МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Королёвский колледж космического машиностроения и технологии

ЛЕКЦИИ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: Радиопередающие устройства

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ: 210310 «Радиотехнические комплексы и системы

управления космических летательных аппаратов»

Рег. №____________________________________

КОРОЛЁВ 2010

РПУ

Введение.

Р ПУ входят в состав радиотехнических систем. Структурная схема радиосистемы передачи информации показана на рисунке. Преобразователь информации (ПИ) преобразует сообщение источника информации (речь, музыку, текст, видимое изображение) в электрический сигнал, который часто называют сигналом информации, либо модулирующим напряжением (сигналом). Радиопередатчик (РПД) преобразует сигнал информации в ВЧ модулированные колебания, которые называют радиосигналом. Радиосигнал с выхода РПД поступает в передающую антенну wA1 и вызывает излучение антенной радиоволн. Радиоволны распространяются в пространстве со скоростью света С=3 10⁸ м\с = 300000 км\с. Радиоволны достигают приёмной антенны wA2, наводят в ней ЭДС, которая вызывает на входе радиоприёмника ВЧ модулированное напряжение, которое называют переданным сигналом. Этот радиосигнал усиливается в радиоприёмнике и преобразуется им в сигнал информации (переданной). Далее этот сигнал информации поступает в преобразователь сигнала (ПС), который преобразует его в переданное сообщение, которое и использует получатель информации. В качестве ПИ может использоваться микрофон, телефон, датчик. В качестве ПС может применятся динамик, кинескоп и т.д. Радиопередатчик (РПД) и передающая антенна wA1 образуют радиопередающее устройство. Радиоприёмное устройство (РПМ) и приёмная антенна wA2 образуют радиоприёмное устройство. Сигнал информации – НЧ сигнал, а радиосигнал – это ВЧ сигнал. Дальность действия системы передачи информации в свободном пространстве определяется формулой D=f\C * √D₁D₂P₁\P₂, где D – дальность (расстояние) между антеннами wA1 и wA2, f-несущая частота радиосигнала на выходе РПД и на входе РПМ. D₁ и D₂- коэффициент усиления передающей и приёмной антенны, P₁ – мощность РПД, P₂ – чувствительность РПМ по мощности. Следовательно чем больше f, D₁, D₂, P₁ и чем меньше P₂, тем больше дальность действия радиосистемы передачи информации. Чем меньше Р₁, тем больше Р₂.

Радиоприёмные устройства.

РПМ называется радиотехническое устройство предназначенное для приёма радиосигналов, переданных с помощью радиоволн. По принципу действия различают РПМ прямого усиления и супергетеродинные РПМ.

РПМ прямого усиления.

С труктурная схема показана на рисунке. Радиоволны, приходящие от различных радиостанций, наводят в приёмной антенне wA множество ЭДС, так же в приёмной антенне наводится множество радиопомех. Радиопомехи создаются грозовыми разрядами, искрящими контактами, работающими электроустановками, радиоизлучением солнца и т.д. Входная цепь (ВЦ) и усилитель радиочастоты (УРЧ) настраивают на несущую частоту принимаемого радиосигнала, тогда этот радиосигнал проходит через входную цепь и УРЧ на детектор (Д) радиосигнала, который преобразует радиосигнал в сигнал информации. Усилитель звуковой частоты усиливает сигнал информации. Усиленный сигнал информации преобразуется динамиком ВА1 в звуковые колебания, который слышит радиослушатель. Входная цепь и УРЧ подавляют мешающие радиосигналы и радиопомехи. УРЧ обеспечивает усиление радиосигнала до уровня при котором нормально работает детектор. + Простоты, - -низкая чувствительность, плохая избирательность, склонность к самовозбуждению. Из-за этих недостатков РПМ прямого усиления практически не применяются.

Супергетеродинный РПМ.

С труктурная схема. Принимаемый радиосигнал с антенной wA через ВЦ и УРЧ поступает на левый вход смесителя (СМ), f_c-несущая частота этого радиосигнала. На нижний вход смесителя поступает синусоидальное напряжение гетеродина. Частоту этого напряжения обозначим fг. СМ смешивает (перемножает) напряжение гетеродина с напряжением сигнала. В результате этого на выходе СМ получается радиосигнал с другой несущей частотой, которую называют промежуточной. Обычно f_пр = |f_c-f₂|. При преобразовании частоты закон и вид модуляции радиосигнала сохраняется. СМ и гетеродин образуют преобразователь частоты ПЧ. В РПМ промежуточная частота – величина постоянная. Радиосигнал промежуточной частоты усиливается УПЧ, детектором Д преобразуется в сигнал информации. В РПМ АМ сигналов используется амплитудный детектор, в РПМ ЧМ сигналов – частотный детектор, а ФМ сигналов – фазовый детектор. Иногда УРЧ называют усилителем ВЧ. УЗЧ усиливает сигнал информации, а динамик ВА1 преобразует его в звуковые колебания. УПЧ обеспечивает основное усиление сигнала. В настоящее время применяются супергетеродинные приёмники.

