ЛЕКЦИЯ №5

Итак, мы рассмотрели два параметра приемников: диапазон рабочих частот и чувствительность.

Рассмотрим следующий важный параметр – частотную селективность (избирательность) приемников.

Под избирательностью понимается способность приемника отделять полезный сигнал на частоте настройки от внеполосных мешающих сигналов. Количественной мерой селективности служит относительная интенсивность мешающих сигналов (помех), при которой их влияние на чувствительность и качество воспроизведения сообщения становится сильнее допустимого предела. Селективность выражают в децибелах.

Частотная селективность реализуется с помощью резонансных цепей и фильтров приемника: преселектора и УПЧ - в супергетеродинном приемнике.

Селективность характеризуется нормированной амплитудно-частотной характеристикой приемника , определяемой как произведение нормированных АЧХ преселектора и тракта УПЧ - .

, (1.26)

где ,

К(f) – модуль коэффициента передачи приемника на любой частоте f.

К₀ – модуль коэффициента передачи на частоте сигнала f_С (частоте настройки приемника).

Величина, обратная нормированной АЧХ приемника называется избирательностью:

. (1.27)

- где f_П – частота помехи, характеризует ослабление помехи по отношению к сигналу, частота которого f_С совпадает с частотой настройки приемника.

Зависимость представляет собой характеристику селективности. Зависимость , где - расстройка, также является характеристикой селективности.

выражают в относительных единицах (разах), но чаще в децибелах

(1.27)’

Необходимая селективность приемника существенным образом зависит от параметров помех: количества мешающих сигналов, одновременно действующих на РПрУ, уровней амплитуд (мощностей) помех и частотного распределения помех, как относительно сигнала, так и относительно между собой (помехами).

Полученные нами зависимости (1.27) и (1.27)’ определяют односигнальную (линейную) селективность РПрУ, которая определяется при следующих условиях:

• на входе приемника не одновременно действуют только два электромагнитных колебания с частотами f_C – сигнала и f_П – помехи;

• уровни сигнала и помехи невелики, следовательно, нелинейные составляющие на выходах активных элементов усилительного тракта приемника пренебрежимо малы. При этом различают:

а) селективность по соседнему каналу (канал приема, имеющий наименьшую возможную для принятой системы связи или вещания расстройку по отношению к полезному сигналу).

Для радиовещательных приемников, согласно ГОСТ 9783-79, она определяется при расстройках 9 или 10 кГц – для приемников АМ-сигналов и 120 или 180 кГц для приемников ЧМ-сигналов;

б) селективность по зеркальному каналу, оценивается при частоте f_П, сдвинутой относительно частоты сигнала f_С на удвоенное значение промежуточной частоты в сторону частоты гетеродина. При f_Г > f_С например, f_з.к. = f_С + 2f_пр.

в) селективность по каналу промежуточной частоты f_П = f_пр (на входе РПрУ).

г) селективность по комбинационным (дополнительным) каналам приема

,

где m, n – целые числа.

Селективности и определяются селективностью преселектора.

Для более точной и полной оценки влияния помех на качество приема сигнала определяется многосигнальная селективность, учитывающая нелинейные эффекты, возникающие при одновременном воздействии сигнала и нескольких интенсивных помех.

Различают несколько типов многосигнальной селективности: основные из них двух- и трехсигнальная селективности.

При оценке двухсигнальной на вход РПрУ через эквивалент антенны от генератора сигнала Г_С и помехи Г_П одновременно подают модулированные напряжения сигнала U_A.C и помехи U_A.П. Параметры модуляции сигнала и помехи одинаковы F_М.С = F_М.П = 400 или 1000 Гц, m_С = m_П = 0,3. Вначале устанавливают на Г_С частоту сигнала f_C = f₀ = const, фиксируют амплитуду сигнала на входе U_A.C и при выключенном Г_П фиксируют напряжение сигнала на выходе РПрУ U_C.вых = const. Затем включают Г_П, изменяя f_П, регулируют U_A.П так, чтобы обеспечить заданное превышение сигнала над помехой на выходе . Соответствующее значение U_A.П принимают за допустимое U_A.П.д. Снимая зависимость U_A.П.д/ U_A.П от частоты f_П или расстройки селективности приемника. Эту операцию проводят для нескольких точек настройки приемника на f_С по диапазону частот. Определяя селективность во всем рабочем диапазоне.

