Оценка чувствительности радиоприемных устройств
..pdf81
д действующая магнитная проницаемость сердечника (для
ферритовой антенны).
Обычно параллельно катушке магнитной антенны подключается конденсатор (с постоянной или с переменной ёмкостью) или его эквивалент, например – варикап, и полученный таким образом параллельный колебательный контур является одноконтурной входной цепью приёмника (рис. 6.1 а). При этом действующая высота
магнитной антенны возрастает в Qэ (1/ dэ ) раз: |
|
hд 2 w Sв д Qэ . |
(6.2) |
Рисунок 6.1 – Эквивалентные схемы ВЦ с магнитной антенной
Возможно усложнение входной цепи для получения большей селективности путём включения второго контура, связанного с первым.
Подробный расчёт параметров магнитных антенн изложен в [3,6].
82
6.2Расчетные формулы для чувствительности приёмника
смагнитной антенной
Получим формулу для оценки чувствительности приёмника с магнитной антенной. Для этого представим эквивалентную схему ВЦ преселектора в виде резонансного контура с индуктивностью LA ,
ёмкостью Cэ и собственным сопротивлением потерь rк (рис. 6.1,а).
В этой схеме связь ЭДС Ес , Еш внеш с напряженностями электромагнитного поля сигнала с и шумов ш внеш в точке приёма
определяется формулой (5.4), а квадрат эффективного значения
шумовой ЭДС в контуре от сопротивления rк |
|
|||
Е2 |
4kT П |
r . |
(6.3) |
|
ш к |
0 |
|
ш к |
|
Предположим, что известны |
эффективная полоса |
шумов |
приёмника Пш , действующая высота магнитной антенны hд ,
резонансная |
конструктивная |
проводимость |
контура |
ВЦ |
|||||||
g |
к |
d |
С |
э |
d2 |
r , характеристическое сопротивление контура |
|||||
|
|
|
|
к с |
к |
к |
|
|
|
||
|
|
|
|
||||||||
|
LA Cэ , коэффициент шума УС приемника NУС , коэффициент |
||||||||||
включения первого каскада к контуру ВЦ m . |
|
|
|||||||||
|
|
|
Поскольку (см. рис. 6.1) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвх m Uк , |
Uк Е dэ , |
|
(6.4) |
то с учётом (5.6) напряжения сигнала и внешних шумов на входе первого каскада:
|
Uвх с с реал hд m dэ ; |
|
|
|
(6.5) |
||||||
U |
вх ш вн |
|
ш внеш |
h |
д |
m |
П' |
d |
э |
. |
(6.6) |
|
|
|
|
ш |
|
|
|
Выразив ток Iш к через ЭДС Еш к (см. рис. 6.1,б) в виде
Iш к Еш к gк dк
83
с учётом (6.2) определим квадрат эффективного значения шумового напряжения, обусловленного контуром ВЦ на входе УП:
|
|
|
mI |
|
|
|
|
2 |
m E |
|
|
|
g |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
ш к |
|
|
ш к |
к |
|
|
4kT0 Пш m dк |
|
|
||||||||||||||||
Uвх2 ш к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
(6.7) |
|||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
g11 |
|
|
|
|
dк gэ |
|
|
|
|
d |
2 |
|
|
||||||||
|
gк m |
|
|
|
|
|
|
|
э |
|
|||||||||||||||||
Учитывая, что квадрат эффективного значения шумового |
|||||||||||||||||||||||||||
напряжения на входе УП U2 |
N |
УС |
U2 |
|
|
, а также необходимость |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вх ш |
|
|
|
|
|
вх ш к |
|
|
|
|
|
|||||||
обеспечения отношения вых РТ Рс |
Рш |
|
на выходе РТ приёмника, |
||||||||||||||||||||||||
запишем с учётом (6.4) – (6.6) следующее неравенство: |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
U2 |
|
2 |
|
|
h2 m2 |
U2 |
|
|
U2 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
вх с |
|
с реал |
д |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
вых РТ |
|
|
|
вых РТ d2э |
|
|
|
|
|
вх ш к |
|
|
ш вх внеш |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
4kT0Пш m2 dк NУС |
|
ш внеш h2д m2 П 'ш |
. |
(6.8) |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
d2э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d2э |
|
|
|
Из (6.8) следует, что реальная чувствительность по полю приёмника с магнитной антенной с учётом внутреннего шума, шума антенны, внешних помех может быть оценена по формуле
|
|
|
|
|
4kT П |
ш |
d |
к |
N |
УС |
2 |
|
|
|
с реал |
|
|
|
0 |
|
|
П ' . |
(6.9) |
||||
|
|
2 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
вых РТ |
|
|
|
|
|
ш внеш |
ш |
|
||
|
|
|
|
|
|
hд |
|
|
|
|
|
|
Из (6.9) следует, что для повышения чувствительности необходимо стремиться к уменьшению:
эффективной полосы шумов Пш ;
конструктивного затухания контура ВЦ dк ;
коэффициента шума УС NУС ;
к увеличению:
действующей высоты антенны hд ;
характеристического сопротивления контура ВЦ .
