МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

М. Е. Шевченко, Б. В. Сарафов

ПРИЕМ И ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ

Учебное пособие

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2012

УДК 621.396.621.5:621.372.632

ББК 3849

Ш 379

Шевченко М. Е., Сарафов Б. В.

Ш 37   Прием и обработка радиосигналов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. 48 с.

ISBN

В пособии рассмотрены основные принципы построения линейного тракта приемных устройств и их характеристики. Рассмотрены общие вопросы теории преобразователей частоты, даны определения и соотношения, справедливые для преобразователей частоты любых диапазонов, указаны причины появления и способы борьбы с побочными каналами приема.

Предназначено для бакалавров студентов специальностей 210601.65 – Радиоэлектронные системы и комплексы, бакалавров по направлениям: 210400.62 – Радиотехника, 210700.62 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи.

Рецензенты: кафедра радиоэлектронных средств защиты информации СПбГТУ; канд. тех наук Б. М. Антипин

.

УДК 621.396.621.5:621.372.632

ББК 3849

Ш 379

ISBN © Шевченко М. Е., Сарафов Б. В.

© Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», оформление, 2012

Оглавление

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНОМ УСТРОЙСТВЕ 3

1.1. Назначение и классификация радиоприемных устройств 3

1.2. Типы радиоприемных устройств 6

1.2.1. Приёмники прямого усиления 7

1.2.2. Супергетеродинные РПУ 8

1.2.3. Супергетеродинные РПУ с двойным преобразованием частоты 11

1.2.4. Инфрадинные РПУ 13

1.2.5. РПУ прямого преобразования 13

1.3. Типы сообщений. Оценка качества приема сообщений 14

1.4. Показатели качества РПУ 15

1.4.1. Помехоустойчивость 15

1.4.2. Чувствительность 16

1.4.3. Характеристики, обусловленные проявлением нелинейности УПТ 16

1.4.4. Динамический диапазон РПУ 22

1.4.5. Частотная избирательность РПУ 23

1.4.6. Сквозная частотная характеристика РПУ 26

1.4.7. Эффективность автоматической регулировки усиления 27

1.4.8. Эффективность автоматической подстройки частоты 27

1.4.9. Рабочий диапазон частот 29

1.4.10. Потребляемая мощность 29

2. Усилительно - преобразовательный тракт 30

2.1. Собственные шумы упт 30

2.1.1. Тепловые шумы пассивных линейных цепей. Эффективная шумовая полоса линейной цепи 30

2.1.2. Коэффициент шума и эффективная шумовая температура РПУ. 33

2.1.3. Реальная чувствительность РПУ 34

2.1.4. Коэффициент шума многокаскадной цепи 36

2.2. Преобразователь частоты. 38

2.2.1. Назначение и требования, предъявляемые к преобразователям частоты 39

2.2.2. Режимы преобразования 42

2.2.3. Теория безынерционного преобразователя частоты 43

2.2.4. Фазовый метод подавления зеркального канала приема 47

2.2.5. Шумы преобразователя частоты 49

Общие сведения о радиоприемном устройстве

1.1. Назначение и классификация радиоприемных устройств

Радиоприемное устройство (РПУ) – важный элемент информационной системы, которая состоит из источника сообщения, кодирующего устройства, модулятора, радиопередающего устройства, канала передачи сигнала, антенно-фидерного устройства, радиоприемного устройства, получателя сообщения.

Передача информации по радиоканалу осуществляется модулированным высокочастотным колебанием, которое распространяется в пространстве в виде электромагнитного поля. На каждый информационный канал отводится определенная полоса частот, соответствующая ширине спектра радиосигнала.

Уровень принимаемого сигнала зависит от частоты и вида модуляции, радиотрассы и способов распространения ЭМВ, а также окружающих условий на радиотрассе. Чем больше расстояние между передатчиком и приемником, тем больше ослабление сигнала. При многолучевом распространении происходит ослабление сигналов из-за интерференционного сложения нескольких лучей, в том числе, отражённых от препятствий. При ионосферном распространении сигналов происходит рассеяние энергии на различных неоднородностях, поглощение части энергии сигнала различными слоями.

