Лекция по авиационной электросвязи. 6. основы оптимального приёма радиосигналов

• Название: 6. основы оптимального приёма радиосигналов
• Анкор: Лекция по авиационной электросвязи
• Дата: 14.11.2020
• Размер: 248.51 Kb.
• Имя файла: AES_6-7.docx
• Тип: Документы; #150448
• страница: 4 из 5

7.2. Назначение, основные технические характеристики и структурная схема радиоприёмного устройства

Радиоприёмные устройства (радиоприёмники) служат для выделения радиосигнала на фоне помех, его усиления и преобразования в переданный (управляющий) сигнал, т.е. выделения полезной информации, переносимой радиосигналами.

Основные характеристики и параметры радиоприёмников:

1. 
   Диапазон рабочих частот – совокупность частот, на которых функционирует приёмник, обеспечивая приём полезной информации.
   
2. 
   Чувствительность – способность принимать слабые радиосигналы – характеризуется минимальной мощностью радиосигнала на входе приёмного устройства при заданной мощности полезного сигнала на его выходе.
   
3. 
   Реальная чувствительность – характеризуется минимальной мощностью на входе радиоприёмника при заданном отношении «сигнал/шум» на выходе. (Типовые значения реальной чувствительности связных радиоприёмных устройств диапазонов НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ, выраженные в единицах напряжения, действующего на входном сопротивлении приёмника, лежат в пределах 0.1…10 мкВ).
   
4. 
   Избирательность (селективность) – способность выделять полезный сигнал из всей совокупности радиосигналов, воздействующих на приёмную антенну. Связные приёмники характеризуются избирательностью по соседнему каналу, по зеркальному каналу, по промежуточной частоте.
   
5. 
   Выходная мощность – это мощность полезного сигнала, подводимая к нагрузке (оконечному устройству).
   
6. 
   Помехоустойчивость – способность радиоприёмника обеспечивать приём полезного сигнала при воздействии на него различных помех.
   
7. 
   Стабильность – способность обеспечивать нормальное функционирование в установленное время без дополнительных ручных регулировок и подстроек, (включая стабильность рабочей частоты).
   

В основе построения радиоприёмных устройств могут лежать различные принципиальные и технические решения. Одним из простых радиоприёмников является приёмник прямого усиления (рис. 42). В его состав входят следующие основные функциональные элементы:

• 
  входная цепь (ВЦ) – служит для согласования выходного сопротивления приёмной антенны с входным сопротивлением приёмника, а также для предварительной частотной селекции нужного радиосигнала;
  
• 
  усилитель высокой частоты (УВЧ) – обеспечивает основное усиление радиосигнала непосредственно на рабочей частоте (главное отличие приёмников этого типа от других);
  
• 
  детектор (Д) – осуществляет выделение полезного информационного сигнала из принимаемого модулированного радиосигнала;
  
• 
  усилитель низких частот (УНЧ) – обеспечивает усиление выделенного полезного сигнала до необходимого уровня и дальнейшей подачи его на оконечное устройство (например, громкоговоритель, головные телефоны, индикаторы, регистраторы и пр.) с целью преобразования в форму, удобную для восприятия органами чувств человека или техническими устройствами.
  

Основным достоинством приёмников прямого усиления является относительная простота построения, а недостатками – невысокая избирательность и низкая помехоустойчивость.



Рис. 42. Типовая структурная схема радиоприёмника прямого усиления

Избирательность приёмника прямого усиления определяется амплитудно-частотными характеристиками входной цепи и усилителя высокой частоты, показанными на рис. 43.



Рис. 43. Избирательность радиоприёмника прямого усиления

При настройке на нужную радиостанцию максимальный коэффициент передачи входной цепи и коэффициент усиления УВЧ K(f)_ВЦ+УВЧ стараются обеспечить на несущей частоте этой радиостанции f₀. Но на высоких частотах трудно достичь необходимой добротности ВЦ и резонансных элементов УВЧ для получения требуемой избирательности по соседнему каналу. Поэтому сигнал соседней радиостанции на частоте f_С также попадёт в полосу пропускания ВЦ и УВЧ. После детектирования он тоже будет пропущен через ФНЧ с коэффициентом передачи K(f)_ФНЧ и подан на вход УНЧ. Таким образом, оба сигнала, и нужной радиостанции, и радиостанции соседнего канала, будут присутствовать в нагрузке УНЧ – оконечном устройстве. Всё это и определяет невысокую избирательность приёмника прямого усиления.

