQ. Например, для радиовещания с AM h Q= 20 дБ ; для радиовещания с ЧМ h 0 = 26 дБ ; для телевидения h 0 = 40 дБ и т.д. Контроль отношения С/Ш позволяет ввести важ­

шумов на выходе велик и измеряемая величинаС/Щ й<й0,то следует уменьшить этот уровень так, чтобы й = h Q. Практически снизить уровень шума можно уменьшением усиления в тракте после основных шумящих каскадов (голов­ ная часть РПУ), например, с помощью регулятора усиления в тракте модули­ рующей частоты. Очевидно, что при этом понадобится увеличить сигнал на выходе РПУ. Поэтому величина реальной чувствительности оказывается хуже абсолютной чувствительности, т. е. ЯАр > # А. Иногда вводят понятие пре­ дельной чувствительности, т.е. реальной чувствительности при й = 1.

Величина внутренних шумов РПУ определяет его реальную чувствитель­ ность. Поэтому иногда характеристику чувствительности задают в виде уровня входного шума, т. е. внутреннего шума, приведенного ко входу РПУ, налри-

С уровнем собственных шумов Рш0 связана еще одна характеристика чув­ ствительности РПУ —коэффициент шума К его линейного тракта. По опре­ делению коэффициент шума —это отношение суммарной мощности шумов на его выходе к той части этой мощности, которая обусловлена тепловым шу­ мом источника сигнала (антенны), определяемым при стандартной температу­ ре TQ= 293 К (рис. 1.11):

С другой стороны, коэффициент шума показывает, во сколько раз умень­ шается отношение С/Ы на выходе РПУ по сравнению с его входом из-за добав­ ления к шумам источника внутренних шумов приемного тракта.

Действительно, если принять, что PQ — мощность сигнала на выходе РПУ, Кр —его усиление по мощности, то

в соответствии с коэффициентом передачи тракта по мощности Кр , го ( 1.20)

ще ГА —шумовая температура антенны (см. п. 2.3.3).

Понятие коэффициента шума можно распространить на отдельные линей­

где 7^—температура пространства, окружающего источник сигнала. Эта оценка находит широкое применение для малошумящих РПУ и их ФЗ, когда Кш близок к 1.

5 Л Идеальная характеристика избирательности

Из рис. 1.12, а следует, что при увеличении |Д/1 помеха будет ослабляться сильнее, а величина S возрастет1(см. рис. 1.12, б ) . Из-за значительных преде­ лов изменений S современных РПУ в функции Л / используют отсчет избира­ тельности в децибелах: S = 201gS (рис. 1.12, в).

Наибольший интерес представляют величины избирательности на частотах, вблизи которых в тракт приема могут попасть помехи. Такими частотами для РПУ всех видов являются ’’ближайшие” по частоте каналы (первый, второй, третий, ..., соседние), для супергетеродинного РПУ —частоты побочных кана­ лов. Поэтому нередко избирательность представляется набором численных зна­ чений для определенных каналов приема.

Идеальной характеристикой избирательности, к которой следует стремить­ ся, является характеристика прямоугольной формы с полосой пропускания, равной ширине спектра полезного сигнала (рис. 1.13). Она обеспечивает рав­ номерное, т.е. неискаженное, воспроизведение его спектра и бесконечно боль­

Условный уровень у выбирают равным одному из значений: 0,1; 0,01;

Так как на входе РПУ в условиях напряженной ЭМО величина помех мо­ жет быть значительной (в радиовещании в большом городе —доли вольт, для бортовой аппаратуры —десятки вольт и более), требования к избирательности современных РПУ оказываются весьма жесткими. Так, если РПУ имеет чувст­ вительность 1 мкВ и помеха должна быть подавлена так, чтобы отношение сигнал/помеха h составляло 10, то требуемая избирательность должна быть равна5 = 1 В/(0,1 х 1СГ6 В) = 107 (140дБ).

При больших уровнях входных помех в РПУ возникают нелинейные эф­ фекты. Поэтому наиболее полное представление об избирательных свойствах РПУ получается из так называемых характеристик эффективной win многосигнальной избирательности.

Характеристика двухсигнальной избирательности представляет собой за­ висимость относительного максимального уровня помехи Е ^ / Е с от частотной расстройки помехи по отношению к полезному сигналу Ес при условии, что нелинейное искажение полезного сигнала помехой допустимо. Такое опре­ деление избирательности ближе к реальным условиям работы РПУ, так как учитывает нелинейные эффекты и воздействие на РПУ не только помех, но и полезного сигнала.

1.3.3. Характеристики частотной настройки

Характеристики частотной настройки определяются набором рабочих час­ тот ( 1, ..., п) РПУ, предназначенного для приема сигналов на дискретных (фиксированных) частотах, или диапазоном рабочих частот /min~ /max>в пре­ делах которого РПУ плавно или дискретно перестраивается так, что возможна настройка на любой радиоканал в этом диапазоне. В обоих случаях на всех ра­ бочих частотах должно быть обеспечено удовлетворение всем параметрам РПУ.

Диапазон рабочих частот диапазонных РПУ характеризуется коэффициен­ том перекрытия диапазона

О-25»

К основным характеристикам частотной настройки относятся также сле­ дующие: 1) величины промежуточных частот f n{ для супергетеродинных РПУ; 2) погрешности настройки и ее отсчета, связанные с неточностью уста­ новки (отсчета) частоты и изменением частоты настройки из-за действия на РПУ различных дестабилизирующих факторов (температуры, влажности, ста­ рения, радиации, механических воздействий и т.д.); 3) плотность настройки, т.е. частотный интервал, приходящийся на одно деление шкалы настройки, угловую единицу поворота ручки настройки, минимально возможное измене­ ние частоты (шаг настройки) при дискретной перестройке РПУ.

1.3.4. Верность воспроизведения сообщения

Характеристики нецдеальности приемного тракта. Сообщения, передавае­ мые по радиоканалу, могут искажаться из-за неидеальности характеристик приемного тракта, а также под воздействием помех. Часть помех является следствием недостаточной электромагнитной совместимости (ЭМС) РПУ с од­ новременно работающими другими радиосистемами и устройствами, а также