§ 1.3. Основные характеристики радиоприемников

Качественные показатели радиоприемных устройств определяются электрическими, конструктивно-экс-

плуатационными и экономическими характеристиками.

Рассмотрим основные электрические характеристики радиоприемников.

1. Чувствительность. Под чувствительностью понимают способность приемника принимать слабые сигналы. Чувствительность определяется минимально необходимой мощностью или ЭДС сигнала в антенне (либо ее эквиваленте), при которых обеспечивается нормальное функционирование исполнительного (оконечного) устройства при заданном отношении мощности сигнала к мощности собственных шумов на выходе приемника. Такое определение справедливо в тех случаях, когда внешними помехами радиоприему можно пренебречь. Однако в реальных условиях эксплуатации пренебрежение внешними помехами радиоприему часто недопустимо, особенно для приемников специальных радиосистем. Поэтому вводят понятие эффективной чувствительности по отношению к уровню помех, как внутренних, так и внешних.

Эффективная чувствительность — это способность радиоприемника принимать слабые сигналы с заданным качеством (отношением сигнал/помеха) и вероятностью приема (поражения) в условиях воздействия всего ансамбля помех [10].

2. Избирательность. Избирательностью называют способность радиоприемного устройства выделять полезный сигнал и ослаблять действие мешающих сигналов (помех) с помощью различных способов избирательности: частотной, временной, пространственной, поляризационной и др.

Частотная- избирательность, реализуемая с помощью резонансных цепей и фильтров, характеризуется нормированной амплитудно-частотной характеристикой у (/) трактов радио у (/_с) и промежуточных у (/„) частот приемника:

(1.3)

где К (/) модуль коэффициента пере дачи указанных трактов на произволь ной частоте /; К_п — то же, но на ча стотах /_с или /„.

Из (1.3) следует, что v (/) опреде ляется произведением нормирован ных амплитудно-частотных характе ристик преселектора у (/,.) и УП¹ Y(/_n). Если ввести абсолютные рас стройки по трактам преселектор, А/_с = /с - / и УПЧ Д/„ = /„-/,; далее совместить их (Д/₍. = Д/_п = = Д/), то вид нормированных ампли тудно-частотных характеристик пре селектора и УПЧ (рис. 1.8) будет пс казывать, что избирательность супер гетеродинного приемника определя ется в основном трактом УПЧ. Кс личественно избирательность прие\ ника оценивается величиной, обрат ной (1.3):

Sl=K_n/K(f), (1.4

которая и называется избирательнс стью приемника. Допустимой нерав номерности коэффициента передач соответствует полоса пропускания 1 на уровнях SI — 2 (n_v=o,s), SI -= |^2 (Пу₌₀,707) или на любых другие

Понимая под К (/) коэффициенты передачи по любым побочным канала приема (см. § 1.2), можно определит избирательность приемника по отнс шению к соответствующим помеховы каналам.

Приведенные характеристики и: бирательности определяются тольк частотной фильтрацией полезного си1 нала от мешающих сигналов в выс< кочастотном тракте. Однако реальна избирательность приемника в цело

зависит также от н е л иней н ы х

явлений в его каскадах. Поэтому вводят понятие эффективной частотной избирательности, под которой понимают способность приемника различать полезный сигнал (на частоты которого настроен приемник) и помехи (с частотами за пределами полосы пропускания), уровни которых таковы, что они создают нелинейные эффекты при одновременном действии полезного и мешающих сигналов. Нелинейные эффекты в усилительных и преобразовательных каскадах приемника, обусловленные в основном нелинейной вольт-амперной характеристикой активных приборов при больших уровнях сигнала или помех, вызывают следующие явления [10, 331:

а) Сжатие амплитуды радиосигнала, т. е. нарушение линейной зависимости между амплитудами сигнала на выходе и входе каскада.Это явление происходит в режиме большого полезного сигнала и количественно характеризуется коэффициентом сжатия к_сж, который определяется как отношение изменения средней крутизны А5_Ср за период входного сигнала к крутизне S в рабочей точке вольт-амперной характеристики электронного прибора:

(1.5)

Сжатие амплитуды сигнала в последовательно соединенных я каскадах равно алгебраической сумме коэффициентов сжатия каждого каскада.

б) Блокирование полезного сигнала, выражающееся в изменении коэффициента передачи приемного тракта при действии мешающих сигналов, частоты которых отличаются от частот основного и побочного каналов приема. Чаще всего коэффициент передачи уменьшается, что приводит к уменьшению отношения :игнал/шум на выходе приемника или :нижению его чувствительности. Ко-тичественно это явление оценивают <оэффициентом блокирования к_0л, <оторый определяется как отношение шплитуды составляющей сигнала, )бусловленной воздействием помех

А_с„, к амплитуде составляющей сигнала в отсутствие помех А_с:

к_бл=Л_сп/Л_с. (1.6)

Для многокаскадного устройства коэффициент блокирования равен сумме подобных коэффициентов отдельных каскадов.

