Понятие радиоприемного устройства. Основные операции радиоприемного устройства??

Понятие радиоприемного устройства. Основные операции радиоприемного устройства??

Радиоприемным устройством-называется совокупность элементов,

необходимых для того, чтобы могло быть должным образом воспроизведено сообщение, заключающееся в приходящем в место приема высокочастотных сигналов передатчика.

структурная схема приемного устройства может быть представлена в следующем виде:

радиоприемное устройство содержит три основных элемента: антенну, радиоприемник и воспроизводящее устройство. Следовательно, радиоприемное устройство должно выполнять следующие операции:

— преобразование электромагнитного поля сигнала (помехи) в электрический сигнал и обеспечение пространственной и поляризационной избирательности полезного сигнала с помощью

приемной антенны

— усиление принимаемого сигнала с целью обеспечения качественной работы демодулятора, декодера, схем защиты приемника от помех, решающего и исполнительного устройства;

— демодуляция принятого сигнала с целью выделения информации

(модулирующей функции), содержащейся в полезном сигнале;

— обработка принимаемых сигналов с целью ослабления мешающего

воздействия помех искусственного и естественного происхождения.

Классификация приемных устройств

По назначению радиоприемные устройства делятся на :

- профессиональны

- бытовые

В зависимости от места установки профессиональные приемники различают:

- стационарные

- бортовые

Бытовые приемники в зависимости от сложности и качества делятся на классы (I-IV)

По виду принимаемых сигналов различают приемники:

- непрерывных сигналов (различают по виду модуляции -АМ, ЧМ, ФМ, приемники однополосных сигналов)

- дискретных сигналов.

Приемники дискретных сигналов в свою очередь делятся на:

- приемники импульсной модуляции (импульсно- кодовая модуляция, дельта модуляция и т.д.);

- приемники телеграфии (и зависимости от вида манипуляции сигнала

подразделяются приемники амплитудного, частотного и фазоразностного манипулирования).

3. По диапазону частот различают приемники:

- НЧ (низких частот)(30-ЗООкГц);

- СЧ (средних частот)(300-ЗОООкГц);

- ВЧ (высоких частот)(3-ЗОМГц);

- ОВЧ (особо высоких частот)(30-ЗООМГц);

- УВЧ (ультравысоких частот)(300-ЗОООМГц);

- СВЧ (сверхвысоких частот)(3-ЗОГГц).

4. По схеме построения тракта усиления сигналов до детектора:

- приемники прямого усиления;

- супергетеродинные приемники с однократным, двукратным и много

кратным преобразованием частоты.

Структурные схемы радиоприемных устройств

Приемники прямого усиления

Структурная схема такого приемника может быть представлена следующим образом

В состав приемника прямого усиления входят:

- входная цепь, обеспечивающая связь антенно-фидерной системы с первым каскадом приемника

- усилитель радиочастоты, обеспечивающий необходимое усиление на радиочастоте и частотную избирательность приемного устройства

- амплитудный детектор

- усилитель звуковой (видео) частоты. Как правило, этот усилитель обеспечивает основное усиление сигналов.

когда в схеме отсутствует усилитель радиочастоты, такой приемник называется детекторным приемником

Приемники прямого усиления обладают малой чувствительность в силу того, что при малых сигналах амплитудный детектор обладает малым коэффициентом передачи по мощности, что приводит к возрастанию коэффициента шума приемного устройства

Недостатки

- изменение основных параметров радиотракта при перестройке по диапазону, в первую очередь изменяется полоса пропускания радиоприемного тракта. Действительно, полоса пропускания приемника определяется по формуле П=f*d, где f-частота настройки колебательного контура, d-коэффициент затухания колебательного контура (этот показатель слабо зависит от частоты настройки

колебательного контура). Как следует из представленной формулы, с увеличением частоты настройки будет увеличиваться и полоса пропускания.

- если в радиотракте необходимо перестраивать одновременно несколько контуров, то появляются дополнительные трудности, связанные с системой настройки, если требуется получить хорошую избирательность по соседнему каналу;

-на высоких частотах трудно обеспечить высокую избирательность по соседнему каналу при перестройке по частоте в широких пределах.

-трудность получения большого коэффициента усиления на радиочастоте, обычно коэффициент усиления на радиочастоте не превышает 100

Супергетеродинные приемники

состоит из входного устройства, усилителя радиочастоты, преобразователя, усилителя промежуточной частоты, детектора и усилителя звуковой (видео) частоты.