Более совершенными характеристиками обладают радиоприёмники супергетеродинного типа (рис. 44, а), в которых основное усиление сигнала осуществляется не на рабочей, а на некоторой фиксированной промежуточной частоте. Для этого в структуре приёмника предусмотрено преобразование принимаемого сигнала в область промежуточной частоты с помощью смесителя (СМ) и вспомогательного маломощного генератора (гетеродина – ГЕТ), т.е. перенос спектра сигнала из области рабочих частот на промежуточную частоту (рис. 44, б). В преобразователе частоты (ПЧ) при смешивании двух сигналов с частотами f₀ и f_ГЕТ на выходе формируются сигналы с частотами f_ГЕТ – f₀, f_ГЕТ + f₀ и их комбинациями для варианта, когда f_ГЕТ > f₀, или f₀ – f_ГЕТ, f₀ + f_ГЕТ с их соответствующими комбинациями для варианта f_ГЕТ < f₀. На рис. 44, б полезным будет сигнал с частотой f_ПЧ = f_ГЕТ – f₀, при этом мешающая соседняя радиостанция на частоте f_С после преобразования будет перенесена на промежуточную частоту f_ПЧ С = f_ГЕТ – f_С, не равную промежуточной частоте полезного сигнала f_ПЧ. Поэтому фильтр основной селекции (ФОС), настроенный на частоту f_ПЧ, пропустит сигнал только с промежуточной частотой полезного сигнала, а сигнал с частотой f_ПЧ С соседней мешающей радиостанции будет отфильтрован.



Рис. 44. Радиоприёмник супергетеродинного типа:
а) – типовая структурная схема, б) – диаграмма преобразования частоты сигналов

Таким образом, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) совместно с фильтром основной селекции, АЧХ которого имеет ширину полосы пропускания соизмеримую со спектром модулированного сигнала на промежуточной частоте, обеспечивает высокую избирательность по соседнему каналу, поскольку при преобразовании сигнал соседнего канала оказывается вне полосы пропускания ФОС и не оказывает мешающего воздействия на полезный сигнал. Кроме того, на фиксированной промежуточной частоте проще реализовать большое усиление, что в совокупности с хорошей фильтрацией и обеспечивает высокую избирательность и чувствительность радиоприёмников этого типа. Автоматическая регулировка усиления (АРУ) позволяет в широких пределах изменять коэффициент усиления УПЧ, поддерживая требуемый уровень сигнала на входе детектора (Д). При необходимости можно использовать ручную регулировку усиления (РРУ), а также включать режим подавления шумов (ПШ) в случае длительного отсутствия полезного сигнала. Пунктиром на схеме показаны узлы для приёма сигналов с частотной модуляцией – амплитудный ограничитель (АО) и частотный дискриминатор (ЧД).

Одним из недостатков радиоприёмников супергетеродинного типа является наличие «зеркального» и других побочных каналов приёма сигналов. В случае появления мешающего сигнала на частоте f_ЗК, отстоящей от частоты гетеродина на величину f_ПЧ, после смешивания с сигналом гетеродина возможно появление продукта преобразования с частотой f_ПЧ = f_ЗК – f_ГЕТ, который попадёт в полосу пропускания ФОС и будет мешать приёму полезного сигнала. Для снижения влияния сигналов зеркального канала следует, с одной стороны, повышать избирательность входных цепей и УВЧ, что приведёт к бóльшему подавлению сигналов с частотой f_ЗК, а с другой стороны, можно увеличить значение промежуточной частоты f_ПЧ или применить в приёмном тракте многократное преобразование частоты (обычно достаточно двух- или трёх- кратного преобразования частоты – с повышенным значением первой промежуточной частоты для ослабления влияния зеркального канала и с последующими более низкими промежуточными частотами для достижения требуемой избирательности по соседнему каналу и большого, устойчивого усиления, соответственно, высокой чувствительности приёмника).

Другим недостатком является относительная сложность настройки приёмника на частоту выбранной радиостанции, предусматривающая сопряжение перестройки по частоте входных цепей, колебательных систем УВЧ и частотозадающих элементов гетеродина для поддержания постоянного значения промежуточной частоты.