Методические указания по изучению дисциплины

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА

ФАКУЛЬТЕТ ВЕЧЕРНЕГО И ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

,

РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

210405

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2000

УДК 621.396.62

, Сенина устройства: Методические рекомендации по изучению дисциплины (спец. 210405) / СПбГУТ. – СПб, 2000.

Приведены программа дисциплины «Радиоприемные устройства», указания по выполнению двух задач контрольной работы, указания по выполнению курсового проекта, список рекомендуемой литературы.

© Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. -Бруевича, 2000

Редакторы: Л. А Медведева,

ЛР № 000 от 29.04.97 Подписано к печати 27.03.2000

Объем 2,25 уч.-изд. л. Тираж 200 экз. Зак. 36

РИО СПбГУТ. СПб, наб. р. Мойки, 61

Отпеч. множ. т., ст «Факультет ДВО», СПб, н. р. Мойки, 61.

Введение. 4

1-й семестр обучения. 4

Тема 1. Введение. 4

Тема 2. Основные технические показатели радиоприемных устройств. 4

Тема 3. Входные устройства. 4

Тема 4. Усилители в радиоприемных устройствах. 4

Тема 5. Преобразователи частоты и супергетеродинный прием.. 4

Тема 6. Детекторы радиосигналов. 5

2-й семестр обучения. 5

Тема 7. Регулировки и индикаторы в приемниках. 5

Тема 8. Радиопомехи и методы повышения помехоустойчивости приема. 5

Тема 9. Особенности приема сигналов с различными видами модуляции. 5

Тема 10. Особенности радиоприемных устройств различного назначения. 5

Тема 11. Заключение. 6

Контрольная работа (1-й семестр обучения) 6

Задача 1. 7

Указания к решению задачи 1. 7

Пример решения задачи 1. 12

1-й способ решения. 12

2-й способ решения. 14

3-й способ решения. 14

Анализ полученных результатов. 14

Задача 2. 15

Указания к решению задачи 2. 16

Пример решения задачи 2. 21

Выводы.. 26

Курсовой прект (2-й семестр обучения) 26

Литература. 28

Введение

 Дисциплина "Радиоприемные устройства" изучается студентами заочного обучения в течение двух семестров. В дальнейшем используются термины: 1-й семестр обучения и 2-й семестр обучения.
В обоих семестрах студенты прослушивают лекции и выполняют лабораторные работы. В 1-м семестре обучения студенты выполняют и защищают контрольную работу (КР), во 2-м - курсовой проект (КП). Учебным планом в 1-м семестре обучения предусмотрен зачет, во 2-м - экзамен.
Содержание основных разделов дисциплины и указания по выполнению КР и КП приведены ниже. Основная литература по изучению дисциплины: [1 - 3].
При самостоятельном изучении курса следует обратить особое внимание на назначение каждого блока приемника и его взаимосвязь с другими узлами. Также следует научиться изображать принципиальные схемы каскадов приемника. В любой принципиальной схеме надо уметь объяснить назначение всех ее элементов, пути прохождения постоянного и переменного токов, способ подключения нагрузки, принцип работы.

1-й семестр обучения

Тема 1. Введение

Области применения, функции и условия эксплуатации радиоприемных устройств в системах стационарной и подвижной радиосвязи, звукового и телевизионного вещания.
Структурные схемы и принципы работы приемников: детекторного, прямого усиления, супергетеродинного типа.
Краткий обзор истории техники радиоприема и основные тенденции развития: микроминиатюризация, внедрение цифровых методов передачи и обработки сигналов, микропроцессорное управление.

Тема 2. Основные технические показатели радиоприемных устройств

Чувствительность радиоприемника. Связь чувствительности с шумовыми характеристиками тракта: шумовой температурой и коэффициентом шума. Принципы построения высокочувствительных приемников.
Частотная избирательность радиоприемника. Характеристика односигнальной избирательности, избирательность по соседнему и дополнительным каналам приема. Методы улучшения избирательности приемника. Понятие многосигнальной избирательности.
Верность воспроизведения сообщений в приемнике.

Тема 3. Входные устройства

Назначение входных устройств, их классификация и технические показатели. Обобщенная схема входного устройства и ее анализ. Коэффициент передачи и избирательность входного устройства. Оптимизация параметров входного устройства.
Особенности входных цепей радиоприемников систем радиосвязи СВЧ диапазона.

Тема 4. Усилители в радиоприемных устройствах

Назначения и основные требования, предъявляемые к усилителям в радиоприемных устройствах.
Широкополосные каскады: анализ в области средних, верхних и нижних частот. Цепи частотной коррекции.
Теория избирательного усилителя: коэффициент усиления и избирательность, оптимизация параметров.
Линейные искажения сигнала в избирательном усилительном каскаде. Нелинейные искажения: насыщение и искажения огибающей, блокирование и перекрестная модуляция, интермодуляционные искажения, вторичная модуляция.
Влияние внутренней обратной связи на работу резонансного усилителя, устойчивость. Особенности усилителей СВЧ диапазона.

Тема 5. Преобразователи частоты и супергетеродинный прием

Структура, принцип действия и виды преобразователей частоты. Основы квазилинейной теории преобразования частоты.
Диодные преобразователи частоты: виды, режимы работы, коэффициент передачи и коэффициент шума.
Транзисторные преобразователи частоты: схемы, выбор режима работы.
Дополнительные каналы приема и интерференционные свисты, способы их ослабления. Балансные и кольцевые преобразователи частоты. Фазовое подавление зеркального канала.
Выбор промежуточной частоты приемника. Приемники с многократным преобразованием частоты.

Тема 6. Детекторы радиосигналов

Назначение и основные требования к детекторам.
Схема и принципы работы амплитудных детекторов нелинейного и синхронного типов. Диодный детектор в режиме сильных и слабых сигналов. Нелинейные искажения в амплитудном детекторе.
Фазовые детекторы: типы, схемы, принцип действия.
Частотные детекторы: принципы работы и схемы, используемые в современной аппаратуре.
Детектирование радиоимпульсных сигналов.

2-й семестр обучения

Тема 7. Регулировки и индикаторы в приемниках

Назначение и основные виды ручных и автоматических регулировок в приемниках.
Регулировка усиления, схемы регулируемых каскадов. Характеристики систем автоматической регулировки усиления при приеме непрерывных и импульсных сигналов.
Принципы перестройки приемников по частоте. Особенности перестройки приемников с многократным преобразованием частоты. Использование синтезатора частот в качестве гетеродина.
Системы частотной и фазовой автоподстройки частоты в приемниках.
Регулировка полосы пропускания приемника.
Применение цифровых и микропроцессорных устройств в системах управления приемниками.
Индикаторы и дисплеи в радиоприемной аппаратуре.

