Основные электрические показатели радиоприемников

4. Основные электрические показатели радиоприемников. Чувствительность приемника.
Основные электрические показатели: -чувствительность приемника; - избирательность; - диапазон рабочих частот; - динамический диапазон; - помехоустойчивость; - качество воспроизведения сигнала; - выходная мощность; - мощность и напряжение источников питания; - уровень излучения колебаний гетеродина.
Чувствительность радиоприемника – способность приемника обеспечивать прием слабых сигналов, количественно чувствительность оценивается уровнем полезного сигнала на выходе антенны, при котором на выходе приемника обеспечивает качественное выделение полезного сигнала. В приемнике имеется 3 вида чувствительности:
Чувствительность, ограниченная шумами
γ=P_cвых/P_швых =(P_c∙К_р)/P_швых
К_р-коэффициент усиления ПРМ по мощности.
Чувствительность, ограниченная усилением.
P_cвых=РсминК_р
Пороговая чувствительность.
γ=(P_cвых/P_швых)/(P_cвх/P_швх )=1

Чувствительность приемника сильно связана с собственными шумами приемника. Причины шумов в приемнике являются токи, протекающие в активном сопротивлении и проводниках схемы приемника за счет теплового хаотического движения в их св.электронов.
8. Супергетеродинный приемник, структурная схема, назначение каскадов, принцип работы.
Устранить недостатки при прямом усилении позволяет супергетеродинный приемник.




Г – маломощный высокочастотный генератор вырабатывает стабильное напряжение с частотой генератора.
См – нелинейный элемент в нач. смесителя примен. Полупроводниковые диоды, транзисторы нелинейной индуктивности и емкости.
Достоинства этого приемника: высокая частотная избирательность, высокая чувствительность. УПЧ обеспечивает основное усиление сигнала до детектора.
Недостатком такого приемника является объективное наличие помехи по зеркальному каналу приема. Эту помеху поражает гетеродин приемника. Для повышения избирательности приемника по зеркальному каналу приема необходимо увеличить ПЧ. Избирательность по зеркальному каналу приема осуществляется в супергетеродинном приемнике и усилителе РЧ. Для повышения избирательности по соседнему каналу при необходимости уменьшить источник ПЧ.
9. Супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты, структурная схема, назначение каскадов, принцип работы.
Реализовать достоинства высокой и низкой ПЧ позволяет супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты. Особенность супергетеродинного ПРМ является то, что параметры каскадов начинаются от ВЦ и заканчиваются детектором сильно зависит от номинала ПЧ. Для обеспечения высокой избирательности на зеркальном канале и соседнем канале необходимо вынести следующие условия fc>>fпч1>>fпч2.



Основное усиление сигнала в данном ПРМ осущ. В УПЧ-2, потому что в УПЧ-2 можно получать устойчивый коэффициент усиления чувствительности данного приемника может достигать долей мкВ. Избирательность по зеркальному каналу обеспечивается ВЦ и УРЧ за счет выбора в ПЧ. Полоса пропускания УПЧ-1 не м.б. сформир. Узкой, это не позволяет подавить помехи по соседнему каналу приема.
Г-2 – не перестраиваимый. В качестве генератора исп. Маломощный генератор с кварцевой стабтльной частотой. В УРЧ-2 формир. Узкая полоса пропускания АЧХ близкая и идеальная. За счет этого в УПЧ-2 высокая избирательность по соседним каналам ПРМ. 11. Основные схемы входных цепей, их сравнительная характеристика.
11)Основные схемы входных цепей
ВЦ с трансформаторной связью


Достоинство: обеспечивает постоянный коэффициент передачи во всем диапазоне рабочих частот ПРМ – может работать с любыми типами антенн.
2) ВЦ с емкостной связью

Достоинство: простота.
Недостаток: разное изменение коэффициента передачи ВЦ при перестройки по диапазонам.
ВЦ с комбинированной связью.

Достоинства: высокий и постоянный коэффициент.
Недостаток: сильное влияние параметров 1-го каскада радиочастоты на избирательность данных ВЦ.
Особенности распространения радиоволн различных частотных диапазонов. Распространение мириаметровых волн.


ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

В радиотехнических системах используется чрезвычайно широкий диапазон радиоволн, современная классификация которых приведена в таблице 9.1.

