УСТРОЙСТВА ПРИЕМА

И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Красноярск

ИПК СФУ

2008

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УСТРОЙСТВА ПРИЕМА

И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Рекомендовано Инновационно-методическим управлением СФУ

в качестве учебного пособия

4-е издание, переработанное и дополненное

Под редакцией С. Б. Макарова и С. А. Подлесного

Красноярск

ИПК СФУ

2 008

УДК 621.396.96

ББК 32.811.3

У82

Авторы:

Ю. В. Ветров, А. С. Груздев, С. В. Волвенко,

Ф. В. Зандер, С. Б. Макаров, В. В. Исаев,

С. А. Подлесный, А. М. Уланов, А. А. Шипицын

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Устройства приема и обработки сигналов» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы «Структурная перестройка научно-образовательного центра "Радиоэлектроника"», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки;

Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин

У82 Устройства приема и обработки сигналов : лаб. практикум / Ю. В. Ветров, А. С. Груздев, С. В. Волвенко и др. ; под ред. С. Б. Макарова и С. А. Подлесного. – 4-е изд., перераб. и доп. – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – 155 с. – (Устройства приема и обработки сигналов : УМКД № 45-2007 / рук. творч. коллектива Ф. В. Зандер).

ISBN 978-5-7638-1000-4 (комплекса)

ISBN 978-5-7638-1004-2 (лабораторного практикума)

Настоящее издание является частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Устройства приема и обработки сигналов», включающего учебную программу, учебное пособие с электронным оптическим диском (содержит банк тестовых заданий и наглядное пособие «Устройства приема и обработки сигналов. Презентационные материалы»), автоматизированный лабораторный практикум с применением Internet-технологий, методические указания по курсовому проектированию, методические указания к лабораторным работам «Устройства приема и обработки сигналов. Аппаратно-программный комплекс с удаленным доступом “Частотный детектор”», методические указания к лабораторным работам № 1–8, методические указания по самостоятельной работе, организационно-методические указания.

Изложены теоретические сведения об отдельных функциональных узлах устройств приема и обработки сигналов, а также системах автоматического регулирования. Дана методика выполнения лабораторных работ с использованием лабораторных установок, разработанных в соответствии с рекомендованной программой дисциплины.

Предназначен для студентов направления подготовки магистров 210200.68 «Радиотехника» укрупненной группы 210000 «Электронная техника, радиотехника и связь».

УДК 621.396.96

ББК 32.811.3

ISBN 978-5-7638-1000-4 (комплекса)  Сибирский федеральный

I

SBN 978-5-7638-1004-2 (лабораторного практикума) университет, 2008

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие подготовлено коллективом авторов Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПбгПУ) и Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского Федерального университета и продолжает ряд выпускаемых Издательско-полиграфическим комплексом СФУ учебных пособий для радиотехнических специальностей вузов по базовой дисциплине «Устройства приёма и обработки сигналов». В пособии приведен теоретический материал по основам и принципам построения различного рода устройств приёма и обработки сигналов, даны указания и рекомендации по выполнению экспериментальных исследований и схемотехническому моделированию. Порядок выполнения лабораторного практикума по данной дисциплине дополнен отсутствовавшим в предыдущих изданиях моделированием основных функциональных узлов с помощью демоверсии системы схемотехнического моделирования OrCAD 9.1 [www.cadence.com/ products/orcad/index.aspx].

Ответственные редакторы издания проф. С. Б. Макаров и проф. С. А. Подлесный.

Замечания и предложения по содержанию настоящего учебного пособия просьба направлять в Санкт-Петербургский государственный политехнический университет по адресам: postbox@stu.neva.ru, makarov@cee.spbstu.ru или в СФУ по адресу: rector_prm@krgtu.ru.

ВВЕДЕНИЕ

Содержание учебного пособия соответствует отдельным разделам программы дисциплины «Устройства приема и обработки сигналов», предусмотренных государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для ряда направлений подготовки специалистов радиотехнического профиля. Предусматриваются экспериментальные исследования основных функциональных узлов устройств приема и обработки сигналов, а также их моделирование.

Пособие состоит из восьми глав. Каждая глава содержит теоретические сведения об основных принципах построения функциональных узлов устройств приема и обработки сигналов и практическую часть – описание лабораторных работ. Выполняемые работы направлены на закрепление материала основных разделов курса и формирование навыков экспериментального исследования и моделирования современных устройств приема и обработки сигналов.

