приёмник; декодер; устройство обработки и хранения информации (УОХИ); устройство отображения информации и сигнализации (УОИС). Приёмник строится по супергетеродинной схеме с одинарным, либо с двойным преобразованием частоты. Структурная схема пейджера с одинарным преобразованием частоты имеет вид, представленный на рис. 14.15:
Приемник УРЧ СМ ПФ Д Декодер УОХИ УОИС
Г
Рис. 14.15
На выходе ПФ формируется сигнал fпр = 455 кГц, который поступает на демодулятор (дискриминатор) и декодер. Структурная схема приемника с двойным преобразованием частоты, имеет вид, представленный на рис. 14.16:
Дискри-
УВЧ
СМ1
ПФ1
СМ2
минатор
Декодер
УОХИ
УОИС
Г1
Г2
Рис. 14.16
При двойном преобразовании частоты первая промежуточная частота fпр = 10,7 МГц (или 21,4 МГц), вторая fпр2 = 455 кГц (или 30 кГц). Двойное преобразование частоты применяют для повышения чувствительности приёмника. Чувствительность приёмника определяется напряженностью магнитного поля (мкВ/м), при которой он способен принять сообщение с достоверностью 50% при произвольном вращении антенны вокруг вертикальной оси.
Различные пейджеры (тональные, цифровые или буквенноцифровые) имеют разную чувствительность. (У буквенно-цифровых она в 2 раза выше, чем у тональных). Важной деталью пейджера является
361
Учебное пособие
антенна, размеры которой малы, т.к. размеры любого пейджера невелики (60 40мм). Антенна имеет наибольший коэффициент усиления, когда её площадь
Sант n 14 ( )2 ,
где - длина электромагнитной волны.
В различных странах операторам выделяются определённые рабочие частоты, поэтому при одинаковых размерах пейджеров (и антенн) эффективность приёма различна. При изменении рабочей частоты, значительно изменяется так называемое сопротивление излучения рамочной антенны, что усложняет её согласование с УВЧ приёмника пейджера. Для улучшения качества работы сети увеличивают уровень электромагнитного поля в пределах обслуживаемой зоны. Для увеличения дальности связи можно воспользоваться специальной внешней рамочной антенной, которая применяется в сотовой радиотелефонной связи, и устанавливается на заднее стекло автомобиля. С внутренней стороны она имеет крепление для пейджера и согласующее устройство. При этом чувствительность увеличивается на 10 дБ.
В пейджере организован режим экономичного энергопотребления. Заряд батареи расходуется в основном на питание высокочастотных каскадов приёмника и устройств звуковой сигнализации. Поэтому пейджер работает не постоянно, а с определённым интервалом. Дело в том, что пейджинговое сообщение, помимо информации для пользователя, содержит преамбулу. Например, в стандарте POCSAG время передачи преамбулы составляет 1,125 мс. Если преамбула обнаружена, то приёмник остаётся включенным для приёма сообщений, если преамбулы нет, то приёмник пейджера выключается.
Тональный пейджер представляет собой радиоприёмник с декодером, который реализует самый простой способ персонального радиовызова. Такой пейджер лишь уведомляет вас звуковым сигналом или световым сигналом о необходимости позвонить в заранее обусловленное место. После получения сигнала пользователь звонит по известному ему телефону, чтобы узнать о содержании сообщения. Передаваемые в этом случае сигналы представляют собой комбинацию звуковых частот, модулирующих несущую частоту. Для этих целей применяются последовательные коды, которые модулируют несущую различными сигналами звуковой частоты. Наиболее часто применяется 5-ти или 6-ти тональный код. В основе кодирования лежит присвоение каждой цифре от 0 до 9 определённой комбинации, составленной из пяти тонов НЧ. Применение 5-ти тонального кода позволяет довести адресную ёмкость системы до
362
Устройства приема и обработки сигналов
100 тысяч абонентов. В настоящее время системы на основе тональных форматов кодирования применяются редко, но на Российском рынке ещё можно встретить тональные пейджеры, например: Philips PRG1012, Goldron “Тони 2000”, работающих в стандарте POCSAG.
Голосовые пейджеры позволяют после прохождения сигнала вызова прослушать речевое сообщение, переданное в аналоговой форме. Как правило, такие пейджеры применяются в служебных сетях.