Тема 8. Радиопомехи и методы повышения помехоустойчивости приема

Радиопомехи: их классификация и характеристики.
Воздействие сосредоточенных помех на приемник, способы ослабления их мешающего действия.
Воздействие импульсных помех на приемник. Частотная и амплитудная селекция, система ШОУ, компенсационные методы подавления импульсных помех.
Нормирование индустриальных радиопомех.
Способы повышения помехоустойчивости приема при наличии флуктуационных (гладких) радиопомех.

Тема 9. Особенности приема сигналов с различными видами модуляции

Взаимодействие сигнала и помех при амплитудном детектировании. Подавление слабого сигнала сильным. Синхронное детектирование.
Детектирование однополосного сигнала. Требования к точности восстановления несущей. Структуры приемников однополосных сигналов.
Прием ЧМ сигналов. Искажения ЧМ сигнала в каскадах приемника. Взаимодействие сигнала и помех при частотном детектировании. Пороговый эффект и порогопонижающие устройства. Предыскажения как способ повышения помехоустойчивости при приеме ЧМ сигналов.
Особенности построения приемников радиоимпульсных сигналов. Искажения импульсного сигнала при приеме. Оптимизация полосы пропускания приемников импульсных сигналов.
Особенности приема цифровых сигналов с частотной и фазовой манипуляцией. Прием многопозиционных радиосигналов (ФМ-4, ФМ-8, АФМ-16 и др.). Методы восстановления несущей в приемнике. Интегральный прием и стробирование - основные методы последетекторной обработки цифровых сигналов.

Тема 10. Особенности радиоприемных устройств различного назначения

Радиовещательные приемники различных категорий сложности. Приемники сигналов стереофонического вещания. Приемники телевизионных сигналов.
Приемники магистральной радиосвязи декаметрового диапазона.
Приемники радиорелейных линий связи, тропосферной и спутниковой связи, спутникового телевизионного вещания.
Приемники систем подвижной радиосвязи: сотовых (аналоговых и цифровых), транкинговых, пейджинговых, беспроводного радиодоступа.

Тема 11. Заключение

Тенденции и перспективы развития техники радиоприема. Использование современных технологий при построении радиоприемного тракта. Развитие цифровых методов обработки смеси сигнала и помех в радиоприемном тракте. Применение микропроцессоров при обработке сигналов, автоматизации управления и контроля характеристик приемника. Развитие техники радиоприема в диапазонах миллиметровых и субмиллиметровых волн, освоение оптического диапазона волн.

Контрольная работа (1-й семестр обучения)

Контрольная работа (КР) состоит из двух задач, посвященных оценке важнейших характеристик приемного устройства - чувствительности и избирательности.
Номер решаемого варианта определяется по трем последним цифрам номера зачетной книжки (N). Если N менее 30, то номер рассчитываемого варианта равен ему. Если N>_30, то номер варианта определяется как остаток от деления N на 30. Например, студент с номером зачетной книжки, оканчивающимся на 007, рассчитывает вариант 07, , и т. д.
КР выполняется в ученической тетради с полями и пронумерованными страницами и высылается в университет для рецензирования. Зачтенная КР предъявляется на зачете и может быть использована для проверки знаний студента.
Основным пособием для выполнения КР являются приводимые здесь указания. Однако выполнять КР следует только после изучения соответствующих разделов курса по одному из учебников [1 - 3], чтобы получить четкое представление о следующих основополагающих вопросах техники радиоприема:

структура приемников прямого усиления и супергетеродинного типа; назначение узлов приемника и их взаимодействие; шумовые параметры приемника и методы снижения уровня собственных шумов; чувствительность приемника и ее зависимость от полосы пропускания, требуемого отношения сигнал-шум, шумовой температуры и коэффициента шума приемника; характеристика избирательности приемника; формирование близкой к прямоугольной характеристики избирательности с помощью фильтра сосредоточенной избирательности (ФСИ) в тракте промежуточной частоты; дополнительные каналы приема как специфика супергетеродинного метода приема; способы ослабления дополнительных каналов приема.

При выполнении работы желательно использовать персональный компьютер или программируемый калькулятор. Удобными программными инструментами являются Mathcad и Excel.
Независимо от того, каким образом выполнены расчеты, в КР они должны быть представлены в следующей последовательности: расчетная формула, значения входящих величин, результат, единицы измерения. При неправильном представлении расчетов работа не проверяется.
В задачах проводится анализ характеристик приемника супергетеродинного типа. Структурная схема высокочастотного (ВЧ) тракта и перечень исходных данных, необходимых для решения первой и второй задач, представлены на рис. 1. Приемная установка включает антенну, антенный кабель и собственно приемник. Узлы приемника:

входное устройство (ВУ); резонансный усилитель радиочастоты (УРЧ); преобразователь частоты (ПрЧ); фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ); усилитель промежуточной частоты (УПЧ).

Детектор и последующие каскады на рис.1 не показаны.

Задача 1

Заданы параметры ВЧ тракта:

шумовая температура антенны - TА; сопротивление антенны - RА; потери в кабеле - LКАБ; потери во входном устройстве - LВУ; коэффициент передачи мощности УРЧ - KP УРЧ; коэффициент шума УРЧ - KР УРЧ; коэффициент передачи мощности ПрЧ - KP ПРЧ; коэффициент шума ПрЧ - KШ ПРЧ; потери в ФСИ - LФ; полоса пропускания ФСИ по уровню 3 дБ - Δ FФ; коэффициент шума УПЧ - KШ УПЧ; требуемое отношение сигнал-шум на входе детектора - q0.

Требуется:

определить: шумовую температуру приемника; коэффициент шума приемника; чувствительность приемника в единицах мощности (Вт и дБм); чувствительность приемника в единицах напряжения (микровольтах); дать оценку структуры с точки зрения необходимости и возможности снижения шумов и улучшения чувствительности; предложить способы повышения чувствительности приемника, подтвердив их соответствующими расчетами.

Исходные данные к задаче 1

TA, K RA, Ом

LКАБ, дБ

LВУ, дБ

КР УРЧ, дБ КШ УРЧ, дБ

КР ПРЧ, дБ КШ ПРЧ, дБ

LФ, дБ ΔFФ, кГц

КШ УПЧ, дБ

q0, дБ

Указания к решению задачи 1.

