Указания к решению задачи 2

Для решения этой задачи необходимо рассчитать параметры резонансной характеристики ВЧ тракта приемника, иначе называемой характеристикой односигнальной избирательности. Эта характеристика в общем случае имеет вид, показанный на рис. 4 (g_ПР). Она образуется как произведение резонансной характеристики преселектора (g_ПРЕС) и резонансной характеристики тракта, следующего за преобразователем частоты (на рис. 4 не показана).

K(f)/Ko= γ

Рис. 4

По оси ординат отложен нормированный относительно Ко коэффициент усиления ВЧ тракта K(f), где К₀ - коэффициент усиления тракта на частоте настройки.

Резонансная характеристика приемника помимо основного экстремума - основного канала приема, имеет ряд дополнительных экстремумов - дополнительных каналов приема. Частоты основного и дополнительных каналов определяются общим соотношением

(17)

где q=0,1,2,..., s=1,2,...;

f_Г- частота гетеродина;

f_ПЧ - промежуточная частота приемника. Дополнительные каналы приема образуются вследствие того, что при действии на нелинейный элемент ПрЧ напряжения гетеродина и входного напряжения с частотой fex возможно образование комбинационных колебаний с частотами близкими к Тпч

|q f_Г - s f_ВХ | » f_ПЧ.

Если в антенне приемника наведена помеха с частотой f_П = f_ВХ = f_КП, равной частоте одного из дополнительных каналов приема, то после преобразования частота этой помехи будет близка к f_ПЧ. Помеха пройдет через ФСИ и после усиления в УПЧ поступит вместе с полезным сигналом на детектор. Значительное ослабление помех, попадающих в дополнительные каналы приема, возможно только в преселекторе приемника, т. е. во входной цепи и УРЧ.

Сумму коэффициентов |q+s| называют порядком преобразования или порядком комбинационного продукта.

При q=1 и s=1 имеем преобразование 2-го порядка, которое в ПрЧ имеет наибольшую интенсивность по сравнению с преобразованиями более высоких порядков. При этом возможно два варианта образования f_ПЧ:

f_ПЧ=f_Г - f_ВХ и f_ПЧ=f_ВХ - f_Г

Первый случай принято называть верхней настройкой, а второй - нижней. Одно из этих преобразований (любое) определяет основной канал приема, а второе образует так называемый зеркальный или симметричный канал приема.

Для резонансной кривой, изображенной на рис. 4, основная настройка на f_{0 ПРЕС} соответствует образованию f_ПЧ=f_Г-f_С; помеха по зеркальному каналу проходит при образовании f_ПЧ = f_ЗК- f_Г

При q=0 и s=1 выражение (17) дает значение f_КП = f_ПЧ - канал приема на промежуточной частоте. Кроме этого на рис. 4 изображены дополнительные каналы при q=2, s=1 и при q=2, s=2. Другие дополнительные каналы приема на рис. 4 не показаны.

Большую опасность при приеме представляют помехи от близко расположенных по частоте (соседних) станций (f_СК). Соответствующие значения расстояния по частоте (∆f_СК=| f_СК-f_С |) нормируются международными документами. В различных системах связи и вещания они различны, так как при их определении учитывается полоса частот, отводимая для передачи сигнала с нужным качеством. Избирательности преселектора, как правило, недостаточно для значительного ослабления помех по соседним каналам. Основное их ослабление происходит после преобразования частоты в ФСИ, настроенном наfnq, так как при преобразовании частоты сохраняется значение ∆f_СК. Например, при f_СК=f_С+∆f_СК, после преобразования частоты получим

f_Г - f_СК = f_Г- (f_С + ∆f_СК) = f_ПЧ - ∆f_СК.

При верхней настройке (f_ПЧ=f_Г-f_С) происходит инверсия спектра помехи, т. е. он оказывается по другую сторону от сигнала на оси частот, но значение ∆f_СК при этом сохраняется.

Так как характеристика избирательности ВЧ тракта формируется как произведение характеристик избирательности отдельных блоков, их необходимо знать для решения поставленной задачи.

При использовании во входном устройстве одиночного колебательного контура его характеристика избирательности описывается выражением

(18)

где ξ- обобщенная расстройка, определяемая как

(19)

f₀ - частота настройки колебательного контура,

f- текущее значение частоты (например, значение частоты помехи f_{П i}),

Q_КЭ - добротность эквивалентного контура, т. е. добротность с учетом потерь, вносимых внешними цепями; обычно Q_КЭ = (0.7 - 0.8) Q_К.

Характеристика избирательности двухконтурного входного устройства

(20)

где ξ, - обобщенная расстройка (19),

η - параметр связи между контурами фильтра

x_СВ - сопротивление элемента связи между контурами,

r_К1, r_К2 - сопротивления потерь в каждом из контуров.

В нагрузке резонансного УРЧ обычно используют одиночный колебательный контур, поэтому

(21)

где ξ- обобщенная расстройка (19).

ФСИ представляет собой сложную многорезонаторную систему с незначительной неравномерностью в пределах полосы пропускания (∆f_Ф), обычно оцениваемой по уровню -3 дБ (иногда -6 дБ), и крутыми скатами резонансной характеристики за пределами полосы пропускания как показано на рис. 5.а. На рис. 5.6 та же характеристика представлена в ином виде: S_Ф= -20 lg(g_Ф).