Лабораторные установки, сведения о которых приведены в приложении, позволяют проводить лабораторные работы в автономном режиме с использованием встроенных измерительных приборов и источников питания.

При подготовке учебного пособия учтен опыт работы коллектива кафедр «Радиотехника и телекоммуникации» и «Радиоэлектронные средства защиты информации» радиофизического факультета Санкт-Петербургского государственного технического университета, а также преподавателей и специалистов кафедры «Радиотехника» Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского Федерального университета.

1. Входная цепь

1.1. Общие сведения

Входной цепью (ВЦ) называется цепь устройств приема и обработки сигналов (УПОС), связывающая антенну с последующими каскадами, например, с усилителем радиосигналов или преобразователем частоты.

ВЦ предназначена для передачи энергии входного сигнала из антенны на вход последующих каскадов и предварительной фильтрации помех. Необходимость фильтрации обусловлена тем, что следующие за входной цепью каскады (усилитель радиосигналов или преобразователь частоты) содержат электронные приборы (транзисторы, интегральные микросхемы), обладающие нелинейными вольт-амперными характеристиками (ВАХ). Наличие таких приборов приводит к появлению различных нелинейных эффектов, например, перекрестных искажений – переносу модуляции мешающего сигнала на полезный сигнал. Обычно входная цепь не имеет в своем составе источников энергии и может быть представлена в виде пассивного четырехполюсника.

Для входных цепей радиоприемных устройств супергетеродинного типа важное значение имеет ослабление приема сигналов на частоте зеркального канала f_з и на промежуточной частоте f_пч. Учитывая, что обычно частота зеркального канала f_з  f_c  2f_пч и мешающие сигналы на этой частоте не могут быть отфильтрованы в полосовом усилителе промежуточной частоты, они должны быть ослаблены с помощью входной цепи и избирательного усилителя радиосигналов.

С труктурная схема входной цепи изображена на рис. 1.1, где E_A – наводимая в приемной антенне эдс; Z_А – внутреннее сопротивление антенны; ИС – избирательная система (один или несколько резонаторов).

Рис. 1.1. Структурная схема входной цепи

Входные цепи можно классифицировать по ряду признаков. Различают, например, следующие виды связи первого резонатора избирательной системы с антенной: непосредственная, емкостная (внутренняя и внешняя), трансформаторная, автотрансформаторная и комбинированная.

1.2. Основные характеристики входной цепи

Коэффициент передачи по напряжению равен отношению напряжения сигнала на выходе входной цепи U_вых к эдс (E_A), наведенной в антенне полем принимаемого полезного входного сигнала:

.

резонансный коэффициент передачи (K_u0) – коэффициент передачи входной цепи при частоте, равной собственной частоте настройки избирательной системы. Для повышения чувствительности УПиОС целесообразно выбирать входную цепь таким образом, чтобы резонансный коэффициент передачи оказывался возможно больше с учетом реализации заданной избирательности.

Частотная селективность характеризует уменьшение значения модуля коэффициента передачи |K_u(f)| при заданной расстройке по частоте по сравнению с его значением при резонансе K_u0 при |E_A| = const:

.

Представление о частотной селективности входной цепи дает ее резонансная характеристика, которая позволяет определить избирательность входной цепи при произвольной частотной расстройке.

Полоса пропускания – ширина области частот вокруг собственной частоты контура f₀ с допустимой неравномерностью коэффициента передачи.

Коэффициент перекрытия диапазона частот. под перекрытием диапазона частот понимается возможность настройки входной цепи на любую частоту данного диапазона или поддиапазона при условии, что неравномерность коэффициента передачи находится в допустимых пределах. Отношение максимальной частоты диапазона f_с max к минимальной f_с min называется коэффициентом перекрытия диапазона: . При использовании в качестве регулировочного элемента конденсатора переменной емкости отношение максимального значения C_max к минимальному значению C_min этой емкости выразится как .

Зависимость основных характеристик от частоты настройки, т. е. частотная зависимость резонансоного коэффициента передачи, избирательных свойств и коэффициента шума. Чем выше постоянство коэффициента передачи входных цепей УПиОС, тем легче обеспечить постоянство чувствительности устройств приема и обработки сигналов.