На входе приемника полезный принимаемый сигнал всегда присутствует в аддитивной смеси с внешними помехами.

Эффектом, сопоставимым с ослаблением сигналов, может быть распространение волны в условиях сложной электромагнитной обстановки. Наличие преднамеренных помех или случайных мешающих сигналов от радиотехнических и других систем, присутствующих в данном частотном диапазоне, с точки зрения электромагнитной совместимости, уменьшает отношение сигнал/шум.

Поэтому основными задачи, решаемыми РПУ являются:

1. Прием слабых сигналов.

1. Фильтрация сигналов на фоне помех от сторонних систем.

3. Усиление слабого сигнала до требуемого уровня.

4. Выделение из принятого сигнала заложенной в нем информации и предоставление её получателю сообщения.

Существует несколько признаков классификаций РПУ:

По рабочему диапазону частот (длин волн). Различают РПУ сверхдлинных волн (СДВ), длинных волн (ДВ), средних волн (СВ), коротких волн (КВ),ультракоротких волн (УКВ), дециметровых волн (ДMВ), миллиметровых волн. Приёмник, включающий все широковещательные диапазоны (ДВ, СВ, КВ, УКВ) называют всеволновым.

В этих диапазонах различны условия распространения радиоволн, а также характер и уровень помех. В диапазоне СВЧ оказывают влияние на радиоприем в основном шумы космического излучения, а в диапазоне УВЧ шумовые помехи атмосферного и промышленного происхождения. Уровень этих помех значительно ограничивает возможность приема слабых сигналов.

По назначению РПУ подразделяют на радиовещательные; ТВ – приёмники; РПУ профессионального назначения (радиолокационные РПУ, радионавигационные, РПУ систем связи, панорамного радиомониторинга, для систем радиоуправления, измерительные и др.).

По виду модуляции, применяемой в канале передачи: аналоговая (амплитудная, частотная, фазовая), цифровая;

По применённой элементной базе: на кристаллическом детекторе, ламповые, транзисторные, на микросхемах;

По исполнению: автономные и встроенные (в состав др. устройства);

По месту установки: стационарные, носимые;

По способу питания: сетевое, автономное или универсальное.

Обобщенная структурная схема РПУ показана на рис.1.1.

Рис.1.1 Структурная схема РПУ

С помощью приёмной антенны происходит преобразование ЭМВ в электрические сигналы.

В усилительном тракте (УТ) происходит выделение полезных сигналов из аддитивной смеси поступающих от антенны сигналов и помех и усиление полезных сигналов до уровня также обеспечивает заданный динамический диапазон по уровню входных сигналов и совместно с трактом управления (ТУ) поддерживает характеристики РПУ в заданных пределах при изменении условий приема.

Хотя в УТ с полезным сигналом могут производиться нелинейные процедуры - смещение спектра, ограничение амплитуды и др., в принимаемое сообщение этот тракт существенных искажений не должен вносить и в этом смысле является линейным. Поэтому также вместо термина УТ используют понятие линейный тракт приемника (ЛТП).

В информационном тракте (ИТ) происходит извлечение из принятого сигнала заложенного в нем сообщения (демодуляция).

Гетеродинный тракт (ГТ) содержит собственный или внешний опорный генератор электромагнитных колебаний (гетеродин) и формирует дискретные множества частот, необходимые для преобразования частоты в УТ, для работы следящих систем и цифровых устройств обработки сигнала в ИТ. Гетеродинный тракт используется для перестройки РПУ по частоте.

Тракт управления позволяет осуществлять ручное, дистанционное и автоматизированное управление режимом работы РПУ (включение и выключение, поиск сигнала, адаптация к изменяющимся условиям работы и др.) и отображает качество его работы на соответствующих индикаторах.

В оконечном устройстве энергия выделенного сигнала используется для получения наглядного отображения сообщения - акустического (телефон, громкоговоритель), оптического (кинескоп, дисплей), механического (печатающее устройство) и др.

Существуют радиотехнические системы (РТС), в которых РПУ содержат несколько УТ и содержат несколько приёмных антенн (многоканальные РПУ).