 
        
        Радиоприемные устройства
..pdfФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
В.П. Пушкарёв
радиоприемные Устройства
Учебник
Призер II конкурса публикаций «Университетский учебник-2018»
Издание доступно в ЭБС IPR books и Библиокомплектатор
Ай Пи Ар Медиа Саратов • 2019
УДК 621.396 ББК 32.849 П91
Автор:
Пушкарёв В.П. — канд. техн. наук, доц. кафедры радиотехнических систем Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники
Рецензенты:
Стукач О.В. — д-р техн. наук, проф. кафедры компьютерных измерительных систем и метрологии Национального исследовательского Томского политехнического университета;
Авдоченко Б.И. — д-р. техн. наук, проф. кафедры радиоэлектроники и систем связи Томского государственного университета
систем управления и радиоэлектроники
Пушкарёв, В.П.
П91 Радиоприемные устройства : учебник / В.П. Пушкарёв. — Саратов : Ай Пи Ар Медиа, 2019. — 226 с.
ISBN 978-5-4497-0181-7
В учебнике представлены классификация и основы построения функциональных и структурных схем радиоприемных устройств с различными видами модуляций; физические принципы работы основных функциональных узлов; особенности обработки радиосигналов аналоговых и цифровых систем радиовещания, радиосвязи, радиолокации и позиционирования.
Подготовлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования, предъявляемыми к изучению дисциплины «Радиоприемные устройства».
Учебник предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата 11.03.01 «Радиотехника», 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника»; магистратуры 11.04.01 «Радиотехника», 11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника». Может быть полезен для студентов специальностей высшего образования 10.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы». Рекомендуется для самостоятельной подготовки студентов к практическим, лабораторным занятиям и курсовому проектированию.
Купить издание как у единственного поставщика:
в печатном виде: ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»: 8-800-555-22-35 (бесплатный звонок по России), доб. 208, 214, 222 E-mail: izdat@iprmedia.ru, books@iprmedia.ru, n.bukalova@profobr.pro в электронном виде: Отдел продаж и внедрения ЭБС: 8-800-555-22-35 (бесплатный звонок по России), доб. 206, 213, 144, 145 E-mail: sales@iprmedia.ru
©Пушкарёв В.П., 2019
©ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2019
ОглавлеНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................................ | 7 | 
| ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ...................... | 9 | 
| ГЛАВА 1. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ................................................ | 14 | 
| Контрольные вопросы........................................................................................................................ | 17 | 
| ГЛАВА 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОПРИЕМНЫХ | 
 | 
| УСТРОЙСТВ...................................................................................................................................................... | 19 | 
| 2.1. Обобщенная структурная схема радиоканала. | 
 | 
| Общие требования........................................................................................................................ | 19 | 
| 2.2. Основные показатели технических характеристик....................................... | 20 | 
| 2.3. Классификация и основные качественные показатели.............................. | 27 | 
| 2.4. Частотные диапазоны систем радиовещания, | 
 | 
| радиосвязи и радиодоступа................................................................................................. | 29 | 
| 2.4.1. Диапазоны частот звукового и телевизионного вещания....... | 29 | 
| 2.4.2. Диапазоны любительской, служебной | 
 | 
| и гражданской связи.................................................................................................... | 31 | 
| 2.4.3. Частотные диапазоны систем сотовой телефонии | 
 | 
| и радиодоступа 3-го, 4-го поколения, Wi-Fi и Bluetooth............ | 35 | 
| 2.4.4. Частотные диапазоны космических систем радиосвязи, | 
 | 
| радиовещания, навигации и позицирования.......................................... | 38 | 
| 2.5. Шумы и помехи радиоприему........................................................................................... | 39 | 
| 2.6. Описание радиосигналов, эффективная ширина спектра | 
 | 
| сигналов систем радиовещания, радиосвязи и радиодоступа.............. | 45 | 
| 2.6.1. Сигналы аналоговых систем радиовещания и радиосвязи...... | 45 | 
| 2.6.2. Особенности формирования сигналов цифровых систем | 
 | 
| радиовещания и радиосвязи................................................................................. | 49 | 
| 2.6.3. Особенности формирования сигнала цифрового эфирного | 
 | 
| телевизионного вещания......................................................................................... | 51 | 
| 2.6.4. Особенности формирования сигналов телефонии GSM........... | 52 | 
| 2.6.5. Особенности формирования сигналов цифровых систем | 
 | 
| управления радиодоступом................................................................................. | 53 | 
| -3- | 
 | 
 
ОГЛАВЛЕНИЕ
2.6.6.Электромагнитная совместимость и нелинейные искажения, возникающие в линейном тракте
| радиоприемника.............................................................................................................. | 55 | 
| Контрольные вопросы........................................................................................................................ | 57 | 
