Беляев, лекции.Основные понятия)

циента усиления по мощности, выраженного в децибелах

(рис. 1.13,а).

Амплитудная характеристика реального устройства имеет «за- гибы» в начале (при очень малой мощности сигнала на входе) и в конце (при большой мощности). «Загиб» в начале АХ обусловлен собственным шумом устройства: очевидно, что мощность выходно- го колебания не может быть меньше мощности собственного шума. Обычно считают, что минимально различимый сигнал – это такой сигнал, который на выходе устройства имеет такую же мощность, что и собственный шум. Следовательно, суммарная мощность сиг- нала и шума на выходе устройства превышает мощность собствен- ного шума Pш.вых. дБм в 2 раза или на 3 дБ. Поэтому началом линейно- го участка АХ считается такая точка А, для которой Pвых. дБм на 3 дБ

превышает уровень шума. Соответствующее значение мощности входного сигнала Pвх. min определяет нижнюю границу динамическо- го диапазона (рис. 1.13,б). «Загиб» в конце АХ обусловлен нели- нейными искажениями, которые возникают из-за нелинейности усилительных приборов при большом уровне сигнала. Верхней гра- ницей линейного участка АХ считается такая точка Б, в которой ре- альная АХ отклоняется от идеально линейной на 1 дБ (рис. 1.13,в).

Рис. 1.13. Амплитудная характеристика

Этой точке соответствуют входная Pвх. 1 дБ и выходная Pвых. 1 дБ мощ-

ности насыщения. Точку Б называют также точкой компрессии (по-английски она называется Compression Point и обозначается CP). Она определяет верхнюю границу динамического диапазона.

Линейный динамический диапазон по входу равен (рис. 1.14)

D1 дБ = Pвх. 1 дБ − Pвх. min .

D1 дБ

Рис. 1.14. К определению линейного динамического диапазона

Динамический диапазон по интермодуляционным искажениям 3-го порядка

Во многих практических задачах возникает необходимость ха- рактеризовать линейность приёмного тракта в условиях, когда на входе приёмника действует не одно колебание, а несколько. В этом случае верхнюю границу динамического диапазона принято опре- делять исходя из относительного уровня комбинационных состав-

ляющих (называемых также интермодуляционными искажения-

ми), которые образуются при действии двух колебаний с близкими частотами. Такими колебаниями могут быть, например, сигналы двух мешающих радиостанций, частó ты которых лежат за предела- ми полосы пропускания УПЧ, но в пределах полосы преселектора. При этом в первую очередь учитываются комбинационные состав- ляющие 3-го порядка*), частó ты которых определяются как

поскольку они имеют наибольший уровень и близки по частоте к полезному сигналу.

Рассмотрим следующий пример: частота полезного сигнала fс = 1000 кГц , частота 1-й помехи fм1 = 1040 кГц, частота 2-й по- мехи fм2 = 1080 кГц, частота гетеродина fг = 1500 кГц , промежу-

*) Порядок комбинационной составляющей равен сумме номеров гармоник колебаний, обра- зующих в результате нелинейного взаимодействия данную составляющую.

ответственно. При этом они будут находиться далеко за пределами полосы пропускания УПЧ и не повлияют на качество приёма по- лезного сигнала (рис. 1.15). Теперь рассмотрим комбинационную

частотой полезного сигнала. В преобразователе частоты это коле- бание, так же как и полезный сигнал, будет перенесено на проме- жуточную частоту и, следовательно, создаст помеху радиоприёму.

Рис. 1.15. АЧХ УПЧ и спектры сигнала и помех в тракте промежуточной частоты

Нижняя граница динамического диапазона по интермодуляци- онным искажениям 3-го порядка (точка А) определяется так же, как и для линейного динамического диапазона, по уровню собственного шума. Верхняя граница (точка В) определяется на основе так назы-

ваемой характеристической мощности интермодуляционных искажений 3-го порядка. Рассмотрим это понятие. Пусть на вход устройства подаются два колебания одинаковой амплитуды, имею- щие небольшое различие по частоте. Для определения характери- стической мощности интермодуляционных искажений 3-го порядка на графике амплитудной характеристики в двойном логарифмиче- ском масштабе строят зависимость мощности комбинационной со- ставляющей 3-го порядка от мощности входных колебаний. В слу- чае слабой нелинейности эта зависимость линейна с угловым коэф- фициентом 3. Далее строят линеаризованную АХ и линеаризован-

ную зависимость мощности комбинационной составляющей и на- ходят точку их пересечения (рис. 1.16). Эта точка называется харак- теристической точкой мощности искажений 3-го порядка. Обще- принятое её обозначение – IP3 ( от английского названия 3rd Order Intercept Point – точка пересечения 3-го порядка). Точка IP3 – это условная математическая характеристика, она не соответствует ка- кому-либо реальному уровню мощности. Более того, во многих случаях эта мощность превышает предельно допустимую для дан- ного устройства.