Диапазоны радиоволн Таблица 9.1
Наименование волн
Диапазон длин волн
Диапазон частот

Декамегаметровые
100¸10 Мм
3¸30 Гц

Мегаметровые
10¸1 Мм
30¸300 Гц

Гектокилометровые
1000¸100 км
0,3¸3 кГц

Мириаметровые
100¸10 км
3¸30 кГц

Километровые
10¸1 км
30¸300 кГц

Гектометровые
1¸0,1 км
0,3¸3 МГц

Декаметровые
100¸10 м
3¸30 МГц

Метровые
10¸1 м
30¸300 МГц

Дециметровые
1¸0,1 м
0,3¸3 Ггц

Сантиметровые
10¸1 см
3¸30 Ггц

Миллиметровые
10¸1 мм
30¸300 Ггц

Децимиллиметровые
1¸0,1 мм
0,3¸3 Тгц


По десятичной классификации радиоволн, существующей в практике радиосвязи многие годы, различают сверхдлинные (СДВ) (10¸100 км), длинные (1¸10км), средние (100¸1000м), короткие (10¸100м), метровые (1¸10м), дециметровые (10см¸1м), сантиметровые (1¸10см) и миллиметровые (1мм¸1см) волны. Радиоволны длиной от 1мм до 10м относятся к диапазону ультракоротких волн (УКВ). УКВ диапазон включает в себя четыре поддиапазона: метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Сантиметровые и дециметровые волны относятся к диапазону сверхвысоких частот (СВЧ).

Распространение электромагнитных волн от передатчика к приемнику происходит в свободном пространстве, окружающем земной шар. Свойства этой среды оказывают влияние на качество радиосвязи. Скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве

, (9.1)

Где: - диэлектрическая проницаемость воздуха (вакуума);

- магнитная проницаемость воздуха (вакуума).

Волновое сопротивление свободного пространства

. (9.2)

Поверхностный слой Земли является слабо проводящей средой, по изгибам которой распространяется и частично поглощается электромагнитная волна. Существенное влияние на распространение радиоволн оказывают неоднородности атмосферы, которую принято делить на три слоя: тропосферу, стратосферу и ионосферу.

Нижний слой атмосферы называется тропосферой. Тропосфера простирается над земной поверхностью до высот 8¸10 км в полярных широтах и до 16¸18 км в тропиках. Воздушные течения создают в тропосфере большое число локальных неоднородностей, насыщенных водяными парами, которые существенно влияют на распространение радиоволн.

На высотах от 10¸18 км до 60 км находится стратосфера. Плотность воздуха в стратосфере значительно меньше, чем в тропосфере. Здесь нет воздушных течений и перемешивание газов происходит только за счет восходящих и нисходящих потоков. Малая неоднородность стратосферы слабо влияет на распространение радиоволн.

Начиная с высоты примерно 60 км, располагается верхний слой атмосферы – ионосфера. На больших высотах газы располагаются в соответствии с их молекулярным весом, что приводит к расслоению атмосферы. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца и потока космических частиц в этой области происходит ионизация отдельных атомов газов, в результате чего появляются свободные электроны и положительно заряженные ионы. Благодаря наличию электрически заряженных частиц ионосфера обладает свойством отражать радиоволны. Связь на больших расстояниях при малых мощностях передатчиков становится возможной благодаря пространственным волнам, которые отражаются от ионосферы. Различают четыре области ионизации: D, E, F1, F2.

Существует два четко выраженных максимума ионизации: один на высоте от 90 до 170 км, так называемый слой Е, и слой F, который начинается на высоте 200 км и простирается до высоты 500 км. Электронная плотность слоя Е колеблется от 103 до 105 эл/см3. Слой F расщепляется на два слоя – F1 (от 200 км до 300 км) и F2 (от 300 км до 500 км). Электронная плотность в слое F достигает величины 106 эл/см3 и более. Строение ионосферы непрерывно изменяется. Эти изменения имеют годичную и суточную периодичность, а также связаны с периодом солнечной активности. Самый нижний слой ионосферы, слой D, ежедневно возникает на высоте от 60 км до 90 км и имеет плотность порядка 102¸103 эл/см3. Распределение электронной плотности слоев ионосферы показано на рис.9.1.



Рис.9.1. Электронная плотность слоев ионосферы.

За пределами земной атмосферы простирается космическое пространство, которое состоит из электронов, протонов и атмосферного водорода и имеет плотность 20¸40 эл/см3.

В однородных средах радиоволны распространяются по прямолинейным траекториям. Радиоволны, распространяющиеся вблизи поверхности Земли из-за явления дифракции, огибают ее поверхность и называются земными или поверхностными волнами.

