Ермишина / папка / Downloads / Электронный конспект 1

Амплитудная характеристика реального устройства имеет «загибы» 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 выходного 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 сигнала и шума на выходе устройства превышает мощность собственного шума Pш.вых. дБм в 2 раза или на 3 дБ. Поэтому началом линейного 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 нелинейными искажениями, которые возникают из-за нелинейности усилительных приборов при большом уровне сигнала. Верхней границей линейного участка АХ считается такая точка Б, в которой реальная 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 .

Pвых. дБм

Б

А

Pвх. дБм

D1 дБ

Рис. 1.14. К определению линейного динамического диапазона

Динамический диапазон по интермодуляционным искажениям 3-го порядка

Во многих практических задачах возникает необходимость характеризовать линейность приёмного тракта в условиях, когда на входе приёмника действует не одно колебание, а несколько. В этом случае верхнюю границу динамического диапазона принято определять 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, частóты которых лежат за пределами полосы пропускания УПЧ, но в пределах полосы преселектора. При этом в первую очередь учитываются комбинационные составляющие 3-го порядка*), частóты которых определяются как

fкомб′ = 2 f1 − f2 , fкомб′′ = 2 f2 − f1 ,

поскольку они имеют наибольший уровень и близки по частоте к полезному сигналу. Рассмотрим следующий пример: частота полезного сигнала f0 =1000 кГц, частота 1-й помехи f1 =1040 кГц, час-

тота 2-й помехи f2 =1080 кГц, полоса пропускания УПЧ ΠУПЧ = 20 кГц. Поскольку разность частот помех и сигнала значи-

тельно превышает половину полосы УПЧ, то в тракте промежуточной частоты эти помехи будут существенно ослаблены и не по-

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

влияют на качество приёма полезного сигнала. Теперь рассмотрим комбинационную составляющую с частотой fкомб′ . Её частота равна

2 1040 кГц−1080 кГц =1000 кГц, что совпадает с частотой полезно-

го сигнала. Следовательно, колебание, которое образуется в результате нелинейного взаимодействия в приёмном тракте двух помех, не может быть ослаблено путём частотной селекции и создаст помеху радиоприёму.

Нижняя граница динамического диапазона по интермодуляционным 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, имеющие небольшое различие по частоте. Для определения характеристической мощности интермодуляционных искажений 3-го порядка на графике амплитудной характеристики в двойном логарифмическом масштабе строят зависимость мощности комбинационной составляющей 3-го порядка от мощности входных колебаний. В случае слабой нелинейности эта зависимость линейна с угловым коэффициентом 3. Далее строят линеаризованную АХ и линеаризованную зависимость мощности комбинационной составляющей и находят точку их пересечения (рис. 1.15). Эта точка называется харак-

теристической точкой мощности искажений 3-го порядка. Общепринятое 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 данного 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 зависимости мощности комбинационной составляющей 3-го порядка и уровня собственного шума Pш.вых. дБм (точка В на рис. 1.16). Динами-

ческий диапазон по интермодуляционным искажениям 3-го порядка равен

DIP3 = Pвх. max − Pвх. min .

Pвых. дБм IP3

DIP3

Рис. 1.16. К определению динамического диапазона по интермодуляционным искажениям 3-го порядка

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

Помехозащищённость

Качественное определение:

Помехозащищённость – это способность РПУ работать с заданным качеством в условиях действия определённого типа помех.

Количественное определение зависит от назначения радиотехнической системы, в состав которой входит РПУ, от вида сигнала и от характера помех. Помехозащищённость РПУ – часть проблемы помехозащищённости радиосистемы. В целом она зависит от вида переносчика, способа кодирования, частоты, мощности сигнала, диаграммы направленности антенны, устройств первичной и вторичной обработки, специальных средств помехозащиты. Например, селективность – один из главных факторов помехозащищённости приёмника. Существует хорошо развитая теория оптимальных методов приёма. Помимо этого существуют различные эвристические способы повышения помехозащищенности РПУ, накопленные опытным путём и получившие хорошее теоретическое обоснование.

Среди других электрических показателей РПУ упомянем следую-

щие:

диапазон рабочих частот – область частот настройки РПУ, в пределах которой обеспечивается нормальный приём сигналов; стабильность, искажения воспроизводимого сигнала (сооб-

щения), выходная мощность.

К основным конструктивным параметрам относятся:

удобство управления (эргономичность); механическая прочность, влагостойкость, защита от радиационного излучения; вес и габариты.

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

Все эти показатели взаимосвязаны – улучшение одного показателя 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 высокой частоты радиоприёмника?

Ответ. Существуют блок высокой частоты прямого усиления и блок высокой частоты, построенный по супергетеродинной схеме. В первом 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 более низкую промежуточную частоту и основное усиление осуществляется на промежуточной частоте.

Вопрос 1.2. Какие блоки входят в состав супергетеродинного приёмника? 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 приёмника состоит из входной цепи, усилителя радиочастоты, преобразователя частоты и усилителя промежуточной частоты, а БВЧ приёмника прямого усиления состоит только из входной цепи и усилителя радиочастоты.

Контрольные вопросы

1.Какие блоки входят в состав радиоприёмного устройства?

2.Какие функции выполняет блок высокой частоты радиоприёмника?

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 преобразователь частоты супергетеродинного радиоприёмника?

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

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

9.Каковы основные электрические показатели качества радиоприёма?

10.Что такое «кривая избирательности» радиоприёмника?

11.Какие блоки супергетеродинного приёмника обеспечивают ослабление помех, действующих по паразитным каналам приёма?

12.Какими средствами может быть повышена избирательность по паразитным каналам приёма?

13.Какой блок супергетеродинного приёмника обеспечивает избирательность по соседнему каналу?

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

Примеры решения типовых задач

Задача 1.1. Экспериментально установлено, что приёмник, настроенный на некоторую частоту, способен принимать колебания на частотах f1 = 465 кГц (чувствительность E1 = 1 мВ), f2 = 12 МГц (чувствительность E2 = 25 мкВ) и f3 = 12,93 МГц (чувствительность E3 = 250 мкВ). Определите частоту основного канала и избирательность по паразитным каналам приёма.

Решение

1)Приёмник обладает наибольшей чувствительностью при приёме сигнала по основному каналу. Поскольку наибольшая чувствительность соответствует наименьшей ЭДС сигнала в антенне, при которой обеспечивается заданное качество приёма, то частота основного канала 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 гетеродина (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 соответствии 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 каналу равна σзк = E3 E2 = 250мкВ 25мкВ=10 или в децибелах

σзк дБ = 20lg σзк = 20 дБ. Избирательность по каналу прямого прохождения равна σп = E1 E2 =1мВ 25мкВ= 40 или 20lg 40 =32 дБ.

Ответ: частота основного канала 12 МГц, избирательность по зеркальному каналу 20 дБ, избирательность по каналу прямого прохождения 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 децибел возрастёт избирательность приёмника по соседнему и зеркальному 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

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-

соседнему каналу практически не изменится.

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

Контрольные задачи

Задача 1.3. Преселектор вещательного приёмника содержит один колебательный контур, полоса пропускания которого в диапазоне длинных волн равна 8 кГц. В диапазоне коротких волн эквивалентная добротность контура равна 120. На сколько децибел изменится избирательность 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 супергетеродинного 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.