2. Основные параметры радиоприёмников.

Радиоприёмники принято характеризовать рядом технических параметров и характеристик, к числу которых относятся:

1. Диапазон рабочих частот;

2. Чувствительность;

3. Избирательность;

4. Полоса пропускания;

5. Выходная мощность;

6. Динамический диапазон;

7. Качество воспроизведения сигнала;

8. Уровень шума.

и ряд других (в зависимость от спецификации РПУ).

Кратко рассмотрим существо этих технических показателей.

1. Диапазон рабочих частот.

В современных системах связи, радиовещания, радиолокации и других системах используются электромагнитные колебания, частоты которых лежат в пределах от 3 кГц до 3000 МГц, что соответствует длинам волн от 100 км до 0.1 мм. Полоса частот, в пределах которой приемник может перестраиваться на любую рабочую частоту, сохраняя при этом в допустимых пределах основные параметры, называется диапазоном рабочих частот.

2. Чувствительность.

Чувствительностью называется способность РПУ обеспечивать приём слабых сигналов. Оценивается чувствительность наименьшим сигналом в приёмной антенне, при которой ещё нормально работает оконечное устройст­во. Чувствительность измеряется по напряжению и мощности сигнала в антен­не, или по напряженности поля сигнала в месте приёма. В диапазоне волн длиннее метровых чувствительность определяется ЭДС сигнала в антенне, из­меряемой в милливольтах или микровольтах; в диапазоне волн короче метро­вых - в микроваттах. Чувствительность приемников с магнитной или штыревой антенной принято оценивать напряженностью поля в месте приёма (мВ/м). Чувствительность РПУ зависит от его коэффициента усиления и внутренних шумов. Чем больше усиление приёмника, тем при меньшей ЭДС (или мощно­сти) входного сигнала можно получить заданное выходное напряжение и тем выше чувствительность. Но одновременно с сигналом усиливаются и помехи, действующие на входе приёмника и его собственные шумы. Чем больше усиле­ние приёмника, тем больше и уровень шумов на его выходе. Поэтому увеличе­ние усиления с целью повысить чувствительность может привести к тому, что на выходе радиотракта РПУ уровень шумов окажется выше уровня сигнала и нормальная работа оконечного устройства будет невозможна.

Чувствительность приёмника зависит также от ширины полосы пропуска­ния. вида принимаемых колебаний, нелинейных явлений в каскадах и т.д. В связи с этим различают чувствительность:.

- ограниченную усилением,

- реальную,

- предельную (пороговую).

Чувствительность, ограниченная усилением - характеризуют приёмники, принимающие достаточно большие сигналы и по­этому не требующие большого усиления. Они определяются при заданной мощности на выходе приёмника.

Реальная чувствительность определяется минимальной ЭДС (мощности) сигнала на входе, обеспечивающей на выходе нормальную выходную мощность при заданном отношении сигнал/шум на выходе приёмника. Реальная чувствительность определяется усилением всех трактов приёмни­ка, а так же уровнем собственных шумов. Она используется в качестве характе­ристики приёмника метровых и более длинных волн.

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

Приёмники имеют различную чувствительность в зависимости от их назна­чения и характера работы. Так для профессиональных приёмников она состав­ляет от сотых долей микровольта до 20 мкВ, радиовещательных - от 20 до 250 мкВ, телевизионных - от 200 до 500 мкВ.

3. .Избирательность.

Способность радиоприёмного устройства выделять в месте приёма сигнал из совокупности электромагнитных колебаний называется избирательностью. В современных приёмниках всегда применяется частотная избирательность, т.е. способность радиоприёмника выделять сигнал заданной несущей частоты из колебаний с различными несущими частотами. Определяется избирательность по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) приёмника и оценивается коэффициентом избирательности.

Рис. 1. АЧХ радиоприемника.

