Аналоговые и цифровые радиоприемные устройства

11

году (Рис. 1. 1). В передатчике, схема которого показана слева, по существу по-

вторен передатчик Герца с индукционной катушкой ИК с разрядником Р и пре-

рывателем Румкорфа. Для передачи сигналов служил телеграфный ключ Морзе

ТК.

Рис. 1. 1. Схема радиосвязи передачи приёма Г. Маркони Главное отличие устройств, разработанных Маркони, состояло в примене-

нии антенн с высоко поднятым вертикальным проводом и заземления.

В эти же годы сходные эксперименты проводил в Петербурге А.С. Попов,

однако, на более чем скромной базе учебного заведения. В первой половине 1895

года, применив когерер для встряхивания обыкновенный электрический звонок,

он осуществил свой знаменитый «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний». Этот радиоприёмник позволил проводить исследова-

ния и лекционные демонстрации, а с включением самописца сделал возможной регистрацию на больших расстояниях грозовых атмосферных разрядов (Рис. 1.

2). Так был создан знаменитый «грозоотметчик», вошедший в историю радио-

техники и описанный в школьных учебниках физики [3]. В дальнейшем этот ра-

диоприёмник послужил основой экспериментов по радиотелеграфной связи между кораблями и берегом. Результаты этих работ оказали значительное влия-

ние на дальнейшее развитие радиотехники в России.

12

Начало XX века ознаменовалось бурным развитием разработанных ранее радиоприёмников. Работы по улучшению качества слухового приёма звука до-

стигла в пределах 500...1000 Гц. В 20-е годы прошлого столетия, началось разви-

тие вакуумной электроники. Электронные лампы, изобретённые в первом деся-

тилетии XX века, внедрялись в серийное и массовое производство вплоть до

50 60-х годов. В 50-е годы отмечена замена вакуумных электронных ламп полу-

проводниковыми приборами. В радиопередатчиках большой мощности элек-

тронные лампы применяются и в настоящее время [3]. Разработанные в 30-е и

40-е годы XX века, микроволновые радиолокационные системы и устройства по-

служили причиной создания и развития новых средств радиосвязи [1].

В 50-е и 60-е годы XX века в большей части стран были сооружены сети радиорелейных линий большой протяжённости и с большой пропускной способ-

ностью и создавались главным образом для передачи телевизионных программ,

а также для многоканальной телефонной связи между городами, регионами и странами [4, 10].

Начало XX века ознаменовалось началом и становлением телевидения в России и за рубежом. Истоки формирования основ трёхкомпонентной физиоло-

гической особенности зрения, на которой основываются современные системы цветного телевидения, впервые высказано М.В. Ломоносовым в 1756 году и раз-

вито Юнгом и Гельмгольцем. Идея разбивки изображения на элементы и пооче-

рёдную последовательность их передачи предложена немецким студентом П.

Нипковым в 1875 - 1876 гг. Термин «телевидение» впервые был употреблён в

13

1900 г. русским инженером-электриком К.Д. Перским на Международном элек-

тротехническом конгрессе в Париже в докладе «Электрическое телевидение».

Осенью 1910 года Б.Л. Розинг делает в Русском техническом обществе доклад

«Об электрической телескопии и одном возможном способе её выполнения» ука-

зав, единственный путь реализации телевидения он видел в применении безы-

нерционных электронных приборов с помощью электронного пучка. Порази-

тельно, но этот смелый вывод был сделан в то время, когда сама электроника находилась в зачаточном состоянии. «Катодный пучок, - писал изобретатель, -

есть именно то идеальное перо, которому самой природой уготовано место в ап-

парате получения изображения в электрическом телескопе. Оно обладает тем ценнейшим свойством, что его можно непосредственно двигать с какой угодно скоростью при помощи электрического или магнитного поля, могущего быть притом возбуждённым со скоростью света с другой станции, находящейся на ка-

ком угодно расстоянии» [8]. На телевизионную систему, использующую моду-

ляцию скорости электронного пучка, Розинг получил в 1911 году российский, а

потом английский, германский и американский патенты.

Первое вещание цветного телевидения в СССР осуществлялось по системе

PAL (1953-1956 гг.), не обеспечивающим приём программ цветного телевидения на обычные черно-белые телевизоры и приём на цветные телевизоры программ черно-белого изображения [10]. Первая совместимая (1953 г.), полностью элек-

тронная система цветного телевидения NTSC была разработана в США на основе стандарта 525 строк, 30 кадров. Опытное вещание по совместимой системе СЕ-

КАМ в СССР началось в 1957 году, а регулярное в 1967 году [10].

