Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

сокой надежностью и малыми габаритными размерами. Миниатюрное испол- `‘иение этих устройств открывает возможности многократного резервирования аппаратуры и тем самым получення необходимой высокой надежности работы

приемников.

бой детекторные приемники без ‘усиления электрических колебаний, второго поколения — приемники © усилением сигналов на ламповых усилительных приборах, третьего поколения — приемники на транзисторах и, наконец, чет-

вертого поколения — приемники на интегральных схемах (с 1980 г. по настояшее время). В ближайшем будущем радиоприемники четвертого поколения будут развиваться в направлении большей интеграции узлов структурной схемы и широкого использования техники цифровой обработки сигнала, принятого

на фоне помех.

‚Цифровая обработка сигнала средствами вычислительной техники позво-

заданной программе может осуществить необходимую адаптацию обработки сигнала с результатами приема сообщений, близкими к наилучшим. Следует, однако, обратить внимание на то, что любая вычислительная машина требует

‚определенного, достаточно большого уровня сигнала на ее входе и, следовательно, в высокочастотном тракте радиоприемника необходимо осуществить

достаточное усиление сигнала.

Если учесть, что на входе приемника существуют радиопомехн, нелинейно взаимодействующие в усилительном тракте с полезным сигналом, то станет

ясным, что ВЧ тракт приемника и в случае применения ЦВМ должен обла- Дать не только усилительными, но и избирательными свойствами. Учитывая соцнальное значение техники радиоприема для нашей страны, Коммунистическая партия и Советское правительство уделяют необходимое внимание ее

левизионным вещанием обслуживалось 85% населения страны. ХХУТ съезд

КПСС поставил задачу в 11-й пятилетке и до 1990 г. практически 100% -го охвата населения страны телевизионным вещанием и обеспечения приема трех

общесоюзных цветных программ, передаваемых через ИСЗ и многоканальные системы ‘дальней связи. В перспективе предусмотрено дальнейшее совершенствование радиоприемников с целью улучшения. их эксплуатационных, эстетических и эргономических свойств. `

2. Основные показатели и технические характеристики радиоприемных устройств

9 2.1. Чувствительность

Основные показатели радиоприемного устройства определяют

меру его пригодности для приема сигналов в условиях действия радиопомех.

и

_ К основным показателям приемного устройства’ относят чув“

ствительность, избирательность (селективность), верность воопро- изведения сообщения и стабильность. Особым показателем при-

емного устройства, дополнительно определяющим возможность

совместной работы радиоприемных устройств различного назначения, является уровень радиопомех, создаваемых радиоприемным устройством. Если определить электромагнитную совмести-

мость (ЭМС) как способность радиотехнической системы не созДавать взаимных помех любому радиоэлектронному юборудованию и работать с заданным качеством в условиях действия радио-

помех, то на ЭМС будет влиять весь комплекс показателей ра-

Чувствительность — это мера способности приемного устройства принимать слабые сигналы и воспроизводить сообщение с при-

емлемым качеством. Различают чувствительность приемного устройства по уровню поля и величине эдс или мощности сигнала на

входе приемника. Количественно она определяется минимальным уровнем нормально модулированного радиосигнала в антенне или напряженностью. поля этого сигнала для получения заданной верности воспроизведения сообщения при точной настройке приемника. Применительно к конкретным системам передачи оообщений точно определяют ‘нормально модулированный сигнал и

характеристики верности воспроизведения сообщения ([1|1—1[5]). Нормально модулированным сигналом при амплитуднюй моду-

ляции (АМ) считают сигнал с коэффициентом модуляции ти= =0,3 и частотой модуляции Ри=1000 Гц, при частотной мюдуляции (ЧМ) в системе радиовещания диапазона метровых волн нормально модулированным сигналом считают сигнал с частотным отклонением А/н=0,ахЗАй=0,3-50 кГц=15 кГн и частотой модуляции Еи=1000 Гц. Нормальной выходной мощностью считают выходную мощность, соответствующую нормальному коэффициенту молуляции. Если предположить, что при 100%-ной глубине модуляции т=1,0 на’ выходе приемника развивается номинальная мощность Рнах, Т. е. максимальная мощность при допустимых ‘нелинейных искажениях, то при Тн==0,3 мощность, пропюрциональная квадрату выходного напряжения, составит Рн=0,3?Рщах=

—=0,09 Ри„х. Принято считать, что нормальная выходная мощность в 10 раз меньше ‘номинальной: Рн=0,1 Риах. Применительно к радиовещательным приемникам ГОСТ [3] предусматривает нормальную выходную мощность 50 или 5 мВт для приемников с максимальной выходной мощностью 150 мВт и ниже.

