Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиоприемные устройства. Сборник задач и упражнений. Учебное пособие
.pdf
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
(СибГУТИ)
А.И. Фалько
Т.Я. Показаньева
М.С. Шушнов
РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ
Учебное пособие
Новосибирск
2019
2
УДК 621.396.62
Фалько А.И., Показаньева Т.Я., Шушнов М.С. Радиоприемные устрой-
ства. Сборник задач и упражнений: Учебное пособие / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики; каф. радиотехнических устройств. – Новосибирск, 2019, – 55 с.
Учебное пособие охватывает основные разделы, имеющие наиболее важ-
ное значение при изучении дисциплин «Радиоприемные устройства систем радиодоступа и связи», «Устройства приѐма и обработки сигналов», «Устройства
приѐма и обработки радиосигналов систем мобильной связи», «Радиоприемные
устройства для телерадиовещения» это входные цепи, усилители радиосигналов, преобразователи частоты, амплитудные детекторы.
Каждому разделу предпосланы краткие теоретические положения и рас-
четные соотношения.
Учебное пособие предназначено для студентов вызов, обучающихся очно
и заочно, включая дистанционное обучение, по направлению подготовки бакалавров.
Для направлений 11.03.01 «Радиотехника», 11.03.02 «Инфокоммуникаци-
онные технологии и системы связи».
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ
Рецензенты канд. техн. наук, доц. Ю.В. Морозов
канд. техн. наук, доц. Е.В. Кокорева
В авторской редакции
© Фалько А.И., Показаньева Т.Я.,
Шушнов М.С. 2019
© Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики,
2019
3
Оглавление
Предисловие ................................................................................................................. 4
ГЛАВА 1. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ РАДИОПРИЕМНИКОВ
1.1 Краткие сведения о входных цепях ....................................................................... 5
1.2 Контрольные вопросы для самопроверки ............................................................. 8
1.3 Расчет элементов контура преселектора ............................................................. 10
1.4 Расчѐт параметров входных цепей ...................................................................... 12
ГЛАВА 2. УСИЛИТЕЛИ РАДИОСИГНАЛОВ
2.1 Краткие сведения ................................................................................................. 16
2.2. Контрольные вопросы для самопроверки .......................................................... 18
2.3 Цепи питания резонансных усилителей ............................................................. 21
2.4 Токи и напряжения в резонансных усилителях .................................................. 27
2.5 Расчет параметров схем усилителей радиочастоты ................................ ........... 33
ГЛАВА 3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
3.1. Краткие сведения ................................................................................................ 36
3.2 Контрольные вопросы для самопроверки ........................................................... 39
3.3 Расчет транзисторных преобразователей частоты ............................................. 41
ГЛАВА 4. АМПЛИТУДНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
4.1 Краткие сведения ................................................................................................. 43
4.2 Контрольные вопросы для самопроверки ........................................................... 47
4.3 Расчет параметров схем амплитудных детекторов ............................................ 48
4.4 Искажения при амплитудном детектировании................................................... 50
Литература .................................................................................................................. 53
Ответы к задачам ................................................................................................ ....... 54
4
Предисловие
Сборник задач и упражнений предназначен для студентов, изучающих
дисциплины «Радиоприѐмные устройства», «Устройства приѐма и обработки
сигналов», «Устройства приѐма и обработки радиосигналов радиосигналов систем мобильной связи», «Радиоприемные устройства для телерадиовещения
Устройства приѐма и обработки сигналов в защищѐнных системах связи»,
направлений подготовки 11.03.01 «Радиотехника», 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». Он содержит основные разделы, имеющие наиболее важное значения при первоначальном изучении курса, это входные цепи, усилители радиосигналов, преобразователи частоты и амплитудные
детекторы.
Пособие можно использовать как для проведения лабораторнопрактических занятий, так и для самостоятельной внеаудиторной работы студентов. Для этого некоторые задачи имеют ответы. Они помечены звѐздочкой.