АЧХ представляет собой зависимость коэффициен­та усиления приёмника К от частоты входного сигнала при постоянной настройке приёмника, На резонансной частоте , на которую настроен приёмник, коэффициент усиления наибольший и обозначает­ся К₀. Из АЧХ следует, что при поступлении на вход приёмника, нескольких сигналов с одинаковыми ам­плитудами, но с разными частотами они будут усиливаться неодинаково. Таким образом, выделяется принимаемый сигнал.

Чем больше ослабляется помеха (например ) тем выше избирательность.

Избирательность оценивается коэффициентом избирательности (или ослабления): , где К_Δf - коэффициент усиления на частоте помехи. Коэффициент избирательности показывает во сколько раз уменьшается коэффициент усиления приёмника на частоте помехи f₁, или во сколько раз ослабляется поме­ха по сравнению с равный ей по амплитуде полезным сигналом. Избиратель­ность обычно выражается в децибелах .

4. Полоса пропускания.

Известно, что при АМ модуляции например одним синусоидальным коле­банием спектр излучаемого сигнала имеет три частотных составляющих: несу­щую и две боковые частоты. При передаче более сложной информации, например речи, получается спектр частот шириной 2 Δf.

Рис. 2. Выделение избирательными цепями РПУ полезного сигнала.

На рисунке изображены спектры трёх передатчиков. Но полезным сигналом в данном случае является спектр с несущей частотой f₂. Остальные колебания являются помехой. Чтобы нормально воспроизвести переданную информацию, приёмные устройства должны принимать весь спектр сигнала с несущей частотой f₂, отделив его от помехи. Для этого радиоприёмник должен иметь идеальную частотную характеристику прямоугольной формы. Тогда все составляющие спектра сигнала, усиливались бы одинаково и форма сигнала на выходе приём­ника была бы такая же, как и на входе. Но реальная частотная характеристика значительно отличается от прямоугольной. Колебания боковых составляющих будут усилены меньше и сообщение будет искажено. Поэтому вводят понятия полосы пропускания и коэффициента прямоугольности. Полосой пропускания называется полоса частот, на границах которой коэффициент усиления приём­ника (от входа до детектора) уменьшается по отношению к максимальному значению в раз или составляет 0,707 от максимального значения.

У связных телефонных приёмников АМ сигналов 2Δf≈5-6 кГц, у радиове­щательных 6-10 кГц при АМ и 200-300 кГц при ЧМ, у телевизионных 3-15 МГц.

Полоса частот, находящиеся в полосе пропускания приёмника и предназна­ченная для приёма сигнала, соответствует основному каналу. Канал приёма на соседней несущей частоте называется соседним кана­лом. Расстояние между несущими частотами двух со­седних каналов при АМ составляет 10 кГц.

Рис. 3. Полоса пропускания РПУ.

Коэффициентом прямоугольности К_п называется отношение полосы пропускания на условном уровне к полосе пропускания на уровне 0,7.

За условные уровни приняты 0,1 и 0,01. Чем ближе значе­ние К_п к единице, тем лучше прямоугольность резо­нансной характеристики и избирательность.

5. Выходная мощность.

Уровень мощности на выходе приёмника зависит от назначения приёмника и типа оконечного устройства. Различают номинальную (максимальную) и нормальную мощность. Номинальной выходной мощностью является макси­мальная мощность Р_макс, развиваемая на выходе приёмника при 100% глубине модуляции и допустимых нелинейных искажениях. Нормальной выходной мощностью называется мощность на выходе приёмника при коэффициенте мо­дуляции m=0,3 и частоте модуляции Р=1кГц. Принято считать нормальной выходную мощность 0,1Р_макс.

6. Динамический диапазон.

В процессе работы радиолиний связи уровень сигнала на входе приёмника может изменятся в значительных пределах. Так в диапазоне коротких волн вследствие замираний уровень сигнала может, изменятся в сотни раз. Несмотря на значительные изменения уровня сигнала на входе приёмник должен обеспе­чивать нормальную работу выходного устройства. Однако при сильном увели­чении входного сигнала может наступить перегрузка выходных каскадов, и принимаемые сообщения будут искажены из-за нелинейности характеристик усилительных элементов. Максимальная амплитуда входного сигнала ограни­чивается предельно допустимыми искажениями. Минимальная определяется чувствительностью приёмника. Диапазон изменения амплитуд входного сигна­ла, при котором обеспечивается нормальное качество приёма, называется ди­намическим. Он оценивается отношением мощности или напряжения большого сигнала к мощности или напряжению меньшего сигнала и выражается в деци­белах: Д=10lg(Р _макс /Р_мин )=20lg(U_макс/U_мин ).