84
Последнее следует из того, что для частоты const
пропорционально квадрату числа витков w катушки ВЦ, dк обратно пропорционально w , а hд пропорциональна w .
6.3Расчёт чувствительности приемника
взависимости от требований технического задания
6.3.1 Оценка реальной чувствительности
Если ТЗ требует оценить реальную чувствительность приёмника, то необходимо учесть следующее.
Первое слагаемое в скобках формулы (6.8) характеризует квадрат чувствительности приёмника по полю, определяемой тепловыми шумами антенного контура и внутренними шумами усилительного тракта:
2 |
|
4kT0 Пш dк NРТ |
. |
|
|||
ш соб |
|
h2д |
|
|
|
Второе слагаемое характеризует квадрат напряженности поля внешних помех в точке приёма, приведенной к эффективной полосе шумов приёмника:
2ш внеш ш2 внешП 'ш .
При расчёте максимальной чувствительности необходимо оценить величины 2ш соб и 2ш внеш , сравнить их между собой и
сделать выводы, аналогичные описанным в подразделе 5.3.1. Коэффициент шума первого усилительного каскада приёмника с
магнитной антенной может быть рассчитан по формуле (5.19) или задан по рекомендациям подраздела 3.3.
85
6.3.2 Оценка допустимого коэффициента шума
Если в ТЗ задана величина требуемой реальной
чувствительности по полю |
с реал ТЗ , то из (6.8) |
необходимо найти |
||||
допустимую величину коэффициента шума УС приёмника |
|
|||||
Nдоп УС |
с2реал ТЗ |
вых РТ ш2 |
внешП 'ш |
h2д |
(6.10) |
|
|
4kT0Пш dк |
|
|
|||
|
|
|
|
|
и сделать выводы, аналогичные описанным в подразделе 5.3.2.
86
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. |
Расчет |
радиоприёмников / Н.В. Бобров, |
Г.В. Максимов, |
|||
|
В.И. Мичурин, Д.П. Николаев. – М.: Воениздат, 1971. – 496 с. |
|||||
2. |
Горшелев В.Д. |
и |
др. |
Основные |
проектирования |
|
|
радиоприёмников. – Л.: Энергия, 1977. – 384 с. |
|
3.Проектирование радиоприёмных устройств / Под общ. ред. А.П. Сиверса. – М.: Советское радио, 1976. – 488 с.
4.Белкин М.К. и др. Справочник по учебному проектированию приёмно-усилительных устройств. – К.: Выща школа, 1988. – 472 с.
5.Музыка З.Н. Чувствительность радиоприёмных устройств на полупроводниковых приборах. – М.: Радио и связь. 1981. –
168 с.
6. |
Калихман С.Г., |
Левин Я.М. |
Радиоприёмники |
на |
|
полупроводниковых приборах. Теория и расчёт. – М.: Связь, |
|||
|
1979. – 352 с. |
|
|
|
7. |
Васин В.В., |
Степанов Б.М. |
Справочник-задачник |
по |
радиолокации. – М.: Советское радио, 1977. – 320 с.
8.Ред Э.Т. Схемотехника радиоприёмников. – М.: Мир, 1989. – 152 с.
9. Ред Э.Т. |
Справочное |
пособие |
по |
высокочастотной |
схемотехнике. – М.: Мир, 1990. – 256 с.
10.Электромагнитная совместимость и непреднамеренные помехи / Сост. Дональд Р.Ж. Увайт. – Вып. 1: Общие вопросы электромагнитной совместимости. Межсистемные помехи. – М.: Советское радио, 1977. – 392 с.
11.Гальперович Д.Я. и др. Радиочастотные кабели. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 256 с.
12.Чернышов В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. – М.: Связь, 1978. – 288 с.
87
13.Поляков В.Т. Рамочная средневолновая антенна//Радио. –
1994. - №1. – С.19-20.
14.Полупроводниковые приборы: транзисторы: Справочник / Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 904 с.
15.Полупроводниковые приборы: транзисторы малой мощности: Справочник / Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1989. – 640 с.
