1.3Классификация радиоприемных устройств

Радиоприемные устройства по их основному назначению делят на две группы: радиовещательные и профессиональные.

Радиовещательные приемные устройства служат для приема звуковых и телевизионных передач. Профессиональные приемни­ки предназначены для выполнения специальных технических за­дач: радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиотелемет­рии и т. д.

Кроме того, радиоприемные устройства можно классифициро­вать по следующим признакам:

по месту установки приемников — стационарные, переносные, судовые, самолетные, автомобильные и др.;

по диапазону принимаемых волн — приемники мириаметровых, километровых, гектометровых, декаметровых, метровых, децимет­ровых, сантиметровых, миллиметровых и оптических волн;

по виду .модуляции принимаемых сигналов — для приема сиг­налов, модулированных по амллитуде(AM), частоте (ЧМ) или фазе (ФМ), а также импульсных сигналов;

по длине линий радиосвязи — магистральные для постоянной эксплуатации на длинных линиях радиосвязи между большими городами, например Москва — Хабаровск; областные для связи между областными центрами; низовой связи для связи внутри районов, предприятий и др.;

по способу питания — от сети переменного тока, бортовой се­ти, от аккумуляторов и т. д.;

по роду работы — телефонные, телеграфные, фототелеграфные и др.;

по способу построения трактов — приемники прямого усиле­ния и супергетеродинные.

2Основные параметры радиоприемников

Для качественного выполнения заданных функций радиопри­емник должен удовлетворять определенным техническим требова­ниям: диапазону рабочих частот, чувствительности, избирательно­сти, полосе пропускания, выходной мощности, динамическому ди­апазону, качеству воспроизведения сигнала, помехоустойчивости и др.

Диапазон рабочих частот. В современных радиотехнических системах связи, радиовещания, радиолокации и т. д. используют­ся электромагнитные колебания, частоты которых лежат в преде­лах от 3 кГц до 3000 ГГц, что соответствует длинам волн от 100 км до 0,1 мм.

Полоса частот, в пределах которой приемник может перестраи­ваться на любую заданную частоту, сохраняя при этом в допусти­мых пределах основные параметры (чувствительность, избира­тельность), называется диапазоном рабочих частот приемника. Распределение радиочастот по диапазонам приведено в табл. ПЛ. В приемнике может быть один или несколько диапазонов. Неко­торые профессиональные приемники имеют широкий диапазон ра­бочих частот, начиная от мириаметровых волн и кончая декамет-ровыми. Они называются всеволновыми.

Чувствительность. Чувствительностью называется способность радиоприемника обеспечивать нормальный прием слабых сигна­лов. Оценивается чувствительность наименьшим сигналом в при­емной антенне, при которой нормально работает воспроизводящее устройство. Измеряется чувствительность по напряжению и мощ­ности сигнала в антенне или по напряженности поля сигнала в месте приема. В диапазонах волн длиннее метровых чувствительность определяется ЭДС сигнала в антенне, измеряемой в микро­вольтах или милливольтах, в диапазоне волн короче метровых — в микроваттах. Чувствительность приемников с магнитной (ферритовой), а также с встроенной телескопической антеннами определяется напряженностью электромагнитного поля Е в месте приема и измеряется в миллиметрах на вольт. В этом случае ЭДС сигнала в антенне E_A=h_ДЕ где h_Д — действующая высота ан­тенны.

Чувствительность приемника зависит от его коэффициента уси­ления и внутренних шумов. Чем больше усиление приемника, тем при меньшей ЭДС (или мощности) входного сигнала можно по­лучить заданное выходное напряжение, обеспечивающее нормаль­ную работу воспроизводящего устройства, тем выше чувствитель­ность. В современных приемниках можно «получить очень большое усиление. Но одновременно с сигналом усиливаются и помехи, действующие на входе приемника: атмосферные и промышленные помехи, а также собственные шумы приемника. Причем чем больше усиление 'приемника, тем больше уровень шумов на его выходе, так как шумы добавляются в каждом последующем кас­каде. Поэтому увеличение усиления с целью повысить чувстви­тельность может привести к тому, что на выходе радиочастотной части приемника уровень шумов окажется выше уровня сигнала и нормальная работа воспроизводящего устройства будет невоз­можна. При большом усилении может оказаться и так, что мощ­ность сигнала на выходе приемника окажется достаточной для работы воспроизводящего устройства даже при отсутствии на входе сигнала и 'помех. Эта мощность создается за счет усиления собственных шумов приемника.