Чем больше динамический диапазон, тем лучше приёмник. Современные вещательные приёмники имеют Д=40-60 дБ, магистральные – 60-80 дБ.

7. Качество воспроизведения сигнала.

Изменение формы выходного сигнала по сравнению с формой входного сигнала, вызывающие ухудшение качества воспроизведения передаваемого со­общения, называют искажениями.

Различают искажения линейные и нелинейные. Линейные искажения воз­никают в результате инерционности линейных цепей, коэффициент передачи которой зависит от частоты. К таким цепям относятся цепи с реактивными эле­ментами - катушками индуктивности и конденсаторами. К линейным искаже­ниям относятся амплитудно-частотные и фазочастотные (фазовые). Частотны­ми называют искажения формы сигнала, возникающие в результате неодинако­вого усиления приёмником отдельных составляющих спектра сигнала. Эти ис­кажения оцениваются по АЧХ приёмника.

Частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений, который показывает во сколько раз усиление на заданной частоте модуляции F_м меньше усиления на средней частоте М=К_ср/К_F . Коэффициент частотных иска­жений выражается в дБ: М(дБ)=20lgМ. В радиовещательных приёмниках не­равномерность усиления составляет порядка б дБ в диапазоне частот 30 Гц до 15 кГц.

Фазочастотными искажениями называется изменение формы сигнала на вы­ходе приёмника, возникающие вследствие неодинаковой задержки составляю­щих сигнала, в результате чего нарушаются фазовые соотношения между со­ставляющими сложного сигнала. Такие сигналы особенно заметны в локацион­ных и телевизионных приёмниках.

Переходные искажения

В радиоприёмниках импульсных сигналов большую роль играют переход­ные процессы в цепях, содержащих реактивные элементы. Переходные искаже­ния определяются по переходной характеристике. Переходной характеристикой называется изменение во времени напряжения сигнала на выходе приёмника при воздействии на его входе одиночного скачка напряжения.

Нелинейные искажения - это искажения формы принимаемого сигнала из за появлении в спектре выходного сигнала гармонических составляющих, которых не было в передаваемом сообщении. Нелинейные искажения воз­никают из-за нелинейности ВАХ усилительных элементов. Степень нелиней­ных искажений оценивается коэффициентом гармоник К_Г, который представля­ет собой отношение действующих значений амплитуд всех высших гармоник к действующему значению амплитуды основной частоты (пер­вой гармоники)

8.Коэффициент (фактор) шума.

Шумом называют электрические колебания, в которых имеется бесконечно большое количество составляющих с частотами от нуля до бесконечности. В радиоприёмных устройствах источником шумов является антенна и элементы приёмника. Шумы, поступающие на вход приёмника из антенны, называются входными. Шумы, возникающие в элементах приёмника, называются собствен­ными шумами приёмника.

Амплитуды шумов очень малы. Но при приёме очень слабых сигналов они могут оказаться соизмеримыми с амплитудами сигналов на входе приёмника. Соотношение сигнал-шум оценивается коэффициентом , где Р_с Р_ш мощности сигнала и шума на входе приёмника. Шумы усиливаются всеми кас­кадами приёмника, причём в каждом последующем каскаде к усиленным шу­мам антенны добавляются собственные шумы каскада. Величина, показываю­щая, во сколько раз отношение сигнал-шум на входе приёмника больше, чем на выходе его линейной части, называется коэффициентом шума N=γ_вх/γ_вых. В идеальном нешумящем приемнике N=1, т.к. сигнал и шум усиливаются одинаково.