Аналоговые и цифровые радиоприемные устройства

Ф N

ГР

Рис. 6. 38. Структурная схема панорамного радиоприёмного устройства параллельного анализа с последовательным опросом фильтров

Комбинированный метод позволяет сократить время анализа или исполь-

зуется, когда последовательный анализ невозможен из-за очень широкой полосы обзора.

Основными качественными показателями панорамных радиоприёмных устройств являются: разрешающая способность, точность отсчёта частоты, по-

лоса обзора, скорость анализа, динамический диапазон и чувствительность.

Разрешающая способность. Под разрешающей способностью понимается способность приёмника разделять две соседние частотные составляющие анали-

зируемого спектра или два соседних по частоте радиоизлучения. Количественно разрешающую способность определяют, как минимальный интервал по частоте между двумя радиоизлучениями.

Отличительной особенностью панорамных приёмных устройств с после-

довательным анализом является изменение АЧХ, т.е. динамической характери-

стики резонансной системы. С увеличением скорости перестройки увеличива-

ется полоса пропускания радиоприёмного устройства. Минимальная динамиче-

ская полоса пропускания (6.18)

где 0 p – скорость изменения частоты настройки радиоприёмного устрой-

ства;

p – частота сканирования радиоприёмного устройства.

Оптимальная статическая полоса пропускания резонансной системы

Выражение (6.18) служит основным критерием расчёта разрешающей спо-

собности, а выражение (6.19) определяет полосу пропускания радиоприёмника.

Точность отсчёта частоты S позволяет судить, с какой точностью можно измерить частотный интервал между спектральными составляющими

или истинное значение частоты каждой из них. Точность отсчёта частоты харак-

теризуется выражением

Чем меньше это отношение, тем выше точность отсчёта частоты.

Полоса обзора характеризует полосу одновременно просматриваемых ча-

стот, в пределах которой ведётся частотный анализ. В приёмниках параллельного и комбинированного анализа полоса обзора определяется полосой пропускания всех высокочастотных каскадов до смесителя. В приёмниках последовательного анализа – полосой пропускания узкополосных фильтров. В зависимости от назна-

чения полоса обзора может меняться. Широкополосный режим используют для грубого анализа, узкополосный – для точного.

Скорость анализа характеризует время анализа исследуемого процесса в определённой полосе обзора. При параллельном анализе скорость анализа опреде-

ляется временем установления колебаний в резонаторе, при последовательном – скоростью изменения частоты

(6. 21)

При проектировании необходимо исходить из требования максимума ско-

рости анализа, учитывая изменения динамической полосы пропускания.

Динамический диапазон определяется способностью приёмника нор-

мально функционировать по определённому критерию при воздействии на его вход сигналов с большим разбросом их уровней. Величина динамического диа-

пазона определяет разрешающую способность, так как на вход приёмного устройства одновременно могут воздействовать несколько сигналов с большой разницей амплитуд отдельных составляющих.

183

Чувствительность. Чувствительность панорамного радиоприёмного

устройства определяется по визуальному каналу приёма при минимальном зна-

чении э.д.с. или мощности сигнала в антенне.

6.6.6. Особенности построения радиолокационного приёмника им-

пульсных сигналов

Используемый диапазон радиочастот приёмников РЛС начинается с 40

МГц и выше. Особенностью радиолокатора является наличие обшей антенны пе-

редатчика и приёмника. Структурная схема приёмника состоит из приёмно-пре-

образовательного блока (ППБ), УПЧ и импульсного или пикового детектора.

Блок ППБ подключён к антенне через защитное устройство (ЗУ) от мощных сиг-

налов передатчика (П) или помех и антенный переключатель (АП) и содержит:

малошумящий усилитель (МШУ), фильтр подавления зеркального канала (ФЗК)

и основной смеситель (СМ 1) (Рис. 6. 39).

Частота гетеродина (Г) стабилизируется системой АПЧ, в состав которой входит: управитель гетеродина (У), УПЧ системы АПЧ со смесителем (СМ2),

частотный детектор (ЧД), делитель мощности гетеродина (Дел.) смесители СМ1

и СМ2. С выхода ППБ сигнал поступает на фильтр промежуточной частоты

(ФПЧ) и логарифмический УПЧ (ЛУПЧ).

Рис. 6. 39. Структурная схема ППБ радиолокационного приёмника

Полоса пропускания ФПЧ приёмника определяется его назначением (2. 15) и (2.16). В условиях динамического диапазона входных воздействий 90 дБ и более требуется использование систем АРУ: мгновенное (МАРУ), быстродей-

ствующее (БАРУ) или ЛУПЧ, содержащего идентичные усилительные кас-

184

кады ограничители (У-О) на основе дифференциальных усилителей с встроен-

ными импульсными детекторами. Продетектированные импульсные сигналы поступают на сумматор и на вход импульсного усилителя (Рис. 6. 40) [48]. Ра-

диочастотный выход У-О может быть использован для обработки сигналов, со-

держащих информацию в виде изменения фазы.

Вход

У О У О У О У О У О У О Выход У-О

Рис. 6. 40. Структурная схема ЛУПЧ с последовательным суммированием

Амплитудная характеристика ЛУПЧ в диапазоне входных воздействий имеет вид кусочно-линейной аппроксимации. Точки перелома линий обуслов-

лены поочерёдным вхождением усилительного каскада, начиная с последнего, в

режим ограничения (Рис. 6. 41).

Рис. 6. 41. Амплитудная характеристика логарифмического УПЧ Погрешность логарифмирования ЛУПЧ δ% зависит от линейного усиле-

ния каждого каскада К0 определяется зависимостью (Рис. 6. 42).

186

На практике, в виду невозможности обеспечении идентичности усиления каждого каскада, требуется его корректировка цепями сумматора.

