Практическое занятие с полувзводом № 2

По характеристике избирательности можно судить о степени подавления частот, отличающихся от частоты настройки. К любым воздействующим на вход сигналам приемник будет тем не менее чувствителен, чем дальше отстоит помеха от частоты настройки.

А) Назначение и основные характеристики радиоприемников.

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

Принять доклад дежурного по взводу, проверить наличие личного состава и готовность к занятию. Объявить наименование и содержание изучаемой темы, ее значение в подготовке специалистов радиосвязи, порядок отчетности по теме. Объявить учебные цели, время и вид занятия.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Назначение, состав и характеристика тракта промежуточной частоты приемника.

В технике радиосвязи под радиоприемным устройством понимают аппаратуру, заключенную между средой распространения радиоволн и получателем сообщения. Радиоприемное устройство состоит из трех основных частей: антенно-фидерного устройства, радиоприемника и оконечной аппаратуры (Рис. 10.1.).

Источником радиосигналов, действующих на входе радиоприемника, является приемная антенна, которая улавливает энергию электромагнитных волн, излученных радиопередающим устройством, и преобразует её в энергию высокочастотных колебаний. Приемная антенна как источник радиосигналов может быть представлена в виде источника электродвижущей cилы с внутренним сопротивлением.

Основной частью радиоприемного устройства является радиоприемник. Он.предназначен для преобразования радиосигналов в первичные электрические сигналы, мощность которых должна обеспечивать нормальную работу оконечной аппаратуры.

Поскольку антенна улавливает электромагнитные волны, излученные различными источниками, то на входе радиоприемника всегда будут действовать несколько радиосигналов, из которых только один является полезным, а остальные мешающими (помехами).

Поэтому одной из первых функций, выполняемых приемником является выделение полезного сигнала из суммы ЭДС, наводимых в приемной антенне, как полезным сигналом, так и помехами.

Признаки, по которым полезный сигнал отличается от помех, могут быть различные: частота, амплитуда, фаза, время действия сигнала, его структура и т.д.

Во всех современных приемниках осуществляется частотная избирательность, основанная на использовании частотно-зависимых избирательных электрических цепей, способных выделять полезный сигнал и ослаблять помехи, действующие на частотах, отличных от частоты принимаемого р/сигнала.

Вторая функция, которую должен выполнять радиоприемник, вытекает из его назначения обеспечить преобразование принимаемого р/сигнала в первичный электрический сигнал или в сигнал, вид которого определяется оконечной приемной аппаратурой. Процесс преобразования радиосигнала в первичный радиосигнал называется демодуляцией или детектированием.

В большинстве случаев мощность сигналов, наводимых в антенне и подаваемых на вход приемника, бывает очень мала.

Отсюда следует третья функция, выполняемая радиоприемником - обеспечить усиление принимаемых сигналов до уровня, который необходим для нормальной работы демодулятора и оконечной приемной аппаратуры. Качество выполнения указанных трех функций зависит от электрических характеристик р/приемника и принципов его построения.

Свойства различных радиоприемников определяются следующими основными характеристиками:

1. Диапазон рабочих (принимаемых) частот характеризует собой совокупность частот, на которые может быть настроен приемник и на которых обеспечивается прием радиосигналов с заданной достоверностью. Диапазон рабочих частот р/приемника (как и р/передатчика) определяется двумя параметрами: граничными частотами f_min и f_max и коэффициентом перекрытия диапазона по частоте K_f= f_max / f_min.

В пределах рабочего диапазона частот приемник может перестраиваться плавно или дискретно с некоторым интервалом между соседними частотами Дf.В последнем случае общее количество частот, на которые может быть

настроен приемник, может быть рассчитано по формуле:

2. Чувствительность приемника характеризует его способность обеспечить нормальный прием слабых сигналов. Количественно чувствительность приемника оценивается либо минимальной величиной ЭДС в антенне Е_А, либо минимальной мощностью сигнала в антенне Р_А, при которых обеспечивается требуемая мощность (или напряжение) сигнала на выходе приемника при заданном отношении Uc/Uш. Чувствительность приемника зависит от уровня шумов, степени усиления сигнала и требуемого повышения сигнала над шумами на выходе приемника. В зависимости от назначения приемника, вида сигнала, способа его регистрации и других факторов она может составлять от долей микровольта для войсковых р/приемников до сотен микровольт для бытовых приемников. В диапазоне длинных, средних и коротких волн повышение чувствительности ограничивается в основном внешними помехами /работа других р/ст, атмосферные помехи и др/, при сильных внешних помехах часто приходится уменьшать чувствительность с помощью регулятора усиления, лишаясь тем самым возможности принимать слабые сигналы, не обладающие превосходством над помехами. В диапазоне ультракоротких волн на чувствительность влияют собственные шумы приемника.

