Частные тракты приемника

Частные тракты коротковолновых приемников в большинстве случаев выполняются в виде отдельных блоков (приборов), пред­назначенных для приема определенных видов сигналов. Так, ес­ли радиоприемное устройство предназначено для приема сигна­лов ОМ, ЧТ и ОФТ, то создаются отдельные блоки для приема этих сигналов, которые подключаются к общему тракту прием­ника.

Обработка сигнала в частном тракте приемника сводится прежде всего к отделению его от помехи, лежащей за предела­ми полезного спектра, ослаблению помехи, совпадающей с полез­ным спектром, и преобразованию сигнала второй промежуточной частоты в исходный сигнал.

Ниже рассматриваются принципы построения некоторых част­ных трактов приемников, предназначенных для приема различных видов сигналов.

Частный тракт приема сигналов с амплитудной модуляцией

Этот тракт (рис. 4.5) включает следующие элементы:

— полосовой фильтр сосредоточенной селекции (ФСС);

— усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

— амплитудный детектор (АД);

— усилитель низкой частоты (УНЧ).

Рис.4.5

Полосовой ФСС предназначен для частотной селекции сигна­ла с учетом нестабильности частоты передатчика и гетеродина приемника. Фильтр должен обеспечивать ослабление сигнала по соседнему каналу, который принято для AM сигналов считать от­стоящим от данного на 10 кГц, приблизительно на 60 дБ. Такое ослабление соседнего канала обеспечивается фильтром с коэффи­циентом прямоугольности порядка 0,3—0,4.

Усилитель промежуточной частоты служит для компенсации потерь в фильтре, а также для обеспечения линейного детекти­рования, так как у AM сигнала информативным параметром яв­ляется амплитуда. Обеспечить линейность усиления относительно нетрудно, поскольку напряжение, требуемое для нормального де­тектирования, обычно не превышает 2 В.

Усилитель низкой частоты обеспечивает требуемое усиление для нормальной работы оконечного устройства.

Частный тракт приема сигналов с однополосной модуляцией

В общем случае тракт приема сигналов ОМ имеет структур­ную схему, показанную на рис. 4.6.

Основными элементами его являются:

— полосовой фильтр сосредоточенной селекции (ФСС);

— усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

— демодулятор (Д);

— усилитель низкой частоты (УНЧ).

Рис.4.6

Полосовой ФСС предназначен для частотной селекции верх­ней или нижней боковой полосы соответственно. В отличие от AM при ОМ к фильтру предъявляются более жесткие требования, так как в данном случае за соседний канал принимают канал, совпадающий со второй боковой полосой. Такие требования предъ­являются в связи с тем, что в современных однополосных ко­ротковолновых системах радиосвязи используются обе боковые полосы для организации двухканальной телефонной работы.

Для получения высокой разборчивости и натуральности речи на выходе демодулятора предъявляются жесткие требования к точности восстановления местной несущей на приемном конце.

Если асинхронизм частот передачи и приема в обычной аппара­туре AM сигналов может достигать ±100 Гц без потери артику­ляции речи, то для приема сигналов ОМ асинхронизм не должен превышать 25 Гц. Это означает, что на рабочей частоте 30 МГц расхождение частот приема и передачи должно быть не более ±12,5 Гц, что соответствует относительной нестабильности час­тоты высокостабильного генератора .

В тех случаях, когда эти требования не выполняются, по ка­налу связи передается не полностью подавленная несущая (пи­лот-сигнал). С целью уменьшения расхода мощности на передачу остатка несущей амплитуду пилот-сигнала выбирают равной примерно 10% от пикового значения амплитуды информационного сигнала.

Частный тракт приема сигналов с частотной модуляцией

Частотная модуляция сигнала при передаче непрерывных со­общений в системах KB радиосвязи в настоящее время практи­чески не применяется. Однако некоторые средства радиосвязи более ранних образцов еще сохранили этот вид модуляции. Поэ­тому в период смены поколений техники радиосвязи появляется необходимость сопряжения радиостанций старого и нового парка. Частный тракт приема ЧМ сигналов (рис. 4.7) содержит сле­дующие элементы:

— полосовой фильтр сосредоточенной селекции (ФСС);

— усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

— амплитудный ограничитель (АО);

• частотный детектор (ЧД);

• усилитель низкой частоты (УНЧ).

Рис. 4.7

Полосовой ФСС обеспечивает основную частотную избиратель­ность тракта с учетом ширины спектра сигнала и нестабильности частоты передатчика и гетеродина приемника.