в) Перекрестные искажения радиосигналов, проявляющиеся в переносе модуляции с мешающего внеполосного сигнала на полезный. Это явление может возникнуть в случае, когда полезный сигнал проходит через параметрический каскад, комплексная передаточная функция К ('to, t) которого изменяется во времени по закону сильного помехового внеполосного сигнала,- находящегося по частоте на скатах АЧХ данного каскада. При изменении модуля передаточной функции /)-| в такт с изменением помехового сигнала возникает амплитудная перекрестная модуляция, а при изменении аргумента q> (ш, t) — угловая перекрестная модуляция.

Количественно искажения оценивают коэффициентом перекрестных искажений, который в общем виде может быть представлен выражением

АЩ

где А_пк — амплитуды спектральных составляющих, образовавшихся после детектирования вследствие перекрестной модуляции; А_с — амплитуда полезной составляющей после детектирования.

г) Взаимную модуля-ц и ю (интермодуляцию) между помеховыми внеполосными сигналами , а также между внеполосными сигналами и шумом. Условия ее возникновения описаны в § 1.2. Количественно интермодуляцию оценивают уровнем составляющей взаимной модуляции на выходе устройства по отношению к амплитуде одного из одинаковых взаимодействующих сигналов, который определяется как двух-сигнальный коэффициент нелинейных искажений к_2Л.

Временная избирательность применяется в основном при приеме импульсных сигналов, когда момент появления их известен достаточно точно. При этом используется метод строби-рования, когда приемник открывается только на время ожидаемого прихода импульсного,сигнала. Остальное время приемник закрыт, что уменьшает воздействие помех.

Пространственная избирательность осуществляется с помощью остронаправленных приемных антенн, а в настоящее время и путем управления фазированными антенными решетками (ФАР). Если источники сигнала и помехи разнесены по угловым направлениям, то можно существенно ослабить уровень внешней помехи на входе приемника, формируя в направлении на источник сигнала максимум диаграммы направленности приемной антенны, а в направлении источника помехи — нули (провалы) в диаграмме направленности.

Поляризационная избирательность может быть осуществлена, если имеются различия в поляризациях электромагнитных волн полезного сигнала и помехи. Она производится приемной антенной, которая настраивается на вид поляризации сигнала.

3. Помехоустойчивость. Помехоустойчивостью называют способность приемника обеспечивать прием переданной или извлеченной информации с заданной достоверностью при заданных (или выбранных) видах сигналов (в том числе видов модуляции или кодирования) и наличии помех в радиоканале. Повышение помехоустойчивости обеспечивается всеми видами избирательности, а также созданием оптимальных (квазиоптимальных)структур приемников и специальными мерами борьбы с помехами при обработке принимаемых сигналов.

4. Допустимые искажения воспроизводимого сигнала в отсутствие помех. Искажения могут быть линейными (амплитудно-частотными и фазочас-тотными) и нелинейными. Амплитудно-частотные искажения изменяют соотношения между амплитудами со-

ставляющих СОООЩеНИЯ на ВЫАиде

приемника (включая оконечное устройство) по сравнению с его входом. Они оцениваются допустимой нелинейностью АЧХ сквозного тракта приемника в заданном диапазоне модулирующих частот. Фазочастотные искажения заключаются в том. что различные составляющие спектра сообщений при прохождении через приемник сдвигаются во времени не на одинаковую величину и оцениваются допустимой нелинейностью ФЧХ приемного тракта. Нелинейные искажения проявляются на выходе приемника в появлении дополнительных частот (гармоник и комбинационных), не содержащихся в передаваемом сообщении, и оцениваются допустимым коэффициентом нелинейных искажений при заданном коэффициенте модуляции. Искажения импульсных сигналов оцениваются допустимыми длительностями фронта и среза, неравномерностью вершины, выбросами на вершине и в паузе.

5. Электромагнитная совместимость (ЭМС). Под электромагнитной совместимостью понимают обеспечение совместной работы данной радиоэлектронной аппаратуры с другой аппаратурой, которая создает мешающее радиоизлучение. Задачи рационального использования радиочастотных диапазонов и нормирования радиоизлучений введены в общесоюзные стандарты. Имеются рекомендации («Регламент радиосвязи») международных организаций по вопросам распределения радиочастот между отдельными службами (радионавигация, радиолокация, радиовещание и т. д.). Применительно к приемникам для ЭМС принимают меры по уменьшению собственных его излучений и предусматривают защиту приемников от влияния помех других устройств по соседним и побочным каналам приема, а также от индустриальных помех. ЭМС задается допустимыми уровнями напряжений гетеродина, «просачивающихся» в антенну, на выход приемника, в цепи питания, управления, коммутации.