Достоинства:

-улучшается избирательность по соседнему каналу;

-упрощается перестройка частоты приемника;

-при перестройке не изменяются основные характеристики приемника;

-высокая чувствительность супергетеродинных приемников обусловлена высоким коэффициентом передачи амплитудного детектора, связанная с тем, что амплитудный детектор работает в режиме детектирования сильных сигналов.

К недостаткам гетеродинных приемников следует отнести наличие побочных каналов приема.

К побочным каналам приема следует отнести:

-зеркальный канал приема на частоте fзер , отстоящий от основного канала приема на удвоенную промежуточную частоту. Если для основного канала

, то для зеркального

-комбинационные каналы приема, обусловленные гармониками частоты гетеродина и сигнала. Они образуются при смешении гармоник сигнала и гетеродина в соответствии с формулой , где m и n – любые целые числа. Интенсивность помех по этим каналам уменьшается с ростом номеров m и n

-интермодуляционные каналы, связанные с взаимодействием двух или нескольких мешающих станций или источников помех

- канал прямого прохождения сигнала на промежуточной частоте. Если помеха имеет частоту , то воздействуя на ПЧ, она проходит без преобразования частоты в канал УПЧ, образуя тем самым канал прямого прохождения сигнала.

Для устранения приема на побочных каналах необходимо применять дополнительные меры. Необходимое подавление зеркального канала осуществляется частотно-избирательными цепями, установленными до преобразователя частоты. Селективность приемника по зеркальному каналу обеспечивает пре селектор. Степень подавления зеркального канала характеризует избирательность

по зеркальному каналу. Для повышения избирательности по зеркальному каналу либо повышают добротность колебательных

систем на входе приемника, либо увеличивают промежуточную

частоту .

Комбинационные каналы приема устраняются за счет оптимального выбора режима работы гетеродина, при котором обеспечивается малый уровень гармоник и повышение линейности первых

каскадов приемника.

Для устранения приема на промежуточной частоте во входных цепях

устанавливаются фильтры-пробки, настроенные на промежуточную частоту.

Супергетеродинные приемники являются основным типом приемников в радиодиапазоне

Шумы антенны

Эквивалент антенны создает шумы, как всякое комплексное сопротивление и обладает номинальной мощностью шумов kTB, которую всегда рассчитывают для комнатной температуры.

Эти шумы зависят от термодинамического обмена между антенной и окружающей средой, а также от приема антенной внешних электромагнитных колебаний космического происхождения, спектр которых совпадает со спектром тепловых шумов.

ЭДС шумов антенны где полное активное сопротивление, равное сумме сопротивлений излучения и сопротивления потерь, - эффективная шумовая темп ант.

Величина , часто бывает больше, чем фактическая температура антенны. Это показывает, что антенна создаст более сильные шумы, чем соответствующее активное сопротивление Ra.

Отношение к комнатной температуре Т = 300К назывотносительной шумовой температурой антенны . Номинальная мощность шумов антенны

показывает во сколько раз номинальная мощность шумов антенны превышает номинальную мощность шумов ее эквивалента, имеющего комнатную температуру.

зависит от частоты настройки приемника и от ориентации направленной антенны. В диапазоне метровых волн направленные антенны, "нацеленные" на наиболее интенсивные очаги космического излучения, могут иметь, величину ta порядка нескольких десятков. В наиболее благоприятных случаях ta бывает значительно <1.

Для наиболее высоких частот величина ta в расчетах обычно =1.

Вместо Ш ставим N

Для каждого из указанных 4-полюсников известны коэффициент шума, коэффициент усиления по мощности и энергетическая полоса пропускания

Коэффициент усиления по мощности каскадного соединения двух 4-полюсников

Что касается энергетической полосы пропускания указанной схемы, то первоначально необходимо определить результирующую АЧХ, за счет перемножения АЧХ

Мощность шумов на выходе второго 4-полюсника можно представить следующим образом

мощность шумов на выходе

Во многих случаях можно считать B=B2

для уменьшения общего коэффициента шума Ш необходимо, чтобы первый 4-полюсник обладал наименьшей величиной коэффициента шума и максимальным коэффици-ентом усиления по мощности. Чем больше коэффициент усиления первого каскада по мощности, тем меньше влияют шумы последующих каскадов.

Иногда для получения большого коэффициента усиления применяют непосредственное соединение двух активных элементов. Такое соединение принято называть каскодным.