Чувствительность приемника зависит также от ширины поло­сы пропускания, вида принимаемых колебаний, нелинейных яв­лений в каскадах и т. д. В связи с этим различают ограниченную усилением, реальную и предельную (пороговую) чувствитель­ности.

Чувствительность, ограниченная усилением (линейного трак­та, до детектора), характеризует приемники, принимающие доста­точно большие сигналы и поэтому не требующие большого уси­ления. Она определяется при заданной мощности на выходе при­емника. В этих условиях помехи мало влияют на качество приема.

Реальная чувствительность определяется минимальной ЭДС (или мощностью) сигнала на входе, обеспечивающей на выходе нормальную выходную мощность при заданном соотношении сигнал-шум Ɣ= (Р_с/Р_ш)_вых на выходе приемника. Реальная чувстви­тельность определяется усилением всех трактов (радио, промежу­точной и низкой частоты) приемника, а также уровнем собствен­ных шумов. Она используется в качестве характеристики прием­ников метровых и более длинных волн. Но для сравнения радио­приемников с различными трактами усиления и воспроизводящи­ми устройствами она не удобна. Поэтому пользуются понятием предельной чувствительности.

Предельная (пороговая) чувствительность определяется наи­меньшей ЭДС (или мощностью) сигнала на входе, при которой на выходе линейной части приемника (до детектора) мощность сигнала равна мощности собственных шумов приемника. Предель­ная чувствительность характеризует только линейную часть при­емника в диапазоне дециметровых и более коротких волн.

Приемники имеют различную чувствительность в зависимости от их назначения и характера работы. Так, чувствительность про­фессиональных приемников определяется напряжениями от сотых долей микровольта до 20 мкВ, радиовещательных — от 20 до 250 мкВ, телевизионных — от 200 до 500 мкВ.

Заданное превышение сигнала над шумом зависит от вида принимаемого сигнала. Например, для нормального воспроизве­дения принятого звукового сообщения необходимо, чтобы сигнал превышал уровень шумов в несколько (обычно 3—10) раз.

Избирательность. Способность радиоприемного устройства выделять в месте приема сигнал из совокупности электромагнит­ных колебаний называется избирательностью. Различают не­сколько видов избирательности. В современных радиоприемниках всегда применяется частотная избирательность.

Частотной избирательностью называется способность радио­приемника выделять сигнал заданной несущей частоты из коле­баний с различными несущими частотами. Определяется избира­тельность по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) при­емника и оценивается по коэффициенту избирательности. Ампли­тудно-частотная характеристика приемника имеет вид, показан­ный на рисунок2.1. Она представляет собой зависимость коэффици­ента усиления приемника К от несущей частоты входного сигнала при постоянной настройке приемника. Из рисунка видно, что ко­эффициент усиления неодинаков на разных частотах. На резонан­сной частоте f₀ — частоте, на которую приемник настроен, коэф­фициент усиления наибольший и обозначается К₀. Это означает, что при поступлении на вход приемника нескольких сигналов с одинаковыми амплитудами, но с разными частотами наибольшее усиление имеет сигнал с той частотой, на которую приемник на­строен, т. е. с частотой f₀. Все остальные колебания с частотами, отличающимися от f₀, будут ослаблены. Таким способом выделя­ется принимаемый сигнал, остальные в данном случае являются помехами и будут ослаблены. Следовательно, с помощью резо­нансных систем осуществляется избирательность. На рисунке 2.1 вид­но, что не все колебания ослабляются одинаково (К_Δf<Ко). Чем больше ослабляется помеха, тем выше избирательность. Избира­тельность оценивается коэффициентом избирательности (или ос­лабления) σ_H=Ko/K_Δfгде Ко — коэффициент усиления на резо­нансной, т. е. на частоте принимаемого сигнала, K_Δf—коэффи­циент усиления на частоте помехи. Из этой формулы получаем K_Δf=Ко/σ_и, т. е. коэффициент избирательности показывает, во сколько раз уменьшается коэффициент усиления приемника на частоте помехи , или во сколько раз ослабляется помеха по срав­нению с равным ей по амплитуде полезным сигналом. Очевидно, что чем больше коэффициент избирательности, тем выше избира­тельность.