Одним из способов задания чувствительности, как способности приемника принимать слабые сигналы, является задание значения PА0 - мощности сигнала на согласованном с RА входе приемника (RА = RВX), при котором обеспечивается заданное отношение сигнал-шум на входе детектора q0. При линейном ВЧ тракте q0 определяет превышение мощности сигнала PА0над мощностью шумов приемной установки:

PА0= q0· PШS,

где

PШS =PШ А+PШ ПР,
PШ А - мощность наведенных и собственных шумов антенны,
PШ ПР - мощность собственных шумов всех блоков приемника, пересчитанных к антенному входу, как показано на рис. 2.

Рис. 2

Все узлы приемной установки генерируют случайные флуктуации, называемые шумами. Причины их возникновения разнообразны. Активные сопротивления генерируют тепловой шум с нулевым средним значением мгновенного напряжения. Средний квадрат напряжения теплового шума в радиодиапазоне рассчитывают по формуле Найквиста

=4 k T R Df

где

k=1,38 ·10 -23Дж/К - постоянная Больцмана,
T - температура, при которой находится шумящее сопротивление, в градусах Кельвина,
Df - полоса частот, Гц; предполагается, что в полосе Df спектральная плотность шума постоянна.

При решении задачи будем полагать, что на стыках всех блоков обеспечено согласование, т. е. сопротивление генератора равно сопротивлению нагрузки. При этих условиях мощность шума, отдаваемая в нагрузку,

P Ш = = k T Df
(1)

Спектральная плотность мощности шума

GШ = = k T
(2)

Генерируемый шум имеет равномерную по оси частот спектральную плотность, однако на выход приемника компоненты спектра, имеющие разные частоты, проходят с разными коэффициентами передачи. В результате спектральная плотность шума на выходе ВЧ тракта приемника имеет вид, повторяющий квадрат его резонансной характеристики (рис. 3).

Рис. 3

Полная мощность шума на выходе приемника определяется площадью подынтегральной кривой. Для удобства расчетов сложную характеристику рис. 3 заменяют прямоугольной с той же площадью. Полосу пропускания равновеликой прямоугольной характеристики называют эффективной шумовой полосой

(3)

где g(f) - нормированная резонансная характеристика ВЧ тракта.

Очевидно, что для прямоугольной резонансной характеристики DF Эф= D F.
Характеристика избирательности анализируемого приемника такова, что ФСИ на выходе преобразователя частоты определяет значение DF Эф. Так как характеристика избирательности этого фильтра близка к прямоугольной, при расчетах можно принять

DF Эф » DF Ф
(4)

На практике для описания шумовых свойств приемника и его узлов широко используют коэффициент шума и шумовую температуру. Эти параметры характеризуют любой линейный шумящий четырехполюсник.
Коэффициент шума (K Ш) определяют как отношение полной мощности шума в нагрузке четырехполюсника к мощности шума в нагрузке при нешумящем четырехполюснике, т. е. той доле шумовой мощности, которая создается шумящим "по Найквисту" активным сопротивлением генератора (R Г), находящимся при нормальной (комнатной) температуре T 0

(5)

Так как четырехполюсник является линейным, шумовые мощности можно пересчитать к его входу. С учетом (1) и (3) перепишем (5) как

(6)

P Ш ЧП, входящая в выражения (5) и (6), образуется различными источниками шума, в том числе и шумящими не "по Найквисту". Несмотря на это для характеристики шумовых свойств четырехполюсника используют понятие шумовой температуры четырехполюсника (T ЧП), которую определяют, приравнивая реальную шумовую мощность P Ш ЧП к мощности теплового шума активного сопротивления, находящегося при температуре T ЧП:

P Ш ЧП = k T ЧП DF ЭФ
(7)

Отсюда следует, что

(8)

Обратите внимание, что T ЧП - есть условная величина, не равная той температуре, при которой находится четырехполюсник.
Подставив (7) в (6), получим еще одно выражение для коэффициента шума любого шумящего четырехполюсника

(9)

где T ЧП и T 0 выражают в градусах по шкале Кельвина. Значение T 0 принимают равным 293 K (20 0 C). Для упрощения расчетов допустимо принять T 0 =300 K.

Из выражения (9) можно получить T ЧП, если известен K Ш:

TЧП=( КШ-1 ) ·T 0
(10)

Коэффициент шума идеального нешумящего четырехполюсника равен единице. У реального устройства всегда K Ш > 1. Во многих случаях значение K Ш задают в децибелах (дБ)

KШ (дБ) = 10 lg KШ (раз)
(11)

Наиболее распространенные высокочастотные транзисторы имеют KШ = дБ. Современные технологии, однако, позволяют обеспечить значения KШ<1 дБ.
В приемной антенне наводятся флуктуационные напряжения из окружающего пространства. Основными источниками внешних по отношению к приемнику шумов являются космические и атмосферные шумы. Их интенсивность существенно зависит от диапазона частот, а в случае остронаправленных антенн, и от ориентации антенны. Мощность наведенного в антенне шума существенно отличается от мощности теплового шума сопротивления антенны. P ША также характеризуют шумовой температурой, аналогичной T ЧП:

(12)

Значения T А могут составлять отK (на частотах выше 1 ГГц при углах возвышения остронаправленных антенн более10 0 ) до 5K (в диапазоне коротких волн).
Приемное устройство состоит из отдельных узлов - каскадно соединенных четырехполюсников (см. рис. 1). При известных значениях T i (K Ш i) и коэффициентах передачи мощности (K Pi ) каждого из блоков можно рассчитать общую шумовую температуру и общий коэффициент шума приемника по следующим выражениям:

(13)

(14)

Коэффициент шума пассивного четырехполюсника (кабеля, входного устройства, фильтра) однозначно определяется его затуханием

(15)

Из выражений (следуют важные выводы:

Значения TОБЩ и KШ_ОБЩ каскадного соединения четырехполюсников зависят в первую очередь от шумов первых каскадов. На входе желательно иметь каскад с минимально возможной шумовой температурой (коэффициентом шума) и максимальным коэффициентом передачи. Вклад шумов последующих каскадов тем меньше, чем выше коэффициент передачи предшествующего тракта. Наличие на входе устройств с потерями приводит к резкому возрастанию шумов, в первую очередь, из-за увеличения вклада шумов последующего тракта.

В соответствии с рис. 1 первым каскадом является кабель, вторым - ВУ, третьим - УРЧ, четвертым - ПрЧ, пятым - ФСИ, шестым - УПЧ.
Обратите внимание, что подставляемые в выражения (величины должны быть предварительно переведены из децибел в разы.

