22.2. Показатели качества и пути их повышения

Радиоприемники как изделия характеризуются совокупностью по­казателей и параметров, которые в зависимости от назначения регламентируются соответствующими ГОСТами. Рассмотрим толь­ко основные специфические показатели: чувствительность, избира­тельность и помехоустойчивость.

Чувствительность определяется как количественная мера способ­ности радиоприемника обеспечить прием слабых радиосигналов. Она ограничивается конечностью коэффициента усиления и собст­венными шумами приемника. Чувствительность радиоприемника, ограниченная усилением, оценивается минимальными напряжени­ем или мощностью сигнала на входе, при которых на выходе обеспечивается заданный уровень сигнала. Так, определенная чувствительность используется для оценки качества простейших радиоприемников. Повышение этой чувствительности достигается повышением коэффициента усиления.

Чувствительность радиоприемника, ограниченная шумами, оце­нивается минимальными напряжением или мощностью входного сигнала, при которых на выходе приемника обеспечивается задан­ное отношение сигнал/помеха. Эта чувствительность обратно про­порциональна уровню собственных шумов приемника, который в основном определяется шумами первых каскадов приемника. Поэтому одна из основных проблем, решаемых при создании вы­сокочувствительных радиоприемников, заключается в разработке малошумящих входных каскадов. С этой целью используют малошумящие элементы, оптимизируют режимы их работы, в некото­рых приемниках применяют малошумящие (например, параметри­ческие усилители).

Отношение сигнал/помеха оценивается либо отношением эффек­тивных напряжений сигнала и помехи U_с/U_ш, либо отношением мощностей Р_с/Р_ш. Шумовые свойства приемников, как и усилите­лей, обычно оцениваются коэффициентом шума, определение кото­рого приведено в § 14.1.

Избирательностью радиоприемника называют его способность выделить нужный сигнал из множества других сигналов и помех. Различаются частотная, пространственная, поляризационная и другие виды избирательностей.

Частотная избирательность характеризует способность радио­приемника выделить сигнал нужной частоты. В качестве показа­теля радиоприемника наиболее часто используется односигнальная частотная избирательность, выражаемая отношением амплитуды сигнала на заданной частоте ω к амплитуде сигнала на частоте настройки радиоприемника ω₀ при неизменной амплитуде выход­ного сигнала:

S(ω) = U_bx(ω)/U_bx(ω₀).

Очевидно, эта избирательность может быть выражена отноше­нием соответствующих значений амплитудно-частотной характе­ристики радиоприемника

S(ω) = K(ω₀)/K(ω).

Числовые значения избирательности обычно выражаются в децибелах:

S_дБ (ω) = 20 lg (K(ω₀)/K(ω)). (22.4)

Полезно иметь в виду, что характеристика избирательности радиоприемника (22.4) по определению формально совпадает с характеристикой частотных искажений усилителей (см. § 14.1).

В технических заданиях на проектирование радиоприемников обычно задаются значения частотной избирательности по сосед­нему каналу, по зеркальному и по другим побочным каналам приема.

Соседним считается канал, частота которого отличается на заданную величину (в радиовещательных приемниках на 10 кГц) от частоты настройки приемника. Избирательность радиоприем­ника по соседнему каналу ввиду малости расстройки фактически определяется формой амплитудно-частотной характеристики УПЧ. Чем форма этой характеристики ближе к прямоугольной, тем больше избирательность. Как известно, полоса пропускания ре­зонансных контуров прямо пропорциональна резонансной частоте. Чем ниже резонансная частота, тем уже полоса пропускания и тем больше избирательность по соседнему каналу, поэтому для обеспечения высокой избирательности по соседнему каналу нужно выбирать низкую промежуточную частоту.

Избирательность по зеркальному каналу определяется только амплитудно-частотной характеристикой входных цепей и усили­теля радиочастоты. Очевидно, эта избирательность будет больше, если частота зеркального канала ω_зк больше удалена от частоты основного ω₀. Это условие выполняется при повышении промежу­точной частоты.