Определив коэффициенты избирательности σ_и для нескольких частот, можно построить характеристику избирательности σ_и = =f(K_Δf) (рисунок 2.1). На этом рисунке видно, что чем больше час­тота помехи отличается от частоты сигнала, тем больше ее ос­лабление σ_и2>σ_и1. Избирательность обычно выражается в деци­белах:

σ_и дБ=201gσ_H.

Рисунок 2.1 –АЧХ радиоприемного устройства

Рисунок 2.2 – Характеристика односигнальной избирательности

Рассмотренная здесь характеристика избирательности (рисунок. 2.2) построена при подаче на вход приемника только одного сиг­нала с переменной частотой. Поэтому она называется односигнальной. Как видно из рисунка 2.2, характеристика избирательности показывает ослабление помехи на частоте, расположенной сравни­тельно близко к частоте настройки приемника. Поэтому она оп­ределяет избирательность по соседнему каналу. Для радиовеща­тельных приемников при AMизбирательность по соседнему кана­лу определяется при расcтройке Δf=9 кГц. Такие приемники должны обеспечивать прием полосы частот 9 кГц.

В реальных условиях на вход приемника одновременно с сиг­налом поступают еще и помехи с различными частотами и ампли­тудами. Действие помехи с большой амплитудой может вызвать нелинейные процессы в отдельных каскадах приемника. При этом интенсивность помехи на выходе обычно повышается. Поэтому для более точной оценки избирательных свойств приемника вво­дят понятие многосигнальной (или эффективной) избирательности, которую измеряют при одновременном действии сигнала и помех.

Полоса пропускания. Для передачи информации антенна ра­диопередающего устройства излучает колебания не только несу­щей частоты, но и боковых частот. Так, для передачи информа­ции, состоящей только из одного синусоидального колебания (на­пример, 800 или 1000 Гц), антенна АМ-передатчика излучает три радиочастотных колебания: одно с несущейf_неси два с боковыми (f_н.б и f_в.б частотами (рисунок. 2.3,а). При передаче речи с помощью многих колебаний разных частот антенна излучает спектр частотшириной 2Δf как показано на рисунке 2.3,б.

Рисунок 2.3 –Спектр частот излучаемых антенной радиопередатчика, при АМ одной (а) и несколькими звуковыми частотами (б)

На этом рисунке изображены спектры трех радиопередатчиков, работающих на соседних несущих частотах f₁, f₂и f₃. Пусть, например, колебания с частотой f₀ являются сигналом, тогда колебания с частотами f₁и f₃ будут для данного приемника помехами. Для приема сигнала с несущей частотой f₂приемник настраивается на эту частоту. Чтобы нормально воспроизвести переданную информацию, приемноеустройство должно принять весь спектр сигнала с несущей частотой f₂ отделив его от помех с несущими f₁и f₃. Для выполненияэтой задачи радиоприемное устройство должно иметь идеальную частотную характеристику прямоугольной формы, показанную штриховой линией на рисунке 2.3. Пусть, например, составляющие и спектра сигнала имеют одинаковые амплитуды. При идеальной частотной характеристике все составляющие спектра сигнала усиливались бы одинаково и форма сигнала на выходе приемника была бы такая же, как и на входе. Но реальная частотная харак­теристика приемника значительно отличается от прямоугольной. Колебания боковых составляющих будут усилены меньше, чем колебания несущей и близких к ней частот. При этом форма сиг­нала на выходе будет отличаться от формы сигнала на входе приемника, т. е. сообщение будет искажено. Чтобы искажения были минимальными не превышали допустимых, требуется, чтобы частотная характеристика была по возможности ближе к прямоугольной и приемник пропускал заданную полосу частот. На основании этого вводят понятие полосы пропускания.

Полосой пропускания называется полоса радиочастот, на гра­ницах которой коэффициент усиления радиоприемника от входа до детектора уменьшается по отношению к максимальному значе­нию в установленное число раз. Опыт показывает, что изменение громкости приблизительно на 30% (т. е. на 3 дБ) человеческое ухо не замечает. Это соответствует ослаблению составляющих спектра в раз, что соответствует уровню 0,7 от максималь­ного значения коэффициента усиления. Поэтому полоса пропускания для большинства приемников принимается на этом уровне. Например для рассматриваемого случая она составляет 2Δf(рисунок 2.3,б). Полоса пропускания, отсчитываемая на уровне 0,7, называется абсолютной полосой пропускания.