Изменение электрических параметров тропосферы и наличие большого числа неоднородностей приводит к искривлению траекторий распространения радиоволн и к их рассеянию. Радиоволны, распространяющиеся за счет направленного действия тропосферы и рассеяния в тропосфере, называются тропосферными.

В ионосфере радиоволны способны испытывать как однократное, так и многократное отражение. При однократном отражении радиоволны способны распространяться на расстояния свыше 4000 км. При многократном отражении радиоволны распространяются в сферическом волноводе Земля-ионосфера и способны несколько раз обогнуть земной шар. Радиоволны, отражающиеся от ионосферы, называются ионосферными или пространственными.

Каждый из диапазонов радиоволн отличается своими особенностями распространения.

Для длинных волн (l=1¸10 км) характерно распространение за счет двух волн: поверхностной и ионосферной. Поверхностные волны затухают сравнительно медленно и распространяются вследствие дифракции на расстояния 300¸400 км. На большие расстояния распространяются ионосферные волны, которые появляются из-за отражения от нижних границ слоя D в дневное время и слоя E в ночное время. Связь на длинных волнах весьма устойчива, что обусловлено относительным постоянством электронной плотности в слое Е.

Распространение средних волн (l=100¸1000 м) также происходит за счет поверхностной и ионосферной волн. Так как затухание радиоволн в почве растет пропорционально квадрату частоты, то средние волны распространяются на меньшие расстояния по сравнению с длинными волнами. Ионосферные волны в диапазоне средних волн отражаются от средних областей слоя Е, где электронная плотность достаточно высока. Проникновение радиоволн на значительную глубину слоя Е приводит к их сильному поглощению. Особенно велико затухание средних волн днем, когда появляется слой D, а нижняя граница слоя Е опускается. Ночью электронная плотность в слое D и в нижних областях слоя E сильно падает и затухание волн в них значительно уменьшается. В ночное время на больших расстояниях от радиостанции электромагнитное поле является результатом интерференции поверхностной и ионосферной волн, что вызывает эффект замирания сигнала.

На коротких волнах (l=10¸100 м) поверхностные волны затухают больше, чем на средних волнах. Поэтому радиосвязь за счет поверхностных волн возможна только на расстояниях в несколько десятков километров. Радиосвязь на больших расстояниях осуществляется только за счет ионосферных волн. Отражение от ионосферы происходит лишь при условии, что угол падения достаточно мал. Волны, распространяющиеся под большим углом к горизонту, проникают в ионосферу без отражения и назад не возвращаются. Поэтому вблизи передатчика образуется «зона молчания», куда не попадают ни поверхностные, ни ионосферные волны, как показано на рис.9.2.



Рис.9.2. Образование зоны молчания

В зависимости от времени суток различают оптимальные с точки зрения отражения от ионосферы длины волн и используют дневные волны (l=10¸25 м), ночные волны (l=35¸100 м) и сумеречные волны (l=25¸30 м). Особенностью радиосвязи на коротких волнах являются замирания сигнала, вызываемые интерференцией нескольких ионосферных волн, приходящих в приемную антенну различными путями.

В УКВ диапазоне (l=1 мм¸10 м) каждый из четырех поддиапазонов имеет свои особенности распространения. Волны всех поддиапазонов не испытывают отражений от ионосферы, поэтому на УКВ невозможна радиосвязь за счет ионосферной волны. В то же время волны УКВ диапазона слабо дифрагируют на поверхности Земли. Поэтому нормальную радиосвязь можно обеспечить лишь в пределах прямой видимости на расстоянии

Км, (9.3)

Где и - соответственно высота передающей и приемной антенн в метрах.

Для увеличения дальности связи в УКВ диапазоне необходимо увеличивать геометрическую высоту антенн, что реализуется строительством высотных башен. Кроме того, для распространения УКВ на большие расстояния строят специальные ретрансляционные линии передач и используют искусственные спутники Земли.

Возможно также получить достаточно надежную связь за счет рассеяния УКВ на неоднородностях тропосферы и ионосферы. При рассеянии создается излучение во все стороны, как показано на рис. 9.3, причем наибольшая часть излучения направлена в сторону распространения исходной волны – это так называемое «рассеяние вперед».