Внастоящее время идёт бурное развитие и внедрение цифровых технологий

вназемной и космической системах радиовещания, радиосвязи и передачи дан-

ных.

Контрольные вопросы по главе 1

1.Кто из учёных впервые отметил распространение электрических про-

цессов в атмосфере и что было использовано для их регистрации?

14

2.Кто из учёных и в каком году впервые использовал на практике, приём-

ник для регистрации атмосферных грозовых разрядов?

3.Что послужило основой создания Луиджи Гальвани прибора, регистри-

рующего разряды в атмосфере?

4.В каком году и кем была продемонстрированная первая коммерческая система радиосвязи передатчик приёмник?

5.Каков диапазон воспроизведения звукового сигнала достигла в начале ХХ века?

6.Кто из учёных сформулировал основы трёхкомпонентной физиологиче-

ской особенности зрения человека?

7.Кто предложил термин «телевидение» применительно к устройствам передачи изображения?

8.Кто получил патент на телевизионную систему, использующую моду-

ляцию скорости электронного пучка?

9.Когда в СССР осуществлялось первое вещание цветного телевидения?

10.В каком году в СССР, и на основе какого стандарта началось регуляр-

ное вещание цветного телевидения?

15

2.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ

2.1. Обобщённая структурная схема радиоканала. Об-

щие требования

Радиоприёмные устройства являются неотъемлемой частью любой радио-

технической системы или комплекса и включаются в состав радиоканала. Струк-

турная схема радиоканала содержит источник сообщений, передающее устрой-

ство, передающую антенну, тракт передачи энергии электромагнитной волны с полезной информацией, приёмную антенну с радиоприёмным устройством (Рис.

2. 1). Особенностью передачи информации по радиоканалу является наличие ис-

точников внешних помех [13].

Источник внешних помех

Рис. 2. 1. Обобщенная структурная схема радиоканала В общих требованиях к радиоприёмным устройствам указываются назна-

чение и место установки радиоприёмного устройства, состав комплекта (ан-

тенна, приёмник, оконечное устройство) и аппаратура, с которой должен рабо-

тать приёмник, но которая не входит в комплект.

2.2. Основные показатели технических характеристик

Основными техническими характеристиками радиоприёмных устройств являются:

диапазон частот;

чувствительность;

избирательность;

полоса пропускания;

амплитудная характеристика;

16

переходная характеристика;

динамический диапазон;

стабильность технических характеристик;

качество воспроизведения сигналов;

ручные и автоматические регулировки;

входная цепь;

выходная цепь;

источник питания.

Диапазон частот

Диапазон частот – интервал частот, в пределах которого радиоприёмник при перестройке сохраняет свои основные параметры. Радиоприёмное устрой-

ство может быть предназначено для работы на одной или нескольких фиксиро-

ванных частотах или непрерывном (прерывном) диапазоне частот (f0min ... f0max) и

определяется коэффициентом перекрытия по частоте. Коэффициентом перекры-

тия по частоте в пределах одного диапазона (поддиапазона) определяется отно-

шением K f . f0max ). Для радиоприёмников с двумя и более диапазонов перекры-

f0min

тие по частоте определяется числом диапазонов или поддиапазонов, а также за-

пасом перекрытия по частоте между ними.

Чувствительность

Чувствительность – способность радиоприёмника принимать слабые сиг-

налы. Чувствительность приёмника определяется величиной э.д.с. (номинальной мощностью) сигнала, наводимой в антенне (или эквиваленте), при которой обес-

печивается заданное напряжение (мощность) сигнала на выходе приёмника.

Оценка чувствительности радиоприёмного устройства определяется его назна-

чением, видом модуляции принимаемых сигналов и структурой построения.

Реальная чувствительность равна величине э.д.с. (номинальной мощно-

сти) сигнала в антенне, при которой напряжение (мощность) сигнала на выходе приёмника превышает напряжение (мощность) помех в заданное число раз.

17

Предельная чувствительность определяется при условии, если мощность сигнала равна мощности помех на выходе линейной части радиоприёмника. Пре-

дельная чувствительность также характеризуется и коэффициентом шума, рав-

ного отношению мощности шумов, создаваемых на выходе линейной части при-

ёмника эквивалентом антенны (при комнатной температуре 290 К), к мощности шумов, создаваемых эквивалентом антенны.