Рис. 5

крутизна скатов характеристики (дБ/кГц) за пределами полосы ∆Fф оценивается как

 

где ∆σ_ф = |σ_Ф1 - σ_Ф2|, ∆f = |f₁ - f₂|,

σ_Ф1 соответствует значению при f₁,

σ_Ф2 соответствует значению при f₂.

Для помехи с некоторой частотой f_Пi отстройка от f_C равна отстройке пеобразованной частоты (f_{П i ПР}) от f_ПЧ

∆f_{П i}= | f_{П i} - f_С| = |f_{П i ПР}-f_ПЧ|.

Ее можно записать следующим образом:

(22)

где ∆f_i - значение отстройки относительно границы полосы пропускания ФСИ, за пределами которой ослабление помехи оценивается по крутизне скатов S_СК

Ослабление помехи на границах полосы пропускания составляет 3 (или 6) дБ (s_ПП), поэтому полное ослабление помехи в фильтре

S_{Ф i}=S_ПП+S_СК ∙∆f_i (23)

Теперь, когда определены модели ослабления помех в избирательных системах приемника, рассмотрим работу ВЧ тракта в целом.

Коэффициент передачи сигнала от антенны до входа детектора

(24)

- есть произведение коэффициентов передачи всех блоков на частоте настройки f₀, что обозначается индексом "0".

Коэффициент передачи ВЧ тракта для помехи с частотой f_Пi, отличающейся от f₀ , есть

(25)

Здесь:

γ_ВУ(f_Пi) и γ_УРЧ(f_Пi) - значения относительного коэффициента передачи ВУ и УРЧ на частоте f_Пi; они рассчитываются по выражениям (18) - (21) при значениях обобщенной расстройки, соответствующих частоте f = f_Пi;

γ_Ф(f_Пi)- значение относительного коэффициента передачи ФСИ при отстройке

∆f_Пi= | f_Пi-f_С|;

d_ПРЧ(f_{П i})- учитывает относительное изменение коэффициента передачи преобразователя частоты для помехи, проходящей по одному из дополнительных каналов приема; это изменение вызвано двумя факторами:

- различием в крутизне преобразования для комбинационных продуктов разных порядков,

- наличием компенсации некоторых комбинационных продуктов преобразования в сложных схемах - балансной и кольцевой.

Ориентировочные значения d_прч для важнейших каналов приема и различных схем преобразователей частоты приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения q и s	Значения dПРЧ для разных схем ПрЧ
	Простая	Балансная	Кольцевая
q=0, s=1	1.5	1.5	0.08
q=1, s=1	1	1	1
q=2, s=1	0.7	0.7	0.06
q=2, s=2	0.4	0.03	0.03

В соответствии с выражениями (24) и (25) напряжение сигнала на входе детектора

U_{С ВХ Д} = U_{С А}∙K_{0 ВЧ},

напряжение помехи с частотой f_Пi на входе детектора

U_{П i ВХД} =U_{Пi А} ∙К_{0 ВЧ}∙γ_ВУ(f_Пi) ∙ γ_УРЧ(f_Пi) ∙ d_ПРЧ(f_Пi) ∙ γ_Ф(f_Пi),

Их отношение

(26)

Его удобнее выразить в децибелах. Для этого обозначим значения ослабления помехи во ВУ, УРЧ, и ПрЧ аналогично тому, как это сделано для ОСИ (23);

s_{ВУ i}= -20lg[γ_ВУ(f_Пi)]

s_{УРЧ i}= -20lg[γ_УРЧ(f_Пi)]

s_{ПРЧ i}= -20lg[d_ПРЧ(f_Пi)] (27)

Значение s_{Ф i} определено (23).

Отношение мощности сигнала к мощности i-й помехи на входе детектора

При принятых обозначениях это отношение, выраженное в децибелах, составит

(28)

Минимально допустимое значение q_п обычно составляет 7 - 20 дБ и зависит от многих факторов: от требований к верности воспроизведения сообщений на выходе приемника, от вида используемой модуляции и метода детектирования, от вида кодирования информации (в цифровых системах связи) и др.

Однако, если рассчитанное значение qn превышает допустимое, это еще не означает, что данная помеха не представляет опасности. В активных приборах, расположенных до ФСИ (в УРЧ и ПрЧ), при значительных напряжениях помех могут возникнуть нелинейные эффекты (блокирование, перекрестная модуляция, интермодуляция), влияющие на многосигнальную избирательность приемника [4] и ухудшающие качество приема сигнала.

Детальный расчет параметров многосигнальной избирательности приемника в рамках данной задачи не проводится. Однако, необходимо выяснить, представляет ли каждая из помех опасность с точки зрения многосигнальной избирательности. Для этого следует определить значения напряжений

U_{П i УРЧ}=U_{П i А}∙К_{0 ВУ}∙ γ_ВУ(f_{П i})

U_{П i УРЧ}=U_{П i А}∙К_{0 ВУ}∙ γ_ВУ(f_{П i}) К_{0 УРЧ}∙γ_УРЧ(f_{П i}) (29)

Если эти значения не превышают 10 мВ, то каскады УРЧ и ПрЧ могут быть выполнены на биполярных транзисторах без принятия специальных мер, ведущих к уменьшению нелинейного взаимодействия между помехами и сигналом.

При напряжении помехи более 10 мВ она представляет опасность с точки зрения многосигнальной избирательности. Это должно быть учтено при проектировании соответствующего каскада.