Рис.9.3.Тропосферное рассеяние

Кроме него имеется, хотя и более слабое, излучение во всех направлениях, за счет которого возможен прием УКВ и за пределами прямой видимости. Эффект рассеяния от многих неоднородностей усредняется, что обеспечивает в приемной антенне напряженность поля, достаточную для надежной непрерывной связи.
Мириаметровые волны
Особенности распространения сверхдлинных волн.

В диапазонах радиоволн с частотой менее 30 кГц для всех видов земной поверхности токи проводимости существенно преобладают над токами смещения, благодаря чему при распространении поверхностной волны происходит лишь незначительное поглощение энергии. Длинные волны хорошо дифрагируют вокруг сферической поверхности Земли.

Оба эти фактора обусловливают возможность распространения сверхдлинных волн на расстояние порядка 3000 км. При этом для расстояния 500—600 км напряженность лектрического поля можно определять формулой Шулейкина-Ван-дер-Поля :

Em = |W|

а для больших расстояний расчет ведут по законам дифракции.

Начиная с расстояния 300—400 км, помимо земной волны, присутствует волна, отраженная от ионосферы.

С увеличением расстояния напряженность электрического поля отраженной от ионосферы волны увеличивается, и на расстояниях 700—1000 км напряженности полей земной и ионосферной волн становятся примерно равными. Суперпозиция этих двух волн дает интерференционную картину поля (рис 1.1).



Рис. 1.1. Характер изменения напряженности электрического поля СДВ с расстоянием (Р =1 кВт)

На расстоянии свыше 2000—3000 км земная и ионосферная волны не проявляются по отдельности. Распространение происходит подобно распространению в волноводе, стенками которого служат поверхность Земли и нижняя граница ионосферы.

Диэлектрическая проницаемость ионосферы в этих диапазонах волн определяется выражением:

e = 1 - (w0/w)2 , w0 = – плазменная частота.

и условие отражения записывается в виде :

sin(q0) =

где w меньше или равна величины n.

При этом высота отражения зависит от закона изменения с высотой как Ne, так и n. Установлено, что концентрация электронов Ne распределена по высоте неравномерно : имеются области или слои, где она достигает максимума. Расчеты и эксперименты показывают, что днем отражение волн может происходить на нижней границе слоя Е (область на высоте 150 км), а ночью — на нижней границе слоя D (область на высоте 90 км). Электропроводность в этой области ионосферы для сверхдлинных волн довольно значительная (но в тысячи раз меньше, чем электропроводность сухой земной поверхности), и токи проводимости оказываются по величине того же порядка, что и токи смещения. Следовательно, нижняя область ионосферы для сверхдлинных волн обладает свойствами полупроводника.

На сверхдлинных волнах электронная плотность слоев D и Е меняется резко на протяжении длины волны. Поэтому и отражение здесь происходит, как на границе раздела воздух—полупроводник, без проникновения радиоволны в толщу ионизированного газа. Этим обусловлено слабое поглощение сверхдлинных волн в ионосфере.

Расстояние от поверхности Земли до нижней границы ионосферы составляет 60—100 км. Это расстояние имеет тот же порядок, что и длина СДВ, так что волны распространяются между двумя близко расположенными полупроводящими концентрическими сферами, одной из которых является Земля, а другой—ионосфера. Условия распространения при этом примерно такие же, как и в диэлектрическом волноводе (рис 1.2).

Как и во всяком волноводе, можно отметить оптимальные волны—волны, распространяющиеся с наименьшим затуханием, и критические волны—волны с предельной длиной волны, которые еще могут распространяться. Для волновода, образованного Землей и ионосферой, оптимальными являются волны длиной 25—35 км, а критической—волна длиной около 100 км.

В сферическом ионосферном волноводе фазовая скорость радиоволн превышает скорость света в свободном пространстве. На частотах выше 10 кГц отличие фазовой скорости от скорости света невелико, примерно (vф/c - 1) = (1¸5)×10-3. Однако фазовая скорость меняется с расстоянием, она зависит от электронной плотности и числа столкновений электронов с молекулами в той области ионосферы, где происходит отражение радиоволн. Это приводит к нестабильности фазы волны главным образом в утренние и вечерние часы, когда меняется высота отражения длинных волн, что необходимо учитывать при работе длинноволновых радионавигационных систем.