Для успешного решения задач студентам необходима проработка теоретического материала соответствующих разделов курса по одному из источников
[1-3]. В пособии сохранены основные обозначения, принятые в [1-3].
Пособие написано на основе многолетнего опыта преподавания дисциплины «Радиоприемные устройства» на кафедре радиотехнических устройств СибГУТИ.
5
ГЛАВА 1
)1(
jZ
mnR
E
U
K
A
Э
A
ВХ
ЭЭ
d
y
d
0
0
1
ВХAК
Э
Э
GnGmd
Q
d
22
1
f
f
f
f
y
0
0
0
0
0
0
2ffy
0
fff
LC
f
2
1
0
ВХОДНЫЕ ЦЕПИ РАДИОПРИЕМНИКОВ
1.1 Краткие сведения о входных цепях
Обобщенная эквивалентная схема одноконтурной входной цепи (ВЦ) приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1
Общее выражение для коэффициента передачи напряжения ВЦ
. (1.1)
Здесь m=U1/U, n=UВХ/U - коэффициенты трансформации;
RЭ=ρQЭ - эквивалентное сопротивление контура;
ZA=RA+jXA - комплексное сопротивление антенной цепи.
- обобщенная расстройка контура;
(1.2)
- эквивалентное затухание контура;
- относительная расстройка;
при малых расстройках
- абсолютная расстройка;
;
.
Из выражения (1.1) следует модуль коэффициента передачи ВЦ
6
2
1
A
Э
Z
mnR
K
00A
Э
Z
mnR
K
2
0
1
K
K
2
0
0
2
1
Э
df
f
K
K
1
1
2
0
Э
dfП
D
GR
K
ВХA
МАКС
1
1
2
1
0
ВХ
К
ОПТ
G
G
D
n
2
1
A
К
ОПТ
G
G
D
m
2
1
К
Э
К
Э
G
G
d
d
D
ВХКAС
GnGGm
2
2
. (1.3)
Резонансный (при ξ=0) коэффициент передачи
. (1.4)
Избирательность ВЦ в соответствии с (1.3) и (1.4) пренебрегая изменением
|ZA| можно рассчитать по формуле
, (1.5)
где ξ определяется выражением (1.2) при любых расcтройках. Практически используется выражение (1.2) при больших расcтройках, то есть при расчѐте избирательности по зеркальному каналу ( fЗК=f0+2fПР).
При малых расcтройках, для расчѐта избирательности ВЦ лучше применять более простое соотношение:
, (1.6)
Здесь ∆f расcтройка соседнего по частоте канала, например, для радиовещательных диапазонов длинных, средних и коротких волн ∆fСК=9 кГц; в сотовых сетях GSM ∆fСК=200 кГц.
Выражение (1.6) позволяет определить полосу пропускания ВЦ 2∆fγ=Пγ
при неравномерности в полосе пропускания γ:
. (1.7)
В частом случае при γ=0,707 то есть по уровню σ=3 дБ, полоса пропускания ВЦ будет П
0,7=f0dЭ
.
Максимальный резонансный коэффициент передачи ВЦ при заданной полосе пропускания
(1.8)
будет при оптимальных коэффициентах трансформации:
, (1.9)
.
Здесь
- коэффициент шунтирования.
Условие согласования ВЦ с антенно-фидерным трактом:
. (1.10)
Коэффициент трансформации, необходимый для согласования
7
A
ВХК
С
G
GnG
m
2
. (1.11)
ВХКA
С
GnGR
n
К
2
0
2
2
00
1
2
а
а
КК
С
С
m
m
а
D
D
GR
К
ВХA
С
21
2
1
0
A
К
С
G
DG
m2
вх
К
c
G
GD
n
2
2
.