Выбор более узкой полосы ФСС недопустим, так как это ве­дет к нелинейным искажениям сигнала. Напомним, что сужение полосы ФСС при приеме AM или ОМ сигнала приводит к линей­ным искажениям сигнала.

Полосовой фильтр должен обеспечить ослабление сигнала по соседнему каналу, отстоящему от данного на 25 кГц, в среднем на 60 дБ. Такое ослабление обеспечивается фильтром с коэффи­циентом прямоугольности порядка 0,5.

Усилитель промежуточной частоты должен обеспечить значи­тельное усиление сигнала, поскольку для эффективной работы ам­плитудного ограничителя и частотного детектора уровень сигнала должен быть достаточно большим.

Амплитудный ограничитель выполняет две функции: во-пер­вых, устраняет паразитную амплитудную модуляцию сигнала, вы­званную действием помех и другими факторами в канале связи, и, во-вторых, нормирует уровень сигнала на входе частотного детектора, что весьма важно, так как коэффициент его передачи зависит от уровня входного сигнала.

После частотного детектора сигнал поступает на усилитель низкой частоты, который имеет специальную амплитудно-частот­ную характеристику. Это объясняется следующими обстоятельст­вами. Выигрыш систем ЧМ зависит от частоты модулирующего сигнала и падает с ростом частоты. Для повышения эффектив­ности в тракте передатчика до модулятора вводят умышленные предыскания, направленные на подъем амплитудно-частотной ха­рактеристики в области высоких частот. Поэтому для восста­новления исходного сигнала в приемнике после частотного де­тектора характеристика УНЧ корректируется путем ее завала.

В последних образцах коротковолновых приемников частный тракт приема ЧМ сигналов, как правило, конструктивно разме­щается в блоке приема ОМ сигналов, а его вход подключается к общему тракту приемника с помощью переключателя вида рабо­ты, расположенного на лицевой панели блока.

Частный тракт приема сигналов амплитудного телеграфирования

Тракт слухового приема сигналов AT (рис. 4.8) включает в свой состав:

• полосовой фильтр сосредоточенной селекции (ФСС):

• усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

• преобразователь промежуточной частоты в тональную час­тоту (СМ);

• фильтр тональной частоты (ФТЧ);

— усилитель низкой частоты (УНЧ).

Полоса ФСС определяется шириной спектра сигнала и не­стабильностью частоты передатчика и гетеродина приемника. Поскольку разборчивость сигналов AT с рас­ширением полосы несколько повышается, то часто в приемни­ках предусматривается плавная или дискретная регулировка по­лосы, которой пользуются в зависимости от уровня помех.

Рис. 4.8

Наиболее воспринимаемая частота тона биений для слухово­го приема сигналов лежит в пределах 700—1000 Гц, поэтому час­тота перестраиваемого гетеродина должна отличаться от средней частоты ФСС на эту величину.

С целью повышения помехоустойчивости приема сигналов AT на входе УНЧ может включаться фильтр тональной частоты, на­строенный на частоту благоприятного тона.

Частный тракт приема сигналов частотного телеграфирования

Тракт приема сигналов ЧТ (рис. 4.9) включает в свой сос­тав следующие элементы:

— первый усилитель-ограничитель (АО1);

— полосовой кварцевый фильтр (ПКФ), предназначенный для приема сигналов с определенным сдвигом частоты;

— второй усилитель-ограничитель (АО2);

— дискриминатор (Д).

Рис.4.9

Поскольку каждое радиоприемное устройство предназначено Для приема нескольких сигналов телеграфии с различными час­тотными сдвигами, то аналогичных трактов приема сигналов ЧТ будет несколько. Их отличие будет лишь в параметрах кварце­вых фильтров и дискриминаторов.

Структурная схема частных трактов приема сигналов ЧТ построена так, чтобы она совместно с общим трактом приемника обеспечила прием сигналов частотной телеграфии в режиме ШОУО. В этом случае процесс ослабления импульсных помех состоит в следующем. Известно, что импульс-ная помеха имеет длительность импульса меньше длительности телеграфной посыл­ки. Энергия помехи распределена в широком спектре частот, а энергия полезного сигнала—в сравнительно узком. Общий тракт приемника пропус-кает значительную часть помехи, практически не искажая форму импульсов. Ограничитель срезает импульс помехи, доводя его до уровня полезного сигнала. Стоящий после ограничителя узкополосный фильтр пропускает полностью спектр полезного сигнала и лишь часть спектра помехи. Поэтому на вы­ходе узкополосного фильтра энергия помехи оказывается меньше энергии полезного сигнала, в то время, как на входе приемни­ка энергия помехи могла превышать энергию сигнала. Второй усилитель-ограничитель окончательно устраняет амплитудную паразитную модуляцию сигнала и нормализует его уровень на входе дискриминатора. На выходе частотного дискриминатора об­разуются посылки постоянного тока. Для формирования прямо­угольных импульсов в частном тракте телеграфных сигналов обычно применяется усилитель постоянного тока (УПТ), схема симметрирования (СС) и триггер (ТГ).