Методы расчета напряженности поля СДВ на больших расстояниях от передатчика основаны на рассмотрении картины поля ионосферного волновода. Действительно, вся электромагнитная энергия, излученная антенной, оказывается заключенной между двумя сферами и распространяется между ними по всем направлениям, поскольку в диапазоне СДВ, как правило, применяются ненаправленные антенны (см. рис.1.2 ). С удалением от антенны кольцевое сечение сферического волновода увеличивается, пока внутренний радиус кольца, в котором распространяется волна, не достигнет величины радиуса земного шара. При дальнейшем увеличении расстояния площадь кольца вновь уменьшается и энергия волны концентрируется. Характер изменения напряженности электрического поля длинных волн с расстоянием при большом удалении от передатчика изображен на рис. 1.3 сплошной линией. Пунктирная кривая показывает характер изменения напряженности электрического поля в сферическом волноводе с идеально проводящими стенками.


Рис.1.2. Распространение сверхдлинных волн в волноводе Земля — ионосфера
Рис. 1.3. Зависимость напряженности электрического поля СДВ от расстояния:

1 — без учета поглощения;

2 — с учетом поглощения




Расчет напряженности электрического поля сверхдлинных волн обычно ведут по эмпирическим формулам, чаще всего по формуле Остина. По формуле Остина можно рассчитать напряженности электрического поля длинных волн в дневное время для расстояний до 16000—18000 км над морем и сушей, причем в последнем случае начиная с расстояний 2000—3000 км.

Формула Остина имеет следующий вид:

Em = ××e - ×r (км) , где угол q обозначен на рис. 1.2

Наличие в знаменателе этой формулы величины отражает зависимость напряженности электрического поля от расстояния, изображенную на рис.1.3 пунктирной кривой. Как видно из рис.1.3, на расстояниях от передатчика, соответствующих антиподным (диаметрально противоположным) точкам земного шара, наблюдается существенное увеличение напряженности поля. Это явление называется эффектом антипода.

Основное преимущество сверхдлинных волн — большая устойчивость напряженности электрического поля: сила сигнала на линии связи мало меняется в течение суток и в течение года и не подвержена случайным изменениям. Достаточную для приема напряженность электрического поля можно обеспечить на расстоянии более 20 000 км, но для этого требуются мощные передатчики и громоздкие антенны.

Недостатком СДВ является невозможность передачи широкой полосы частот, необходимой для трансляции разговорной речи или музыки. В настоящее время сверхдлинные радиоволны применяются главным образом для телеграфной связи на дальние расстояния, а также для навигации.

Условия распространения сверхдлинных радиоволн исследуют, наблюдая за грозами. Грозовой разряд представляет собой импульс тока, содержащий колебания различных частот—от сотен герц до десятков мегагерц. Основная часть энергии импульса грозового разряда приходится на диапазон колебаний, соответствующий сверхдлинным волнам. Колебания от места возникновения распространяются во все стороны, причем волны различной длины при распространении испытывают различное поглощение и приходят в разной фазе. В результате импульс, пришедший на значительное расстояние от места разряда, искажается. По искажению импульса изучают свойства сферического волновода Земля — ионосфера.

В диапазоне длинных волн наблюдается своеобразная помеха — “свистящий атмосферик”. Он воспринимается на слух как сигнал, частота которого меняется во времени за (0,5—1 с примерно от 400 до 8000 Гц). Источником “свистящего атмосферика” является грозовой разряд, возбуждающий сверхдлинные волны. При распространении волны в ионизированном газе в направлении силовых линий постоянного магнитного поля при f <fH = 1.4 МГц не происходит отражения волны от ионосферы, поскольку диэлектрическая проницаемость ионосферы всегда больше единицы. Волна распространяется вдоль силовых линий магнитного поля Земли, пронизывает всю толщу ионосферы и может быть принята на Земле на другом конце силовой линии магнитного поля, как схематически показано на рис.1.4.



Рис. 1.4. Схема распространения “свистящих атмосфсриков”:

1 — грозовой разряд; 2 — силовые линии магнитного поля Земли;

3—путь короткого “свистящего атмосферика”;

4—путь длинного “свистящего атмосферика”


Сигнал, отраженный от земной поверхности, проходит обратный путь и может быть принят в месте возникновения грозового разряда. Время запаздывания таких сигналов составляет 2—3 с, откуда следует, что они проходят путь в многие тысячи километров, удаляясь от Земли на расстояние 10000—15000 км. Это явление привлекло внимание исследователей потому, что наблюдение за “свистящими атмосфериками” позволяет получить сведения о состоянии магнитного поля Земли и плотности среды на большом расстоянии от ее поверхности.