При приёме радиоимпульсных сигналов для оценки чувствительности ра-

диоприёмного устройства используется понятие тангенциальной чувствитель-

ности. Определение тангенциальной чувствительности производится при мини-

мальной мощности сигнала на входе радиоприёмного устройства, когда на его выходе детектора, на экране осциллографа, наблюдается видеоимпульс (Рис. 2.

2) когда нижняя граница сигнала, отмеченная пунктирной линией, совпадает с верхней границей полоски шумовой дорожки при отсутствии сигнала на входе радиоприёмника [1].

Uвых. дет

t

Рис. 2. 2. К определению тангенциальной чувствительности приёмника радиоимпульсных сигналов

Оценка чувствительности приёмника аналоговых сигналов. Если чувстви-

тельность приёмника ограничивается собственными шумами, то можно оценить реальной или предельной чувствительностью, коэффициентом шума и шумовой температурой.

Тангенциальная чувствительность определяется отношением сигнал/шум

примерно 4 дБ.

Оценка чувствительности приёмника цифровых сигналов. При приёме цифровых (дискретных) сигналов чувствительность определяется наличием

19

Избирательные свойства радиоприёмного устройства характеризуются также и коэффициентом прямоугольности KПР , определяемым выражением

где fСОС расстройка приёмника относительно частоты соседнего канала;

ППР полоса пропускания приёмника.

Пространственная избирательность осуществляется с помощью направ-

ленных приёмных антенн и существенно ослабляет внешнюю помеху на входе приёмника. Это мера эффективна, если направления на источники сигнала и по-

мехи заметно различаются между собой. Наибольшее распространение этот вид избирательности получил в диапазоне сверхвысоких частот, где легко осуще-

ствимы остронаправленные приёмные антенны.

Поляризационная избирательность основана на различии в поляризации электромагнитных колебаний сигнала и помехи. Отмечено, что электромагнит-

ное излучение некоторых промышленных источников помех имеет вертикаль-

ную поляризацию. Использование горизонтальной поляризации сигнала и при-

менение соответствующих антенн может уменьшить влияние помех. Однако су-

щественно ослабить влияние помех не представляется возможным, поэтому дан-

ный метод не нашёл практического применения.

Амплитудная избирательность используется в радиоприёмниках, предна-

значенных для приёма импульсно-модулированных сигналов. Суть схемной ре-

ализации заключается в том, что амплитудный селектор подаёт на выход радио-

приёмного устройства сигналы, интенсивность которых лежит в пределах воз-

можного изменения уровня полезного сигнала. Однако помехи, уровень которых превышает уровень полезного сигнала, могут быть эффективно подавлены только в том случае, если они имеют импульсный характер и сравнительно редко перекрываются с полезным сигналом.

20

Временная избирательность может быть реализована, если момент появ-

ления сигнала на входе приёмника точно известен. Этот вид избирательности ча-

сто используется в импульсных радиолокационных приёмниках со стробирова-

нием. В режиме стробирования приёмник открывается только на короткие ин-

тервалы времени, соответствующие ожидаемому приходу отражённых импульс-

ных сигналов. При приёме радиосигналов цифровых технологий передачи дан-

ных также используется временное разделение виртуальных каналов сотовой си-

стемы связи GSM (TDMA) [18].

Избирательность по форме сигнала. Одним из примеров может служить избирательность по длительности импульса. При практической реализации ис-

пользуются несколько видов избирательности. Усиление полезного сигнала вы-

сокочастотным трактом приёмника неизбежно ведёт к нелинейным взаимодей-

ствиям сигнала и помех в усилительных приборах, характеризуемая «нелиней-

ной избирательностью» радиоприёмников. К подобным нелинейным искаже-

ниям следует отнести: сжатие, блокирование, перекрёстные, интермодуляцион-

ные и другие каналы приёма.

Если направления на источники сигнала и помех не совпадают, использу-

ется пространственная избирательность с применением направленной антенны.

Такие меры в подавляющем большинстве не достаточны. Дальнейшая избира-

тельность обеспечивается выбором селективными цепями (системами) самого приёмника. При рассмотрении избирательных свойств радиоприёмников ис-

пользуется понятие «линейная избирательность»: ослабление помех, близких по частоте принимаемому полезному сигналу (соседних каналов). Ослабление со-

седних каналов обуславливается шириной полосы радиоприёмника при их ослаблении в 10, 100 и более раз.

Полоса пропускания. Полоса пропускания – интервал частот, в пределах которого при данной настройке приёмника частотные искажения не превышают заданного уровня. Полосы пропускания зависят от типа приёмника и вида при-

нимаемых сигналов и могут принимать значения от нескольких десятков герц