Ввиду противоречивости требований приемлемые значения из­бирательностей по соседнему и зеркальному каналам в радиове­щательных приемниках обеспечиваются компромиссным выбором значения промежуточной частоты. В связных приемниках, требования по избирательности которых более высокие, имеется два преобразователя частоты с различными промежуточными частотами.

Пространственная и поляризационная избирательности — ха­рактеристики, используемые для описания радиоприемного уст­ройства, состоящего из антенны и радиоприемника. Они соответ­ственно учитывают способность приемных антенн различать направ­ления прихода и поляризацию электромагнитных волн.

Обобщая, нужно подчеркнуть, что избирательность как пока­затель приемника характеризует его способность различать сигна­лы и помехи, отличающиеся между собой каким-то признаком (частотой, направлением прихода, поляризацией волны и др.). Однако, несмотря на высокую избирательность, в полосу пропус­кания приемника все же попадают помехи, усиливаются и детек­тируются совместно с сигналом. Влияние же этой помехи на верность приема сообщения зависит от характеристик детектора приемника и алгоритма последетекторной обработки сигнала.

Верность непрерывного сообщения обычно оценивается отно­шением средних мощностей сигнала Р_с и помехи Р_ш на выходе приемника:

(22.5)

Способность радиоприемника обеспечить определенную верность называют помехоустойчивостью. Количественно помехоустойчивость оценивается выигрышем

(22.6)

где — отношение средних мощностей входного сигнала и по­мехи, попадающей в полосу пропускания приемника.

Помехоустойчивость различных методов модуляции различна. В теории передачи сигналов доказывается, что потенциально до­стижимое значение выигрыша помехоустойчивости амплитудной модуляции

(22.7)

где т — глубина модуляции; — пик-фактор сигнала;и— максимальное и эффективное значения сигнала.

Так как т ≤ 1, П > 1 (при передаче речи П ≈ 3), то выигрыш g_Aм < 1 и, следовательно, амплитудная модуляция дает не вы­игрыш, а проигрыш. Малое значение g_Aм обусловлено тем, что лишь небольшая часть мощности АМ-сигнала, заключенная в бо­ковых полосах, используется для переноса информации. Устране­ние несущей позволяет повысить выигрыш. Так, при AM с подав­ленной несущей g = 2, а при передаче только одной боковой полосы g = 1.

Выигрыши помехоустойчивости фазовой и частотной модуляции соответственно будут

, ,(22.8)

где М — индекс модуляции. Так как индекс модуляции М может быть значительно больше единицы, то и соответствующие выиг­рыши больше единицы. Увеличение помехоустойчивости фазовой и частотной модуляций по сравнению с амплитудной достигается за счет расширения полосы частот спектра радиосигнала.

Приведенные оценки (22.7) и (22.8) справедливы лишь при малом уровне помех. Более подробный анализ помехоустойчивости можно найти, например, в [7].

Помехоустойчивость радиоприемника зависит также от линей­ности амплитудной характеристики. Когда эта характеристика нелинейная, в радиоприемнике возникают нелинейные искажения сигнала. Когда на вход приемника одновременно с сигналом поступает и мощный мешающий сигнал, то в приемнике возникают специфические искажения, называемые перекрестной модуляцией.

Предположим, что вольт-амперная характеристика усилитель­ного элемента аппроксимирована полиномом

i = а₀ + а₁и + а₂и² + а₃и³.

Член третьей степени этого полинома при содержит составляющую, первая часть которой изменяется с частотой сигнала ω_с. Амплитуда этой составляющей изменяется по закону изменения произведения . Таким образом, вследствие перекрестной модуляции огибающая мешающего сигнала переносится на частоту полезного сигнала и как перекрестная помеха попадает на выход прием­ника. Единственный способ устранения перекрестных помех — это создание приемников с линейной амплитудной характеристикой.

Литература: А.А. Каяцкас, “Основы радиоэлектроники”, Издательство «Высшая школа», Москва, 1988.