5. Основные электрические показатели радиоприемников. Частотная избирательность радиоприемника

Электрические: 1) Чувствительность – способность РПУ принимать слабые сигналы. Количественно чувствительностьоценивается минимальной ЭДС в антенне (для приемника УВЧ)или номинальной мощностью (для приемников СВЧ) нормально-модулированного сигнала, при которой на выходе РПУ сигнал воспроизводится с заданным качеством. Под заданным качеством понимают: 1) заданный уровень сигнала; 2) заданное отношение С/Ш; 3) реализация одного из вероятностных критериев. Чувствительность можно повысить путем увеличения усиления РПУ. Но тогда она ограничена максимальным усилением приемника. При большом увеличении усиления при приеме слабых сигналов возможно их заглушение помехами или сигналами соседних станций. Такая чувствительность ограничена помехами. Различают чувствительность, ограниченную внешними помехами и внутренними шумами приемника. Так как внутренние шумы приемника при нормальном режиме работы имеют определенный уровень, то чувствительность приемника, ограниченная собственными шумами имеет вполне конкретное значение, которое может быть определено. Количественная оценка - реальная или пороговая чувствительность, коэффициент шума и шумовая температура. Реальная чувствительность – это основная величина, характеризующая чувствительность приёмника. Её определяет минимальный уровень входного сигнала, при котором получается стандартная выходная мощность при допустимом отношении мощности сигнала Pc к мощности собственных шумов Pш на выходе приёмника: n = Pc / Pш, или в децибелах n = 20lg[Pc / Pш]. Пороговая чувствительность – мощность сигнала, наведенная в антенне и приходящаяся на 1Гц действующей ширины полосы пропускания радиоканала приёмника, при которой на выходе приёмника получается отношение С/Ш равное единице. Максимальная чувствительность – минимальный уровень входного сигнала, при котором получается стандартная выходная мощность при установке всех органов управления приёмника в положение, отвечающее максимальному усилению. Шумовая температура показывает на сколько должна быть увеличена абсолютная. температура сопротивления генератора, подключенного к входу идеального РП, чтобы мощность шумов на его выходе равнялась мощности шумов на выходе реального приемника. Коэффициент шума показывает во сколько раз мощность шума на выходе радиоприемника превышает мощность на входе. 2) Избирательность (селективность)– способность РПУ выделить полезный сигнал и ослабить действие мешающих сигналов и помех. Она реализуется на основе различий полезного сигнала и помех (направление прихода, время действия, поляризация, амплитуда, частота, фаза). - пространственная избирательность: достигается с помощью остронаправленных приемных антенн или применением фазированных антенных решеток. - поляризационная избирательность: антенна настраивается на определенный вид поляризации полезного сигнала. - временная избирательность: при приеме импульсных сигналов, когда приемник включается только на время действия полезного сигнала. - частотная избирательность (основной вид), т.к. во всех радиочастотных системах сигналы отличаются по своей частоте, поэтому могут быть разделены с помощью резонансных цепей и фильтров. Различают односигнальную и многосигнальную (эффективную) избирательности. 3) Помехоустойчивость – способность РПУ нормально функционировать в условиях воздействия на него определенной совокупности помех. Критерии оценки помехоустойчивости: вероятностный (дискретные сигналы); энергетический (аналоговые сигналы); артикуляционный (экспертная оценка, для речевых сигналов). Реальная чувствительность, избирательность, помехоустойчивость определяют в значительной степени ЭМС, которая отражает возможность работы приемника с устройствами данной системы (внутренняя ЭМС) и другими радиосистемами (межсистемная ЭМС). Передаваемые по радиоканалу сообщения могут искажаться в приемном тракте из-за недостаточной ЭМС и непосредственно из-за не идеальности приемника. Способность приемника в отсутствии помех воспроизводить на выходе сообщения, соответствующие закону модуляции входного сигнала с заданной точностью называютвероятностью воспроизведения сообщения. Количественно это оценивается вероятностью изменения формы сообщения на выходе приемника по отношению к исходному сигналу. Существуют статические и динамические характеристики Статические: линейные и нелинейные искажения и искажения, связанные с динамическим диапазоном. Линейные искажения: амплитудно-частотные (оцениваются неравномерностью АЧХ ВЧ-тракта и тракта частоты модуляции, это характеристика верности воспроизведения), фазовые (оцениваются фазовым сдвигом и временем запаздывания τЗ=dф/(2πdf)). Нелинейные искажения: в спектре появляются дополнительные составляющие, оцениваются коэффициентом гармоник: Искажения, связанные с динамическим