Цифровые пейджеры работают с цифровыми сигналами, которые формируются при помощи двоичного кода, который модулирует несущую частоту. Для этих целей применяется, например, частотная манипуляция, известная как FSK (Frequency Shift Keying). Информация переданная на цифровые пейджеры, имеет вид коротких пакетов. Для исключения ошибок в процессе передачи применяют избыточное кодирование, т.е. к информационным добавляют дополнительные биты “паритетности”. При приёме закодированного сообщения микропроцессор пейджера сравнивает его с кодовой таблицей и находит соответствия с символами, находящимися в памяти. При обнаружении ошибок микропроцессор пейджера производит коррекцию информации на основе анализа битов “паритетности”.
Многие пейджинговые компании, кроме сигнала вызова на пейджер, передают номер телефона или кодовый номер абонента, с которым необходимо связаться. Эти сообщения отображаются на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ) и также могут храниться в памяти пейджера. В сетях персонального радиовызова, использующих цифровые пейджеры, более эффективно используются эфирное время за счёт большой скорости передачи и малого объема сообщений. Например, передача телефонного номера, состоящего из 7-ми цифр осуществляется со скоростью 1200 бит/сек, что занимает 0,1 сек.
В последнее время в СПРВ внедряются буквенно-цифровые пейджеры, у которых на ЖКИ помимо цифровой информации можно отобразить буквенное сообщение, размер (объем) текста зависит от объема памяти микропроцессора и размеров ЖКИ.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Каковы особенности построения и функциональная схема профессиональных РПрУ ДКМ диапазона?
2.Каковы преимущества и недостатки приемников с многократным преобразованием частоты?
3.Каковы особенности структурных схем приемников звукового вещания?
363
Учебное пособие
4.Каковы особенности структурных схем приемников звукового вещания, осуществляющих совместный прием AM и ЧМ сигналов?
5.За счет чего можно улучшить основные показатели качества вещательных приемников?
6.Какие виды систем стереовещания Вы знаете?
7.Нарисуйте спектр ПМК и структурную схему его декодирования.
8.Какие виды стереодекодеров сигналов с ПМ Вы знаете?
9.Нарисуйте спектр КСС по системе с пилот тоном и схему его декодирования.
10.Нарисуйте спектр стереосигнала по системе ЧМ-ЧМ и поясните
11.Нарисуйте спектр полного ТВ сигнала и укажите положения несущих звука и изображения.
12.Нарисуйте структурную схему ТВ приемника и укажите назначение отдельных узлов и элементов схемы.
13.Каковы особенности построения систем персонального радиовызова?
14.Каковы особенности построения и структурная схема пейджера?
364
Устройства приема и обработки сигналов
Заключение
В разделах 1, 2 пособия проведено рассмотрение основных этапов развития теории и техники радиоприема, показана роль наших соотечественников в ее развитии. В первом разделе проанализированы различные методы классификации устройств приема сигналов, главными из которых являются классификация по назначению и по способу построения приемного тракта. Описаны основные показатели устройств приема и обработки сигналов, указаны узлы приемников, в которых главным образом реализуются эти показатели. Изложены природа и особенности внутренних шумов в радиоприемнике, показана их особая роль на высоких частотах, указано на связь чувствительности с коэффициентом шума приемника.
Вразделе 3 проведен анализ входных цепей, а в разделе 4 усилителей радиочастоты. Систематизированы материалы по схемотехнике входных цепей и усилителей преселекторов, обращено внимание на адекватность и различие используемой терминологии. Детально описаны эквиваленты приемных антенн. Показана общность схемотехники преселекторов и реализации ими основных характеристик приемника.
Проведено рассмотрение особенностей применения узкополосных
иширокополосных преселекторов, показано, что даже в радиовещательных приемниках перспективно применение широкополосных преселекторов и принципа инфрадина.
Учитывая различие учебных планов различных радиотехнических специальностей в пособии ряд вопросов не рассматривается детально, так как с одной стороны по большинству вопросов имеется литература с углубленным рассмотрением, а с другой стороны основная задача пособия – развитие системного подхода в восприятии устройств приема и обработки сигналов как части системы. Так, в разделе, посвященном малошумящим усилителям рассматриваются только их особенности, так как детальное рассмотрение потребует не только анализа конструктивных особенностей, но и перехода на использование S-параметров вместо привычных для анализа приемников Y-параметров и т.д.
Внастоящее время большое значение имеют не только электрические характеристики приемника, но и удобства при его настройке и регулировке.
