2. Призначення та основні характеристики радіоприймачів, принципи побудови трактів прийому, ручне та автоматичне регулювання в радіоприймачах

Під приймальною апаратурою розуміють пристрої, які знаходяться між середою розповсюдження радіохвиль та прийомним кінцевим елементом каналу радіозв’язку.

Приймальні пристрої складаються з: антенно-фідерної системи, приймача, приймальної частини кінцевої апаратури.

Антенно-фідерна система здійснює ефективний прийом ВЧ сигналу з середовища та подачу його до приймача.

Приймач призначений для перетворення ВЧ радіосигналів в первинні електричні НЧ сигнали, потужність яких повинна забезпечити нормальну роботу приймальної кінцевої апаратури.

Функції приймача: виділення корисного сигналу з суми всіх ВЧ радіосигналів (сигнали, перешкоди), які наводяться в приймальній антені; перетворення ВЧ прийомного сигналу в первинний електричний НЧ сигнал (демодуляція, детектування); посилення приймального радіосигналу до рівня, необхідного для нормальної роботи кінцевої апаратури.

Основні технічні характеристики радіоприймачів:

• діапазон прийомних частот (мін.f, макс.f, макс.f/мін.f – коефіцієнт перекриття діапазону, крок сітки частот, кількість робочих частот );

• чутливість (здатність забезпечувати нормальний прийом слабких сигналів; залежить від шумів, ступені посилення сигналу, потребуємого відношення сигналу до шуму на виході ПРМ – мкВ, мВ);

• вибірковість (здатність виділяти прийомний радіосигнал з сукупності радіосигналів і перешкод, діючих на вході ПРМ – дБ);

• частотна точність (здатність встановлювати і підтримувати з допустимою погрішністю задане значення частоти; визначає можливість входження в зв’язок без пошуку сигналу кореспондента і здійснення радіозв’язку без підстройки приймача);

• викривлення сигналу (якість відтворення первинних сигналів на виході приймача – зміни закону модуляції або маніпуляції при проходженні прийомних сигналів через тракт прийому від входу до виходу; бувають нелінійні – викривлення форми первинних сигналів, амплітудно-частотні – обумовлені різницею в коефіцієнтах посилення для різних складових спектра первинного сигналу, фазочастотні – обумовлені нелінійністю фазової характеристики приймача, тобто залежність фази первинного сигналу на виході приймача від частоти з якою змінюється модульований параметр);

• час перебудови приймача по частотам (визначає надійність, ефективність зв’язку).

Принципи побудови радіоприймачів

Радіоприймачі будуються по схемам прямого посилення (застарілі детекторні схеми) або супергетеродинного типу.

В схемі прямого посилення обробка радіосигналу (виділення корисного сигналу та відокремлення його від перешкод, посилення до необхідного рівня та перетворення в первинний сигнал) здійснюється на робочій частоті приймача.

Недоліки: низька чутливість, вибірковість, слабий рівень відтвореного сигналу, можливість прийому тільки ТЛФ АМ сигналів.

В супергетеродинній схемі основна обробка радіосигналу (виділення корисного сигналу та відокремлення його від перешкод, посилення до необхідного рівня та перетворення в первинний сигнал) здійснюється не на робочій частоті приймача, а на фіксованій, порівняно нижчій частоті, величина якої менше за прийомну, але вище частоти первинного сигналу – проміжній частоті (ПЧ). Принцип перетворення радіочастот однаковий для всіх видів радіосигналів. Частина приймача, призначена для частотного перетворення всіх видів радіосигналів називається загальним трактом прийому. Частини приймача, розраховані для оптимального прийому конкретних видів сигналів називаються приватними трактами прийому. Необхідність перетворення прийомної частоти в проміжну (зниження частоти) викликана властивостями елементів приймача (коливальні контури, системи КК, електричні фільтри), які визначають його частотну вибірковість (смуга пропускання КК прямо-пропорційна своїй частоті; послаблення перешкод, які лежать за межами смуги пропускання КК збільшується з ростом частотного інтервалу повільніше, чим вище своя частота коливального контуру, в зв’язку з цим процес безпосередньої фільтрації корисних сигналів, особливо вузькосмугових, є важким, а значить необхідне перетворення частот прийому в область більш низьких сигналів). Прийняті ВЧ сигнали перетворюються в змішувачах в коливання ПЧ, основне посилення сигналу і забезпечення високої вибірковості здійснюється на ПЧ, після цього посилений і модульований сигнал ПЧ перетворюється в НЧ сигнал (характер модуляції ВЧ сигналу при перетворенні в змішувачі не змінюється.

Переваги: висока чутливість та вибірковість, незалежна від частоти.

Недоліки: наявність бічних та дзеркальних каналів прийому, які утворюються на виході змішувачів (в результаті неоднозначності перетворення частоти можливий одночасний прийом 2-х різних радіосигналів – бічних, один з яких має частоту розміщену нижче (або вище) частоти гетеродина; обидва сигнали на виході змішувача мають однакову частоту (ПЧ), однак з них тільки один є корисним, інший – заважаючий; дзеркальний канал – частота якого відрізняється від частоти прийомного сигналу на 2 значення ПЧ.

Ручне та автоматичне регулювання в приймачах

Регулювання, які здійснюються в приймачах мають за мету: забезпечити найкращі умови прийому того чи іншого виду радіосигналу, регулюються ті елементи приймача, параметри яких визначають його основні характеристики: чутливість, вибірковість, частотна точність.