При малом коэффициенте усиления приемника Ко связь меж-

ду чувствительностью приемника АМ сигналов Елдо, выходным напряжением Иэн и коэффициентом усиления Ко может быть пред-

ставлена в следующем виде:

Из соотношения (2.1) следует, что чувствительность приемника улучшается с увеличением Ко, так как приемник обеспечивает

12

заданное нормальное напряжение при меньшей эдсе в антенне. Чувствительность приемника в этих условиях ограничена усилени-

ем. В современных приемниках, как правило, имеется избыточное усиление, поэтому нормальное напряжение на выходе может по-

явиться за счет шума антенны и шума элементов приемника— усилительных приборов, колебательных контуров и резисторов. В

этом случае чувствительность ограничивается шумами, так как

при увеличении усиления приемника будет увеличиваться как выходное напряжение полезного сигнала, так и шумовое.

Представим пгумы приемного устройства (рис. 2.1} в виде двух источников: шума антенны (А} — Ешл и шума приемника (Пр) —

^

Рис. 2.1

Ешлр. Будем считать, что эдс шума реальной антенны, обусловленную электромагнитной активностью источников излучения, внешних по отношению к антенне, можно рассчитать по формуле Найквиста

Обратим внимание на то, что шумовая температура реальной антенны ГА определяется формой диаграммы направленности антенны, пространственным распределением реальных источников

радиопомех, интенсивностью их электромагнитного излучения и ориентировкой антенны. Естественно, что шумовая температура

реальной антенны может быть как выше, так и ниже комнатной

температуры То, при которой, как правило, находится эквивалент антенны (То.=293 К).

Шумы приемника, пересчитанные к его входу, представим в

виде источника эдс Ешлр. Предположим, что эту эдс также мож-

но рассчитать по формуле Найквиста как возникающую в экви- валенте антенны: Юл:

Шумовая температура приемника Тр — это температура эквивалента антенны, при которой эдс, возникающая за счет теплового движения свободных электронов в нем, равна эдс шума приемника. Квадрат суммарной эдс шума

13

При заданном коэффициенте усиления приемника Ко шумовое напряжение на’ выходе приемника

Таким образом, чувствительность приемника, ограниченная шумами, определяется требуемым отношением ситналушум \ар и

суммарной эдс пума антенны и приемника Ешх . Исследования Уровня помех внешнего происхождения показывают, что в метро-

вом лиапазоне и на более коротких волнах шумовая температура антенны ТГ меньше комнатной Го. Поэтому в указанных диапазонах волн для улучшения чувствительности приемного ‘устройства следует принимать меры к уменьшению ‘уровня внутреннего шума приемника Ешиъ.

На гектометровых и более”длинных волнах ТА» То, поэтому нет необходимости снижать уровень внутреннего шума приемни-

ка. В этих условиях минимальный уровень полезного сигнала для требуемого качества приема определяется уровнем помех внеш-

него происхождения.

Удобной характеристикой приемника, позволяющей определить его совершенство с точки зрения приближения чувствительности к идеальной, ограниченной помехами внешнего происхождения, является коэффициент шума Кш. Чтобы исключить неоднозначность

в оценке свойств приемника, считают, что помехи внешнего происхождения определяются тепловым шумом эквивалента антенны

(АЭ).

Коэффициентом шума |5] называют отношение мощности шу-

ма, измеренной на выходе линейной части приемника, к мощности шума, которая была бы на выходе, если бы тепловой шум, обусловленный активной составляющей сопротивления источника сиг-

нала Рш дэ, был единственным источником пума в системе:

Идеальное приемное устройство должно иметь коэффициент шума, равный единице. Реальное приемное устройство имеет ко-

эффициент шума ‘больше единицы, и тем больше, чем болыше шу- мовая температура приемника. Из (2.10) можно определить "Тир,

14

если известен или рассчитан общий коэффициент шума: Гир= =То(Ки1)—.

Современные приемники при использовании глубокого охлаж-

минимальной спектральной плотностью мощности источника сигнала, согласованного с входом и обеспечивающего ютношение

Эту чувствительность называют ‘пороговой. Видно, что пороговая ‘чувствительность, выраженная в единицах ЁТо, равна коэф-

фициенту шума.

Чувствительность (в микровольтах) радиоприемника ампли- тудно-модулированных сигналов А|1, А2, АЗ через коэффициент

шума

Ело= (ут) УЗ ЕТ, ЮАРКи. 108,

где АР — ширина эффективной полосы шума, Гц, взятая как меньшая из двух: ширины полосы после детектора и половины ширины полосы до детектора; т — коэффициент модуляции сиг-

нала.