При оценке трехсигнальной селективности на вход РПрУ подают колебания от генераторов Г_С, Г_П1, Г_П2. Частота f_П1 выбирается выше или ниже f_C = f₀ и соответствует частоте соседнего канала ( кГц), а . Вследствие нелинейности тракта УРЧ и сильных помеховых сигналов, f_П1 и f_П2 на выходе образуется достаточно большая составляющая . То есть комбинационная составляющая, по частоте совпадающая с частотой сигнала, поэтому помеха не может быть отфильтрована в последующих каскадах.

Следующий важный параметр РПрУ – динамический диапазон.

Отношение максимально допустимого напряжения входного сигнала U_A.д к чувствительности приемника U_A0 характеризует его динамический диапазон

дБ. (1.28)

Для вещательных приемников D = 40…60 дБ, для магистральных D = 60…80 дБ.

Чтобы расширить динамический диапазон используют транзисторы с большим линейным участком ВАХ и АРУ (КТ3126, КТ3127).

Верность воспроизведения сообщений – способность приемника в отсутствие помех воспроизводить на выходе с заданной точностью модулирующую функцию входного сигнала. Количественно оценивается изменением формы модулирующей функции, т.е. линейными и нелинейными искажениями.

Линейные искажения не связаны с появлением в спектре выходного сигнала новых частотных составляющих, а связаны с изменением соотношений амплитуд частотных составляющих и с неравенством времен запаздывания этих составляющих (фазовые искажения).

Амплитудные искажения оценивают коэффициентом неравномерности характеристики верности воспроизведения по напряжению или звуковому давлению. Характеристика верности по напряжению представляет собой зависимость напряжения на выходе приемника U_C.вых от частоты модуляции F_М входного сигнала при неизменных частоте настройки, амплитуде и глубине модуляции входного сигнала. Обычно U_C.вых нормируют к выходному напряжению U_C.вых.м при F_М = 400 или 1000 Гц.

(1.29)

И деальная характеристика верности Х_Н – прямая линия. Завал на НЧ обусловлен разделительными конденсаторами или трансформаторами, на верхних частотах в тракте радиочастоты это ограничение в полосе пропускания (УПЧ), в тракте частот модуляции – шунтирующее действие входных и выходных емкостей и емкостей монтажа.

Неравномерность характеристики верности оценивают в децибелах:

[дБ]

Часто считается допустимым дБ.

Кроме характеристики верности по напряжению используют характеристику верности по звуковому давлению:

.

Для оценки фазовых искажений используют характеристику группового запаздывания. Фазовые сдвиги на частотах f в пределах полосы пропускания приемника измеряют при F_М = const, после чего вычисляют групповое время запаздывания . Мерой фазовых искажений служит разность .

Время запаздывания - это время от момента включения модулирующего напряжения до момента, когда выходное напряжение достигло 0,5 от установленного значения.

Нелинейные искажения сопровождаются появлением в спектре выходного сигнала новых составляющих и оцениваются коэффициентом гармоник:

, (1.30)

или коэффициентом нелинейных искажений:

, (1.31)

где U_i – эффективные значения напряжения (соответственно - гармоник) составляющих частоты модуляции.

и при

.

2. Входные цепи радиоприемников

Входные цепи предназначены для передачи сигнала из антенны в последующие цепи и предварительной селекции сигнала и подавления помех.