К каскодным схемам с минимальным коэффициентом шума следует отнести схему ОЭ-ОБ. Каскодное соединение двух каскадов, у которого первый каскад выполнен по схеме каскада с общим эмиттером, а второй - по схеме каскада с общей базой, обладает наименьшим коэффициентом шума среди всех видов каскадно-соединенных усилителей. В этом случае каскад с общим эмиттером обеспечивает максимальное усиление по мощности, при этом коэффициент усиления по напряжению первого каскада близок к 1. Это связано с тем, что входное сопротивление каскада с общей базой равно 1/S, где S - крутизна транзистора.

Понятие входной цепи

Входной цепью радиоприемного устройства называют цепь, связывающую антенно-фидерное устройство с первым каскадом усиления или преобразования частоты радиосигнала. Основное ее назначение — предварительная частотная селекция принимаемого сигнала от помех, ухудшающих реальную чувствительность радиоприемного устройства. Структура входной цепи — это пассивный частотно-избирательный 4-полюсник.

Если размеры антенны < λ принимаемого излучения, то сопротивление Za складывается из сопротивлений элементов последовательного колебательного контура.

Если размеры антенны > λ принимаемого излучения то влиянием La, Ra можно пренебречь, получаем эквивалентную схему антенны, содержащую последовательно

включенные Еа , Са . Антенны, имеющие такие эквивалентные схемы, обычно используются в диапазонных приемниках умеренно высоких частот и называются ненастроенными антеннами. В диапазоне СВЧ применяются антенны, настроенные на среднюю частоту принимаемых сигналов, поэтому такие антенны называются настроенными и их эквивалентную схему можно представить в виде последовательного соединения Еа ,Ra .Номинальная мощность сигнала в антенне:

Основные качественные показатели:

1. Коэффициент передачи но напряжению, который определяется как отношение напряжения U сигнала на входе активного элемента к величине ЭДС Е генератора, эквивалентного антенно-фидерной системе:

Коэффициент передачи по мощности:

— величина Кр характеризует только рассогласование входа активного элемента с антенно-фидерной системой.

, где Gвх — входная проводимость, g — выходная проводимость антенно-фидерной системы,

Резонансная величина модуля коэффициента передачи по напряжению К₀ — характеризует передачу полезного сигнала, на частоту которого настроено входное устройство. Обычно К₀=1,5...6 , т.е. большинство входных устройств увеличивают напряжение на входе активного элемента по сравнению с величиной ЭДС антенно-фидерной системы. Но увеличение сигнала достигается за счет трансформации напряжения, а не путем усиления, которое производится активными элементами с дополнительным источником энергии.

2. Полоса пропускания входной цепи, в пределах которой неравномерность передачи составляющих спектра принимаемого сигнала не превышает 3 дб.

3. Избирательность S 1 при заданной расстройке f показывает степень подавления мешающей станции.

4. Диапазон рабочих частот f_0min...f_0max , в пределах которого входная цепь обеспечивает настройку на любую рабочую частоту при сохранении предыдущих показателей (коэффициента передачи по напряжению, полосы пропускания и избирательности) в заданных пределах. Коэффициент перекрытия диапазона:

Получение высокого коэффициента передачи по напряжению неизбежно приводит к ухудшению избирательности входного устройства и к увеличению вредного влияния разброса параметров антенны. Поэтому при конструировании входного устройства приходится обращать, основное внимание на некоторые требования, в известной степени жертвуя другими. Решение вопроса о том, какое требование является наиболее важным зависит от условий работы и назначения приемного устройства.

Схемы входных цепей.

Три вида одноконтурных входных цепей, отличающихся по характеру связи с антенной, приведены на рис. 1. На рис. 1 «а» приведена схема емкостной связи с антенной. Здесь элементом связи контура с антенной служит емкость С св . На рис. 1 «б» дана схема входной цепи, в которой связь контура с антенной осуществляется через взаимную индуктивность М между антенной катушкой L св и контурной катушкой L к . На рис. 1 «в» приведена схема входной цепи с индуктивно-емкостной связью с антенной. Здесь связь осуществляется через два элемента: через взаимную индуктивность М между антенной катушкой и контурной катушкой L к и через конденсатор связи С св .

Схемы емкостной, индуктивной и индуктивно-емкостной связи входной цепи с антенной нашли широкое применение благодаря тому, что в них подбором величины связи можно добиться наилучших качественных показателей входной цепи.