Общий коэффициент шума приемного устройства зависит от параметров его отдельных звеньев. Рассмотрим обобщенную юхе-

му тракта, изображенную на рис. 2.2, состоящего из и структур-

ных элементов. Предположим, что каждый из этих элементов имеет известный коэффициент усиления мощности Ку; и коэффициент

шума Кш:. Мощность шума генератора сигнала на выходе устрой-

п

ства Риг= РшвхКр1Кр», о Кри =Ри.вхКро, где Кро= П Кр — об-

$—

щий коэффициент усиления мощности; Ривх=Ритахдвх— МОЩ- ность шума, поступающая на вход первого звена; 4вх=4ЮхААХ Х (Кьх+ЮА)-?—коэффициент согласования входа приемникас гене-

ратором сигнала— антенной (4вх‹=1); Ри шах = Е?ш лэд/4=ЕТоАЮ максимальная мощность шума, отдаваемая генератором сигнала;

А] — эффективная полоса шума. При этом

М .9}.

15

Общая шумовая мощность, пересчитанная ко входу блока,

где 9:— коэффициент сотласования последующего каскада с пре-

каскадов общий коэффициент шума практически не зависит от

коэффициентов шума последующих звеньев ‘тракта; 2) при болышом коэффициенте усиления мощности первого

звена минимальный общий коэффициент шума обеспечивается при минимальном коэффициенте шума первого звена.

Соотношение (2.13) позволяет определить необходимый коэффициент усиления мощности, при котором общий коэффициент

шума Аш будет незначительно увеличен по сравнению с коэффи- циентом шумакервого звена. Допустим, что Кии < Ки < Киз. Тог-

да Ки^ Кане ивК — 1 и Примем Аш=<1,1 Кии, т. е. допустимое

РА вх

увеличение коэффициента шума из-за влияния последующих каскадов не превышает 10%, тогда

Соотношение (2.14) свидетельствует о необходимости реализации большего усиления мощности в предыдущем блоке при боль-

шом коэффициенте игума данного ‘блока. При однотипных каска- дах Кши=ни И 92=4вх необходимый коэффициент усиления мощ-

16

ности не превышает 10 при допустимом 10%-ном увеличении общего коэффициента шума по сравнению с коэффициентом шума

одного каскада.

2.2. Избирательность радиоприемного устройства

Избирательностью радиоприемного устройства ‘называют его свойство отличать полезный радиосигнал от радиопомехи по ©п-

ределенным признакам, свойственным радиосигналу.

Различия сигнала и помех могут заключаться в структуре поля, создаваемого радиопередающим устройством, в пространственном расположении источников излучения и, наконец, в структуре электрического сигнала.

Признаки, по которым различают сигналы, должны удовлетворять условию ортогональности

где |1 (х) — характеристика сигнала, по которой осуществляется избирательность; №(х) — характеристика помехи в функции аргу-

мента; по которому может осуществляться различение сигнала и

помех. ” При выполнении соотношения (2.15) принципиально можно

вующие антенные устройства, можно выделить полезный сигнал. В качестве примера можно указать на широко применяемые методы разделения сигналов в радиорелейных линиях связи, основанные ‘на том, что поле полезного сигнала имеет поляризацию,

отличную от поля помехи.

Если направления на источник поля сигнала и помех не совпадают, можно использовать пространственную избирательность.

Применяя направленную приемную антенну, можно’ исключить прием мешающего сигнала.

Оба указанных выше вида избирательности реализуются за счет применения специальных антенн, осуществляющих линейную

обработку аддитивных полей сигнала и помех.

Существующие системы связи строят с использованием сигнаЛов как известной, так и неизвестной формы. В первом случае

сигналов известной формы первичный электрический сигнал, со- ответствующий передаваемому сообщению, кодируется. Этим кодированным сигналом и модулируется радиопередатчик. Оптимальное приемное устройство в этом случае должно решить две задачи, а именно: обнаружить сигнал, т. е. установить, что в за-

данном интервале времени, равном сеансу передачи, существует или отсутствует сигнал и, во-вторых, установить, какой из сигналов передается. Из курса «Теория передачи сигналов» известно,

ЧТО указанные задачи реализуются методами линейной и нелиней-

ной фильтраций сигналов на фоне помех. Как правило, оптимальная линейная фильтрация сигналов осуществляется в тракте промежуточной частоты приемника с целью упрощения ее реализа-

ции. Нелинейная фильтрация может быть осуществлена лишь при достаточно большом уровне сигнала, превышающем так называе-

мый «порог» решающего устройства. Поэтому в высокочастотном тракте перед решающим устройством необходимо обеспечить до-

статочное усиление сипнала.