| ГЛАВА 3. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА | 
 | 
| РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ............................................................................................ | 58 | 
| 3.1. Обобщенная структурная схема радиоприемных устройств................ | 58 | 
| 3.2. Радиоприемники детекторного типа и прямого усиления........................ | 59 | 
| 3.3. Сверхрегенеративные радиоприемные устройства....................................... | 60 | 
| 3.4. Супергетеродинные радиоприемные устройства............................................ | 61 | 
| 3.5. Радиоприемные устройства прямого преобразования................................ | 64 | 
| 3.6. Инфрадинные радиоприемные устройства........................................................... | 65 | 
| 3.7. Приемо-передающие устройства радиотехнических систем............... | 66 | 
| Контрольные вопросы........................................................................................................................ | 67 | 
| ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ...... | 68 | 
| 4.1. Входные цепи радиоприемных устройств.............................................................. | 68 | 
| 4.1.1. Общие сведения, классификация и структура | 
 | 
| входной цепи....................................................................................................................... | 68 | 
| 4.1.2. Антенны и эквиваленты антенн | 
 | 
| радиоприемных устройств................................................................................ | 69 | 
4.1.3.Входные цепи диапазонных радиоприемных устройств при различных связях с ненастроенной антенной
| и нагрузкой........................................................................................................................... | 80 | 
| 4.1.4. Входная цепь с магнитной антенной........................................................ | 92 | 
| 4.1.5. Входные цепи с настроенной антенной.................................................. | 94 | 
| 4.1.6. Входные цепи с электронной перестройкой по частоте....... | 98 | 
| 4.1.7. Шумовые свойства антенно-фидерной системы........................ | 100 | 
| 4.2. Селективные усилители радиосигналов радиоприемников................ | 105 | 
| 4.2.1. Общие сведения и структура селективных усилителей..... | 105 | 
| 4.2.2. Усилители радиочастоты................................................................................ | 107 | 
| 4.2.3. Усилители промежуточной частоты.................................................. | 110 | 
| 4.2.4. Шумовые свойства усилителей радиочастоты........................... | 114 | 
| 4.3. Преобразователи частоты радиоприемных устройств............................ | 116 | 
| 4.3.1. Общие сведения о преобразовании частоты..................................... | 116 | 
| 4.3.2. Анализ передаточных свойств | 
 | 
| преобразователя частоты............................................................................... | 119 | 
| 4.3.3. Шумовые свойства преобразователей частоты.......................... | 121 | 
| -4- | 
 | 
| ОГЛАВЛЕНИЕ | |
| 
 | 
 | 
| 4.4. Детекторы радиоприемных устройств................................................................... | 123 | 
| 4.4.1. Общие сведения и структура детекторов | 
 | 
| радиосигналов................................................................................................................. | 123 | 
| 4.4.2. Детектор амплитудномодулированных сигналов.................... | 124 | 
| 4.4.3. Детектор радиоимпульсных сигналов.................................................. | 129 | 
| 4.4.4. Синхронный детектор......................................................................................... | 130 | 
| 4.4.5. Корреляционный детектор............................................................................. | 131 | 
| 4.4.6. Детектор частотно-модулированных сигналов........................ | 131 | 
| 4.4.7. Фазовые детекторы радиосигналов.......................................................... | 134 | 
| Контрольные вопросы..................................................................................................................... | 135 | 
| ГЛАВА 5. РУЧНЫЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ | 
 | 
| В РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВАХ........................................................................... | 137 | 
| 5.1. Общие сведения о системах регулирования...................................................... | 137 | 
| 5.2. Система автоматической регулировки усиления.......................................... | 139 | 
| 5.3. Система автоматической подстройки частоты................................................ | 144 | 
| 5.4. Система фазовой автоподстройки частоты........................................................ | 147 | 
| 5.5. Оценка устойчивости автоматических регулировок | 
 | 
| в радиоприемных устройствах...................................................................................... | 150 | 
| Контрольные вопросы..................................................................................................................... | 151 | 
| ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АНАЛОГОВЫХ | 
 | 
| РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ......................................................................................... | 152 | 
| 6.1. Общие сведения по построению схем радиоприемников....................... | 152 | 