Прямой и зеркальный каналы приёма в супергетеродинных РПМ.

Е сли на вход смесителя поступает радиосигнал с несущей частотой равной fпр, то этот сигнал проходит через СМ без преобразования частоты, усиливается УПЧ и прослушивается на выходе РПМ. Этот канал приёма называют приёмным каналом. Частоту f_з=f_c+2f_пр при f_c<f_г или f_з=f_c-2f_пр при f_c>f_г называют зеркальной частотой. Радиосигнал с несущей частотой равной зеркальной частоте называют зеркальной помехой. Из спектрограмм видно, что частота f_з относительно f_г является зеркальной по отношению к f сигнала. Если на левый вход смесителя поступает зеркальная помеха, то её несущая частота преобразуется СМ в промежуточную. Эта помеха усиливается УПЧ и прослушивается на выходе РПМ. Канал приёма на частоте f_с называют основным каналом приёма. Прямой и зеркальный каналы приёма – это вредные каналы приёма. Входная цепь и УРЧ обеспечивают подавления прямого и зеркального каналов приёма. УПЧ обеспечивает ослабление соседних по частоте радиостанций. В супергетеродинном РПМ имеется и дополнительные вредные каналы приёма на гармониках гетеродина. Наличие побочных (вредных) каналов приёма – недостаток супергетеродинных РПМ. Далее будем рассматривать только супергетеродинные РПМ.

Основные качественные показатели РПМ.

1 ) Чувствительность РПМ. Это минимальный уровень принимаемого радиосигнала в антенне, при котором обеспечивается нормальная работа РПМ. На СВЧ уровень радиосигнала определяется мощностью несущего колебания радиосигнала, а на ВЧ эффективным значением напряжения (ЭДС) несущей радиосигнала. Чувствительность РПМ СВЧ 10^-9…10^-15 Вт, а РПМ ВЧ 0,1…500 мкВ. Чувствительность характеризует способность приёмников принимать слабые радиосигналы. Чем меньше чувствительность, тем лучше. Нормальная работа РПМ определяется нормальным напряжением на выходе РПМ и отношением сигнал-шум на выходе УПЧ не более допустимого значения. С\Ш _доп =10. Различают чувствительность ограниченную усилением и реальную чувствительность, которая ограничена шумами. Чувствительность, ограниченную усилением находят по формуле Е_ч=_{Uвых норм}\m _норм К _норм, где U_{вых норм} – нормальное значение выходного напряжения РПМ (в тех.док), m норм- нормальная глубина модуляции радиосигнала 30%. U_{вых норм} = U_выхmax\√10. Реальная чувствительность приёмника определяется по формуле Е_ч= D_р√Е_{ш собст пр}²+Е²_ша, где Е_ша – эффективное значение напряжения шумов антенны. Е_{ш собст пр} – эффективное значения собственных шумов приёмника, приведённых к цепи антенны. D_р-коэффициент различности сигнала на фоне шума. График чувствительности построенный по этим формулам показана на рисунке. Кривая 1 построена по 1 формуле, а 2 – по 2. Из графика видно, что если К_{о рпм}<К_гр, то чувствительность РПМ ограничена усилением, а если К_{о рпм}>К_гр, то чувствительность РПМ не зависит от коэффициента усиления РПМ и определяется только шумами РПМ и антенны. Исходя из этого выбирают К_{о рпм} = (1,5…2)К_гр. Если сигнал ЧМ или ФМ, то m=1. Уровень сигнала в антенне, при котором на выходе РПМ обеспечивается нормальное выходное напряжение и отношение сигнал – шум больше требуемого называется чувствительностью ограниченною усилением. Эффективное значение ЭДС (или мощности) полезного сигнала в антенне, при котором обеспечивается на выходе РПМ нормальное выходное напряжение и отношение сигнал-шум равно заданному называется реальной чувствительностью РПМ.