У связных телефонных приемников АМ-сигналов полосапро­пускания составляет 5... 6 кГц, у радиовещательных 6... 12 кГц при AMи 200... 300 кГц при ЧМ, у телевизионных приемников 3... 15 МГц.

Полоса частот, находящаяся в полосе пропускания приемника и предназначенная для приема сигнала, соответствует основному каналу. Канал приема на соседней несущей частоте называется соседним каналом. Расстояние между несущими частотами двух соседних по частоте радиовещательных передатчиков при AMсо­ставляет 10 кГц (f₂—f₁=10 кГц). Полоса излучаемых частот 9 кГц. Из рисунка2.3 видно, что для улучшения избирательности по соседнему каналу необходимо приближать форму характеристи­ки избирательности к прямоугольной. Поэтому часто избиратель­ность приемника определяют с помощью коэффициента прямоугольности частотной характеристики.

Коэффициентом прямоугольности К_п называется отношение полосы пропускания на условном уровне к полосе пропускания на уровне 0,7:K_n=2ΔF/2ΔF_0,7.За условные для отсчета полосы про­пускания приняты уровни 0,1 и 0,01. Коэффициент прямоугольно­сти всегда больше единицы. Чем ближе значение К_п к единице, тем лучше прямоугольность резонансной характеристики и изби­рательность. Определение коэффициента прямоугольности АЧХ иллюстрируется рисунок2.4.

Выходная мощность. Выходной называется мощность, отда­ваемая радиоприемником оконечному устройству для обеспечения его нормальной работы.

Уровень мощности на выходе приемника зависит от назначе­ния приемника и типа оконечного устройства: в связных и радио­вещательных приемниках — от десятых долей до десятков ватт, в приемниках магистральной связи, работающих на соединитель­ную линию связи, — несколько милливатт. В радиолокационных и телевизионных приемниках

Рисунок 2.4– Определение коэффициента прямоугольности АЧХ

Рисунок 2.5–Частотная характеристика радиоприемника

оконечным прибором является элект­ронно-лучевая трубка. Для ее нормальной работы требуется на­пряжение в несколько десятков вольт при малой мощности.

Различают номинальную (максимальную) и нормальную мощности. Номинальной выходной мощностью называется макси­мальная мощность P_макс, развиваемая на выходе приемника при 100%-ной глубине модуляции (m=1) и допустимых нелинейных искажениях. Нормальной выходной мощностью называется мощ­ность на выходе приемника при коэффициенте модуляции m = 0,3 и частоте модуляцииF=1кГц. Принято считать нормальной вы­ходную мощность 0,1 Рмакс. Нормальная выходная мощность ус­тановлена 50 мВт для радиовещательных приемников с макси­мальной выходной мощностью 150 мВт и более и 5 мВт для при­емников с Р_макс≤150 мВт.

Динамический диапазон. В процессе работы радиолинии свя­зи уровень сигнала на выходе приемника может изменяться в значительных пределах. Так, в диапазоне коротких волн вслед­ствие замираний уровень сигнала может изменяться в сотни раз. В линиях связи с подвижными объектами он изменяется в зави­симости от расстояния между передатчиком и приемником и ха­рактера местности. Несмотря на значительные изменения уров­ня сигнала на входе приемник должен обеспечивать нормальную работу выходного устройства. Однако при сильном увеличении входного сигнала может наступить перегрузка выходных каска­дов, и принимаемое сообщение будет искажено из-за нелинейно­сти характеристик усилительных элементов. Максимальная амплитуда входного сигнала ограничивается предельно допустимы­ми искажениями. Минимальная амплитуда входного сигнала оп­ределяется чувствительностью приемника.

Диапазон изменения амплитуд входного сигнала, при котором обеспечивается нормальное качество приема, называется динами­ческим. Он оценивается отношением мощности или напряжения большего сигнала к мощности или напряжению меньшего сигна­ла и обычно выражается в децибелах:

Д=10lg(P_c.макс /Р_с.мин) =20lg(U_с.макс /U_с.мин).