Необходимо учитывать время задержки сигналов, что сказывает не форме сигнала на выходе сумматора.

Верхняя частота усилителя – ограничителя в линейном режиме (без огра-

ничения радиосигнала) должна в 2…3 раза больше величины промежуточной частоты. Более подробно, об особенностях проектирования ЛУПЧ, изложено в литературе [48].

Контрольные вопросы по главе 6

1.Каковы особенности построения структурной схемы радиовещательных приёмников АМ и ЧМ сигналов?

2.Как меняется отношение сигнал/шум на выходе приёмника АМ-сигналов

ипочему?

3.Как меняется отношение сигнал/шум на выходе приёмника УКВ ЧМ-сиг-

налов и почему?

4. Каковы особенности построения радиоприёмников стереофонического УКВ ЧМ вещания и от каких параметров зависит величина переходного затуха-

ния?

5. Каковы отличия тональной и надтональной части спектра систем стерео-

фонического вещания сигнала с КСС и сигнала с пилот-тоном?

6. Каковы особенности построения структурной схемы отечественного ана-

логового приёмника телевизионного вещания?

7. Каковы особенности построения структурных схем радиоимпульсных ло-

кационных приёмников обнаружения сигналов и измерения параметров движе-

нии цели?

8.Каковы особенности построения структурной схемы приёмника сигналов однополосной амплитудной модуляцией?

9.Чем отличается радиоприёмник с частичным подавлением от приёмника полным подавлением несущей сигнала?

187

10. Каковы особенности работы приёмников радиолокационных станций об-

наружения сигналов и измерения параметров цели?

11. Каковы особенности построения панорамных приёмников последова-

тельного анализа?

12. Каковы особенности построения панорамных приёмников параллельного анализа?

188

7. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ПРИЁМНИКОВ

СЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛОВ

7.1.Общие сведения ЦОС в радиоприёмных устройствах

Цифровая обработка сигналов (ЦОС) в радиоприёмниках отличается от цифровых методов передачи сообщений, когда цифровая форма передаваемых сообщений уже формируется на передающей части радиосистемы. Примени-

тельно к приёмникам ЦОС не требует введения в цифровой поток избыточности сигнала за счёт кодирования, перемежения и других методов повышения поме-

хозащищённости. Приёмники с ЦОС осуществляют фильтрацию, преобразова-

ние частоты, детектирование и последетекторную обработку сигнала цифро-

выми методами. Принимаемый сигнал может быть представлен как в аналого-

вом, так и в цифровом виде. Несмотря на ограничения по быстродействию, опи-

санию процессов обработки и сложностью элементной базы ЦОС имеет преиму-

щества перед аналоговой обработкой: высокая точность воспроизведения сигна-

лов, гибкая система перестройки алгоритмов обработки; высокая технологич-

ность и повторяемость технических параметров; проведение диагностических операций по выявлению неисправностей; стабильные эксплуатационные харак-

теристики.

Процессы ЦОС состоит из нескольких этапов (Рис. 7. 1).

Рис. 7. 1. Процесс преобразования сигналов при цифровой обработке Схема ЦОС содержит: аналоговый фильтр (АФ), устройство выборки-хра-

нения (УВХ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровое вычисли-

тельное устройство (ЦВУ), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и анало-

говый интерполяционный фильтр (АИФ). Из всего процесса следует выделить этапы: дискретизации, квантования по уровню и кодирование. Операцию дис-

кретизации выполняет УВХ, определяющее мгновенное значение аналогового входного сигнала x(t). Фиксация сигнала выборки W(t) во времени хв(t) для его преобразования в число хвх(t). В зависимости от режима хранения подразделяют

189

на следящие и интегрирующие. В следящем УВХ безынерционно к сигналу хв(t)

во время выборки tв и неизменно во время хранения tхр. Перед импульсом вы-

борки устройство хранения (Хр) обнуляется (Рис. 7. 2) [38].

Tд

Рис. 7. 2. Процесс преобразования сигналов при цифровой обработке

В интегрирующем УВХ устройство Хр интегрирует входной сигнал за время выборки tв и хранит без изменения результат интегрирования в течении времени хранения tхр. Обнуление УВХ производится также, как и в следящем режиме. Процесс преобразования в АЦП проводится в три этапа: квантование КВ в сигнал хк.вх(t), преобразование (ПР) в код и занесение кода в регистр (РГ)

сигнала х(n) (Рис. 7. 2) [38].

7.2. Требования к элементам приёмников цифровых сигналов

Для ЦОС в реальном масштабе времени используются специализирован-

ные быстродействующие микропроцессоры (МП), в состав которых входят АЦП и ЦАП. Микропроцессоры определяют разрядность АЦП, ЦАП и регистров про-

цессора, их аппаратные затраты и качественные показатели. При практической реализации цифровых фильтров (ЦФ), требуются значительные вычислительные мощности для сравнительной оценки отношения сигнал/шум на выходе АФ (γа) и ЦФ (γц) (Рис. 7. 3).

Отношение с/ш на выходе аналогового и цифрового фильтров:

190

Рис. 7. 3. Процесс фильтрации сигналов в АФ (а), МП (б) и комбинированным (в) методами

При условии, что МП не вносит шумы (Рис. 7. 3, б), то отношение с/ш на выходе ЦАП γц (Рис. 7. 3, в) будет меньше, чем после АФ (Рис. 7. 3, а), а выигрыш

составит а 1. Поскольку шумы квантования не коррелированы с входным

ц

флуктуационным шумом, то дисперсии Дшкв и шума Дш на выходе ЦФ суммиру-

ются, а значит выигрыш составит

Форма АЧХ фильтра и избирательные свойства приёмника влияют на раз-

рядность АЦП, поэтому [38]