книги из ГПНТБ / Бородич, Сергей Владимирович. Радиорелейная связь учебник для техникумов связи

деляется только коэффициентом шума и шириной полосы час­ тот пропускания.

Очевидно, что чем меньше коэффициент шума, тем лучше приёмник. В современных приёмниках, применяемых в аппара­ туре радиорелейных линий, коэффициент шума обычно не пре­ вышает 10-^-30 (10 -е-15 дб), причём меньшие цифры относят­ ся к приёмникам диапазона метровых волн.

Рассмотрим, от чего зависит и как определяется коэффици­ ент шума приёмника. На рис. 3.38 изображена блок-схема так называемой квазилинейной части приёмника, состоящей из вход­

усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Коэффициент шума приёмника связан с коэффициентами шума отдельных блоков следующим соотношением:

МВ,М П, Мъ . . М т — номинальные коэффициенты передачи мощ­

ности соответствующих блоков.

Из выражения (3.34) видно, что коэффициенты шума всех ступеней УПЧ, начиная со второго, не оказывают существенно­ го влияния на величину коэффициента шума приёмника, по­ скольку величины Ми М2 . . . и т. д. значительно больше едини­

109

Iшъ От этой схемы легко перейти к схёме на рис. 3.396, пере­ считав сопротивление антенны и генератор шумов / шА на выход цепи. Очевидно, что пересчитанное на выход цепи сопротивле­

ние антенны равно R, R, , где q — коэффициент трансфор­

мации входной цепи, а ток пересчитанного на выход генерато­

квадрат шумового напряжения, развиваемого на еопротивл^ ыии Rex , составит

Мощность шумов выделяемая на нагрузке Rex, равна

{R*x + RaY

по

По определению коэффициент шума входной цепи равен

Отсюда видно, что коэффициент шума входной цепи зависит от согласования её с антенной и при полном согласовании, соот­ ветствующем наиболь­ шей мощности сигнала на входе приёмника, коэффициент шума ра­ вен двум.

Коэффициент шума первой ступени УПЧ можно определить из

рис. 3.40. На этой схеме внутренние шумы лампы представлены генератором шу­

мового напряжения еш и генератором шумового тока /

квадраты действующих напряжения и тока которых определя­ ются выражениями:

еш ~ Л f Яш,

I l,= * K T A fg e.

Переходная цель от преобразователя к первой ступени УПЧ учтена на схеме сопротивлением R и а внутренние шумы этого сопротивления — генератором шумового тока / Ш1, причём

/ 2 = 4КТ Д f — . На входе схемы включён источник шумов пре-

дыдущего блока приёмника, представленный генератором / ш*. Выходное сопротивление предыдущего блока равно Яеых- Если, пользуясь приведённой выше методикой, вычислить не мощ­ ность, а квадрат напряжения шума, действующего на сетке лампы, U2— при действии всех генераторов шума и и 2ш0 — при

действии только генератора I ш, то коэффициент шума можно найти как отношение

Ш

Uтг коэффициент шума снова увеличивается за счёт увеличе­

ния То-

Подставив выражения (3.36), (3.38) и (3.40) в (3.35), по­ лучим коэффициент шума приёмника в режиме полного согла­ сования

п = = 2 + ^ * - ( Л — n t + l / 1— и'?Л + — U + 4 - ^ 2 - \ . (3.42)

Коэффициент передачи мощности преобразователя при этом равен

(3.43)

Коэффициент передачи мощности для входной цепи Мв при­

нят равным единице вследствие малых потерь во входной цепи. Из ф-лы (3.42) очевидно, что для получения наименьшего

коэффициента шума приёмника необходимо:

подбирать оптимальную величину напряжения гетеродина Umz, соответствующую минимальному коэффициенту шума пре­ образователя;

увеличивать коэффициент передачи мощности преобразова­ теля %

применять в первой ступени УПЧ лампы с небольшим уров­ нем собственных шумов (с малыми величинами h и R ul );

увеличивать входное сопротивление первой ступени УПЧ — Rerl (для этого нужно увеличивать величину шунтирующего дополнительного сопротивления в сеточной цепи лампы, необ­ ходимого для обеспечения заданной полосы пропускания).

Разумеется, что для уменьшения коэффициента шума необ­ ходимо, кроме того, обеспечить согласование между антенной и входной цепью, входной цепью и преобразователем, преобра­ зователем и первой ступенью УПЧ.

Выше указывалось, что триоды имеют меньший уровень шу­ мов, чем многосеточные лампы, т. е. меньшую величину шумо­ вого сопротивления (см. выражения 3.26 и 327). Поэтому в современных приёмниках для уменьшения коэффициента шума в первых ступенях усилителя промежуточной частоты обычно применяют триоды.

Непосредственное включение триода в первую ступень уси­ лителя промежуточной частоты практически невозможно, так как оно ведёт к самовозбуждению усилителей. Поэтому триоды применяют в двух первых ступенях, причём первый триод включается по схеме с заземлённым катодом, а второй — по схеме с заземлённой сеткой. Такая схема очень стабильна, име­ ет небольшие собственные шумы и даёт довольно большое уси­ ление.