диапазоном: Динамический диапазонхарактеризует предел изменения уровня входного сигнала, при котором обеспечивается допустимая потеря информации, содержащейся в полезном сигнале. Динамические: к ним относится передаточная характеристика – временная зависимость выходного напряжения при подаче на вход сигнала в форме радиоимпульса. Характеристики частотной настройки Диапазоны рабочих частот – оцениваются коэффициентом перекрытия по частоте; плотность настройки, точность настройки; параметры системы подстройки частоты; шаг настройки, характеристики ручной и автоматической подстройки частоты; мощность, параметры системы питания. Конструкционно-эксплуатационные характеристики: Надежность; массогабаритные параметры; стабильность и устойчивость работы; экономичность питания; ремонтопригодность, эргономические показатели. Производственно-экономические характеристики: Стоимость, степень интеграции и унификации, соответствие мировым стандартам; сроки разработки; возможность серийного производства. Влияние нелинейности на избирательность Вследствие нелинейности ПП приборов и других компонентов происходит преобразование спектра, действующих на входе приемников сигналов и помех. В результате увеличивается действие помех на полезный сигнал, что эквивалентно ухудшению избирательности. Особенно это проявляется при приеме слабых сигналов на фоне сильной помехи. Наиболее опасны: перекрестная модуляция и интермодуляция. Перекрестная модуляция – перенос закона модуляции мешающего сигнала на принимаемый сигнал. Такая ситуация возникает, если на вход приемника поступает слабый сигналF1, модулированный сигналом С1, и сильная помехаF2, модулированная сигналов С2. Из-за перекрестной модуляции F1 промодулирована С1 и С2 одновременно. Дальнейшая обработка такого сигнала не возможна. Интермодуляция: образуется помеха с частотой, близкой к частоте принимаемого сигнала вследствие воздействия на нелинейный элемент двух сильных сигналов с частотамиF2 и F3. При перемножении: . Восстановлению не подлежит. Оценка селективности Наиболее сложно подавить помехи соседних каналов. Поэтому выделяют вид селективности – селективность по соседнему каналу. Оценка ослабления: 1) На вход приемника подается сигнал с генератора частотой настройки и напряжениемU1, равным чувствительности – производится измерение. 2) Генератор перестраивается на частоту СК, его напряжение повышается до той поры, пока уровень выходного сигнала не достигнет значения, которое было измерено до этого (получили U2). Se = U2/U1. При такой оценке на вход приемника подается либо полезный сигнал, либо помеха => такую селективность называют односигнальной. Область малых отклонений кривой от 1 соответствует ПА – полосе равномерного усиления спектра принимаемого сигнала (значение а соответствует допустимой неравномерности ПП (3 дБ/на 6 дБ)). Иногда селективность может определяться крутизной склона характеристики. Иногда селективность характеризуется шириной полосы на различных уровнях ослабления: Вследствие ряда явлений могут иметь место другие полосы, которые являются ПП: Полоса частот соответствует частоте настройки ОК, а остальные – побочные. В реальных условиях могут проявляться нелинейные эффекты. Хотя односигнальная избирательность остается достаточно высокой, помеха может появляется на выходе. Поэтому для более точной оценки избирательности в условиях действия помех используются многосигнальные методы, а избирательность называют эффективной многосигнальной. Наибольшее распространение получили 2-х и 3-х сигнальные избирательные системы. При 2-х сигнальнойизбирательности на вход приемника действуют 2 сигнала с частотами сигнала и помехи. Первый соответствует чувствительности, второй – настраивается на частоту СК и модулируется сигналом помехи. На выходе они разделяются фильтрами, уровень каждого из них измеряется отдельно. Уровень генератора помехи повышается до тех пор, пока на выходе приемника не появится напряжение такой величины, что оказало бы заметное воздействие на полезный сигнал. Обычно этот уровень на 20 дБ меньше уровня полезного сигнала. Значение селективности Se = Uвхп/Uвхс. 3х сигнальная избирательность – 3 источника.Частоты выбираются т.о., чтобы f2 = 2f1-fс, где fc – полезный сигнал, f1 и f2 – помехи. Уровень частот помех увеличивают до тех пор, пока не будут заметны искажения. Частотная стабильность настройки Функционирование приемника является нормальным, если частота настройки и основные показатели качества соответствуют желаемым нормам. Стабильность настройки измеряется относительной величиной ξ = ∆f/f0. Это коэффициент частотной нестабильности. Обычно не превышает 10-3, при жестких требованиях 10-9. Для уменьшения нестабильности используют кварцевые стабилизаторы и автоподстройку.
6. Основные электрические показатели радиоприемников. Диапазон рабочих частот и динамический диапазон радиоприемника.