3. Избирательность приемника.

Под избирательностью понимается способность р/приемника выделить полезный сигнал из совокупности сигналов и помех, воздействующих на вход р/приемника. Частотная избирательность достигается наличием резонансных контуров в каскадах приемника.

Количественно способность приемника выделять сигнал определенной частоты и подавать помехи на других частотах оценивается характеристикой избирательности.

Характеристика избирательность представляет собой отношение чувствительности Е_А на любой частоте к чувствительности Е_А на частоте настройки f₀ приемника при постоянстве напряжений на выходе приемника.

Иногда частотная избирательность приемника характеризуется не кривой избирательности, а полосой пропускания и полосой мешания.

Область частот, на границах которой избирательность равна √2, называется полосой пропускания приемника. Она должна удовлетворять следующим условиям:

а) включать частотный спектр сигнала |ДР_С|;

б) учитывать нестабильность и неточность установки частоты приемника |Дf∑нестаб|;

∆fnp ⁼ ∆Fc + 2∆f ∑нестаб

За пределами полосы пропускания чувствительность приемника должна резко снижаться. Область частот, на границах которой чувствительность приемника снижается в 100 /1000/ раз по сравнению с чувствительностью на частоте настройки называется полосой метания.

Для сравнительной оценки избирательности приемников вводят понятие коэффициента прямоугольности.

Коэффициент прямоугольности приемника есть отношение полосы мешания на определенном уровне к полосе пропускания приемника:

Коэффициент прямоугольности всегда больше единицы, чем ближе он к единице, тем выше избирательные свойства приемника.

4. Частотная точность приемника.

Она определяет способность приемника устанавливать и поддерживать с допустимой погрешностью заданное количество частоты.

Частотная точность настройки приемника определяет возможность вхождения в связь без поиска сигнала корреспондента и осуществление радиосвязи без подстройки приемника. Количественно частотная точность оценивается величиной абсолютной (Дfпм) или относительной (д_пм) расстройки приемника относительно частоты принимаемого р/сигнала,

∆fnм=│fпм- fc │, Гц

⁼ ∆f пм / fc

Где f_nM - частота, на которую реально настроен приемник;

F_c - частота принимаемого р/сигнала.

Частотная точность зависит от точности первоначальной установки частоты принимаемого сигнала, так и от изменения настройки приемника в процессе работы под действием различных дестабилизирующих факторов: механических воздействий, изменения климатических условий (температуры, влажности давления и др.), изменения питающих напряжений, влияния внешних электрических и магнитных полей и т.д.

Для повышения надёжности радиосвязи погрешность установки частоты и её изменения в процессе работы компенсируются расширением полосы пропускания приёмника:

∆fnp ⁼ ∆Fc + 2∆fпм

Где ∆F_c - спектр принимаемого радиосигнала;

∆f_пм - абсолютная расстройка приёмника, определяемая его частотной точностью.

Расширение полосы пропускания для компенсации частотной нестабильности приводит к уменьшению чувствительности, т.к. при этом увеличивается уровень шумов на выходе приёмника. Поэтому применяются специальные меры по стабилизации настройки приёмника, которые во многом совпадают с методами стабилизации частоты возбудителей (синтезаторов частот).

5. Искажения сигналов определяют качество воспроизведения первичных сигналов на выходе приёмника. Под искажениями понимают изменения закона модуляции (или манипуляции) при прохождении принимаемых сигналов через весь тракт приёма от выхода до выхода.

Различают нелинейные, амплитудно-частотные и фазочастотные искажения.

Нелинейные искажения вызываются нелинейностью характеристик отдельных элементов приёмного тракта: усилителей, преобразователей частоты, демодуляторов и т.п. они проявляются в искажении формы первичных сигналов.