Усиление полезного. сигнала высокочастотным трактом прием-

вика сопровождается неизбежным нелинейным взаимодействием сигнала и помех в усилительных приборах.

Помехи могут изменить коэффициент усиления тракта для полезного сигнала, чаще всего уменьшить усиление —блокиро-

вание сигнала, вызвать перенос модуляции мешающего сигнала

щих, которые, попав в полосу частот тракта полезного сигнала, создадут так называемые интермодуляционные искаже -

ния, а также побочные каналы приема. Все эти нелинейные яв-

ления резко возрастают с увеличением уровня помех. Они особенно опасны в усилителях с малым динамическим диапазоном,

Для снижения уровня искажений, обусловленных действием помех, необходимо обеспечить ослабление помех в тракте усиле- ‘ния полезного сипнала так, чтобы на входе каждого из активных

приборов, обладающих нелинейными свойствами, уровень помех не превысил допустимой величины.

В условиях упорядоченного электромагнитного излучения, когДа каждая радиостанция занимает выделенный ей участок час-

тотного диапазона, необходимый для передачи сообщений и уста-

новлеиный соответствующим регламентом, борыба с указанными искажениями сигнала в приемнике существенно облегчается. В

этих условиях частотная избирательность приемника, определяемая относительным ослаблением составляющих спектра электро-

магнитных колебаний, действующих на входе приемника вне не- обходимой полюсы частотного спектра полезного сигнала, позволяет осуществить выделение этого полезного сигнала.

При приеме сигнала неизвестной формы, спектр которого ‹о- средоточен в необходимой полосе частот, в усилительном тракте также возникают нелинейные взаимодействия сигнала и помех.

Частотная избирательность радиоприемника количественно характеризует его способность выделять из всех радиочастотных

колебаний и радиопомех, действующих на его входе, радиоча-

стотный сигнал, соответствующий частоте настройки радиоприем- ника.

Для экономного использования спектра радиочастот требуется максимальная частотная избирательность, совместимая с тех-

ническими и экономическими требованиями к системе передач сообщений и к данному классу приемников. '

18

Выясним, чем же определяются требования, предъявляемые к“ характе-

излучения радиостанций, который составляет 1$ от уровня излучения в не- обходимой полосе частот. На рис. 2.3 показан спектр излучения радиостанций двух соседних каналов приема {н.сос (Г) И {в.сос (1).

И

ного излучения обеих станций {[н.сос И [в.сос.

Если мешающие станции не вызывают нелинейных явлений в высокочастотном тракте приемника, то при использовании прямоугольной амплитудно-ча-

0,5% суммарной мощности излучения соседних станций. При увеличении мощ- ности излучения этих станций будет увеличиваться их вклад в полосу про-

Таким образом, в случае упорядоченного излучения не следует требовать ослабления соседнего каиала приема более чем на 60 дБ.

При реализации более жестких норм на уровень внеполосного излучения становятся и более высокими требования к избирательности радиоприемника.

При приеме сигнала на фоне равномерного спектра радиопомех требования к ослаблению соседних каналов приема могут быть снижены, так как отношение

мощности излучения в необходимой полосе к мощности излучения в полосе

и

19

нейной фильтрации сигнала на фоне помех позволяет сделать вывод о том, что существует оптимальная форма характеристики избирательности, обеспе-

Для оценки избирательности приемника используются количественные характеристики ослабления мешающих сигналов. В

тех случаях, когда на входе приемника мешающие сигналы имеют относительно малый уровень (настолько малый, что нелиней-

ные процессы в высокочастотном тракте несущественны), для оценки избирательности можно пользоваться односигнальным ме-

тодом испытаний.

Коэффициент избирательности о в этом случае равен отноше-

нию эдс нормально модулированното сигнала, поданного на вход приемника через эквивалент антенны при расстройке, т.‘е. на частотах нежелательных станций, например соседнего канала приема, зеркального канала или канала промежуточной частоты к эдс, равной чувствительности приемника Ело, вызывающих нор-

мальное выходное напряжение.

Избирательность приемника определяется тем, что коэффициент усиления ВЧ тракта зависит от частоты входного сигнала,

где Ко — коэффициент усиления ВЧ тракта для полезного сигнала; К(АР — то же для нежелательного сигнала при расстройке

`Если учесть, что Ко= Изн/тиЕло и К(АР = Иь (АЙ[тяБА(АР), то

коэффициент избирательности

20