Чем больше динамический диапазон, тем лучше приемник. Современные вещательные приемники имеют динамический диа­пазон Д=40... 60 дБ, магистральные 60 ... 80 дБ. Расширение ди­намического диапазона достигается повышением чувствительности приемника и применением автоматического регулирования усиле­ния, позволяющего уменьшить пределы изменения выходной мощ­ности (или напряжения) приемника.

Качество воспроизведения сигнала. Радиоприемное устройст­во должно воспроизводить на выходе передаваемое сообщение е заданной степенью точности. Но принятый сигнал в радиоприем­нике проходит через электрические цепи, содержащие линейные и нелинейные элементы, вносящие искажения в сигнал. В результате изменяется форма сигнала, используемого для передачи ин­формации.

Изменения формы выходного сигнала по сравнению с формой входного сигнала, вызывающие ухудшения качества воспроизве­дения передаваемого сообщения, называют искажениями. В ра­диотелефонных приемниках искажения проявляются в ухудшении разборчивости речи, изменении тембра звучания, появлении фона и т. д. При передаче дискретных сообщений искажения формы импульсов приводят к появлению ошибок (например, в тексте).

Различают искажения линейные и нелинейные. Линейные ис­кажения возникают в результате инерционности линейных цепей, коэффициент передачи которых зависит от частоты. К таким це­пям относятся цепи с реактивными элементами — катушками ин­дуктивности и конденсаторами. Нелинейные искажения возника­ют из-за нелинейности вольтамперных характеристик элементов радиоприемника (полупроводниковых приборов, катушек индук­тивности с железным сердечником). К линейным искажениям сигнала относятся амплитудно-частотные (или частотные) и фазочастотные (фазовые) искажения.

Частотными называют искажения формы сигнала, возникаю­щие в результате неодинакового усиления приемником отдельных составляющих спектра сигнала. Сигнал содержит колебания с различными частотами и амплитудами. В приемнике каждая со­ставляющая должна усиливаться одинаково. Но поскольку сопро­тивление реактивных элементов (катушек индуктивности и кон­денсаторов) для различных частот разное, то и усиливаются от­дельные составляющие сигнала неодинаково. Поэтому соотноше­ния амплитуд составляющих сигнала на выходе приемника не будут соответствовать соотношениям амплитуд составляющих в передаваемом сообщении, и сигнал будет искажен. Частотные ис­кажения в приемнике оцениваются ло АЧХ, которая представляет собой зависимость коэффициента усиления от частоты модуляции принимаемого сигнала (рисунок2.5). Из этой зависимости видно, на­сколько равномерно усиливаются составляющие с частотами, на­ходящимися в пределах заданного диапазона. Как видно из рассмотрения резонансной характеристики приемника, крайние частоты спектра сигнала в приемнике усиливаются слабее.

Частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений, который (Показывает, во сколько раз усиление на за­данной частоте модуляцииF_мменьше усиления на средней часто­те F_cp:М_в=К_ср/К_в; M_н=К_Ср/К_н, гдеК_в иК_н — коэффициенты уси­ления на верхнейF_m.bи нижнейF_м.нчастотах модуляции, К_Ср — максимальный коэффициент усиления на средней частоте.

Коэффициент частотных искажений выражают в децибелах: М_дб=20IgM. В связных приемниках неравномерность усиления может составлять 6…10дБ в диапазоне частот модулирующих колебаний 300…3400 Гц, в радиовещательных приемниках — порядка 6 дБ в диапазоне частот от 30 Гц до 15 кГц.

Фазочастотными искажениями называются изменении формы сигнал на выходе приемника, возникающие вследствие неодинакоовой задержки составляющих сигнала, в результате нарушаются фазовые соотношения между составляющими сложного сигнала. Причиной фазочастотных искажений является то, что инерцион­ность конденсаторов и катушек индуктивности приемники зависит от частот составляющих сигнала. Оцениваются фазочастотные ис­кажения по фазочастотной (фазовой) характеристике, которая по­казывает зависимость сдвига фаз между составляющими спектра сигнала на выходе и на входе приемника. Поскольку слух челове­ка не чувствителен к фазовым искажениям, в радиотелефонных приемниках АМ-сигналов их не учитывают. Но при приеме радио­локационных, телевизионных, радиотелеграфных сигналов фазо­вые искажения сильно искажают форму сигнала, что вызывает существенное ухудшение качества воспроизведения.