| 6.2. Особенности построения радиоприемников АМ-сигналов | 
 | 
| систем звукового вещания................................................................................................. | 158 | 
| 6.3. Особенности построения приемников УКВ ЧМ-сигналов | 
 | 
| систем монофонического радиовещания............................................................... | 159 | 
| 6.4. Особенности построения радиоприемников ЧМ-сигналов | 
 | 
| систем стереофонического звукового вещания............................................... | 161 | 
| 6.4.1. Особенности восприятия человеком объемного звука............. | 161 | 
| 6.4.2. Требования к системе стереофонического вещания.................. | 163 | 
| 6.4.3. Особенности построения структурных схем | 
 | 
| стереофонических радиоприемников УКВ ЧМ-сигналов...... | 164 | 
| 6.4.4. Шумы и чувствительность стереофонических | 
 | 
| радиоприемных устройств............................................................................. | 167 | 
| 6.5. Особенности построения телевизионного приемника............................... | 169 | 
| -5- | 
 | 
 
ОГЛАВЛЕНИЕ
| 6.6. Особенности построения профессиональных приемников................... | 172 | 
| 6.6.1. Классы радиоизлучений........................................................................................ | 172 | 
| 6.6.2. Структурные схемы линейного тракта | 
 | 
| профессиональных радиоприемных устройств........................... | 176 | 
| 6.6.3. Особенности построения приемников Си-Би диапазона..... | 178 | 
| 6.6.4. Особенности построения радиоприемных устройств | 
 | 
| систем связи миллиметрового и оптического диапазонов.... | 182 | 
| 6.6.5. Особенности построения................................................................................... | 185 | 
| 6.6.6. Особенности построения радиолокационного приемника | 
 | 
| импульсных сигналов.............................................................................................. | 190 | 
| Контрольные вопросы..................................................................................................................... | 193 | 
| ГЛАВА 7. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ПРИЕМНИКОВ | 
 | 
| С ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛОВ................................................................... | 194 | 
| 7.1. Общие сведения ЦОС в радиоприемных устройствах.............................. | 194 | 
| 7.2. Требования к элементам приемников цифровых сигналов.................. | 195 | 
| 7.3. Основные элементы цифровых радиоприемных устройств................ | 198 | 
| 7.3.1. Цифровые фильтры................................................................................................. | 198 | 
| 7.3.2. Преобразователь Гильберта............................................................................ | 200 | 
| 7.3.3. Цифровые преобразователи частоты.................................................... | 202 | 
| 7.3.4. Цифровые генераторы........................................................................................... | 203 | 
| 7.3.5. Цифровые детекторы сигналов.................................................................... | 203 | 
| 7.4. Радиоприемные устройства с додетекторной ЦОС..................................... | 212 | 
| 7.5. Радиоприемные устройства с последетекторной цифровой | 
 | 
| обработкой сигналов................................................................................................................ | 213 | 
| Контрольные вопросы..................................................................................................................... | 214 | 
| ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................................................... | 215 | 
| ГЛОССАРИЙ.................................................................................................................................................. | 216 | 
| БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................................................................... | 219 | 
-6-
ВВЕДЕНИЕ
Учебник предназначен для студентов радиотехнического и инфокоммуникационного направлений подготовки:
1) бакалавриата:
–11.03.01 «Радиотехника» (Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов);
–11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (Системы радиосвязи и радиодоступа. Системы мобильной связи);
2) магистратуры:
–09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» (Автоматизация проектирования микро- и наноэлектронных устройств для радиотехнических систем);
–11.04.01 «Радиотехника» (Радиотехнические системы и комплексы);
–11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (Радиоэлектронные системы передачи информации);
3) специалитета:
–10.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»;
–11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы».
Учебник представляет интерес для студентов, обучающихся по очной, вечерне-заочной формам высшего образования, в том числе с применением технологии дистанционного обучения.
Современное радиоприемное устройство представляет собой сложную систему, характеризуемую большим числом взаимосвязанных параметров. Поэтому на всех стадиях его проектирования целесообразно использовать системный подход, заключающийся в применении определенной последовательности этапов анализа технических характеристик, выбор структуры радиоприемного устройства, с использованием методов синтеза и оптимизации. Это позволит получить оптимальное решение при заданных критериях качества.