Приведенных сведений достаточно для определения при заданных параметрах ВЧ тракта шумовой температуры (T ПР ) и коэффициента шума (K Ш ПР ) приемника. Далее следует найти значения P Ш А, P Ш ПР и P ШS, после чего рассчитать чувствительность приемника по мощности, выразив ее в абсолютных единицах мощности:

PA0 (Вт) = q0 PШ S

и относительных единицах (децибелах относительно 1 мВт):

Затем следует рассчитать чувствительность по задающему напряжению в антенне:

В заключение следует дать оценку приемника с точки зрения необходимости и возможности снижения шумов. Для этого, во-первых, следует сравнить рассчитанное значение T ПР с шумовой температурой антенны. Если TПР < (T А, то снижение шумов приемника бесполезно. В противном случае необходимо рассмотреть возможность уменьшения T ПР.
Для этого следует сравнить значение T ПР с шумовой температурой УРЧ T УРЧ (либо KШ ПР и KШ УРЧ). Если T ПР превышает T УРЧ не более чем на%, то снизить шумы приемника можно только уменьшив T УРЧ, например использовав в УРЧ малошумящие активные приборы.
Если же T ПР > 1.5 T УРЧ, то следует проанализировать вклад каждого из слагаемых выражений (13), (14). Основные рекомендации по снижению шумов в этом случае следующие.

Если увеличение шумов приемника по сравнению с шумами УРЧ обусловлено высокими потерями в кабеле, то следует переместить ВУ и УРЧ непосредственно к антенне, а кабель включить между УРЧ и ПрЧ. Так поступают в приемниках спутниковой связи и вещания. Если высок удельный вес шумов ПрЧ, то следует увеличить коэффициент передачи УРЧ до K P УРЧ =дБ. Однако при значительном увеличении КУРЧ снижается устойчивость УРЧ и ухудшается многосигнальная избирательность приемника. Если высок удельный вес шумов УПЧ, то следует увеличить коэффициент передачи ПрЧ или (и) УРЧ. Например, использовать вместо ПрЧ с потерями (диодный ПрЧ с KP ПРЧ < 0 дБ) транзисторный ПрЧ с KP ПРЧ = 5 - 8 дБ. Также может быть рекомендовано увеличение KP УРЧ.

Пример решения задачи 1

Задана структурная схема супергетеродинного приемника с параметрами узлов:

Антенна: TA = 500 K, RА = 50 Ом
Кабель: LКАБ = 5 дБ
ВУ: LВУ = 1.2 дБ
УРЧ: KP УРЧ = 10 дБ; KШ УРЧ = 3 дБ
ПрЧ: KP ПРЧ = 4 дБ; KШ ПРЧ = 7 дБ
ФСИ: LФ = 1 дБ; DFФ = 10 кГц
УПЧ: KШ УПЧ = 16 дБ
Требуемое отношение С/Ш: q0 = 9 дБ

1. Переводим исходные данные, заданные в децибелах, в разы с помощью известного соотношения

 

Тогда:

LКАБ = 10 5/10 = 3.162;
LВУ =/10 = 1.318;
KP УРЧ = 10 10/10 = 10.0; KШ УРЧ = 10 3/10 = 1.995;
KP ПРЧ = 10 4/10 = 2.512 ; KШ ПРЧ = 10 7/10 = 5.012;
LФ =10 1/10 = 1.259;
KШ УПЧ = 10 16/10 = 39.811;
q0 = 10 9/10 = 7.943.

2. Определяем, согласно (15), значения коэффициентов передачи и коэффициентов шума пассивных узлов (кабеля, ВУ, ФСИ):

KP КАБ = 1 / LКАБ = 1 / 3.162 = 0.316; KШ КАБ = LКАБ = 3.162;
KP ВУ = 1 / LВУ = 1 / 1.318 = 0.759; KШ ВУ = LВУ = 1.318;
KP Ф = 1 / LФ = 1 / 1.259 = 0.794: KШ Ф = LФ = 1.259.

Далее задача может быть решена различными способами.

1-й способ решения

3. Вычисляем, согласно (10), значения шумовой температуры каждого каскада приемника

TКАБ = (KШ КАБ - 1) T0 = (3.= 633.5 K;
TВУ = (KШ ВУ - 1) T0 = (1.= 93.2 K;
TУРЧ = (KШ УРЧ - 1) T0 = (1.= 291.6 K;
TПРЧ = (KШ ПРЧ - 1) T0 = (5.= 1175.5 K;
TФ = (KШ Ф - 1) T0 =(1.= 75.9 K;
TУПЧ = (KШ УПЧ - 1) T0 = (39.= 11371.5 K.

4. Основываясь на (13), рассчитываем шумовую температуру приемника в целом. При этом обязательно фиксируем удельный вклад каждого каскада (16)

=633.5 + 294.9 + 1215.6 + 490.0 + 12.6 + 2375.1 = 5023 K.

Выделенные значения характеризуют вклад каждого каскада в общую шумовую температуру приемника. Они понадобятся на этапе анализа возможности снижения шумов.

5. Находим, используя (9), коэффициент шума приемника

или 12.6 дБ.

6. Определяем суммарную шумовую температуру приемника и приемной антенны

TS = T А + TПР = 500 + 5023 = 5523 K.

7. Вычисляем суммарную шумовую мощность на входе приемника, полагая, что DFЭФ » DFФ = 10 кГц,

PШ S = k TS DFЭФ = 1.38 ·· 5523 · 10 4 = 7.62 ·Вт.

8. Рассчитываем искомое значение чувствительности приемника

PА0 = q0 · PШ S = 7.943 · 7.62 ·= 6.05 ·Вт.

Вычисляем значение чувствительности в децибелах относительно 1 мВт

дБм

и в единицах напряжения

= 1.10 ·В = 1.10 мкВ.

2-й способ решения

Используя выражение (14), находим коэффициент шума приемника KШ ПР в целом. Далее по выражению (10) определяем шумовую температуру приемника TПР. При такой последовательности решения можно не вычислять значения шумовой температуры отдельных каскадов (п. 3).
Дальнейшие действия такие же, как в способе 1.

3-й способ решения

После определения TПР или KШ ПР по способам 1 или 2 можно рассчитать мощность шума приемника как

PШ ПР = k (KШ ПР -1) T0 DFЭФ

или

PШ ПР = k TПР DFЭФ.

Далее рассчитываем мощность шума в антенне

PШ А = k TАDFЭФ,

суммарную мощность шума

PШ S = PШ А + PШ ПР

и чувствительность приемника

PА0 = q0 PШ S.

