Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

На рис.7.36 представлен примерный временной график выходного напряжения регулируемого звена при нулевых и ненулевых начальных условиях.

ЛЕКЦИЯ №30. УЗЛЫ И CИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ АРУ

7.5 Примеры систем на основе АРУ

Среди систем амплитудного регулирования особенно актуальны системы, позволяющие увеличить отношение сигнал/помеха. При этом под помехами чаще всего подразумевают внешние и внутренние шумы.

По воздействию на АЧХ и амплитудную характеристику (АХ) различают шумоподавители с изменением формы АЧХ и с регулировкой динамического диапазона.

По наличию или отсутствию регулирования различают шумоподавители статические и динамические. В статических воздействие на АХ или АЧХ неизменно во времени и определяется интенсивностью и спектром сигнала и помех. К этому виду относятся, например, цепи предыскажения.

Структура динамического регулятора-шумоподавителя раскрывается на рис.7.37 Входной сигнал поступает на вход выходного сумматора и на вход фазовращателя на 180 градусов (инвертора). С выхода фазовращателя сигнал через ФВЧ и усилительный каскад поступает на цепь АРУ с прямой связью, амплитудная характеристика которой для высокочастотных составляющих соответствует рис.7.38. Выходной сигнал представляет собой разность Uвых = Uвх − U2 . В результате при очень маленьких уровнях входного сигнала суммарный коэффициент передачи для высокочастотных составляющих значительно снижается.

ϕ = 180о

Рис.7.37

Принцип регулирования динамического диапазона в простейшей системе сжиматель-расширитель (так называемая компандерная система) поясняется на рис.7.39.

293

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

Рис.7.38

Небольшие уровни входных сигналов после сжатия динамического диапазона (Д2) оказываются выше уровня шумов и помех в канале вещания. После расширителя восстанавливается первоначальный динамический диапазон входного сигнала (Д4=Д1). Выигрыш в отношении сигнал/помеха определяется увеличением среднего уровня сигнала в канале. В аналоговых системах выигрыш достигает 10-13 дБ.

Широкое распространение получили системы шумоподавления Долби. Упрощенная структурная схема системы “Долби-А” представлена на рис.7.40. При больших уровнях сигналов дополнительный тракт имеет небольшой коэффициент передачи и выходной сигнал определяется основным трактом, в котором не происходит сжатие динамического диапазона. При небольших уровнях сигналов дополнительный тракт имеет большой коэффициент передачи, и выходной сигнал определяется дополнительным трактом. В дополнительном тракте спектр передаваемых сигналов разбивается на несколько частей, в которых осуществляется независимое сжатие динамических диапазонов на передающей стороне и расширение на приемной стороне. Улучшение отношения сигнал/шум достигает 15 дБ.

294

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

Рис.7.40

7.6. Регулировка чувствительности

В условиях напряженной ЭМО помехи на входе РПУ составляют единицы и даже десятки вольт. При таких уровнях неизбежно нелинейное поражение высокочувствительного тракта РПУ мощными помехами. Для снижения вероятности поражения требуется уменьшение чувствительности РПУ при сохранении способности воспринимать слабые полезные сигналы.

Понятие автоматическая регулировка чувствительности (АРЧ) предполагает согласование уровней входных воздействий приемника с его динамическим диапазоном, что приводит к повышению помехоустойчивости приемника.

Система автоматической регулировки чувствительности (АРЧ) может содержать один (рис.7.41,а) или несколько (рис.7.41,б) аттенюаторов (АТ), распределенных по сечениям преселектора. Управляющее аттенюаторами воздействие вырабатывается на основе измерения групповой мощности сигнала и помех, попадающих в полосу пропускания преселектора РПУ.

Рис.7.41

Во время работы АРЧ может изменяться коэффициент шума РПУ. При регулировке с аттенюатором на входе характеристики защиты имеют вид, показанный на рис.7.42,а. Введение адаптации уменьшает чувствительность РПУ, сохраняет динамический диапазон тракта и снижает вероятность нелинейного поражения, при котором прием сигнала был бы вообще невозможен.

295

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

При регулировке распределенными аттенюаторами (см. рис.7.41,б) затухание вводится постепенно, начиная с сечений, расположенных в глубине преселектора РПУ: сначала исчерпывается затухание AT3, затем AT2 и только потом начинает срабатывать AT1, т.е. имеет место эстафета. Результирующая характеристика защиты тракта показана на рис.7.42,б. Видно, что в результате регулировки уровень блокирования РПУ изменяется аналогично АРЧ с одиночным аттенюатором, однако коэффициент шума здесь меньше, поэтому линейный ДД РПУ расширился. Меньшие значения коэффициента шума объясняются тем, что регулировка начинается в каскадах, которые расположены в глубине преселектора и, следовательно, в меньшей мере, чем входные, определяют коэффициент шума РПУ.

Рис.7.42

296

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

РАЗДЕЛ 8. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РПУ ДЛЯ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ЛЕКЦИЯ №31. ПРИЕМНИКИ АМ СИГНАЛОВ

8.1 Особенности приема АМ сигналов

Структурная схема приемника АМ сигналов супергетеродинного типа с однократным преобразованием частоты представлена на рис. 8.1.