Рассмотрим характеристики входных цепей трех основных видов при работе приемника с ненастроенной антенной. Под ненастроенной антенной

понимают антенну с произвольными (случайными) размерами, внутреннее сопротивление которой носит, в общем случае, комплексный характер. На низких частотах ( длинные, средние волны), когда размеры антенны значительно меньше длины волны принимаемых сигналов, внутреннее сопротивление антенны имеет почти чисто емкостный характер. Эквивалентная схема входной цепи при емкостной связи с ненастроенной антенной показана на рис. 2а

Емкость связи Ссв берется малой, чтобы изменение параметров антенны не влияло заметно на настройку контура входной цепи. Емкостная связь с антенной характеризуется большой неравномерностью резонансного коэффициента передачи по диапазону.

На рис. 3 приведена эквивалентная схема входной цепи при индуктивной

связи с антенной

в режиме работы с "удлиненной" антенной можно правильным выбором величины емкости связи С св существенно повысить постоянство резонансного коэффициента передачи входной цепи К0 в диапазоне перестройки (рис.5).

Диапазон рабочих частот

f _{0 max}, f_{0 min},в пределах которого входная цепь обеспечиваетнастройку на любую рабочую частоту при сохранении предыдущих показателей (коэффициента передачи по напряжению, полосы пропускания и избирательности) в заданных пределах. Диапазонные свойства обычно характеризуются коэффициентом перекрытия диапазона

Kпер	f0 max	(6)
f	0 min

Кроме перечисленных параметров в зависимости от назначения ра-диоприемного устройства к входным цепям предъявляются и другие важные требования, среди которых, в первую очередь, можно отметить требования обеспечения минимального коэффициента шума, минимальной нелинейности частотно-избирательных цепей с электронной перестройкой частоты и т.д. Иногда предъявляются требования слабого влияния разброса параметров антенны на работу входного устройства. Это требование объясняется тем, что многие приемники должны допускать работу от различных антенн, параметры которых могут значительно отличаться от средних значений.

Перечисленные требования в значительной степени противоречивы. Так получение высокого коэффициента передачи по напряжению неизбеж-но приводит к ухудшению избирательности входного устройства и к

Виды полосковых линий.

В диапазоне СВЧ широко применяются полосковые линии передачи, представляющие собой металлические плоские проводники (полоски определенных размеров и формы), расположенные на диэлектрике (подложке).

Различают несимметричные (1), симметричные (2), щелевые (3) и Компланарные (4) полосковые линии (Рис. 19).

Рис. 19

Симметричные полосковые линии имеют хорошую экранировку. На рисунке 4.20 показан пример выполнения входной цени на полосковых линиях. Колебательный контур образован емкостью С и индуктивностью замкнутого отрезка полосковой линии.

Рис. 20

(28 вопрос тоже) Многозвенные полосковые фильтры СВЧ удобнее реализовать в интегральном исполнении на параллельно-связанных короткозамкнутых или разомкнутых отрезков полосковых линий. К недостаткам подобных фильтров можно отнести заметные потери в полосе пропускания, невысокую предельную селективность, сложность реализации узких полос пропускания. Во многом устранить отмеченные недостатки удается во входных цепях, использующие полосовые фильтры на основе более компактной многопроводной структуры.

Примеры реализации таких структур показаны на рисунке 4.21. На

рисунке показаны фильтры решетчатого (а) и гребенчатого (б) типов.

Рис. 21

Особенностью этих структур полосовых фильтров является формирование в них частотных областей с бесконечным затуханием вблизи полосы пропускания. Это позволяет обеспечить заданную селективность, например, по зеркальному каналу при меньшем числе резонаторов в фильтре и тем самым уменьшить потери в его полосе пропускания.

Понятие радиоприемного устройства. Основные операции радиоприемного устройства??

Радиоприемным устройством-называется совокупность элементов,

необходимых для того, чтобы могло быть должным образом воспроизведено сообщение, заключающееся в приходящем в место приема высокочастотных сигналов передатчика.

структурная схема приемного устройства может быть представлена в следующем виде:

радиоприемное устройство содержит три основных элемента: антенну, радиоприемник и воспроизводящее устройство. Следовательно, радиоприемное устройство должно выполнять следующие операции:

— преобразование электромагнитного поля сигнала (помехи) в электрический сигнал и обеспечение пространственной и поляризационной избирательности полезного сигнала с помощью

приемной антенны

— усиление принимаемого сигнала с целью обеспечения качественной работы демодулятора, декодера, схем защиты приемника от помех, решающего и исполнительного устройства;

— демодуляция принятого сигнала с целью выделения информации

(модулирующей функции), содержащейся в полезном сигнале;

— обработка принимаемых сигналов с целью ослабления мешающего

воздействия помех искусственного и естественного происхождения.