В результате изучения основ построения радиоприемных устройств студент должен:
1) обладать: способностью реализации новых принципов построения радиотехнических и инфокоммуникационных систем и сетей различных типов передачи, распределения, обработки и хранения информации; готовностью учитывать при проведении исследований, проектировании, организации технологических процессов и эксплуатации радиотехнических и инфокоммуникационных систем, сетей
-7-
 
Введение
иустройств мировой опыт в вопросах технического регулирования, метрологического обеспечения и безопасности жизнедеятельности; готовностью использовать современные достижения науки и передовые радиотехнические и инфокоммуникационные технологии, методы проведения теоретических и экспериментальных исследований в на- учно-исследовательских работах в области инфокоммуникационных технологий и систем связи;
2)знать: принципы работы и особенности организации современных систем мобильной связи; способы оценки размеров зон обслуживания базовых станций; особенности частотного планирования, способы расчета электромагнитной совместимости и оценки трафика в кластере базовых станций; основные стандарты мобильной связи;
3)уметь: применять на практике методы анализа и расчета основных характеристик систем мобильной связи; на основе технических характеристик имеющейся аппаратуры разрабатывать и внедрять соответствующую техническому заданию структуру кластера системы мобильной связи с учетом экологической безопасности; проводить натурный эксперимент по измерению основных характеристик базовых
имобильных станций;
4)владеть: первичными навыками настройки и регулировки аппаратуры систем мобильной связи при производстве, установке и технической эксплуатации.
-8-
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
А — антенна АД — амплитудный детектор
АИФ — аналоговый интерполяционный фильтр АМ — амплитудная модуляция
АМ-ОБ — амплитудная модуляция с одной боковой полосой АПЧ — автоматическая подстройка частоты АРУ — автоматическая регулировка усиления АЦП — аналого-цифровое преобразование АЧХ — амплитудно-частотная характеристика АЭ — активный элемент БАРУ — быстродействующая АРУ
БШР — бесшумная регулировка ВАРУ — временная АРУ ВАХ — вольтамперная характеристика
ВД — временной дискриминатор ВИМ — временная импульсная модуляция ВУ — видеоусилитель
ВФХ — вольт-фарадная характеристика ВЦ — входная цепь Г — гетеродин
Гр. — громкоговоритель ГПД — генератор плавного диапазона
ГУН — генератор, управляемый напряжением ДАРУ — детектор системы АРУ ДБШ — диод с барьером Шотке ДВ — диапазон длинных волн ДГ — диод Ганна ДД — динамический диапазон
ДКПД — делитель с переменным коэффициентом деления ДМВ — диапазон дециметровых волн ДХ — детекторная характеристика ИД — импульсный детектор КВ — диапазон коротких волн
КВЧ — диапазон крайне высоких частот КСГ — косинусно-синусный генератор КСС — комплексный стереосигнал
-9-
 
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
КЦФД — квадратурный цифровой фазовый детектор ЛТПР — линейный тракт радиоприемного устройства
ЛУПЧ — логарифмический усилитель промежуточной частоты МАРУ — мгновенная АРУ МВ — диапазон метровых волн
ММ — диапазон миллиметровых волн НИ — нелинейные искажения
НРЦФ — нерекурсивный цифровой фильтр ОА — ограничитель амплитуды
ОПБ — модуляция несущей с одной боковой полосой ООС — отрицательная обратная связь ОФ — оптический фильтр П — приемник
ПГ — преобразование Гильберта ПМК — полярно-модулированное колебание
ППГ — приемно-преобразовательный блок ПТ — полевой транзистор РЛС — радиолокационная станция РУ — регулируемый усилитель
РЦФ — рекурсивный цифровой фильтр СВ — диапазон средних волн СВЧ — диапазон сверхвысоких частот
СДХ — статическая детекторная характеристика СМ — смеситель СММ — диапазон субмиллиметровых волн
СР — сверхрегенеративный радиоприемник СФД — синхронно-фазовый детектор СЦ — согласующая цепь УАРУ — усилитель системы АРУ
УВЧ — усилитель высокой частоты УГ — управляемый гетеродин УКВ — диапазон ультракоротких волн
УКСГ — управляемый косинусно-синусный генератор УМ — угловая модуляция УНЧ — усилитель низкой частоты
УПТ — усилитель постоянного тока УПЧ — усилитель промежуточной частоты УРЧ — усилитель радиочастоты УВХ — устройство выборки-хранения
-10-