Диапазон рабочих частот – это та область рабочих частот, в пределах которой радиоприемное устройство может плавно или скачком перестраиваться с одной частоты на другую без существенного изменения качества воспроизведения сигнала.

Динамический диапазон частот - это пределы , в которых изменяется величина входного сигнала. Динамический диапазон сигналов оценивается отношением наибольшего сигнала к наименьшему по мощности или напряжению. Обычно динамический диапазон выражают в децибелах. Желательно, чтобы динамический диапазон укладывался в линейный участок АЧХ приемника. В противном случае возникают искажения сигнала и снижение избирательности приемника.

Выходной мощностью приемника называют мощность, подводимую к воспроизводящему устройству. Величина выходной мощности должна соответствовать номинальной для данного типа воспроизводящего устройства и может быть от нескольких ватт до долей ватта.

7. Приемник прямого усиления, структурная схема, назначение каскадов, принцип работы.

Назначение – приём местных радиостанций на коротких волнах.
Область применения – радио и связь.
Функции – приём станций в диапазонах 41- и 49-метровых волн.
Структура: объект состоит из 4 функциональных узлов (входной контур, первый усилительный каскад, второй усилительный каскад, усилитель радиочастоты+детектор). Структурная схема объекта представлена на рис. 1.1.
Принципиальная схема и перечень элементов к ней приведены в прил. А и Б, соответственно.



32. Системы частотной АПЧ.
Системы частотной автоподстройки (ЧАП) применяются в радиоприёмных устройствах для поддержания постоянной промежуточной частоты сигнала, используются для стабилизации частоты генерируемых колебаний, применяются в качестве узкополосных перестраиваемых по частоте фильтров и в качестве демодуляторов частотно-модулированных колебаний с обратной связью по частоте.
Упрощенная функциональная схема супергетеродинного приёмника, в котором для стабилизации промежуточной частоты сигнала используется система ЧАП, показана на рис.1. В этом приёмнике входной сигнал uc (t) преобразуется в смесителе (СМ) на промежуточную частоту, усиливается усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и поступает на следующие каскады приёмника (детектор, УНЧ).


Рис.1.

При отсутствии системы автоподстройки взаимная нестабильность частот входного сигнала и гетеродина может приводить к уходу промежуточной частоты сигнала за пределы полосы пропускания УПЧ и нарушению нормальной работы приёмника.
Система ЧАП, включаемая в состав приёмника для устранения этого явления, работает следующим образом. Напряжение с выхода УПЧ подаётся на устройство, называемое частотным дискриминатором (ЧД). При появлении отклонения  промежуточной частоты сигнала от её номинального значения, которое совпадает с центральной частотой УПЧ, на выходе дискриминатора возникает напряжение, зависящее от величины и знака отклонения . Выходное напряжение дискриминатора, пройдя через фильтр нижних частот (ФНЧ), поступает на подстраиваемый генератор (ПГ) и изменяет его частоту, а следовательно, и промежуточную частоту сигнала так, что исходное рассогласование  уменьшается.
В результате работы системы ЧАП промежуточная частота сигнала поддерживается близкой к центральной частоте УПЧ. Это позволяет существенно уменьшить влияние взаимной нестабильности частот передатчика и гетеродина, сузить полосу УПЧ и повысить качество приёма.
Система ЧАП применяются также в качестве автоматически перестраиваемых по частоте (следящих) фильтров, осуществляющих частотную селекцию сигнала. Точка съёма отфильтрованного напряжения при этом выбирается в зависимости от того, требуется ли сохранить в процессе фильтрации неизменной амплитуду сигнала или такое требование не предъявляется. Если полезная информация заключена в амплитуде сигнала и её необходимо сохранить, то отфильтрованное напряжение снимается с выхода УПЧ. Полоса пропускания фильтра, построенного с использованием системы ЧАП, равна при этом полосе пропускания УПЧ. При изменении центральной частоты входного сигнала в результате работы системы ЧАП изменяется частота гетеродина и фильтр автоматически настраивается на новое значение частоты сигнала [1].