Нагрузкой входной цепи (ВЦ) может быть каскад УРЧ, смеситель, детектор в зависимости от типа приемника. ВЦ обычно представляет собой пассивный четырехполюсник, содержащий одно или несколько селективных звеньев (в частности, резонансных контуров), выделяющих принимаемый сигнал. Входная цепь на диапазонах ДВ, СВ, КВ и УКВ, как правило, состоит из одного резонансного контура (реже двух), настраиваемого на частоту принимаемого сигнала, и элементов связи внешней антенны с этим контуром.

Двухконтурные и многоконтурные ВЦ применяются лишь при специальных требованиях к селективности.

П риведем ряд примеров схем ВЦ.

На рис.2.1 приведены схемы ВЦ с трансформаторной связью контура L_KC_K c антенной, на рис.2.2 – емкостной связью, на рис.2.3 – с автотрансформаторной. Входной контур подключается к следующему за ним каскаду полностью или частично в зависимости от входного сопротивления этого каскада.

На рис.2.4,а) показана ВЦ с комбинированной связью с антенной (А). На рис.2.4,б) – двухконтурная входная цепь, АЧХ которой ближе к прямоугольной, следовательно двухконтурная ВЦ обладает большей селективностью.

Основные характеристики вц

Коэффициент передачи по напряжению представляет собой отношение напряжения в нагрузке к ЭДС в антенне.

(2.1)

Модуль коэффициента передачи будет максимальным К₀ при совпадении частоты сигнала f_C с частотой настройки ВЦ f₀.

Избирательность характеризует уменьшение коэффициента передачи К при заданной частотной расстройке по сравнению с его значением при резонансе К₀.

. (2.2)

В децибелах .

Полоса пропускания – ширина области частот с допустимой неравномерностью коэффициента передачи.

В приемнике прямого усиления ВЦ обеспечивает селективность по соседнему каналу приема.

В приемнике супергетеродинного типа ВЦ обеспечивает предварительную селективность по побочным каналам приема:

Зеркальный канал: ;

На частоте, равной : ;

Дополнительный канал: .

Если приемник не рассчитан на дискретную настройку, то должна обеспечиваться настройка на любую частоту диапазона . Диапазонность ВЦ оценивается коэффициентом перекрытия диапазона:

. (2.3)

Важно, чтобы в диапазоне частот ВЦ коэффициент передачи, селективность и полоса пропускания мало менялись.

Эквиваленты приемных антенн

П риемную антенну можно представить в виде эквивалентных генератора ЭДС или тока.

Полное сопротивление генератора ЭДС содержит как активную, так и реактивную составляющие:

. (2.4)

ЭДС генератора , где h_д – действующая высота (длина) антенны, - напряженность электрической составляющей поля в месте приема.

Параметры генератора тока определяются выражением:

, (2.5)

где , - комплексная проводимость антенны,

.

Сопротивление ненастроенной антенны зависит от частоты сложным образом, так как антенна представляет собой цепь с распределенными параметрами.

Е сли размеры антенны невелики по сравнению с длиной волны, то эквивалент ее может быть представлен в виде последовательно соединенных индуктивности L_A, емкости С_А и активного сопротивления R_A. В диапазоне НЧ и СЧ индуктивностью антенны можно пренебречь, т.к. .

В диапазоне ВЧ сопротивление антенны может иметь как емкостный, так и индуктивный характер.

В диапазонах метровых (ОВЧ) и более коротких волн обычно используют антенны, настроенные на среднюю частоту диапазона, на которой антенна обладает чисто активным сопротивлением R_A. Если R_A = ρ_А – сопротивление фидера антенны, то антенна подсоединяется к фидеру непосредственно, если , то через согласующее устройство.

В метровых и более коротких диапазонах вместо ЭДС или тока можно рассматривать мощность сигнала в антенне.

, (2.6)

где S_д – действующая площадь антенны;

- КПД антенны и фидера. При согласованной нагрузке:

. (2.7)