Амплитудно-частотные искажения обусловлены различиями в коэффициентах усиления для разных составляющих спектра первичного сигнала.

Фазочастотные искажения обусловлены нелинейностью фазовой характеристики приёмника, под которой понимают зависимость фазы первичного сигнала на выходе приёмника от частоты, с которой изменяется модулируемый параметр (амплитуда, частота или фаза) на входе приёмника.

Указанные виды искажений по-разному влияют на различные виды принимаемых радиосигналов. Так, например, при приёме телефонных радиосигналов большое значение имеют нелинейные искажения, тогда как фазочастотные искажения несущественны, ибо человеческое ухо не реагирует на изменение фазы звуковых колебаний. В то же время при приёме сигналов в виде радиоимпульсов (телеграфные радиосигналы, радиосигналы телеуправления и т.п.) фазочастотные искажения весьма существенны, т.к. приводят к резким искажениям видеоимпульсов.

6. Время перестройки приёмника с одной частоты на другую определяет надёжность (эффективность) радиосвязи. Последнее время в связи с освоением автоматизированных способов ведения радиосвязи требование ко времени перестройки радиоприёмников резко возросли. В настоящее время радиоприёмники обеспечивают время перестройки, измеряемое долями секунд, которое уже сейчас в ряде случаев не может удовлетворять требованиям организации радиосвязи. Поэтому время перестройки приёмника должно быть как можно меньше.

7. Выходная мощность приёмника определяет мощность колебаний первичного электрического сигнала, подаваемого с выхода приёмника на оконечную аппаратуру. Для приёмников радиостанций тактического звена управления она обычно составляет от долей до единиц ватт.

.Рассмотренные выше характеристики являются основными. В целом ряде случаев кроме основных характеристик могут приводиться дополнительные: мощность, потребляемая от источников питания, сопротивление нагрузки на которую рассчитан приёмник, его геометрические размеры, масса и др.

1.б)Структурная схема радиоприёмника.

По схеме построения радиоприёмники разделяют на приёмники прямого усиления и супергетеродинные.

На рис. 10.4 представлена структурная схема приёмника прямого усиления. Во входной цепи выделяется сигнал радиочастоты и предварительно ослабляются сигналы других станций. Усилитель высокой частоты усиливает поступающие из входной цепи полезные сигналы и осуществляет дальнейшее ослабление сигналов мешающих станций.

Детектор преобразует модулированные колебания высокой частоты в колебания низкой частоты, которые усиливаются усилителем низкой частоты до заданной выходной мощности или напряжения, необходимого для работы оконечной аппаратуры.

Достоинства приёмника:

1.Простота схемы.

2.Нет побочных каналов приёма, т.е. чем дальше частота помехи от частоты настройки приёмника, тем хуже для неё чувствительность приёмника.

Недостатки:

1.Так как усилители радиочастот не могут иметь большой коэффициент усиления из-за опасности самовозбуждения, то невозможно реализовать высокую чувствительность приёмника.

2.На высоких частотах невозможно обеспечить хорошую избирательность приёмника, т.к. избирательные свойства резонансных систем с ростом частоты ухудшаются (см. рис. 10.5)

Рис. 10.5. Зависимость характеристики избирательности от частоты настройки.

3. В связи с перестройкой резонансных систем в заданном диапазоне невозможно обеспечить равномерную чувствительность и избирательность приёмника.

В связи с этим приёмники прямого усиления не находят применения в военной радиосвязи.

Наиболее совершенной является схема супергетеродинного приёмника (рис. 10.6.).

1.в) Назначение,состав и характеристика промежеточной частоты радиоприемника.

Особенностью супергетеродинного приемника, отличающие его от приемника прямого усиления, является наличие в нем специального каскада для преобразования частоты. В этом каскаде модулированные колебания промежуточной частоты, которая для принимаемого сигнала любой частоты остается неизменной.

В результате преобразования осуществляется линейный перенос спектра принимаемого сигнала из области высоких частот в область более низких частот.

Тракт промежуточной частоты предназначен для обеспечения основного усиления полезного сигнала и основной избирательности по соседним каналам приема.