Переходные искажения. В радиоприемниках импульсных сиг­налов большую роль играют переходные процессы в цепях, со­держащих реактивные элементы. Искажения формы сигнала, вы­званные переходными процессами, называются переходными. Они определяются по переходной характеристике.

Переходной характеристикой называется изменение во време­ни напряжения сигнала на выходе приемника при воздействии на его входе единичного скачка напряжения (единичного импульса). На переходной характеристике, приведенной на рисунок 1.8, видно, что форма выходного напряжения U_вых значительно отличается от формы действующего на входе единичного скачка напряже­ния (импульса). Параметрами переходной характеристики явля­ются:

t_н — время нарастания выходного напряжения от 0,1 до 0,9 установившегося значения;

t_з— время запаздывания (время, прошедшее с момента вклю­чения сигнала до момента достижения им половины установив­шегося значения);

Ɣ=ΔU/U_уст — выброс характеристики (отношение максималь­ного превышения выходного напряжения установившегося значе­ния к установившемуся значению);

ΔU_cп— спад плоской вершины импульса.

Рисунок 2.6 –Переходная характеристика радиоприемника

Нелинейные искажения — это искажения формы принимаемо­го сигнала вследствие появления на выходе приемника новых гар­монических составляющих, которых не было в передаваемом со­общении, т. е. в спектре модулирующего колебания. Они возника­ют из-за нелинейности вольтамперных характеристик электрон­ных приборов, катушек индуктивности с магнитными сердечни­ками и др. и приводят к искажениям тембра звука. Нелинейные искажения проявляются на слух как дребезжание, свисты. Воз­никают нелинейные искажения (как и линейные) во всех трактах приемника, но наибольшего значения они достигают в низкочас­тотных каскадах.

Степень нелинейных искажений оценивается коэффициентом гармоник К_г, который представляет собой отношение действую­щих значений амплитуд всех высших гармонических составляю­щих к действующему значению амплитуды основной частоты (или первой гармоники):

К_г=

гдеU₁,U₂, U₃,...,U_n— амплитуды гармонических составляющих.

Допустимый коэффициент гармоник зависит от назначения приемника. Например, в усилителях звуковой частоты радиове­щательных приемников K_г=3...5%, профессиональных (для обес­печения достаточной разборчивости речи) 10... 15%.

Помехоустойчивость — это способность приемника обеспечи­вать качественный прием сигналов при действии различных по­мех.

Шумы. Шумом называют электрические колебания, в которых имеется бесконечно большое количество составляющих с частота­ми от нуля до бесконечности. Причиной возникновения шумов яв­ляется тепловое движение свободных электронов в проводниках, а также флуктуации носителей электрических зарядов в электрон­ных приборах. В радиоприемных устройствах источниками шумов являются антенна и элементы приемника — резисторы, колеба­тельные контуры, электронные приборы.

Шумы антенны состоят из тепловых шумов, связанных с со­противлением потерь антенны, и шумов принятых шумовых излу­чений космоса, атмосферы и Земли. Роль тепловых шумов ан­тенны незначительна, так как сопротивление потерь антенны ма­ло. Шумы, поступающие на вход приемника из антенны, называ­ются входными. Шумы, возникающие в элементах приемника, на­зываются собственными шумами приемника.

Наличие тепловых шумов можно пояснить так. Известно, что частицы материи постоянно находятся в беспорядочном тепловом движении, интенсивность которого зависит от температуры ве­щества (проводника, резистора). Любое перемещение свободного электрона между двумя столкновениями проявляется как им­пульс электрического тока. Поскольку появление свободных элек­тронов происходит непрерывно и скорости перемещения их раз­личны, то шум можно рассматривать как сумму беспорядочно следующих один за другим импульсов с различными амплитудами и частотами, т. е. спектр шума бесконечно широкий.

Шумы в транзисторах являются следствием дробовых шумов, шумов «перераспределения токов и тепловых шумов. Дробовые шу­мы обусловлены флуктуация ми токов транзистора, шумы перераспределения— перераспределением токов между электродами.