Для слухового приема и контроля телеграфной работы в тракте может применяться смеситель и дополнительный пере­страиваемый гетеродин. После преобразования низкочастотный сигнал усиливается и подается на гнезда слухового приема и контроля.

Частный тракт приема сигналов ДЧТ от тракта приема сиг­налов ЧТ отличается тем, что здесь применяется четыре раздели­тельных фильтра и специальный дешифратор двухканальной работы.

Частные тракты приема сигналов ЧТ и ДЧТ конструктивно оформляются в виде отдельных блоков. Выбор требуемого вида сигнала осуществляется с помощью специального переключателя на передней панели блока. Кроме того, на переднюю панель вы­носятся и другие органы регулировки и контроля блока. Помимо местного управления в блоке приема сигналов ЧТ предусматри­вается также возможность его дистанционного управления.

В тех случаях, когда необходимо осуществлять прием многих сигналов с различными частотными сдвигами, частные тракты приема этих сигналов могут оформляться в виде нескольких от­дельных блоков.

Особенностью частных трактов приема сигналов ЧТ и ДЧТ является то, что именно в них предусматривается возможность осуществления сдвоенного приема. При сдвоенном приеме на­грузки дискриминаторов специальным образом соединяются меж­ду собой и образуют сравнивающее устройство принимаемых раз­несенных сигналов. Сравнивающее устройство вырабатывает уп­равляющее напряжение, которое запирает тот частный тракт приема сигналов ЧТ или ДЧТ, в котором уровень принимаемого сигнала меньше.

Частный тракт приема сигналов относительного фазового телеграфирования

Принцип построения частного тракта приема сигналов ОФТ зависит от метода обработки сигнала на приемном конце. Так как существует три основных метода приема сигналов ОФТ (авто­корреляционный, корреляционный и когерентный), то ниже при­водятся соответствующие им структурные схемы частных трак­тов.

Частный тракт при автокорреляционном приеме сигналов ОФТ (рис. 4.10) включает в свой состав:

— полосовой фильтр сосредоточенной селекции (ФСС);

— фазовый детектор (ФД);.

— цепь задержки ();

— фильтр нижних частот (ФНЧ);

— решающее устройство (РУ).

Рис. 4.10

К полосовому ФСС предъявляются те же требования, что и к ФСС при приеме сигналов AT. Поскольку в фазовом детекторе производится сравнение фаз принимаемого и предшествующего сигналов длительностью , то обязательным элементом схемы должна быть цепь задержки сигнала на время .

Для улучшения помехоустойчивости на выходе фазового де­тектора включается фильтр нижних частот, который обеспечивает дополнительное подавление помех. Далее напряжение подается на решающее устройство (РУ), в котором окончательно формиру­ется в зависимости от его полярности принимаемый сигнал.

Рис. 4.11

Частный тракт при корреляционном приеме сигналов ОФТ показан на рис. 4.11. Он содержит:

— полосовой фильтр сосредоточенной селекции (ФСС);

— фазовые детекторы (ФД1 и ФД2);

• местный опорный генератор (Г);

• фазосдвигающую цепь

— канальные интеграторы (И1 и И2);

— запоминающие устройства (ЗУ1 и ЗУ2);

— перемножители (П1 и П2);

— решающее устройство (РУ).

В данной схеме принимаемый сигнал сравнивается по фазе с колебаниями местного опорного генератора. Полученные на вы­ходе ФД1 и ФД2 напряжения интегрируются на интервале , запоминаются в ЗУ1 и ЗУ2, а затем через интервал , перемно­жаются с последующими отсчетами напряжения на интеграторах в перемножителях П1 и П2 и подаются на сумматор решающего устройства. Знак результирующего напряжения определяется разностью фаз предыдущего и последующего сигналов. После этого, в зависимости от полярности поступающего напряжения, решающее устройство окончательно формирует принимаемый сигнал.