Если принять, что допустимый уровень интермодуляционных искажений равен мощности собственного шума, то по точке IP3 можно найти верхнюю границу Pвх. max динамического диапазона: она определяется как точка пересечения линеаризованной зависи- мости мощности комбинационной составляющей 3-го порядка и уровня собственного шума Pш.вых. дБм (точка В на рис. 1.17). Динами-

ческий диапазон по интермодуляционным искажениям 3-го порядка равен

DIP3 = Pвх. max − Pвх. min .

Определённый таким образом динамический диапазон в общем случае не совпадает с линейным динамическим диапазоном. По- этому на практике в качестве динамического диапазона устройства принимают наименьшую из этих величин.

Среди других электрических показателей РПУ упомянем сле-

дующие:

диапазон рабочих частот – область частот настройки РПУ, в пределах которой обеспечивается нормальный приём сигна- лов;

стабильность, искажения воспроизводимого сигнала (сооб- щения), выходная мощность.

Косновным конструктивным параметрам относятся:

удобство управления (эргономичность);

механическая прочность, влагостойкость, защита от радиа- ционного излучения;

вес и габариты.

Экономические показатели включают стоимость устройства в целом и отдельных его частей.

Все эти показатели взаимосвязаны – улучшение одного показате- ля зачастую приводит к ухудшению других.

1.4. Контрольные вопросы и задачи

Примеры ответа на типовые контрольные вопросы

Вопрос 1.1. Какие существуют два основных типа схем блока высо- кой частоты радиоприёмника?

Ответ. Существуют блок высокой частоты прямого усиления и блок высокой частоты, построенный по супергетеродинной схеме. В пер- вом случае усиление и частотная селекция сигнала осуществляются непосредственно на частоте принимаемого сигнала. Во втором случае предварительное усиление производится на частоте принимаемого сигнала, затем в преобразователе частоты сигнал переносится на бо- лее низкую промежуточную частоту и основное усиление осуществ- ляется на промежуточной частоте.

Вопрос 1.2. Какие блоки входят в состав супергетеродинного приём- ника? Какие из этих блоков имеются в составе и приёмника прямого усиления?

Ответ. В состав как супергетеродинного приёмника, так и приёмника

прямого усиления входят блок высокой частоты (БВЧ), демодулятор и блок низкой частоты. При этом БВЧ супергетеродинного приёмни- ка состоит из входной цепи, усилителя радиочастоты, преобразовате- ля частоты и усилителя промежуточной частоты, а БВЧ приёмника прямого усиления состоит только из входной цепи и усилителя ра- диочастоты.

Контрольные вопросы

1.Какие блоки входят в состав радиоприёмного устройства?

2.Какие функции выполняет блок высокой частоты радиоприёмни- ка?

3.Какие функции выполняет демодулятор? Чем определяется тип демодулятора?

4.Как изменяется резонансный коэффициент усиления БВЧ прямого усиления при увеличении частоты настройки приёмника путём изменения контурной ёмкости?

5.Каковы основные преимущества супергетеродинного приёмника по сравнению с приёмником прямого усиления? Какие ему при- сущи специфические недостатки?

6.Из каких узлов состоит и какие функции выполняет преобразова- тель частоты супергетеродинного радиоприёмника?

7.Почему целесообразно основное усиление сигнала производить на промежуточной частоте?

8.Что такое паразитные каналы приёма супергетеродинного приём- ника? Какие основные паразитные каналы приёма существуют? Чем определяется их частота?

9.Каковы основные электрические показатели качества радиоприё- ма?

10.Что такое «кривая избирательности» радиоприёмника?

11.Какие блоки супергетеродинного приёмника обеспечивают ослаб- ление помех, действующих по паразитным каналам приёма?

12.Какими средствами может быть повышена избирательность по па- разитным каналам приёма?

13.Какой блок супергетеродинного приёмника обеспечивает избира- тельность по соседнему каналу?

14.Что такое чувствительность радиоприёмного устройства? В каких единицах измеряется чувствительность вещательного приёмника АМ сигнала? В каких единицах измеряется чувствительность ра- диолокационного приёмника сантиметрового диапазона волн?

