2.6 Динамический диапазон радиоприёмного устройства

Динамический диапазон (ДД) – интегральная характеристика радиоприемника, связывающая его чувствительность и избирательность с нелинейными свойствами тракта высокой частоты (ТВЧ). Эта системная характеристика в значительной мере определяет основные показатели радиолиний: качество принимаемых сообщений, пропускную способность, ЭМС и др.

Верхний уровень рабочих сигналов, принимаемых с допустимыми искажениями, ограничен нелинейными эффектами, возникающими в усилителях радиочастоты (УРЧ), в преобразователях частоты (ПЧ), в усилителях промежуточной частоты (УПЧ) из-за нелинейности электродных (вольт-амперных) характеристик (ВАХ) электронных приборов и перегрузки их помехами, а нижний уровень – собственными шумами. Область, лежащая между этими уровнями, и определяет динамический диапазон (ДД) радиоприемника.

Амплитудная характеристика реального тракта высокой частоты (ТВЧ) отличается от идеальной (линейной). Влияние таких отклонений при приеме ЧМ сигналов проявляется слабее, чем при АМ сигналах. Идеальный ТВЧ обладает избирательностью, равной избирательности оптимального фильтра. Реальный тракт высокой частоты даже при использовании согласованных фильтров ухудшает отношение сигнал/помеха на выходе из-за нелинейного взаимодействия сигналов и помех в функциональных элементах тракта. Степень приближения избирательности реального ТВЧ к идеальному можно характеризовать коэффициентом ухудшения избирательности

_ИЗБ = (h²_CИ /h²_CP),

где индексы «и» и «р» соответствуют идеальному и реальному трактам.

Для характеристики избирательных свойств тракта высокой частоты (ТВЧ) коэффициент _ИЗБ имеет тот же смысл, что и коэффициент шума при оценке чувствительности; цель оптимизации тракта – минимизация этого коэффициента. По своей содержательности коэффициент _ИЗБ векторный и зависит от внутренних факторов (параметры элементов, узлов, каскадов) и от внешних – характер помех и их соотношения. Однако многие из этих частных показателей противоречивы и установить для них весовые коэффициенты трудно, поэтому коэффициент _ИЗБ рассматривается как скалярный.

Обработку сигналов и помех можно выполнять с помощью цифровых фильтров (ЦФ). Такие фильтры работают при большом уровне сигналов и требуют предварительного усиления. При этом для защиты электронного прибора (ЭП) от перегрузки помехами необходима фильтрация сигнала линейными цепями, нечувствительными к перегрузкам. При фильтрации сигналов сложной формы существенное значение приобретает переходная характеристика цепи.

В этих условиях фильтры, выполненные на основе равноволновой ап-проксимации коэффициентов передачи, обеспечивают внутри полосы П_Н близкую к прямоугольной АЧХ с плавным спадом за ее пределами, крутизна АЧХ в области внеполосных излучений определяется избирательностью по соседнему каналу приема и нормируется. Такие фильтры предпочтительнее фильтров с чебышевской АЧХ, поскольку используют меньшее число звеньев.

При оценке восприимчивости РПрУ практическое значение имеет ухудшение частотной избирательности при действии электромагнитных помех (ЭМП) высокого уровня из-за нелинейности процесса их взаимодействия с рабочими сигналами. Эти процессы сопровождаются нелинейными эффектами в виде блокирования сигналов, перекрестной модуляции и интермодуляции помех. Причиной возникновения искажений сигнала является нелинейная зависимость входного i₁ = f(u₁, u₂) и выходного i₂ = f(u₁, u₂) токов УП от входного u₁ и выходного u₂ напряжений каскадов. Напряжение u₂ отражает изменения, вызываемые нелинейными процессами в каскаде. Это позволяет оценить нелинейность АХ тракта коэффициентом нелинейности

K = (U_СН/U_СЛ)_ВЫХ,

где U_СН – изменение напряжения сигнала на выходе реального тракта под действием помех; U_СЛ – напряжение сигнала на выходе линейного тракта в отсутствие помех. Определив величины U_СН с учетом избирательности каскадов, можно оценить соответствующие коэффициенты нелинейности всего тракта.

Амплитуда сигнала на выходе i-го усилительного каскада тракта с учетом его нелинейности

U^(Н)_Сmвых _i = К_{0 i}(1+ К_Hi) U^(Н)_Сmвх _i,

где К_{0 i} – коэффициент усиления i-го каскада в линейном режиме; К_Hi – коэффициент нелинейности каскада.

Коэффициент нелинейности амплитудной характеристики тракта

К_H.ТР =.