2.5. Проверка отношения мощности сигнала к мощности шума на входе и выходе приемника.

На следующем этапе эскизного расчета необходимо произвести оценку реальной чувствительности приемника и сравнить ее с техническим заданием. Если выполнение данного пункта ТЗ не обеспечено, следует вернуться к начальной стадии эскизного проектирования и повторить его, отнесясь более внимательно к выбору структурной схемы высокочастотной части и выбору типа транзистора для УРЧ. В частности, если первоначально применение УРЧ не планировалось, его можно ввести для повышения чувствительности. Также чувствительность может быть повышена при использовании транзисторов с меньшим коэффициентом шума.

Чувствительность радиоприемника зависит от целого ряда факторов. Мерой чувствительности является минимальная величина входного сигнала, которую приемник способен принимать и воспроизводить с заданным качеством. Требуемое качество приема задается параметрами выходного сигнала. В частности, для радиовещательных приемников, как и для многих других, качество задается величиной отношения мощности сигнала к мощности шума на выходе радиоприемника . Величина этого отношения оговаривается в соответствующем пункте ТЗ. По ГОСТ5651-89 для приемников сигналов АМ чувствительность задается при = 20 дБ, а для приемников сигналов ЧМ - 50 дБ. Также отношение с/ш на выходе тракта звуковой частоты должно обеспечиваться при величине ЭДС, поступающей из антенны, которая численно равна заданной чувствительности приемника, либо при заданной напряженности поля в точке приема, если чувствительность задается по напряженности.

Чувствительность, определенная так, как описано выше, называется реальной чувствительностью. Реальная чувствительность приемника зависит от многих факторов. Наиболее важные из них — это уровень собственных шумов приемника, приведенный по входу, и уровень помех, поступающих из антенны, который обычно характеризуется шумовой температурой антенны . Учет этих помех очень важен, однако, если не задана, он связан с привлечением дополнительной, достаточно сложной информации поэтому в рассматриваемом тракте шумы антенны следует рассматривать лишь в случае, если это специально оговорено заданием. В противном случае следует полагать антенну нешумящей .

В этом случае основным источником шумов является первый активный элемент приемника, т. е. транзистор первого каскада УРЧ, либо транзистор смесителя, если УРЧ отсутствует. Для предварительной оценки уровня шумов, приведенных ко входу, следует воспользоваться справочным параметром выбранного транзистора — значением минимального коэффициента шума . Кроме этого параметра, обычно приводится оптимальная величина проводимости источника сигнала , при которой достигается этот минимальный коэффициент. Реальная величина проводимости источника станет известна лишь после расчета входной цепи и, как правило, не совпадает с . Это приводит к тому, что реальный коэффициент шума транзистора . Зависимость от соотношения и упрощенно можно описать выражением [2].

(2.22)

Для эскизного расчета можно принять , что часто выполняется на практике. Величину следует представлять в разах, а не в децибелах. Определив коэффициент шума первого транзистора , можно найти квадрат напряжения шумов первого транзистора, приведенный к его входу:

(2.23)

где постоянная Больцмана, абсолютная температура по шкале Кельвина, эквивалентная шумовая полоса приемника. Если в приемнике используется пьезокерамический фильтр сосредоточенной избирательности, с достаточной точностью можно считать .

Из (2.23) можно определить напряжение шума, приведенное ко входу приемника:

(2.24)

В (2.24) не учитываются шумы следующего каскада, например, преобразователя, если в приемнике имеется УРЧ, или первого каскада УПЧ, если УРЧ отсутствует. Для эскизного расчета такую точность можно считать достаточной.

