электросвязь / 26. Избир-ть РПР, АРУ

Лекция 26

Избирательность приемника. Автоматическая регулировка усиления

Резонансные усилители и контуры во входной цепи обусловливают избирательные свойства радиоприёмных устройств.

Избирательностью называется способность приёмника выделять сигналы тех частот, на которые произведена его настройка, и подавлять помехи, отличающиеся от частоты сигнала. При точной настройке на частоту сигнала коэффициент усиления приемника максимален В случае расстройки на ∆f коэффициент усиления оказывается меньше Поэтому количественно избирательность приёмника определяется отношением указанных величин, выраженных в децибелах

Применительно к приёмнику диспетчерской связи устанавливается так же, Как при определении реальной чувствительности. Этому режиму соответствует нормальный уровень напряжения Uн на выходе и минимальны при глубине амплитудной модуляции m=0.3 и частотой модуляции F=1000Гц. АРУ должна быть включена. Максимальный коэффициент усиления составляет

(2)

При расстройке на ∆f ЭДС генератора увеличивается до получения на выходе приёмника нормального уровня напряжения . Коэффициент усиления в этом случае составляет

Подставляя соотношения 2 и 3 в 1получим

Наиболее полное представление об избирательных свойствах приёмника можно получить по характеристике, представляющей зависимость , рассчитанную по выражению (4), от частоты f.

Часто величина избирательности оценивается для некоторых характерных значений расстроек ∆f. Такими характерными значениями являются расстройки, соответвующие частоте соседнего канала (принято ), частоте зеркального канала, промежуточной частоте и другим побочным каналам приёма.

Образование зеркального канала приёма удобно изучать рассматривая взаимодействие частот при их преобразовании (рис 1)

Рис 1. Диаграмма преобразования частот

Частота настройки гетеродина и частота преселектора, которая должна совпадать с частотой сигнала , отличается на т.е для представленного на рис 1 нижнего сопряжения

Поскольку преселектор обладает достаточно широкой полосой пропускания, он практически не обеспечивает никакой избирательности по соседнему каналу. Это положение иллюстрируется взаимным расположением частотной характеристики преселектора, спектра сигнала и частоты соседнего канала , отстоящей от на 10 кГц.

В результате преобразования и перемещаются в область промежуточных частот . Между ними по-прежнему остается интервал Однако полоса пропускания УПЧ, значительно уже и соседний канал приёма располагается за её пределами.

Таким образом, избирательность супергетеродинного приёмника по соседнему каналу определяется его трактом УПЧ. Она повышается по мере сужения полосы пропускания фильтров УПЧ, а это достигается с понижением

Нетрудно заметить, что промежуточная частота образуется также за счёт взаимодействия с , которая расположена зеркально к частоте . Создается так называемый зеркальный канал приёма .

Если существует помеха на частоте зеркального канала, то она преобразуется и на промежуточной частоте беспрепятственно проходит через тракт УПЧ. Ослабить её может только преселектор. Для этого требуется, чтобы помеха находилась за пределами его полосы пропускания и по возможности дальше.

Решая совместно уравнения 5 и 6, получим что.

Т.е расстройка, соответствующая зеркальному каналу приёма, равна удвоенной промежуточной частоте

Для улучшения избирательности по зеркальному каналу создается условие, противоречащее её увеличению по соседнему каналу. Оно состоит в требовании увеличения приёмника.

Указанное противостояние разрешается с помощью двойного преобразования частоты. Первая промежуточная частота выбирается достаточно высокой, что обеспечивает эффективное ослабление преселектором помех по зеркальному каналу.

Однако УПЧ не может хорошей избирательности по соседнему каналу. Поэтому применяется второе преобразование частоты. При этом вторая промежуточная частота выбирается достаточно низкой с тем чтобы получить с помощью УПЧ эффективное ослабление помех по соседнему каналу.

Помеха, совпадающая с первой промежуточной частотой, может быть ослаблена только в преселекторе, так как дальнейший тракт она проходит беспрепятственно вместе с сигналом. Приёмники, у которых не меняется с перестройкой, а также приёмники с однократным преобразованием, снабжаются режекторным контуром, включаемым в состав преселектора и предназначенным для подавления промежуточной частоты.

Автоматическая регулировка усиления

Широкое применение в приёмниках диспетчерской связи находит АРУ, основанная на принципе использования отрицательной связи по среднему уровню принимаемого сигнала (рис 2)

АРУ предназначен для поддержания постоянного выходного напряжения на выходе приёмника при широком изменении входного сигнала.

Феддинговый эффект - эффект замирания (наложения). Для устранения эффекта замирания используется не один приёмный центр, а три на расстоянии 15-20 км. На выходе от трёх центров получаем сигнал.

АРУ действует на все каскады УПЧ и на все каскады УВЧ, кроме I. АРУ представляет собой систему отрицательной обратной связи по напряжению ( если увеличивается, то АРУ в противофазе уменьшает коэффициент усиления).

Если сигнал усиливается на входе радиоприёмного устройства, то АРУ воздействует на коэффициент усиления и понижает

Если сигнал на входе уменьшается, то АРУ не воздействует на коэффициент усиления, коэффициент усиления max. А если входной сигнал уменьшается до min, то АРУ не функционирует.