16.Аксёнов А.И. и др. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Диоды. Транзисторы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1993. – 224 с.
17. Аксёнов А.И., |
Нефедов А.В. |
Отечественные |
полупроводниковые |
приборы / 5-е изд., |
доп. и испр. – М.: |
СОЛОН – Пресс, 2005. – 584 с.
18.Полевые транзисторы. Физика, технология, применения / Пер.
санг. под ред. С.А. Майорова. – М.: Советское радио, 1971. – 376 с.
88
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ Y-ПАРАМЕТРЫ И СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ МАЛОШУМЯЩИХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Для оценки усилительных способностей каскадов радиоприёмника и устойчивости формы их резонансных
характеристик, оценки шумовых параметров Rш необходимо провести расчёт высокочастотных Y-параметров используемых транзисторов по данным, приводимым в справочной литературе.
П.1 Биполярные транзисторы
На частотах fгр (или fТ ) – частота, на которой
модуль коэффициента передачи тока базы в схеме с общим
эмиттером ( ОЭ) h21ý 1 , Y-параметры биполярного транзистора |
могут быть рассчитаны по формулам табл. П.1 при включении с ОЭ и по формулам табл. П.2 при включении с ОБ [3]. Для упрощения в обозначениях Y-параметров схемы с ОЭ индекс «Э» опущен.
|
|
|
|
89 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П.1 |
Формулы для расчёта Y-параметров биполярного транзистора с ОЭ |
|||||||||||
|
Y-параметры |
|
Расчётные формулы |
||||||||
|
|
|
g21 |
0 1 0 h11б 1 S2 |
|||||||
. |
g21 |
jb21 |
b21 |
0 s |
1 0 h11б 1 S2 |
||||||
Y21 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0 1 0 h11б |
1 S2 |
|||||||
|
|
|
Y21 |
||||||||
|
|
|
g12 |
к 0 Т S |
0h11б 1 S2 |
||||||
. |
|
|
b12 |
Cк к 1 0 Т S |
0h11б 1 S2 |
||||||
g12 jb12 |
|
|
С12 |
|
|
|
|||||
Y12 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
. |
|
|
~ Cк |
|
|
|
||
|
|
|
Y12 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
g22 |
к S h11б 1 S2 |
|||||||
. |
g22 |
jb22 |
b22 |
Ск к |
h11б 1 S2 С22 |
||||||
Y22 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Y22 |
|
к |
h |
|
1 |
|||
|
|
|
|
|
11б |
|
|
|
S |
||
|
|
|
g11 |
1 0 Т S |
0h11б 1 S2 |
||||||
. |
g11 |
jb11 |
b11 |
0 Т S |
0h11б 1 S2 С11 |
||||||
Y11 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 2 2 |
2h2 |
|
1 2 |
|||||
|
|
|
Y11 |
|
|||||||
|
|
|
|
0 |
Т |
0 |
11б |
|
S |
90
Таблица П.2
Формулы для расчёта Y-параметров биполярного транзистора с ОБ
|
Y-параметры |
|
|
|
|
|
Расчётные формулы |
|||||||||||||||
. |
g21б |
jb21б |
|
g21б |
|
0 1 0 h11б 1 S2 |
||||||||||||||||
Y21б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
b21б |
|
0 s 1 0 h11б 1 S2 |
|||||||||||||||||||
. |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Y21 |
Y22 |
|
|
. |
|
|
|
|
1 h |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
Y21б |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
11б |
|
|
|
S |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
. |
|
|
|
|
|
g12б |
|
к Т S |
h11б 1 S2 |
|||||||||||||
Y12б g12б |
jb12б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
b12б |
|
к 1 Т S h11б 1 S2 C12б |
|||||||||||||||||||
. |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Y12 |
Y22 |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h11б 1 S2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
1 Т2 S2 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Y12б |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
. |
|
|
|
|
|
g22б |
|
|
|
к S h11б 1 S2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h11б 1 S2 С22б |
||||||||||
Y22б g22б |
jb22б |
|
b22б |
|
Ск к |
|||||||||||||||||
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Y22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
Y22б |
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
11б |
|
|
|
|
S |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
. |
|
|
|
|
|
g11б |
|
|
1 Т S |
h11б 1 S2 |
||||||||||||
g11б |
jb11б |
|
|
|
|
Т S |
h11б 1 S2 С11б |
|||||||||||||||
Y11б |
|
b11б |
|
|||||||||||||||||||
. |
. |
|
. |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h11б 1 S2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Y21 Y12 Y22 Y11 |
|
|
|
|
1 Т2 S2 |
|
|
|||||||||||||||
|
Y11б |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|