Современные устройства приема и обработки сигналов проектируются с широким применением аналоговых и цифровых интегральных схем. Поэтому в пособии значительное внимание уделено не только схемотехнике отдельных узлов приемника, но и особенностям построения
365
Учебное пособие
приемников с минимальным количеством интегральных микросхем и катушек индуктивности.
В разделах 5 - 10 пособия продолжено рассмотрение узлов радиоприемных устройств, а именно: преобразователей частоты, усилителей промежуточной частоты, детекторов амплитудно-модулированных, ча- стотно-модулированных и фазовомодулированных сигналов, а также ограничителей амплитуды.
Показано, что преобразование частоты возможно только в нелинейных шестиполюсниках, при этом важно, чтобы режим работы смесителя был линейным по сигналу и нелинейным по гетеродинному напряжению. Различают линейный и нелинейный режимы работы преобразователя. В нелинейном режиме комбинационные каналы появляются в частотной области между частотой гетеродина и частотами сигнала и зеркального канала, тогда как в линейном режиме основную опасность (как наиболее близко расположенные) представляют зеркальный и прямой комбинационные каналы. С точки зрения схемотехники предпочтительно применение балансных и двойных балансных схем смесителей на основе дифференциальных каскадов. Диодные преобразователи наиболее просты, но в них одинаково эффективны и прямое, и обратное преобразование частоты.
Современные усилители промежуточной частоты строят по схеме с сосредоточенной избирательностью во всех случаях, когда нет иных требований, например требований к устойчивости при организации быстродействующих систем автоматической регулировки усиления. В настоящее время технологически освоены современные фильтры сосредоточенной избирательности на основе пьезокерамики, кварцев, на поверхностных акустических волнах и т.д., что позволяет получить высокие характеристики и небольшую себестоимость.
Все детекторы или демодуляторы сигналов можно разделить на нелинейные и линейные или синхронные. Задача любого детектора - это обеспечение строгой линейности выходного напряжения, т.е. получение взаимно однозначного соответствия между законом модуляции входного сигнала и напряжением на выходе детектора.
Схемотехнически нелинейные детекторы строят на основе диодов и транзисторов, а линейные или синхронные должны включать в свой состав схему формирования опорного напряжения либо такое колебание должно подаваться независимо от сигнала.
При детектировании ЧМ-сигналов перспективно применение балансных детекторов с управляемой характеристикой, обладающих высокой помехоустойчивостью. При высоких соотношениях сигнал/шум перспективно применение детекторов совпадений и цифровых детекторов.
366
Устройства приема и обработки сигналов
При обработке сигналов с угловой модуляцией для большинства типов детекторов необходимо применение амплитудных ограничителей, включаемых перед детектором, исключение составляет дробный частотный детектор.
Вцелом при создании элементов приемно-усилительных устройств перспективно применение цифровой техники, однако создание цифровых преселекторов, преобразователей частоты и даже УПЧ в настоящее время представляется проблематичным как с точки зрения предельного быстродействия современных средств вычислительной техники, даже с учетом возможного распараллеливания процесса вычислений, так и с точки зрения принципиальной возможности появления паразитных каналов приема при реализации нелинейных процедур в цифровой форме.
Внастоящее время устройства приема в значительной степени выполняются средствами аналоговой техники, а в устройствах обработки сигналов перспективно применение цифровой техники.
Вразделе 11 пособия рассмотрены особенности ручных и автоматических регулировок в устройствах приема и обработки сигналов. Показано, что в современном приемнике при производстве выполняются технологические регулировки, обеспечивающие реализацию заданных параметров. При эксплуатации приемника выполняются эксплуатационные регулировки, обеспечивающие как настройку на конкретную станцию, так и обеспечение максимальной чувствительности, наилучших качественных параметров звучания и т.д. Важнейшими в любом радиоприемнике являются автоматические регулировки к которым в первую очередь относятся автоматическая регулировка усиления и автоматическая подстройка частоты, которая в сочетании с современными цифровыми методами настройки приемников обеспечивает не только быструю и точную, но и автоматическую настройку приемника по заданной временной программе.
Проанализированы особенности реализации систем АРУ в приемниках непрерывных и импульсных сигналов, сформулированы требования к параметрам фильтров систем АРУ, описаны варианты схемной реализации регуляторов систем АРУ. Описаны системы АРУ специального назначения, логарифмические усилители.