Сравнив полученное значение с чувствительностью , определяют отношение с/ш на входе приемника:

(2.25)

Затем рассчитывают величину отношения сигнал/шум, которое получится на выходе приемника. Для приемников АМ сигналов считают, что амплитудный детектор не вносит собственных шумов, лишь осуществляет демодуляцию сигнала. Поэтому

, (2.26)

где = 0,3 - нормальный коэффициент модуляции АМ сигнала, который соответствует стандартным условиям приема. Если получится 10, что соответствует 20 децибелам, считают, что требования ТЗ к чувствительности приемника выполнены на стадии эскизного проектирования.

Для приемников сигналов ЧМ связь между и является более сложной. Наиболее часто используется упрощенное приближенное выражение:

(2.27)

где максимальное значение девиации частоты,

максимальное значение частоты модуляции, т.е звуковой частоты.

в (2.27) играет роль шумовой полосы последетекторного тракта. Следует иметь в виду, что в ЧМ вещании используется частотная предкоррекция вещательного сигнала с подъемом высших частот. Это делается для повышения помехоустойчивости тракта передачи-приема. Поэтому в приемнике, после частотного детектора, включается цепь обратной коррекции, которая выравнивает сквозную частотную характеристику. Такая цепь, в соответствии со стандартом, представляет собой ФНЧ первого порядка, то есть интегрирующую RC-цепь, с постоянной времени = 50 мкс. Вследствие этого в формуле (2.27) вместо следует подставлять значение шумовой полосы последетекторного тракта:

(2.28)

Максимальное значение девиации для монофонического сигнала . Указанные значения должны быть подставлены в (2.27) для оценки величины .

Необходимо обратить внимание, что формула (2.27) справедлива не для всех значений , а только при . Дело в том, что прием ЧМ сигналов с помощью частотного детектора обладает так называемым пороговым свойством: отношение сигнал/шум на выходе частотного детектора увеличивается, по сравнению с входным, в случае с широкополосной ЧМ, если отношение сигнал/шум на входе превышает некоторое пороговое значение, которое зависит от индекса модуляции . В частности, если , а , (в соответствии со стандартом на ЧМ вещание), то и . Если то происходит резкое ухудшение отношения сигнал/шум на выходе детектора, поэтому формулой (2.27) пользоваться нельзя.

Все сказанное в полной мере справедливо лишь для приема ЧМ сигналов в монофоническом режиме. Если предполагается прием стереосигнала с последующим декодированием, чувствительность приемника оказывается гораздо хуже из-за того, что полоса частот стереосигнала, кроме звуковой (тональной) полосы включает в себя еще и так называемую надтональную часть, получаемую путем модуляции поднесущей частоты разностным сигналом правого и левого каналов. Поэтому шумовая полоса последетекторного тракта в стереосигнале оказывается существенно шире. Не вдаваясь в подробности можно отметить, что ухудшение чувствительности для системы стереовещания с полярной модуляцией составляет 24,7 дБ. Для системы с пилот-тоном подобные данные не приводятся, но, в первом приближении, можно считать, что обе системы в этом отношении равноценны.

Согласно ГОСТ 5651-89, чувствительность тракта приемника ЧМ сигналов задается при отношении сигнал/шум на выходе, равном 50 дБ в стереорежиме. Поэтому, если в ТЗ не указаны другие требования к этому параметру, в результате расчетов по формуле (2.27) должно выполняться неравенство

[дБ]  50 + 24,7 - для стереофонии (2.29)

[дБ]  50 - для монофонии

Если же в ТЗ оговорены другие требования к отношению сигнал/шум на выходе, они должны быть учтены в неравенствах (2.29).

Если неравенства (2.29) не выполнены, значит, чувствительность приемника не обеспечена и следует провести эскизное проектирование повторно.

В качестве нестандартных мер для увеличения отношения сигнал/шум на выходе приемника ЧМ сигналов могут использоваться, так называемые, порогопонижающие схемы, которые смягчают пороговые свойства частотного детектирования и позволяют работать при меньшей величине сигнала на входе. Такие схемы могут быть применены и в данном проекте по желанию автора. Если же применение одного из таких устройств специально оговорено в задании, оно является обязательным.