АРУ бывает: -простое; -с усилителем; -с задержкой; -с задержкой и усилением.

Поступающий из антенны на вход приемника сигнал Е усиливается в высокочастотном тракте, состоящем из преселектора и тракта промежуточной частоты. Коэффициент усиления линейного тракта может регулироваться пот действием управляющего напряжения Для получения такого напряжения сигнал с выхода линейного тракта передается на детектор АРУ, на выходе которого установлен фильтр нижних частот (ФНЧ). Он пропускает колебания, обусловленные только медленными изменениями среднего уровня сигнала. Сравнительно быстрые колебании звуковых частот налаживаются этим фильтром и практически отсутствуют на выходе. Коэффициент передачи тракта АРУ зависит от наличия в нём усилителя. Усилитель может располагаться до детектора. В этом случае он является усилителем, подобным УПЧ. Если усилитель включается после ФНЧ, то он должен быть считан на усиление весьма низкочастотных колебаний. представляющих собой медленные изменения уровня постоянного тока. Поэтому он называется усилителем постоянного тока (УПТ).

В любом из этих двух вариантов, получаемая система регулирования называется усиленной АРУ.

Простая АРУ, без усилителя, имеет коэффициент передачи меньше единицы, так как детектор АРУ и ФНЧ несколько понижают уровни напряжения.

При наличии в антенне сигнала, равного по величине чувствительности приемника выходное напряжение линейного тракта соответствует нормальной величине благодаря усилению .

Увеличение сигнала в антенне на приводит к росту (выходного напряжения на которое в свою очередь уве­нчивает на уровень управляющего напряжения.

Имея в виду коэффициент передачи тракта АРУ, можно определить приращение управляющего сигнала

Под его воздействием коэффициент усиления линейного тракта снижается до . Полагая для простоты, что между усилением К и управляющим напряжением существует прямая пропорциональная зависимость, получим

Поскольку усиление падает с ростом то коэффициент пропорциональности между ними отрицателен .

Где - крутизна характеристики регулирования

Используя выражение 9 и 7можно определить выходное напряжение при увеличении ЭДС в антенне

И приращение

Числитель выражения (10) определяется приращением выходного напряжения за счёт при отсутствии АРУ и называется коэффициентом регулирования.

Разделив обе части равенства (10) на и используя обозначение уравнения (11), получим

После добавления к обеим частям равенства (12) по единице, с учётом выражения (11), оно преобразуется к виду

Или

Так как

Выражение (13) характеризует эффективность АРУ. Оно показывает, во сколько раз увеличивается выходное напряжение приемника с ростом ЭДС в антенне с учетом регулирующего действия системы АРУ.

Коэффициент регулирования зависит от крутизны регулировочной характеристике , т.е от того, насколько сильно сильно изменяется усиление приемника под действием управляющего напряжения. Для увеличения крутизны желательно на все усилительные каскады приёмника подавать регулирующее напряжение. Однако первый каскад УВЧ в большинстве случаев не подвергается воздействию АРУ. Это объясняется тем, что снижение его коэффициента усиления при увеличении сигнала повысило бы влияние шумов преобразователя частоты.

Смеситель преобразователя частоты также не всегда включается в контур АРУ во избежание влияния на режим преобразования.

Коэффициент регулирования можно повысить, используя в тракте АРУ усилитель. Действие различных схем АРУ иллюстрируется графиками зависимости амплитуд (или действующих значений) выходного напряжения приёмника от ЭДС в антенне (рис. 3)

Без АРУ (кривая 1) с ростом уровня сигнала наступает ограничение амплитуды из-за перегрузки, особенно в выходных каскадах приёмника. Оно приводит к нелинейным искажениям.

Действие простой АРУ проявляется в виде уменьшения усилении с увеличением сигнала, благодаря которому угол наклона амплитудой характеристики уменьшается. Здесь не возникает не линейных искажений. Однако простая АРУ снижает усиление и для слабых сигналов, ухудшая чувствительность приёмника. Чтобы исключить это явление, на детектор АРУ подается напряжение задержки . Детектор остается запертым этим напряжением, а система АРУ бездействующей, пока подводимое к детектору напряжение сигнала не превысит . Это произойдет при . Поэтому начальный участок характеристики 2 АРУ с задержкой совпадает с кривой 1. При она имеет наклон аналогично кривой 3.

Увеличение угла наклона характеристики 4 достигается применением усиленной АРУ с задержкой, которая обычно и применяется в приемниках диспетчерской связи.

Поскольку АРУ представляет собой систему с обратной связью, то она может работать неустойчиво и даже самовозбуждаться. Наличие возбуждения обнаруживается на выходе приемника в виде низкочастотных колебаний при приёме немодулированных сигналов.

Анализ условий устойчивости оказывает, что она возрастает по мере понижения частоты верхнего среза ФНЧ, т.е с увеличением постоянной времени фильтра . Однако это приводит к повышению инерционности АРУ. Она не сможет реагировать на сравнительно быстрые замирания сигнала на быструю перестройку приемника.

Увеличение частоты верхнего среза (уменьшение ) может привести к пропусканию через фильтр АРУ низкочастотных составляющих модулирующего (звукового) сигнала. Для них произойдет уменьшение сигнала, т.е понизится глубина .