11
2
0
2
0
0
A
A
К
Э
A
A
Э
L
L
nQ
L
MnQ
AA
A
CL
1
СВАНТA
LLL
АНТ
L
СВ
L
СВ
L
КA
LL
M
к
.
2
00 ЭAК
nQCLК
Резонансный коэффициент передачи ВЦ в режиме согласования
. (1.12)
В отсутствие согласования
. (1.13)
Здесь
- относительный коэффициент связи (при произвольном зна-
чении m).
Резонансный коэффициент передачи в режиме согласования при заданной
полосе пропускания ВЦ
(1.14)
обеспечивается при коэффициентах трансформации
, (1.15)
. (1.16)
Резонансный коэффициент передачи ВЦ с трансформаторной связью с
ненастроенной антенной
(1.17)
индуктивность антенной цепи, то есть антенны
входного контура с антенной; М - взаимоиндукция между катушкой связи
катушкой индуктивности контура L
тенной
Здесь
- собственная частота антенной цепи;
и катушки связи
К;
- коэффициент связи входного контура с антенной.
Резонансный коэффициент передачи ВЦ с внешнеѐмкостной связью с ан-
(1.18)
-
и
8
Здесь
АНТР
АНТР
A
CС
CC
С
2
0
2
A
КВХ
СC
.
0 Э
АНТ
A
Q
C
С
К
.
00МИН
МАКС
д
f
f
к
; СР - разделительный конденсатор между контуром
ВЦ и антенной; С
- собственная ѐмкость антенны. При СР << С
АНТ
, СА ≈ С
АНТ
Р.
Резонансный коэффициент передачи ВЦ с внутреннеѐмкостной связью с
антенной при
и
(1.19)
Коэффициент перекрытия диапазона
(1.20)
1.2 Контрольные вопросы для самопроверки
1 Нарисуйте обобщенную эквивалентную схему одноконтурной входной
цепи приемника. Поясните назначение элементов схемы.
2 Составьте принципиальную схему входной цепи с трансформаторной (ав-
тотрансформаторной, внешнеемкостной, внутриемкостной) связью с антенной.
Поясните область применения каждого вида входной цепи.
3 Объясните зависимость резонансного коэффициента передачи входной
цепи от частоты в пределах поддиапазона для трансформаторной (автотрансформаторной, внешнеемкостной, внутриемкостной) схемы входной цепи.
4 При каком условии резонансный коэффициент передачи входной цепи с
трансформаторной связью с антенной будет изменяться в пределах рабочего
диапазона так же, как в схеме с внешнеемкостной связью?
5 Какие параметры входной цепи определяют избирательность и полосу
пропускания?
6 Покажите с помощью АЧХ как параметры контура входной цепи супер-
гетеродинного приемника влияют на ослабление мешающих сигналов.
7 Используя частотную характеристику супергетеродинного приемника,
поясните, как изменится ослабление помехи зеркального канала в случае увеличения (уменьшения) в 2 раза промежуточной частоты приемника.
8 Дайте определения и поясните термины «коэффициент передачи напря-
жения входной цепи», «резонансный коэффициент передачи», «максимальный
резонансный коэффициент передачи».
9 Чем определяется эквивалентная резонансная проводимость настроенно-
го контура входной цепи и как она влияет на коэффициент передачи?
10 Запишите выражение для эквивалентной добротности контура входной
цепи и поясните ее влияние на качественные показатели.
11 Запишите условие получения максимального резонансного коэффициента
передачи входной цепи.
12 Что понимается под условием согласования входной цепи с антенно-
фидерной цепью?
9
13 Каким образом выбирается связь входной цепи при работе с настроенной
МАКС
f
0
МИН
f
0
и ненастроенной антенной?
14 В чем состоят и чем вызваны особенности входной цепи приемников
СВЧ диапазона?
15 Назовите типы фильтров, применяемых во входных цепях приемников
СВЧ диапазона, опишите достоинства и недостатки каждого из них.