Структурная схема тракта промежуточной частоты супергетеродинного

приемника представлена на рис 13.1.

Высокая избирательность супергетеродина обусловлена главным образом понижением частоты в результате преобразования.

Как известно, избирательность зависит от относительной расстройки 8, которая при неизменной абсолютной расстройке ∆f с понижением частоты возрастает, следовательно, избирательные свойства колебательных систем, работающих на промежуточной частоте, улучшаются.

Кроме того, постоянство промежуточной частоты позволяет применить в усилителе промежуточной частоты полосовые фильтры, обладающие лучшим коэффициентом прямоугольности.

Высокая чувствительность супергетеродина также является результатом понижения частоты, т.к. коэффициент устойчивости усиления обратно пропорционален корню квадратному из частоты:

Наконец, повышенная устойчивость усиления супергетеродина объясняется еще и тем, что в нем усиление распределено по трем каналам частот: высокой, промежуточной и низкой, что также способствует уменьшению опасности самовозбуждения за счёт существующих паразитных обратных связей. Тракт промежуточной частоты включает преобразователь частоты, состоящий из смесителя и гетеродина и одного или нескольких каскадов усилителей промежуточной частоты.

В некоторых случаях для обеспечения высоко избирательности по зеркальной помехе и по соседнему каналу целесообразно обеспечивать двойной преобразование частоты в приёмнике. (Показать по схеме Р- 159).

Особенностью супергетеродинного приемника, отличающие его от приемника прямого усиления, является наличие в нем специального каскада для преобразования частоты. В этом каскаде модулированные колебания промежуточной частоты, которая для принимаемого сигнала любой частоты остается неизменной.

В результате преобразования осуществляется линейный перенос спектра принимаемого сигнала из области высоких частот в область более низких частот.

Тракт промежуточной частоты предназначен для обеспечения основного усиления полезного сигнала и основной избирательности по соседним каналам приема.

Высокая избирательность супергетеродина обусловлена главным образом понижением частоты в результате преобразования.

Как известно, избирательность зависит от относительной расстройки d, которая при неизменной абсолютной расстройке D f с понижением частоты возрастает, следовательно, избирательные свойства колебательных систем, работающих на промежуточной частоте, улучшаются.

Кроме того, постоянство промежуточной частоты позволяет применить в усилителе промежуточной частоты полосовые фильтры, обладающие лучшим коэффициентом прямоугольности.

Высокая чувствительность супергетеродина также является результатом понижения частоты, т.к. коэффициент устойчивости усиления обратно пропорционален корню квадратному из частоты:

Наконец, повышенная устойчивость усиления супергетеродина объясняется еще и тем, что в нем усиление распределено по трем каналам частот: высокой, промежуточной и низкой, что также способствует уменьшению опасности самовозбуждения за счёт существующих паразитных обратных связей. Тракт промежуточной частоты включает преобразователь частоты, состоящий из смесителя и гетеродина и одного или нескольких каскадов усилителей промежуточной частоты.

В некоторых случаях для обеспечения высоко избирательности по зеркальной помехе и по соседнему каналу целесообразно обеспечивать двойной преобразование частоты в приёмнике. (Показать по схеме р/ст Р-159).

Применение в супергетеродинах постоянных промежуточных частот позволяет унифицировать отдельные каскады различных радиоприёмных устройств.

1. Преобразователи частоты приемника.

Преобразование частоты в радиоприёмниках осуществляется с помощью нелинейных систем или систем с периодически изменяющимися параметрами. При использовании нелинейной системы, т.е. системы, сопротивление которой зависит от приложенного к ней напряжения, на неё воздействует два колебания: частота принимаемого сигнала и частота гетеродина. В качестве нелинейного элемента такой системы используются транзисторы, электронные лампы, полупроводниковые диоды.

К системам с изменяющимися параметрами относятся электронные лампы с двумя управляющими сетками. Структурная схема преобразователя частоты представлена на рис. 13.2:

Рис.13.2. Структурная схема преобразователя частоты.

Гетеродин, входящий в состав преобразователя частоты, является обычно диапазонно самовозбуждающимся генератором, настройка которого сопряжена с настройкой высокочастотного тракта. Различают приёмники с «верхней» и «нижней» настройкой гетеродина. В первом случае частота генератора всегда выше частоты сигнала на значение промежуточной частоты f_r = f_c + f _пч; во втором случае ниже на такую же величину f_r = f_c - f_пч.