Рис. 1.9

6. Динамический диапазон приемника по основному каналу. Под этой характеристикой понимают диапазон граничных уровней входного полезного сигнала, при которых обеспечивается нормальное качество приема. Минимальный уровень входного сигнала ограничивается уровнем собственных шумов, т. е. чувствительностью приемника. Максимальный уровень сигнала ограничен допустимыми нелинейными искажениями в усилительных и преобразовательных каскадах приемника из-за нелинейных характеристик электронных приборов при сильных сигналах.

Таким образом, динамический диапазон характеризует пределы изменения уровня входных сигналов, в которых устройство линейно в практическом смысле. Относительное изменение уровней помех и полезных сигналов на входе радиоприемников в обычных условиях работы может составлять 90—100 дБ. С помощью же автоматической регулировки усиления приемника динамический диапазон но основному каналу может быть доведен до 100—120 дБ, т. е. он может перекрывать диапазон входных воздействий.

Сложнее обстоит дело при работе радиоприемников в условиях экстремальной помеховой обстановки, когда диапазон входных воздействий достигает 140—160 дБ 141. В этих условиях заданное качество приема может не обеспечиваться и расширение динамического диапазона специальных приемников до указанных величин яв-

лиетси важной задачей приемной техники.

Нелинейные искажения полезного сигнала в основном канале приемника могут происходить не только за счет большого уровня сигнала, но также из-за большого уровня помехи в соседнем канале. Поэтому вводят понятие динамического диапазона по соседним каналам, который определяется как отношение максимальной амплитуды помех в соседнем канале (при которых нелинейные искажения полезного сигнала соответствуют допустимым значениям) к чувствительности приемника по основному каналу U_min. Верхние границы динамического диапазона ПО ОСНОВНОМУ (/?2,i)_0CH ^и соседнему (D₂,,)_coc каналам (рис. 1.9) определяются соответственно допустимым двухсигнальным коэффициентом нелинейных искажений к_2л и равенством взаимной модуляции чувствительности приемника U₂,i — = (У_m|,„ а также параметром нелинейности S"/S используемого электронного прибора.

7. Параметры ручных и автоматических регулировок усиления, полосы пропускания, частоты и фазы гетеродина. При ручных регулировках указываются диапазоны изменения коэффициента усиления и полос пропускания высокочастотного и низкочастотного трактов приемника. Требования к автоматической регулировке усиления (АРУ) определяются максимально допустимым изменением выходного напряжения приемника при заданном динамическом диапазоне входного напряжения и допустимой постоянной времени АРУ. Требования к автоматической подстройке частоты (см. гл. 9) характеризуются требуемыми значениями полос захвата и коэффициента автоподстройки к_Апч " = Л/нач^/д/ост. где Д/_Нач, А/₀,._г начальная и остаточная расстройки приемника относительно рабочей частоты принимаемого сигнала. Требования к автоматической подстройке фазы (см. гл. 10) характеризуются полосой захвата, полосой удержания, постоянной времени ФАПЧ.

8. Мощность и другие характеристики питания приемника. Если источники питания имеют ограниченную мощность, то задается максимально допустимая мощность питания приемника. "

9. Диапазон рабочих частот, т. е. область частот настройки, в пределах которой обеспечиваются все другие электрические характеристики приемника.

К основным конструктивно-эксплуатационным характеристикам радиоприемников относятся:

1. Надежность работы, оцениваемая средним временем или вероятностью безотказной работы. Эта характеристика зависит как от выбранной структурно-функциональной схемы приемника, так и от надежности отдельных элементов схемы, их количества, облегченных режимов работы наиболее важных элементов, в особенности электронных приборов. Главным направлением повышения надежности является использование интегральной техники, а также дублирование и резервирование наименее надежных элементов или целых узлов приемника.

2. Стабильность и устойчивосп,

работы, оцениваемые по способност

приемника сохранять свои элeктp^ ческие характеристики в допустимы пределах при воздействии окружак щей среды (температуры, влажностг атмосферного давления, механичес ких нагрузок, климатических и сш циальных воздействий) и изменени режима источника питания.

3. Габариты и масса приемникг Линейные размеры, занимаемый обт ем, а также масса часто являютс одними из основных характеристи приемников, устанавливаемых на ле тательных аппаратах, особенно малс размерных.

4. Ремонтоспособность, опреде ляющая характер устранения неис правностей, т. е. возможность заме ны отдельных элементов, целых боко или приемника в целом.

К основным произволе! в е и н о-э к о и о м и ч е с к им х а рактеристикам радиоприем ников относятся: стоимость при емника, сроки разработки, разме] партии, серийноспособность, вид тех нологического процесса, сроки мо рального износа, соответствие мире вым стандартам, степень унифика ции.