114

На рис. 3.42 приведена принципиальная схема таких ступе­ ней. На этой схеме Zb Za и Z} — колебательные контуры, оди­ ночные или связанные, в зависимости от требований к полосе пропускания, настроенные на среднее значение промежуточной частоты. Элемент Z0 вклю­

чается для нейтрализации проходной проводимости ламп. Он представляет со­ бой индуктивность, которая вместе с ёмкостью анодсетка настраивается в резо­ нанс на промежуточную ча­ стоту и уменьшает коэффи­ циент шума всей схемы.

В данной схеме первая ступень не даёт усиления по напря­ жению, так как входное сопротивление второй ступени равно

зывает самовозбуждения усилителя.

Общее усиление схемы определяется произведением усиле­ ния отдельных ступеней

(3.46)

«->2

где RH— сопротивление нагрузки второй ступени.

Таким образом, усиление данной схемы равноценно усиле­ нию одной ступени на пентоде, имеющем крутизну, равную кру­ тизне первого триода и нагрузку, равную нагрузке второго триода.

Усиление первой ступени по мощности достаточно велико, так как входное сопротивление её значительно больше входного сопротивления второй ступени.

При согласовании общий коэффициент шума двухступенной схемы в соответствии с (3.34) определяется выражением

(3.47)

Mi

В большинстве практических схем второй член выражения мал, поэтому

п = пь

Это неравенство может быть выполнено, если коэффициент шума усилителя достаточно мал, а его усиление по мощности достаточно велико; В диапазоне метровых волн усилители на триодах удовлетворяют этим требованиям. В диапазоне деци­ метровых и сантиметровых волн указанным требованиям могут удовлетворять пока только усилители на лампах с бегущей вол­ ной, которые уже находят применение в аппаратуре радиоре­

ставляющие которых находятся в полосе зеркального канала приёмника. Фильтр Ф\ выполняет функции входной цепи.

Собственные шумы приёмника можно представить как шу­ мовой ток или шумовое напряжение, состоящее из бесконечного количества синусоидальных составляющих с частотами, распо­ ложенными бесконечно близко друг к другу в полосе пропус­

кания приёмника.

Мгновенное значение напряжения шума равно сумме мгно­ венных значений составляющих и изменяется в больших пре­ делах. Чем больше это мгновенное значение, тем меньше про­ цент времени, в течение которого оно существует. Отношение максимального мгновенного значения напряжения, которое мо­ жет быть превышено только в течение какого-то малого про­ цента времени, к эффективному напряжению называется пикфактором шума. В зависимости от выбора процента времени, в течение которого может превышаться заданное мгновенное значение, величина пикфактора• изменяется. Обычно величину пикфактора шума принимают равной 3 -5- 4. Величина 3 соот­ ветствует 0,27% времени превышения, а 4 — 0,006% времени.

Способность приёмников обеспечивать приём слаоых сигна­ лов называется чувствительностью приёмников. Охарактеризо­ вать полностью чувствительность приёмника можно тремя зна­ чениями величины сигнала на его входе.

1)7

Предельная чувствительность приёмника, определяемая вели­ чиной полезного сигнала на его входе, равной величине собст­ венных шумов приёмника. Предельная чувствительность харак­ теризуется величиной коэффициента шума и отображает свой­ ства только линейной части приёмника. Напряжение сигнала на входе приёмника, соответствующее его предельной чувстви­ тельности, легко найти из (3.33):

лению антенны.

Реальная, или номинальная, чувствительность характеризует приёмник в целом и определяется величиной минимально необ­ ходимого уровня сигнала, при котором на выходе канала всей системы получается необходимое отношение сигнала к шуму.

Рабочая чувствительность приёмника характеризуется ми­ нимальной величиной сигнала, необходимой для нормальной работы приёмника, т. е. такой величиной сигнала, при которой нормы на отношение сигнала к шуму в каналах связи не вы­ полняются, но срыва связи не происходит.

§ 3.5. Усилители промежуточной частоты

Усилитель промежуточной частоты является одним из важ­ нейших элементов приёмно-передающей аппаратуры радиоре­ лейных линий. Назначение усилителя промежуточной частоты заключается в усилении сигнала до величины, необходимой для нормальной работы амплитудного ограничителя в приём­ нике оконечной станции, или для нормальной работы смесителя передающей части в приёмно-передающей аппаратуре проме­ жуточной станции.

В аппаратуре радиорелейных линий применяются три типа усилителей промежуточной частоты:

предварительный усилитель с малым уровнем собственных шумов, включаемый после кристаллического смесителя приём­ ника и обеспечивающий минимальный коэффициент шума;

основной усилитель, включаемый после предварительного перед амплитудным ограничителем или детектором и обеспе­ чивающий основное усиление сигнала;

мощный усилитель, применяемый в передающей части ап­ паратуры и обеспечивающий необходимый уровень сигнала на смесителе передатчика.

Основными электрическими характеристиками усилителя промежуточной частоты являются: номинальная величина про­ межуточной частоты, частотная характеристика, определяющая полосу пропускания усилителя и неравномерность усиления в полосе, фазовая характеристика, или характеристика группово-

118