Приемник снабжен системами адаптации АРУ и ЧАПЧ.

Наличие селективных цепей в преселекторе РПрУ приводит к появлению различного рода искажений сигнала. Рассмотрим некоторые из них.

1. Точная настройка одноконтурной цепи.

Выходной сигнал селективной цепи определяется ее амплитудночастотной характеристикой:

На рис. 8.2 представлен случай, когда частота настройки селективной цепи fo совпадает с частотой несущего колебания fc . Из рисунка видно, что

каждая составляющая спектра входного сигнала претерпевает амплитудные и фазовые изменения. Выходной сигнал на основании (8.1) получается как сумма результатов перемножения амплитуд составляющих спектра входного АМ сигнала и коэффициента передачи цепи на соответствующей частоте, т.е.

Uвых = KoUmc cos(ωct) + 0,5mK(ωc − Ω)Umc cos[(ωc − Ω)t + ϕ(ωc − Ω)] +

+0,5mK(ωc + Ω)Umc cos[(ωc + Ω)t + ϕ(ωc + Ω)],

где ωc = 2πfc , Ω = 2πF.

297

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

Если АЧХ и ФЧХ селективной цепи симметричны, то можно записать,

что

Umc.вых - амплитуда несущей на выходе: Umc.вых = KoUmc , to - задержка огибающей выходного сигнала.

ϕ(f − F)

ϕ(f + F)

Рис. 8.2

Таким образом, прохождение модулированного сигнала через настроенную селективную цепь сопряжено с появлением линейных искажений, проявляющихся в виде временной задержки и изменения соотношения амплитуд составляющих выходного спектра по сравнению с входным.

2. Точная настройка двухконтурной цепи.

На рис. 8.3 представлен случай, соответствующий степени связи контуров больше критической. Рассмотрим прохождение составляющих спектра входного сигнала, попадающих в области подъема АЧХ. Как видно из (8.3), в этом случае уровень несущей на выходе по отношению к амплитудам боковых составляющих уменьшается. Это может привести к появлению перемодуляции выходного сигнала и появлению нелинейных искажения после детектирования (рис. 8.4).

298

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

Рис. 8.3

Рис. 8.4

3. Неточная настройка для одноконтурной цепи.

Наиболее интересный случай представлен на рис. 8.5, когда оказывается полностью подавленной одна из боковых полос спектра входного сигнала.

Получаем сигнал с одной боковой полосой, в данном случае с верхней боковой полосой. Выходной сигнал в этом случае можно представить в виде

299

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

суммы двух колебаний, различающихся по частоте на величину 1. Амплитуда суммарного колебания равна

Рис. 8.5

При выполнении условия Um1 >> Um2 для суммарного колебания можно записать

Анализируя (8.7), замечаем, что кроме первой гармоники частоты 1 в суммарном колебании присутствует также составляющая с частотой 21 и

300

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

амплитудой

Таким образом, детектирование амплитудно-модулированного сигнала с подавленной боковой полосой будет сопровождаться появлением на выходе линейного детектора нелинейных искажений.

8.1.1 Прием однополосных сигналов и с подавленной несущей

Поскольку полезная информация заключена в одной из полос (верхней или нижней) АМ сигнала, то нет необходимости передавать модулированный сигнал полностью. Если не передавать саму несущую, то уже можно получить значительный выигрыш с точки зрения энергетических соотношений.

Примерный вид сигнала с подавленной несущей представлен на рис. 8.6. Красной линией обозначена траектория огибающей полезного (модулирующего) сигнала.

Рис. 8.6

Дополнительный выигрыш и экономию частотной полосы получим при передаче только одной боковой полосы.

Однополосная радиосвязь получила широкое распространение благодаря следующим достоинствам:

1)вдвое меньшая ширина спектра излучения передатчика, т.к. передается только половина спектра АМ сигнала;

2)лучший энергетический режим передатчика, т.к. не тратится энергия на передачу несущего колебания во время отсутствия модуляции;

3)улучшение отношения сигнал/помеха.

301

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

Детектирование однополосных сигналов осуществляется, как правило, с помощью синхронных (когерентных) детекторов. Структура РПрУ однополосных сигналов представлена на рис. 8.7.

Для решения проблемы восстановления несущего колебания в системе однополосной связи предусмотрена передача остатка несущего колебания с постоянным уровнем или специального пилот-тона, частота которого отличается от частоты несущей на заданную величину.

Восстановление подавленной несущей осуществляется с помощью классической петли ФАПЧ или петли ФАПЧ Костаса (рис. 8. 8).

sin(ωc t)

ϕ= π

2

[sin(2ωc t + θ) − sin θ]

Рис. 8. 8

В случае высокой стабильности частоты настройки необходимости в системе АПЧ нет. При передаче телефонных сообщений, например, допускается отклонение частоты синхронного гетеродина до 100…150 Гц.

302