Амплитуды шумов очень малы. Но при приеме очень слабых сигналов они могут оказаться соизмеримыми с амплитудами сиг­налов на входе приемника. Соотношение сигнал-шум оценивается коэффициентомƔ_вх= (Р_с/Р_ш)_вх, гдеР_с иР_ш—мощности сигнала и шума на входе приемника. Шумы усиливаются всеми каскада­ми приемника, причем в каждом последующем каскаде к усилен­ным шумам антенны добавляются собственные шумы каскада. В результате отношение сигнал-шум на выходе линейной части при­емника меньше, чем на входе: Ɣ_вых= (Р_с/Р_ш)_вых<Ɣ_вх. Величина, показывающая, во сколько раз отношение сигнал-шум на входе приемника больше, чем на выходе его линейной части, называет­ся коэффициентом шума N = Ɣ_вх/Ɣ_вых.

Наибольшее влияние на уровень шума на выходе оказывают шумы первого каскада и входной цепи, поскольку они усиливают­ся всеми последующими каскадами. Для примера определим ко­эффициент шума трех каскадов усилителя радиочастоты приемни­ка. Мощность шумов на выходе первого каскада можно выразить так:

Р_{ш.вых 1}= Р_{ш.вх 1}К_р1+Р_{ш.соб 1,} (11)

гдеР_ш.вх — мощность на входе первого каскада;Кр\ — коэффи­циент усиления мощности первого каскада; Р_ш.соб1— мощность собственного шума каскада.

На выходе второго каскада

Р_{ш.вых 2}=Р_{ш.вых 1}К_р2+Р_{ш.соб 2}=Р_{ш.вх 1}К_р1К_р2+Р_{ш.соб 1} Кр₂+Рш_{.соб 2}.

На выходе третьего каскада

Р_{ш.вых 3}=Р_{ш.вых 2}К_р3+Р_{ш.соб 3}=Р_{ш.вх 1}К_р1К_р2К_р3+Р_{ш.соб 1}К_р2К_р3+

+Р_{ш.соб 2}К_р3+Р_{ш.соб 3}

Коэффициент шума трехкаскадного усилителя

N= .

После подстановки Р_{швых з} получим

N=

Но

Или .

Подстановка этих значений дает выражение для коэффициента шума многокаскадного усилителя

(1.2)

Реальную и предельную чувствительности приемника можно выразить через коэффициент шумаN:

реальная

(1.3)

или

(1.4)

предельная (при Ɣ_вых= 1)

или , (1.5)

где kT₀=4⋅10²¹ Вт/Гц; П_ш=П_0.7 — шумовая полоса; Ɣ_вых — отно­шение сигнал-шум на выходе приемника; N — коэффициент шума; Р_с.р и Р_с.п—мощности сигнала, соответствующие реальной и пре­дельной чувствительностям; R_А — эквивалентное шумящее сопро­тивление.

Из приведенных формул следует, что чувствительность .прием­ника зависит от его полосы пропускания. Так как шум имеет бес­конечный спектр, то и мощность шума распределена в бесконеч­ном спектре, и чем уже полоса пропускания /приемника, тем меньше мощность шума попадает на выход приемника, и наобо­рот. В связи с этим возникают сложности при сравнении чувстви­тельности приемников с различными полосами пропускания. Что­бы сравнивать чувствительность приемников независимо от поло­сы пропускания, вводят понятие удельной чувствительности — мощность, приходящаяся на 1 Гц полосы пропускания. Напри­мер, V_nop=P_cn/П_ш=kT₀N.Отсюда следует, что пороговая удель­ная чувствительность V_nopопределяется только коэффициентом шума приемника, так как произведение kT_o, как уже указывалось, постоянно.

Для того чтобы иметь возможность характеризовать чувстви­тельность приемника непосредственно коэффициентом шума, вво­дят понятие шумовой пороговой чувствительности V_ш=V_nop/kT₀=N,которую обычно выражают в децибелах:V_{ш дБ}= 10IgN.

Анализируя причины возникновения собственных шумов и их влияние на чувствительность приемника можно сделать следую­щие выводы.

1)Наибольшее влияние на уровень шумов приемника оказыва­ет шум первого каскада.

2)Для повышения чувствительности приемника необходимо:

снижать шумы в первом каскаде;

повышать коэффициент усиления по мощности первого кас­када;

сужать эффективную полосу пропускания высокочастотных каскадов приемника и задаваться меньшим отношением сигнал- шум на выходе радиоприемного устройства.