Анализ полученных результатов

1. Сравнение значений шумовой температуры анализируемого приемника (TПР = 5023 K) и антенны (TA = 500 K) позволяет утверждать, что TПР>>TA. Следовательно, при уменьшении TПР возможно значительное улучшение чувствительности приемной установки. Таким образом, снижение шумов приемника целесообразно.
2. Сравнение значений шумовой температуры приемника (TПР = 5023 K) и УРЧ (TУРЧ = 292 K) показывает принципиальную возможность снижения шумов, так как минимальным предельным значением TПР является ТУРЧ. Из анализа выражения (16) видно, что основной вклад в TПР вносят шумы УПЧ. Снизить их уровень можно двумя путями.
Во-первых, можно рекомендовать использовать УПЧ с меньшим уровнем собственных шумов. Например, если применить УПЧ с KШ УПЧ = 5 дБ (в анализируемой структуре KШ УПЧ = 16 дБ), то шумовая температура будет определяться следующими слагаемыми (алогично (16))

TПР = 633.5 + 294.9 + 1215.6 + 490.0 + 12.6 + 132.4 = 2779 K.

Следовательно, TПР уменьшится почти в 2 раза и доля шумов УПЧ будет малой.
Во-вторых, уменьшить вклад шумов УПЧ можно, применив ПрЧ или/и УРЧ с большими значениями коэффициента усиления. Пусть по-прежнему KШ УПЧ = 16 дБ. Применим, однако, УРЧ с KP УРЧ = 20 дБ, а ПрЧ с KP ПРЧ = 8 дБ. В этом случае

TПР = 633.5 + 294.9 + 1215.6 + 49.0 + 0.5 + 94.9 =2288 K.

Видно, что использование УРЧ с высоким коэффициентом усиления снизило не только вклад шумов УПЧ, но также и ПрЧ.
3. Другим фактором, определяющим высокий уровень шумов, являются потери в кабеле на входе приемника. Если передвинуть ВУ и УРЧ непосредственно к антенне, а кабель подключить к выходу УРЧ, то структура приемника примет следующий вид (значения KP УРЧ и KP ПРЧ соответствуют предыдущему случаю):

ВУ: LВУ = 1.2 дБ (KP ВУ = 0.759, KШ ВУ = 1.318, TВУ = 93.2 K);

УРЧ: KP УРЧ = 20 дБ (KP УРЧ = 100),

KШ УРЧ = 3 дБ (KШ УРЧ = 1.995, TУРЧ = 291.6 K);

Кабель: LКАБ = 5 дБ (KP КАБ = 0.316, KШ КАБ = 3.162, TКАБ = 633.5 K);

ПрЧ: KP ПРЧ = 8 дБ (KP ПРЧ = 6.310),

KШ ПРЧ = 7 дБ (KШ ПРЧ = 5.012; TПРЧ = 1175.5 K);

ФСИ: LФ = 1 дБ (KP Ф = 0.794, KШ Ф = 1.259, TФ = 75.9 K);

УПЧ: KШ УПЧ = 16 дБ (KШ УПЧ = 39.811; TУПЧ = 11371.5 K).

Рассчитаем шумовую температуру при таком построении приемника

TПР=ТВУ+

 

= 93.2 + 384.2 + 8.3 + 49.0 + 0.5 + 94.9 = 630.1 K.

Таким образом, подключение ВУ и УРЧ непосредственно к антенне позволяет существенно снизить шумы приемника.
Дальнейшее уменьшение шумов возможно при снижении потерь в ВУ либо при использовании УРЧ с меньшим уровнем собственных шумов. Однако, с учетом того, что TА = 500 K, это не даст заметного улучшения чувствительности.

Задача 2

Приемник (см. рис.) настроен на частоту сигнала fC.

Напряжение сигнала на входе приемника UC A На входе приемника действуют также три помехи, частоты и напряжения которых fП1, UП1 А, fП2, UП2 А, fП3, UП3 А. Задано значение промежуточной частоты fПЧ и тип настройки приемника: нижняя (fПЧ=fС-fГ) или верхняя (fПЧ=fГ-fС). Задан тип избирательной системы ВУ (одноконтурная или двухконтурная), эквивалентная добротность контуров QКЭ и для двухконтурных ВУ - параметр связи между контурами h. Резонансный коэффициент передачи ВУ К0 ВУ=0.4 (одинаковый во всех вариантах). УРЧ приемника - резонансный одноконтурный. Эквивалентная добротность контура ОКЭ- Резонансный коэффициент передачи УРЧ К0 УРЧ=5 (одинаковый во всех вариантах). Известны параметры ФСИ: полоса пропускания DFФ, крутизна скатов SСК, затухание на границах полосы s ПП =3 дБ. Потерями в антенном кабеле пренебрегаем (К0 КАБ=1).

Требуется:

Определить частоту гетеродина. Рассчитать частоты дополнительных каналов приема при s, q £ 2. Показать расположение каналов приема на частотной оси. Определить степень опасности каждой из помех с точки зрения возможности ее прохождения по одному из каналов приема. Рассчитать ослабление опасных помех в отдельных каскадах и ВЧ тракте в целом. Для опасных помех определить отношение сигнал-помеха на входе детектора. Проверить возможность нелинейного взаимодействия каждой из помех с сигналом и другими помехами в УРЧ и ПрЧ. Рассчитать и построить характеристики избирательности и определить значения полос пропускания ВУ, УРЧ и преселектора в целом.

Указания к решению задачи 2

Для решения этой задачи необходимо рассчитать параметры резонансной характеристики ВЧ тракта приемника, иначе называемой характеристикой односигнальной избирательности. Эта характеристика в общем случае имеет вид, показанный на рис. 4 (gПР). Она образуется как произведение резонансной характеристики преселектора (gПРЕС) и резонансной характеристики тракта, следующего за преобразователем частоты (на рис. 4 не показана).

K(f)/Ko= g

Рис. 4

По оси ординат отложен нормированный относительно Ко коэффициент усиления ВЧ тракта K(f), где К0 - коэффициент усиления тракта на частоте настройки
Резонансная  характеристика  приемника  помимо  основного экстремума - основного канала приема, имеет ряд дополнительных экстремумов - дополнительных каналов приема. Частоты основного и дополнительных каналов определяются общим соотношением

(17)

где q=0,1,2,...,  s=1,2,...;

fГ- частота гетеродина;
fПЧ - промежуточная частота приемника. Дополнительные каналы приема образуются вследствие того, что при действии на нелинейный элемент ПрЧ напряжения гетеродина и входного  напряжения  с  частотой  fex  возможно  образование комбинационных колебаний с частотами близкими к Тпч

|q fГ - s fВХ | » fПЧ.