16 Запишите выражения для определения эквивалентной добротности и про-
водимости эквивалентной схемы входной цепи.
17 Какой вид избирательности, обеспечивается входной цепью приемника,
чем определяется еѐ величина?
18 Назовите параметры входной цепи, влияющие на полосу пропускания, и
покажите, используя рисунок, связь ширины полосы пропускания с изменением
добротности контура.
19 Используя известные формулы, покажите влияние параметров антенны и
нагрузки на качественные показатели входной цепи.
20 Изобразите принципиальные схемы известных вам типов входных цепей.
Отметьте сходство и различие в их построении. Приведите формулу определения коэффициента передачи для каждой из схем.
21 Чем руководствуются при выборе вида связи входного контура с актив-
ным элементом?
22 Почему настройка контура входной цепи с помощью переменной емкости
предпочтительнее настройки переменной индуктивностью?
23 Перечислите основные характеристики входной цепи радиоприѐмника и
дайте определения каждой из них.
24 Каким образом осуществляется электронная настройка контуров и в чем
еѐ преимущество?
25 Назовите особенности входной цепи приемника с магнитной антенной и
запишите выражение для коэффициента передачи.
26 Какими соображениями руководствуются при выборе типа амплитудно-
частотной характеристики (максимально плоская, равноволновая, эллиптическая) входных фильтров радиоприѐмных устройств СВЧ диапазона?
27 Укажите, как связанны качественные показатели приемника и входной
цепи.
28 Приведите принципиальную схему входной цепи приемника с феррито-
вой антенной, назовите еѐ особенности и область применения.
29 Нарисуйте принципиальную схему двухконтурной входной цепи. Пояс-
ните назначение элементов схемы и область применения.
30 Каким образом выбирается связь между контурами во входной цепи с
двухконтурным полосовым фильтром?
31 Назовите способы перекрытия диапазона частот радиоприѐмника и дайте
сравнительную характеристику каждого.
32 Почему в многодиапазонных приѐмниках на каждом поддиапазоне рас-
ширяют полосу частот, предназначенную для приѐма, увеличивая
на 2-
3% и на столько же уменьшая
?
10
1.3 Расчет элементов контура преселектора
C
0
f
0
f
0
f
а)
б)
в)
Рисунок 1.2
0
f
C
C
C
1 * Определить расстройку f контура входной цепи, возникающую при
увеличении емкости контура на величину
ная частота контура
Варианты: 1)
равна 1 МГц, а индуктивность контура LK=253 мкГн.
=1,8 МГц, LK= 100 мкГн; 2)
2 пФ, если начальная резонанс-
= 3 МГц, LK= 80 мкГн.
2 Рассчитать коэффициент перекрытия по частоте kд контура (рисунок
1.2,а), имеющего добавочный конденсатор емкостью С
ный конденсатор, емкость которого Ск меняется в пределах от Ск
до Ск
Варианты: 1) Ск
= 500 пФ.
МАКС
= 15 пФ, Ск
МИН
= 400 пФ; 2) Ск
МАКС
= 500 пФ и перемен-
ДОБ
= 20 пФ
МИН
= 12 пФ, Ск
МИН
МАКС
450 пФ.
3 Найти резонансную частоту
нении емкости контура С= 100 пФ на величину
контура входной цепи, если при изме-
2 пФ контур расстраива-
ется на 2 кГц.
Варианты: 1) С= 60 пФ,
3 пФ; 2) С= 200 пФ,
1 пФ.
4 * Вычислить индуктивность Lк контура (рисунок 1.2,б), если C1= 10
пФ, С2= 400 пФ, максимальная емкость Ск переменного конденсатора Ск
400 пФ и минимальная резонансная частота контура f
Варианты: 1) f
= 1,5 МГц, С2= 300 пФ; 2) f
0МИН
0МИН
= 1 МГц.
0МИН
= 0,5 МГц, С2=500
пФ.
=
МАКС
=
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]