Види регулювань:

Регулювання посилення сигналу – забезпечення нормального (постійного) рівня сигналу на виході, необхідного для роботи кінцевої апаратури при зміні рівня сигналу на вході.

Регулювання вибірковості приймача – придушення бічних або сусідніх каналів прийому.

Регулювання частоти – первоначальна установка частоти приймача та її підстройка в процесі експлуатації.

Регулювання бувають ручні (при повільних змінах регулюємого параметру) та автоматичні (при швидких змінах).

Регулювання посилення приймача

Необхідність: приймач має обмежений динамічний діапазон, тобто перевантажується під впливом потужних сигналів; нормальна робота кінцевої апаратури можлива при постійному рівні сигналу на виході приймача; також необхідно мати постійний вихідний рівень сигналу при використанні радіоканалу як частину складеного каналу зв’язку, при спряженні радіоканалу з іншими каналами зв’язку (проводові, релейні т.д.)

Види:

1. Зменшення рівня прийомних сигналів достатньо просто забезпечується включенням на вході приймача спеціального дільника напруги з регулюємим коефіцієнтом ділення – аттенюатора (РРУ). Переваги: при зменшенні рівня сигналу, який впливає на керуючий електрод, одночасно знижується і рівень всіх перешкод, в тому числі і тих, частоти яких знаходяться за межами смуги пропускання приймача, що є важливим – при низькій вибірковості вхідного ланцюга послаблення позасмугових перешкод зменшує вірогідність їх нелінійної взаємодії з прийомним сигналом, що приводить до підвищення реальної вибірковості приймача. Недоліки: прийомний сигнал зменшується до рівня, при якому погіршується співвідношення сигнал/шум; широкий діапазон регулюємого згасання (100-120 дБ) призводить до великої кількості необхідних градацій, особливо при високих вимогах до прийомного сигналу; технічно важко здійснити автоматичне регулювання (складна система управління) – плавне регулювання неможливе через велику інерційність реалізуємих систем.

2. Досить часто регулювання здійснюється шляхом зміни коефіцієнтів посилення окремих каскадів приймача. РРУ в загальному тракті (тракт ПЧ) здійснюється шляхом зміни напруги зміщення, яка подається в ланцюги керуючих електродів посилювального елемента регулюємих каскадів від окремих джерел необхідної полярності. При автоматичному регулюванні АРУ в якості джерела напруги зміщення використовується спрямлена напруга прийомного радіосигналу. Для цього використовуються спеціальні схеми АРУ: АРУ звичайна (наявність регулюємої напруги при будь якому рівні сигналу), АРУ з затримкою (регулюєма напруга з’являється коли рівень сигналу на вході перевищує деякий рівень) або АРУ з посиленням (додаткове посилення перед детектором АРУ).

В таких системах регулююча дія системи АРУ починається при визначеному рівні прийомного радіосигналу, тобто при малих рівнях сигналів затримана система АРУ не здійснює регулюючої дії. Прийомний радіосигнал зазвичай з виходу загального тракту приймача подається на додатковий посилювач системи АРУ. Якщо посилений радіосигнал не перевищує рівень затримки АРУ то на виході детектора, а значить і на виході системи АРУ, регулююча напруга відсутня. Як тільки прийомний і посилений каскадами УПЧ АРУ сигнал перевищить рівень затримки детектора АРУ, на його виході з’явиться постійна напруга, величина якої пропорційна амплітуді сигналe на вході детектора: чим більше сигнал, тим більше напруга на вході детектора АРУ. Ця напруга, посилена в посилювачі постійного струму через ФНЧ подається на керуючі електроди регулюємих каскадів. Система не повинна реагувати на зміни огинаючої прийомного сигналу під дією модульованого сигналу.

Особливості АРУ при прийомі ТЛФ ОМ сигналів

ОМ існує тільки при передачі інформації, в перервах між словами зникає матеріал на який спирається система АРУ, тобто з’являються шуми і перешкоди. Для послаблення перешкод необхідно застосовувати постійну часу фільтра АРУ, але це веде до збільшення часу узгодження приймача з рівнем приймального сигналу, тобто при появі сигналу виникають короткочасні перевантаження приймача. Рішення: застосування фільтра АРУ з 2-ма постійними часу – дуже малою (при збільшенні амплітуди сигналу в мс) або дуже великою (при спаді амплітуди в 1, 2, 5 с).

АРУ по огинаючій, АРУ по пілот-сигналу (якщо він передається разом з корисним сигналом). Додаткове регулювання коефіцієнта посилення приймача здійснюється в ПЗЧ приватних трактів прийому (регулятори гучності). Зазвичай це регулювання здійснюється вручну зміною потенціометрами рівня сигналу на вході першого і другого каскадів ПЗЧ. Система АРУ як правило, регулює коефіцієнт посилення приймача в бік зменшення, тобто вона реагує на збільшення рівня прийомного сигналу. Застосовувати систему автоматичного регулювання посилення (АРУ) доцільно тоді, коли зміни рівня прийомного сигналу відбуваються дуже швидко (оператор не встигає вручну забезпечити нормальний прийом). В усіх інших випадках доцільно використовувати ручне регулювання посилення (РРУ).