***Общая теория***
Радиоприемным устройством называется совокупность элементов, необходимых для того, чтобы могло быть должным образом воспроизведено сообщение, заключающееся в приходящих в место приема высокочастотных сигналов передатчика.
Основные операции:
Преобразование электромагнитного поля сигнала (помехи) в электрический сигнал;
Усиление принимаемого сигнала с целью обеспечения качественной приемника;
Демодуляция принятого сигнала с целью выделения информации, содержащейся в полезном сигнале;
Обработка принимаемых сигналов с целью ослабления мешающего воздействия помех искусственного и естественного происхождения
По назначению:
Профессиональные (радиосвязь, радионавигация);
Бытовые (ТВ и звуковое вещание);
Стационарные;
Бортовые;
По виду принимаемых сигналов:
Непрерывные;
Дискретные (ИКМ, ДМ);
По диапазону частот:
НЧ (30–300кГц);
СВЧ (300–3000кГц);
ВЧ (3–30МГц);
По схеме построения тракта усиления сигналов:
Приемники прямого усиления;
Супергетеродинные приемники;
Приемники прямого усиления:
Вх. цепь – обеспечивает связь антенно-фидерной системы с первым каскадом приемника;
УРЧ – обеспечивает необходимое усиление на радиочастоте и частотную избирательность;
Детектор – восстанавливает информацию из радиосигнала, заложенную в него модулятором
Усилитель – основное усиление сигнала
Супергетеродинные приемники:
Чувствительность
— это способность приемника принимать
слабые сигналы. Она определяется
минимальной необходимой мощностью или
ЭДС сигнала в антенне, при которых
обеспечивается нормальное функционирование
оконечного устройства при заданном
отношении сигнал/шум. (
– пороговая
чувствительность,
реальная).
Избирательность – это способность радиоприемного устройства выделять полезный сигнал и ослаблять действие мешающих сигналов. Бывает частотной и временной.
– частотная
избирательность
– избирательность
на заданной частоте
Под динамическим диапазоном понимается отношение граничных уровней входного сигнала, при котором обеспечивается нормальное качество приема.
Под помехоустойчивостью понимается способность приемника обеспечивать прием переданной или извлеченной информации с заданной достоверностью при заданных видах
помех.
И остальные (полоса пропускания, мощность и амплитуда выходного сигнала, допустимые искажения)
Шумы
сопротивлений.
Здесь имеется ввиду флуктуационный
шум, беспорядочно изменяющийся во
времени:
Шумы
колебательного контура.
Источником шумов в колебательном
контуре служит только активное
сопротивление:
Шумы
антенны.
ЭДС шумов антенны:
Шумы
активных элементов.
Дробовые шумы связаны с неоднородностью
протекания токов в активных элементах:
Любую систему можно представить в виде шумящего источника сигнала и шумящего четырехполюсника:
КШ показывает во сколько раз изменяется соотношение сигнал/шум при прохождении через шумящий 4-полюсник.
где:
где:
Коэффициент усиления по мощности каскадного соединения:
Cуммарная
энергетическая шумовая полоса ВΣ всей
схемы определяется энергетической
шумовой полосой второго четырехполюсника:
:
;
Тогда:
После
упрощений:
Из полученного выражения следует, что для уменьшения общего коэффициента шума Ш необходимо, чтобы первый 4-полюсник обладал наименьшей величиной коэффициента шума и максимальным коэффициентом усиления по мощности. Чем больше коэффициент усиления первого каскада по мощности, тем меньше влияют шумы последующих каскадов.
***Входные цепи***
Бывают: РС с сосредоточенными параметрами, распределёнными параметрами, конденсаторные контура и объемные резонаторы.
Резонансные системы с сосредоточенными параметрами представляют из себя последовательный и параллельный колебательный контур.
Последовательный колебательный контур:
Параллельный колебательный контур:
Резонансные системы с распределёнными параметрами
При работе на частотах ниже 100 МГц контур входной цепи реализуется на сосредоточенных L и C-элементах. На частотах выше 300 МГц катушки индуктивности контура вырождаются в один неполный виток, а требуемая емкость становится соизмеримой с входной емкостью активного элемента совместно с емкостью монтажа, таким образом контур превращается в отрезок линии (коаксиальные линии передач, полосковые линии передач)
Объемные резонаторы. Перестройка в небольших размерах за счет введения зондов или изменения длины резонатора.
f0 – резонансная частота
В отличие от индуктивности, при перестройке емкости добротность контура не зависит от частоты. Следовательно, настройка емкостью сопровождается менее резкими изменениями параметров контуров. Поэтому контуры в относительно широком диапазоне частот обычно настраивают изменением емкости. Настройка индуктивностью используется при небольших перекрытиях диапазона. При настройке емкостью коэффициент перекрытия диапазона:
Контур позволяет согласовать входное сопротивление фильтра, в состав которого он входит и выходное сопротивление предыдущего устройства, а также выходное сопротивление фильтра и входное сопротивление последующего каскада. Согласование может сопровождаться трансформацией напряжения, и коэффициент передачи контура по напряжению, с учетом цепей согласования, может превышать 1.
Рассмотрим на примере схемы с авторотрансформаторным согласованием:
К
олебательный
контур частично включается к предыдущему
устройству. регулируя точку подключения,
можно менять величину входного
сопротивления.
Согласование достигается соответствующим выбором значения коэффициента трансформации:
,
где L1
–индуктивность части контурной катушки
между точками подключения фидера; М1
– взаимоиндуктивность между точками
подключения фидера и всеми витками
контура.
Входной цепью радиоприемного устройства называют цепь, связывающую антенно-фидерное устройство с первым активным каскадам приемника. Входная цепь должна наиболее полно передавать энергию сигнала из антенны в первый каскад приемника, т.е. должна иметь по возможности больший коэффициент передачи по мощности.
Основное назначение входной цепи – это предварительная частотная селекция принимаемого сигнала от помех, ухудшающих реальную чувствительность радиоприемного устройства. Для обеспечения селективности она должна содержать фильтр, связанный с помощью цепей связи с антенной и с входом последующего каскада.
Функции: выделить полезный сигнал и ослабить помехи, обеспечить согласование, обеспечить максимальный коэффициент передачи принятого сигнала.
Входная цепь с емкостной связью с антенной
Коэффициент
передачи в квадратичной зависимости
от частоты настройки.
При
перестройке контура в диапазоне частот
от fmin
до fmax,
если затухание контура ВЦ неизменно в
диапазоне рабочих частот, амплитудно-частотная
характеристика контура расширяется,
что приводит к ухудшению избирательных
свойств ВЦ. Коэффициент передачи:
Входная цепь с индуктивной связью с антенной
Различают два вида ВЦ с индуктивной связью. Если fA > f0max, входная цепь называется входной цепью с «укороченной» антенной
Если
fA
< f0min
– входной
цепью с «удлиненной» антенной.
Здесь f0min
и f0max
– соответственно максимальная и
минимальная рабочие частоты диапазона
перестройки ВЦ. Коэффициент передачи:
При сильном удлинении антенны, ток в антенной цепи обратно пропорционален частоте входного сигнала. Поэтому вносимая в контур ВЦ ЭДС оказывается независимой от частоты сигнала. Следовательно, напряжение на выходе ВЦ и коэффициент передачи постоянны в диапазоне частот перестройки ВЦ, что в большинстве случаев является достоинством. Недостатком ВЦ с индуктивной связью при сильном удлинении антенны является малая величина резонансного коэффициента передачи.