Для обеспечения сопряженной настройки с контурами преселектора при верхней настройке последовательно в контуре гетеродина включают укорачивающий конденсатор С1 (Рис.13.3.), а для достижения точного сопряжения подстроечный конденсатор Сп:

РИС. 13.3. Схема сопряженной настройки гетеродина и контуров преселекторов.

Как и в передатчиках, в приемниках применяются все меры по стабилизации частоты гетеродина; высокое качество деталей контура, слабая связь контура с лампой, герметизация, термокомпенсация, стабилизация питающих напряжений и т.д.

Для проверки градуировки приемника, в приемниках применяются специальные кварцевые калибраторы, позволяющие проверить соответствие вырабатываемой гетеродином частоты заданной частоте.

Если в приемнике применяется двойное преобразование частоты, то второй гетеродин обычно стабилизируется кварцем, т.к. на второй преобразователь поступает постоянная первая промежуточная частота.

В военных радиоприемных установках часто применяют автоматическую подстройку частоты первого гетеродина по сигналу корреспондента, если частота передатчика и частота гетеродина отличаются от своих номинальных значений так, что

/ f_r – f_C / = f_пч ± D f

где Df - результирующая расстройка, то с помощью реактивной лампы, включённой в контур гетеродина, и некоторых дополнительных устройств имеется возможность изменить частоту гетеродина таким образом, чтобы расстройка была минимальной.

Другой составной частью преобразователя частоты является смеситель. Основными требованиями, предъявляемыми к смесителям, являются:

- минимальное количество продуктов преобразования;

- высокая линейность преобразования сигнала и помех в широком диапазоне амплитуд;

- низкий коэффициент шума.

Очевидно, что первые два требования тесно связаны между собой и направлены на ослабление побочных явлений, сопутствующих преобразованию частоты, так третье - на повышение чувствительности приёмника без потери его реальной избирательности.

В принципе смесители могут быть собраны на лампах (односеточные и двухсеточные смесители) или транзисторах (двухзатворные полевые МОП транзисторы). Однако в современных приёмниках чаще всего предпочитают использовать диодные кольцевые балансные смесители, схема и принцип работы которых были рассмотрены на занятии №6. Эти смесители имеют наименьшее количество побочных продуктов преобразования и обеспечивают линейное преобразование при весьма высоких уровнях сигнала и помех.

Третьим обязательным элементом преобразователя частоты является фильтр. Его частота настройки равна значению промежуточной частоты, и так как фильтр предназначен для выделения из всей суммы продуктов преобразования, имеющихся в выходной цепи смесителя, только колебаний промежуточной частоты. Полоса пропускания фильтра должна быть не меньше ширины спектра частот принимаемого сигнала. В качестве таких фильтров чаще всего используются многоконтурные LC фильтры сосредоточенной селекции (ФСС) или пьезоэлектрические (кварцевые) фильтры (рис. 13.4.)

РИС. 13.4.

а) 4-контурный ФСС

б) пьезоэлектрический фильтр

Старший преподаватель кафедры войск связи Т и ОД

п/п-к___________И.Саламахин

ЗАНЯТИЕ №9. Частные тракты радиоприёмника.

Учебные, методические, развивающие и воспитательные цели:

1. Уяснить назначение, состав и назначение элементов частных трактов приемника.

2. Проверить усвоение студентами теоретического материала.

Время: 2 часа.

Место занятия: учебная аудитория.

Вид занятия: практическое с полувзводом.

План занятия:

№ п/п	Учебные вопросы	Время, мин.
	ВСТУПИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
	ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
		Частные тракты приёма АМ, ЧМ, ОМ, АТ, ЧТ сигналов.
		Контрольная летучка по радиоприёмному устройству.
	ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Материально-техническое обеспечение:

1. Структурная схема Р-159.

Литература:

1. К.Н.Попов и др. Военная техника р/связи. М.Воениздат. 1982.С.332-359.

1. В.Г.Левичев Радиопередающие и радиоприемные М.Воениздат. 1974.С.455-466.

Дата добавления: 2014-10-17