Если в антенне приемника наведена помеха с частотой fП = fВХ = fКП, равной частоте одного из дополнительных каналов приема, то после преобразования частота этой помехи будет близка к fПЧ. Помеха пройдет через ФСИ и после усиления в УПЧ поступит вместе с полезным сигналом на детектор. Значительное ослабление помех, попадающих в дополнительные каналы приема, возможно только в преселекторе приемника, т. е. во входной цепи и УРЧ. Сумму коэффициентов |q+s| называют порядком преобразования или порядком комбинационного продукта.
При q=1 и s=1 имеем преобразование 2-го порядка, которое в ПрЧ имеет наибольшую интенсивность по сравнению с преобразованиями более высоких порядков. При этом возможно два варианта образования fПЧ:

fПЧ=fГ - fВХ  и  fПЧ=fВХ - fГ

Первый случай принято называть верхней настройкой, а второй - нижней. Одно из этих преобразований (любое) определяет основной канал приема, а второе образует так называемый зеркальный или симметричный канал приема.
Для резонансной кривой, изображенной на рис. 4, основная настройка на f0 ПРЕС соответствует образованию fПЧ=fГ-fС; помеха по зеркальному каналу проходит при образовании fПЧ = fЗК- fГ
При q=0 и s=1 выражение (17) дает значение fКП = fПЧ - канал приема на промежуточной частоте. Кроме этого на рис. 4 изображены дополнительные каналы при q=2, s=1 и при q=2, s=2. Другие дополнительные каналы приема на рис. 4 не показаны.
Большую опасность при приеме представляют помехи от близко расположенных по частоте (соседних) станций (fСК). Соответствующие значения  расстояния  по  частоте  (DfСК=| fСК-fС |)  нормируются международными документами. В различных системах связи и вещания они различны, так как при их определении учитывается полоса частот, отводимая для передачи сигнала с нужным качеством. Избирательности преселектора, как правило, недостаточно для значительного ослабления помех по соседним каналам. Основное их ослабление происходит после преобразования частоты в ФСИ, настроенном наfnq, так как при преобразовании частоты сохраняется значение DfСК. Например, при fСК=fС+DfСК, после преобразования частоты получим

fГ - fСК = fГ - (fС + DfСК) = fПЧ - DfСК.

При верхней настройке (fПЧ=fГ-fС) происходит инверсия спектра помехи, т. е. он оказывается по другую сторону от сигнала на оси частот, но значение DfСК при этом сохраняется.
Так как характеристика избирательности ВЧ тракта формируется как произведение характеристик избирательности отдельных блоков, их необходимо знать для решения поставленной задачи.
При  использовании  во  входном  устройстве  одиночного колебательного  контура  его  характеристика  избирательности описывается выражением

(18)

где x - обобщенная расстройка, определяемая как

(19)

f0 - частота настройки колебательного контура,
f - текущее значение частоты (например, значение частоты помехи fП i),
QКЭ - добротность эквивалентного контура, т. е. добротность с учетом потерь, вносимых внешними цепями; обычно QКЭ = (QК.

Характеристика  избирательности  двухконтурного  входного устройства

(20)

где  x, - обобщенная расстройка (19),
h - параметр связи между контурами фильтра

xСВ - сопротивление элемента связи между контурами,
rК1, rК2 - сопротивления потерь в каждом из контуров.

В нагрузке резонансного УРЧ обычно используют одиночный колебательный контур, поэтому

(21)

где x - обобщенная расстройка (19).

ФСИ представляет собой сложную многорезонаторную систему с незначительной неравномерностью в пределах полосы пропускания (DfФ), обычно оцениваемой по уровню -3 дБ (иногда -6 дБ), и крутыми скатами резонансной характеристики за пределами полосы пропускания как показано на рис. 5.а. На рис. 5.6 та же характеристика представлена в ином виде: sФ= -20 lg(gФ).

Рис. 5

Крутизна скатов характеристики (дБ/кГц) за пределами полосы ЛРф оценивается как

 

где Ds = |sФ1 - sФ2|, Df = |f1 - f2|,
sФ1 соответствует значению f1,
sФ2 соответствует значению f2.

Для помехи с некоторой частотой fП i отстройка от fC равна отстройке пеобразованной частоты (fП i ПР) от fПЧ

DfП i= | fП i - fС| = |fП i ПР-fПЧ|.

Ее можно записать следующим образом:

(22)

где Dfi - значение отстройки относительно границы полосы пропускания ФСИ, за пределами которой ослабление помехи оценивается по крутизне скатов SСК

Ослабление помехи на границах полосы пропускания составляет 3 (или 6) дБ (sПП), поэтому полное ослабление помехи в фильтре

sФ i=sПП+SСК ×Dfi
(23)

Теперь,  когда определены  модели ослабления  помех в избирательных системах приемника, рассмотрим работу ВЧ тракта в целом.
Коэффициент передачи сигнала от антенны до входа детектора

(24)

- есть произведение коэффициентов передачи всех блоков на частоте настройки f0, что обозначается индексом "0".
Коэффициент передачи ВЧ тракта для помехи с частотой fПi, отличающейся от f0 , есть

(25)

Здесь:
gВУ(fП i) и gУРЧ(fП i)- значения относительного коэффициента передачи ВУ и УРЧ на частоте fП i; они рассчитываются по выражениям (при значениях обобщенной расстройки, соответствующих частоте f = fП i;

gФ(fП i)- значение относительного коэффициента передачи ФСИ при отстройке DfП i= | fП i-fС|;

dПРЧ(fП i)- учитывает относительное изменение коэффициента передачи преобразователя частоты для помехи, проходящей по одному из дополнительных каналов приема; это изменение вызвано двумя факторами:
- различием в крутизне преобразования для комбинационных продуктов разных порядков,
- наличием компенсации некоторых комбинационных продуктов преобразования в сложных схемах - балансной и кольцевой.

Ориентировочные значения dnpq для важнейших каналов приема и различных схем преобразователей частоты приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения q и s	Значения dПРЧ для разных схем ПрЧ
Простая	Балансная	Кольцевая
q=0, s=1	1.5	1.5	0.08
q=1, s=1	1	1	1
q=2, s=1	0.7	0.7	0.06
q=2, s=2	0.4	0.03	0.03

В соответствии с выражениями (24) и (25) напряжение сигнала на входе детектора

UС ВХ Д = UС А×K0 ВЧ,

напряжение помехи с частотой fП i на входе детектора

UП i ВХД =UП i А ×К0 ВЧ×gВУ(fП i) × gУРЧ(fП i) × dПРЧ(fП i) × gФ(fП i),

Их отношение

(26)

Его удобнее выразить в децибелах. Для этого обозначим значения ослабления помехи во ВУ, УРЧ, и ПрЧ аналогично тому, как это сделано для ОСИ (23);

sВУ i= -20lg[gВУ(fП i)]
sУРЧ i= -20lg[gУРЧ(fП i)]
sПРЧ i= -20lg[dПРЧ(fП i)]
(27)

Значение sФ i определено (23).

