15.2. Радиоприемные устройства
В состав радиоприемного устройства входит приемная антенна, радиоприемник и оконечное устройство. В авиационной аппаратуре находят применение наземные и бортовые радиоприемные устройства самого различного назначения. Их можно классифицировать по ряду признаков: назначению, виду принимаемых сигналов, частотному диапазону, конструктивным особенностям и т.д.
Назначением радиоприемного устройства является выделение на фоне помех полезного сигнала, наведенного в антенне, его преобразование и усиление по мощности до уровня, необходимого для использования в оконечном устройстве. Принимаемые сигналы могут быть аналоговые, цифровые, непрерывные, импульсные и т. д. Частотный диапазон принимаемых сигналов составляет от десяти килогерц до десятков гигагерц. По конструктивным особенностям приемные устройства можно разделить на наземные (аппаратура КДП, радиомаяков, контрольно-испытательная аппаратура) и бортовые, значительно более устойчивые к механическим и тепловым воздействиям, перепаду давлений, повышенной влажности и т. д.
При всем многообразии радиоприемные устройства характеризуются рядом общих основных параметров: полосой пропускания, чувствительностью, коэффициентом шума, диапазоном рабочих частот и количеством рабочих каналов связи, избирательностью по соседнему и зеркальному каналам, стабильностью и качеством воспроизведения.
Под чувствительностью приемника понимают его способность выделять полезный сигнал на фоне шумов и помех. Она оценивается мощностью входного сигнала, наводимого в антенне приемника, при заданном соотношении сигнал/шум. Реальная чувствительность ограничена шумами, образованными внешними помехами и собственными шумами приемника.
Собственные шумы приемника характеризуются коэффициентом шума
(15.1)
который определяется как отношение мощности сигнала к мощности шума на входе, отнесенное к такому же соотношению мощности сигнала к шуму на выходе. Коэффициент шума показывает, во сколько раз уменьшается соотношение сигнал/шум на выходе приемника за счет его собственных шумов.
Диапазон рабочих частот устанавливается соответствующими государственными и международными соглашениями, согласно которым различным службам выделяются определенные полосы частот, виды модуляции, мощности излучения и другие параметры аппаратуры радиосвязи. Диапазон рабочих частот делится на каналы излучения или радиосвязи. Примером могут служить телевизионные и радиовещательные каналы излучения программ, каналы служебной и сотовой радиосвязи. Каждый из каналов ближней авиационной радиосвязи 118 – 135,975 МГц занимает полосу частот 25 кГц, что позволяет разместить в выделенном диапазоне 720 каналов. В режиме узкой полосы – 8,33 кГц количество каналов увеличивается в 3 раза.
При обмене информацией соседние каналы не должны создавать взаимных помех друг другу. Требуемая избирательность по соседнему каналу обеспечивается селективными свойствами УПЧ. Подавление помех, создаваемых соседним каналом, достигается применением полосовых фильтров с крутым спадом АЧХ на основе кварцевых фильтров, LC-фильтров сосредоточенной селекции, состоящих из большого количества связанных контуров, пьезокерамических фильтров и других селективных схем.
Зеркальный канал, по сравнению с частотой входного сигнала, располагается симметрично ему (зеркально) относительно частоты гетеродина. Например, если частота сигнала 80 МГц, а частота гетеродина – 100 МГц, то частота зеркального канала равна 120 МГц. В том и другом случае значение промежуточной частоты будет равно 20 МГц, поэтому зеркальный сигнал, поступивший на вход смесителя вместе с полезным сигналом, создаст помеху принимаемой информации. Подавление колебаний зеркального канала достигается за счет фильтров на входе и выходе УВЧ, настраиваемых на частоту входного сигнала. По аналогии с конденсатором переменной емкости вещательных радиоприемников перестройка фильтров производится с помощью полупроводниковых конденсаторов – варикапов, емкость которых управляется изменением напряжения смещения с помощью матрицы электронной перестройки (МЭП). При выборе нужного канала на МЭП поступает цифровой код, устанавливающий на варикапах требуемое напряжение смещения. Для повышения избирательности по зеркальному и соседнему каналам в авиационных супергетеродинных радиоприемниках нередко используют двойное или тройное преобразование частоты.
Избирательность измеряется в децибелах и показывает, во сколько раз напряжение помехи ослабляется относительно полезного сигнала. Например, избирательность по соседнему и зеркальному каналам курсового приемника системы Курс МП-70 составляет не менее 70 дБ. Избирательность является одной из характеристик помехоустойчивости при приеме сообщений, если помеха возникает в полосе частот зеркального, или соседних каналов. Если помеха оказывается в полосе частот рабочего канала, возможна работа с узкой полосой пропускания УПЧ, например, в радиостанции «Орлан-85СТ», или потребуется переключение на другой рабочий канал.
Стабильность и качество воспроизведения принимаемой информации определяется уровнем искажений сигнала в процессе приема и обработки. Искажения сигналов могут быть нелинейные, частотные и фазовые.
Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью характеристик усилительных элементов, перегрузкой или неправильным режимом работы усилительных каскадов и другими факторами. За счет нелинейных искажений в спектре сообщения возникают дополнительные гармонические составляющие входных напряжений и их комбинационные составляющие. В авиационной связной аппаратуре нелинейные искажения приводят к ухудшению разборчивости голосовой информации, затрудняющей восприятие информации, а при цифровой связи – к сбоям при приеме, требующим повторения передаваемых сообщений. В аппаратуре радионавигации и посадки нелинейные искажения снижают точность определения навигационных параметров.
Частотные искажения связаны с неравномерностью амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания усилителя, из-за чего коэффициент усиления отдельных спектральных составляющих оказывается неодинаковым. Нелинейные и частотные искажения могут возникнуть при сжатии и расширении динамического диапазона сигнала при его модуляции и демодуляции.
Фазовые искажения не особенно заметны при передаче голосовых сообщений, если они не приводят к заметным изменениям частоты, которая является производной от фазы сигнала. Более существенно влияние фазовых искажений в фазовой радионавигационной аппаратуре, где фаза сигнала на выходе амплитудного детектора является информативным параметром, определяющим точность измерения азимута. Фазовые искажения нежелательны в радиолокационных приемниках, использующих доплеровские методы обработки принимаемых сигналов.