Примеры решения типовых задач

Задача 1.1. Экспериментально установлено, что приёмник, настроен- ный на некоторую частоту, способен принимать колебания на часто- тах f1 = 465 кГц (чувствительность E1 = 1 мВ), f2 = 12 МГц (чувстви- тельность E2 = 25 мкВ) и f3 = 12,93 МГц (чувствительность E3 = 250 мкВ). Определите частоту основного канала и избиратель- ность по паразитным каналам приёма.

Решение

1)Приёмник обладает наибольшей чувствительностью при приёме сигнала по основному каналу. Поскольку наибольшая чувствитель- ность соответствует наименьшей ЭДС сигнала в антенне, при которой обеспечивается заданное качество приёма, то частота основного ка- нала равна fо = 12 МГц (диапазон КВ).

2)Частота 465 кГц является стандартным значением промежуточной

частоты вещательных приёмников в диапазоне КВ, следовательно f1 – частота канала прямого прохождения. При верхней настройке гетеро-

дина (fг > fс) зеркальный канал образуется на частоте fзк = fо + 2 fп = = 12 МГц + 2·0,465 МГц = 12,93 МГц, что совпадает с f3.

3) Поскольку чувствительность по всем каналам определяется при одной и той же стандартной мощности на выходе приёмника, то в со- ответствии с ф-лой (1.2) избирательность по паразитным каналам приёма выражается через чувствительность как σпк = Eпк Eо , где Eо, Eпк – чувствительность по основному каналу и паразитному каналу соответственно. Следовательно, избирательность по зеркальному ка-

дения равна σп = E1 E2 = 1мВ25мкВ = 40 или 20lg 40 = 32 дБ .

Ответ: частота основного канала 12 МГц, избирательность по зер- кальному каналу 20 дБ, избирательность по каналу прямого прохож- дения равна 32 дБ.

Задача 1.2. В диапазоне коротких волн входная цепь вещательного радиоприёмника содержит один колебательный контур, а усилитель радиочастоты (УРЧ) отсутствует. Приёмник настроен на частоту f0 = 12 МГц, эквивалентная добротность контура 100. На сколько де- цибел возрастёт избирательность приёмника по соседнему и зеркаль-

ному каналам, если в его состав ввести одноконтурный УРЧ с той же добротностью контура?

Решение

1) В диапазоне коротких волн в вещательных радиоприёмниках используется стандартное значение промежуточной частоты fп = 465 кГц и верхняя настройка гетеродина (fг > fс). Следовательно,

(1.5,б), (1.6,б) увеличение избирательности приёмника при введении

Dsзк дБ = 10lg (1 +14,942 ) = 23,5 дБ .

2) В диапазоне КВ для радиовещания используется амплитудная модуляция сигналов. При этом расстройка по частоте для соседнего канала составляет ∆fск=10 кГц. Увеличение избирательности приём- ника по соседнему каналу при введении одноконтурного УРЧ опре-

увеличение избирательности по соседнему каналу составляет Dsск дБ =10lg (1 + 0,172 ) = 0,12 дБ . Таким образом, избирательность по соседнему каналу практически не изменится.

Ответ: избирательность по зеркальному каналу увеличится на 23,5 дБ, избирательность по соседнему каналу практически не изме- нится.

Контрольные задачи

Задача 1.3. Преселектор вещательного приёмника содержит один ко- лебательный контур, полоса пропускания которого в диапазоне длин- ных волн равна 8 кГц. В диапазоне коротких волн эквивалентная добротность контура равна 120. На сколько децибел изменится изби- рательность приёмника по зеркальному каналу, если с диапазона

длинных волн (f0=280 кГц) переключиться на диапазон коротких волн (f0=12,04 МГц)?

Ответ: Избирательность по зеркальному каналу уменьшится на

19,5 дБ.

Задача 1.4. Необходимо увеличить чувствительность супергетеро- динного приёмника. Имеется возможность добавить в приёмник один усилительный каскад. Куда целесообразно его включить (до ПЧ или после ПЧ), если желательно увеличить избирательность:

а) по зеркальному каналу; б) по каналу прямого прохождения; в) по соседнему каналу?

Ответ: а) до ПЧ; б) до ПЧ; в) после ПЧ.

Задача 1.5. В одноконтурном УРЧ контур настроен на частоту 800 кГц при эквивалентном затухании 0,04. На сколько децибел бу- дут ослаблены в УРЧ сигналы станций, принимаемых по соседнему ( f = 10 кГц ) и зеркальному ( fп = 465 кГц) каналам?

Ответ: сигнал, принимаемый по соседнему каналу, будет ослаблен на 1,4 дБ, т.е. ослабления практически не будет; сигнал, принимаемый по зеркальному каналу, будет ослаблен на 32,6 дБ.