Отношение мощности сигнала к мощности i-й помехи на входе детектора

При принятых обозначениях это отношение, выраженное в децибелах, составит

(28)

Минимально допустимое значение qn обычно составляет дБ и зависит от многих факторов: от требований к верности воспроизведения сообщений на выходе приемника, от вида используемой модуляции и метода детектирования, от вида кодирования информации (в цифровых системах связи) и др.
Однако, если рассчитанное значение qn превышает допустимое, это еще не означает, что данная помеха не представляет опасности. В активных приборах, расположенных до ФСИ (в УРЧ и ПрЧ), при значительных напряжениях помех могут возникнуть нелинейные эффекты (блокирование, перекрестная модуляция, интермодуляция), влияющие на многосигнальную избирательность приемника [4] и ухудшающие качество приема сигнала.
Детальный расчет параметров многосигнальной избирательности приемника в рамках данной задачи не проводится. Однако, необходимо выяснить, представляет ли каждая из помех опасность с точки зрения многосигнальной избирательности. Для этого следует определить значения напряжений

UП i УРЧ=UП i А×К0 ВУ× gВУ(fП i)
UП i УРЧ=UП i А×К0 ВУ× gВУ(fП i)×К0 УРЧ×gУРЧ(fП i)
(29)

Если эти значения не превышают 10 мВ, то каскады УРЧ и ПрЧ могут быть выполнены на биполярных транзисторах без принятия специальных мер, ведущих к уменьшению нелинейного взаимодействия между помехами и сигналом.
При напряжении помехи более 10 мВ она представляет опасность с точки зрения многосигнальной избирательности. Это должно быть учтено при проектировании соответствующего каскада.

Пример решения задачи 2

На входе приемника действуют:

сигнал и три помехи	f С=11.0 МГц f П1=10.0 МГц f П2=11.02 МГц f П3=13.5 МГц	U С А=100 мкФ U П1 А=100 мВ U П2 А=30 мВ U П3 А=55 мВ

В приемнике используется нижняя настройка, т. е. f ПЧ = f С - t Г.
Значение промежуточной частоты: f ПЧ = 2.0 МГц.
Во входном устройстве применен двухконтурный фильтр с K 0 ВУ = 0.4, Q КЭ = 95, h= 2
Резонансный УРЧ имеет К0 УРЧ = 5, Q КЭ = 95.
Преобразователь частоты построен по кольцевой схеме.
Параметры ФСИ: DF =10 кГц, S СК = 5 дБ/кГц, sПП = 3 дБ.

1. Рассчитываем частоту гетеродина

fГ = fС - fПЧ = 1= 9 МГц.

2. По формуле (17) определяем частоты каналов (fКП) приема при q, s£ 2, fГ=9 МГц, fПЧ=2 МГц. Результаты расчетов сводим в табл. 2.

Таблица 2

q	s	fКП, МГц	Примечания
0	1	2.0	Канал на ПЧ	fП = fПЧ
0	2	1.0		2 × fП= fПЧ
1	1	11.0	Основной канал fС - fГ = fПЧ
1	1	7.0	Зеркальный канал	fГ- fП = fПЧ
1	2	5.5		2 × fП - fГ= fПЧ
1	2	3.5		fГ-2 × fП= fПЧ
2	1	20.0		fП-2 × fГ= fПЧ
2	1	16.0		2 × fГ - fП= fПЧ
2	2	10.0		2 × fП-2 × fГ= fПЧ
2	2	8.0		2 × fГ - 2 × fП= fПЧ

Убеждаемся, что один из каналов приема соответствует частоте сигнала (11.0 МГц). Частота зеркального канала fЗК=7.0 МГц, канала на промежуточной частоте fПЧ=2.0 МГц. Строим диаграмму (рис. 6), иллюстрирующую расположение fКП на частотной оси. Каждый канал приема условно показываем в виде "дельта-функции". На самом деле каналы имеют конечную полосу пропускания, зависящую от DFФ. Около каждого канала обязательно показываем соответствующие значения s и q. Чем выше порядок комбинационного преобразования (s+q), тем, в общем случае, меньше интенсивность дополнительного канала приема, что на диаграмме изображаем приближенно высотой "дельта-импульса".

 

3. Сравниваем значения частот помех на входе приемника fП1, fП2, fП3 с частотами дополнительных каналов приема. Убеждаемся, что частота fП1 =10.0 МГц совпадает с частотой канала приема при q=2, s=2.
Частота fП2 =11.02 МГц близка к частоте основного канала, поэтому вторая помеха возможно окажется опасной из-за неидеальности ФСИ (помеха по соседнему каналу).
Помеха с частотой fП3 =13.5 МГц не попадает ни в один из каналов приема. Проверка опасности третьей помехи с точки зрения многосигнальной избирательности будет проведена ниже.

4. Определяем ослабление 1-й помехи (с частотой fП1 =10 МГц) в отдельных каскадах ВЧ тракта приемника.
Рассчитываем ослабление 1-й помехи во входном устройстве. Для этого, согласно (19), рассчитываем значение обобщенной расстройки, соответствующей fП1

Определяем с использованием выражения (20) относительный коэффициент передачи ВУ на частоте fП1

и ослабление помехи

sВУ 1= -20 lg[gВУ(fП1)] = -20 lg(0.015) = 36.3 дБ

Рассчитываем ослабление 1-й помехив УРЧ. Так как значения добротностей контуров УРЧ и ВУ одинаковы, то при расчете ослабления помехи в УРЧ принимаем x1 = -18.14. Далее определяем

 

sУРЧ 1= -20 lg[gУРЧ(fП1)] = -20 lg(0.055) = 25.2 дБ

Ослабление 1-й помехи в преселекторе

  sПРЕС 1=sВУ 1+ sУРЧ 1= 36.3 + 25.2 = 61.5 дБ

По табл.1 для кольцевой схемы определяем дополнительное ослабление в ПрЧ dПРЧ(fП1) = 0.03, что соответствует

 sПРЧ 1= -20 lg[dПРЧ(fП1)] = -20 lg(0.03) = 30.5 дБ

Ослабление 1-й помехи в ФСИ равно нулю, так как после преобразования частота помехи (при s=2, q=2):

 fПР 1= 2 × fП1 - 2 × fГ = 2 ×10 - 2 ×9 = 2 МГц

точно совпадает с fПЧ, т. е. с центральной частотой настройки ФСИ. Таким образом sФ1=0 дБ.