Частный тракт при когерентном приеме сигналов ОФТ (рис.4.12) включает в свой состав:

— полосовой фильтр сосредоточенной селекции (ФСС);

— фазовый детектор (ФД);

— синхронный гетеродин (Г);

— фильтр нижних частот (ФНЧ);

— сравнивающее устройство (СУ);

— цепь задержки ();

— решающее устройство (РУ).

Рис. 4.12

Этот метод основан на сравнении полярностей принимаемых посылок. Поэтому принятые колебания синхронно детектируются в фазовом детекторе и поступают в схему сравнения. В данной схеме колебания гетеродина синхронизированы по фазе с прини­маемым сигналом.

В сравнивающем устройстве сравниваются полярности прини­маемой и предыдущей посылок, для чего используется цепь за­держки ().

С выхода сравнивающего устройства полученное в результа­те сравнения полярностей посылок напряжение поступает на решающее устройство, которое окончательно формирует прини­маемый сигнал.

Аналогичным образом могут быть построены частные тракты приема сигналов двойного относительного фазового телеграфирования (ДОФТ).

В заключение следует отметить, что рассмотренные частные тракты приема различных видов сигналов подобно общему трак­ту приемника также не имеют оптимальной структуры вообще. Все определяется конкретными требованиями, главными из ко­торых являются назначение частного тракта приемного устройст­ва и условия его эксплуатации.

4.5. Методы повышения помехоустойчивости

систем КВ радиосвязи

Коротковолновая радиосвязь отличается сложностью и нестацио-нарностью условий распространения радиоволн и помеховых ситуаций. Для повышения надежности связи необходимо применять специальные меры, обеспечивающие, с одной стороны, возможность передачи информа­ции на заданное расстояние с учетом состояния ионосферы, с другой, устойчивость к внутренним и внешним помехам.

Характерной для KB радиоканалов является мультипликативная помеха, являющаяся следствием интерференции радиоволн, отразивших­ся от различных ионосферных слоев, неоднородностей диэлектрической проницаемости в пределах одного слоя, или пришедших в точку приема после многоскачкового распространения.

При этом сигнал на выходе радиоканала имеет вид

(4.1)

где - коэффициент передачи i-го канала луча;

- передаваемый сигнал;

- время запаздывания сигнала при распространении по i -му лучу;

L- количество лучей распространения;

- аддитивная помеха.

В результате многолучевого распространения возникают замирания сигналов, глубина которых может достигать нескольких порядков, а средний период (квазипериод) замираний принимает значения от 0,1с на длинных трассах до 2 с на корот­ких.

Замирающий гармонический сигнал можно представить в виде синусои-дального колебания, амплитуда и фаза которого изменяются по случайному закону.

Вероятностное распределение огибающей замирающего сигнала может быть описано законом Релея, если разность времени распрост­ранения лучей много больше периода средней частоты сигнала, либо законом Райса (обобщенным законом Релея), если указанное ус­ловие не выполняется, т.е. имеется постоянная (не флуктуирущая ) составляющая сигнала (рис. 4.13).

В KB радиоканале действуют внутренние и внешние аддитивные помехи. Внутренние помехи в основном обуслов­лены внутренними шумами самого приемника и, как правило, пренебре­жимо малы по сравнению с внешними помехами. Внешние помехи по их происхождению можно подразделить на естественные и искусственные. Основными видами естественных помех в КВ диапазоне являются атмо­сферные помехи (грозовые разряда и т.д.), которые в зависимости от метеообстановки могут иметь как ярко выраженный импульсный, так и флуктуационный характер. Как правило, атмосферные помехи имеют квазиимпульсный характер, т.е. представляют собой смесь импульсных и флуктуационных помех.

Искусственные помехи могут создаваться многочисленными промышленными установками, автотранспортом и т.д. (индустриальные помехи) и излучениями посторонних радиостанций (непреднамерен­ные и специально организованные помехи).

Рис.4.13

Основной вид искусственных помех в КВ диапазоне - это сосредоточенные помехи, ширина спектра которых соизмерима или меньше ширины спектра полезного сигнала. Эффективность KB радиосвязи в значи­тельной степени определяется способностью противостоять воздействию сосредоточенных помех и обеспечивается путем совершенствова­ния приемной аппаратуры, применением специальных сигналов, оптимальных методов их обработки и соответствующей организацией связи.

Таким образом, эффективная система КВ радиосвязи должна быть устойчивой к замираниям сигналов, а также к воздействию сосредоточенных и квазиимпульсных помех.