Современные приемники содержат, как правило, несколько систем АПЧ в своем составе, так телевизионный приемник по системе NTSC содержит кольцо ЧАПЧ в блоке синтеза и выбора телевизионных каналов, и две системы ФАПЧ: в цепях строчной и цветовой синхронизации.
Впособии проведено рассмотрение систем АПЧ, а также области их применения.
367
Учебное пособие
Впособии описаны применяемые на практике способы настройки диапазонных приемников, проанализированы особенности ручной и автоматической настройки.
Описаны особенности регулировки полосы пропускания, применение которой обычно оправдано в профессиональных радиоприемниках
ив высококачественных радиовещательных радиоприемниках. Перспективно применение автоматической регулировки полосы приема (АРП), которую обычно выполняют в УПЧ.
Вразделе 12 рассмотрены вопросы помехоустойчивости устройств приема и обработки сигналов по отношению к аддитивным и мультипликативным помехам, показана перспективность применения разнесенного приема для борьбы с замираниями сигналов.
Вразделах 13 – 14 рассмотрены вопросы анализа приемных устройств различного назначения профессиональных и вещательных с учетом конкретной специальности и специфики каналов распространения сигналов.
368
Устройства приема и обработки сигналов
Список литературы
1.Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/ Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин, В.С. Плаксиенко и др.; Под ред. Н.Н. Фомина. М.: Радио и связь, 2003. - 520 с. 2-е изд., испр. и доп.
2.Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/ Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др.; Под ред. Н.Н. Фомина. М.: Радио и связь, 1996. 512 с.
3.Буга Н.Н., Фалько А.И., Чистяков Н.Н. Радиоприемные устройства. М.: Радио и связь, 1986. 320 с.
4.Радиоприемные устройства / Под. ред. А.П. Жуковского. М.: Высшая школа, 1989. 342 с.
5.Радиоприемные устройства / Под. ред. Л.Г. Барулина. М.: Радио и связь, 1984. 271 с.
6.Радиоприемные устройства / Под. ред. А.Г. Зюко. М.: Связь, 1975. 400 с.
7.Палшков В.В. Радиоприемные устройства. М.: Радио и связь, 1984. 392с.
8.Сборник задач и упражнений по курсу “Радиоприемные устройства” / Под ред. В.И. Сифорова. - М.: Радио и связь, 1984. 224 с.
9.Плаксиенко В.С. Устройства приема и обработки сигналов. Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ 1999. 108 с.
10.Плаксиенко В.С. Устройства приема и обработки сигналов: Учебное пособие. Часть 2. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. 112 с.
11.Плаксиенко В.С., Плаксиенко Н.Е. Устройства приема и обработки сигналов. Учебное пособие: Часть 3. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2001. 52 с.
12.Плаксиенко В.С., Плаксиенко С.В. Устройства приема и обработки сигналов. Учебное пособие: Часть 4. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002. 60 с.
13.Плаксиенко В.С., Плаксиенко Н.Е. Устройства приема и обработки сигналов. Учебное пособие: Часть 5. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. 52 с.
14.Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1986. 320 с.
15.Белкин М.К. и др. Справочник по учебному проектированию прием- но-усилительных устройств. К.: Высшая школа, 1988. 472 с.
16.Поляков В.Т. Радиовещательные ЧМ приемники с фазовой автоподстройкой. М.: Радио и связь, 1983. 96 с.
17.Первачев С.В., Валуев А.А., Чиликин В.М. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. М.: Сов. радио, 1973. 488 с.
369
Учебное пособие
18.Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. М.: Связь, 1972. 360 с.
19.Багдади Е.Д. Лекции по теории систем связи. М.: Мир, 1964. 402 с.
20.Андронов И.С., Финк Л.М. Передача дискретных сообщений по па-
раллельным каналам. М.: Сов. радио, 1971. 406 с.
21. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ / Под ред. У.К. Джейкса. М.: Связь, 1979. 520 с.
22.Плаксиенко В.С. Разнесенный прием в системах обработки сигналов. Таганрог, ТРТИ, 1981. 52 с.
23.Плаксиенко В.С. Метод комбинированного сложения в задачах приема и обработки сигналов. Монография. Деп. в ВИНИТИ, №3731В99 от 15.12.1999. 408 с.
24.Сикарев А.А., Фалько А.И. Оптимальный прием дискретных сообщений. М.: Связь, 1978. Вып. 9. 328 с.
Д 
Декодер 
УОХИ 
УОИС