5. Для 1-й помехи по (28) определяем отношение сигнал-помеха на входе детектора:

 

Анализ полученного результата показывает, что без использования кольцевой схемы преобразователя частоты уровень помехи, прошедшей по дополнительному каналу приема, на входе детектора был бы приблизительно равен уровню сигнала.

6. Определяем по (29) значения напряжения 1-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ:

UП1 УРЧ = UП1 А K0 ВУ gВУ(fП1) = 100 ×0.4 ×0.015 = 0.6 мБ;
UП1 ПРЧ = UП1 А K0 ВУ gВУ(fП1) K0 УРЧ gУРЧ(fП1)= 100 ×0.4 ×0.015  ×5 ×0.055 = 0.17 мБ.

Напряжение 1-й помехи на входе УРЧ и ПрЧ не превышает 10 мВ, что позволяет не принимать во внимание нелинейное взаимодействие 1-й помехи с сигналом в этих каскадах.

7. Определяем ослабление 2-й помехи (с частотой fП2 = 11.02 МГц) в отдельных каскадах ВЧ тракта приемника.
Отстройка помехи от частоты сигнала составляет DfП2 = | fП2 - fС | = 11= 0.02 МГц = 20 кГц, что сопоставимо с полосой пропускания ФСИ, следовательно, помеха находится в одном из соседних каналов и через преобразователь частоты пройдет с тем же коэффициентом передачи, что и сигнал, т. е. dПРЧ(fП2)=1, sПРЧ 2 = дБ.
Основное ослабление 2-й помехи должен обеспечить ФСИ. В соответствии с (22) записываем:

откуда получаем

и в соответствии с (23)

sФ2 = sПП + SСК ×Df2 = 3 + 5 ×15 = 78 дБ

Далее можно сосчитать sВУ 2 и sУРЧ 2 , однако очевидно, что в нашей задаче они будут очень малы, так как при добротности одиночного контура QКЭ = 95 его полоса пропускания составляет

 

т. е. помеха с fП2 попадает в полосу пропускания ВУ и УРЧ. Считаем sВУ 2 = sУРЧ 2 = 0. Этот вывод подтверждают и построенные ниже (в п. 11) характеристики избирательности ВУ, УРЧ и преселектора.

8. Для 2-й помехи по (28) определяем отношение сигнал-помеха на входе детектора:

9. 2-я помеха близка к резонансной частоте ВУ и УРЧ, поэтому gВУ(fП2) = gУРЧ(fП2) значения напряжения 2-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ составляют:

 UП2 УРЧ = UП2 А K0 ВУ = 30 ×0.4 = 12 мБ;
UП2 ПРЧ = UП2 А K0 ВУ K0 УРЧ = 30 ×0.4 ×5 = 60 мБ.

Напряжение 2-й помехи на входе УРЧ незначительно превышает 10 мВ, поэтому нелинейное взаимодействие сигнала и 2-й помехи в УРЧ если и возникнет, то не будет сильным. Напряжение 2-й помехи на входе ПрЧ существенно выше (60 мВ), поэтому при проектировании приемника с учетом требований многосигнальной избирательности [4] следует рассмотреть возможность ее нелинейного взаимодействия с fП1, fП3 и fС.

10. Помеха с частотой fП3 = 13.5 МГц не попадает ни в один из дополнительных каналов приема и ее уровень после ФСИ будет пренебрежимо мал. Таким образом, можно принять fП3®¥.
Это, однако не означает, что данная помеха не может представлять опасности радиоприему. Проверим, не является ли напряжение помехи на входах УРЧ или ПрЧ достаточным для возникновения в этих каскадах нелинейных эффектов, приводящих к блокированию, перекрестной и интермодуляции.
Определяем по (19), (20) и (21) значения относительной расстройки и относительных коэффициентов передачи, соответствующих 3-й помехе:

Определяем ослабление 3-й помехи в ВУ, УРЧ и преселекторе:

sВУ 3 = -20 lg[gВУ(fП3)] = -20 lg(0.0033) = 49.7 дБ
sУРЧ 3 = -20 lg[gУРЧ(fП3)] = -20 lg(0.026) = 31.9 дБ
sПРЕС 3=sВУ 3+ sУРЧ 3= 49.7 + 31.9 = 81.6 дБ

Далее по (29) находим значения напряжения 3-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ соответственно:

 UП3 УРЧ = UП3 А K0 ВУ gВУ(fП3) = 55 ×0.4 ×0.0033= 0.07 мБ;
UП3 ПРЧ = UП3 А K0 ВУ gВУ(fП3) K0 УРЧ gУРЧ(fП3) = 55 ×0.4 ×0.0033 ×5 ×0.026 = 0.009 мБ.

Эти напряжения существенно ниже 10 мВ и не могут вызвать нелинейных эффектов.

11. Строим характеристику избирательности ВУ, УРЧ и преселектора в целом. Расчет и построение проводим с использованием персонального компьютера (Mathcad), запрограммировав расчет по (и (27). Порядок расчета совпадает с приведенным в п. 4. Область изменения аргумента (частоты) выбираем так, чтобы ослабление, создаваемое преселектором, было не менее 60 дБ.
Рассчитанные характеристики приведены на рис. 7.
Убеждаемся, что рассчитанные в п. 4, 7, 10 значения ослаблений sВУ, sУРЧ, sПРЕС  каждой из трех помех совпадают со значениями функций рис.7 при f =10.0, 11.02 и 13.5 МГц соответственно.

Рис. 7

12. По графикам определяем значения полос пропускания

DFВУ= 308 кГц, DFУРЧ =116 кГц, DFПРЕС = 160 кГц.

Обратите внимание, что в данном случае полоса пропускания преселектора DFПРЕС оказалась больше DFУРЧ из-за двугорбой резонансной характеристики ВУ.

Выводы

1. Помеха с частотой fП1 = 10.0 МГц попадает в дополнительный канал приема с q = 2, s = 2, при которых fКП=fГ+fПЧ/2. Этот канал приема расположен ближе к основному каналу, чем зеркальный, поэтому помеха в меньшей степени ослабляется в преселекторе: sПРЕС1 = 61.5 дБ. При заданном отношении Uc/Un в антенне (-60 дБ) уровни сигнала и рассматриваемой помехи на входе ПрЧ приблизительно одинаковы. Применение кольцевой схемы ПрЧ дает дополнительное подавление помехи sПРЧ1=30.5 дБ, в результате на входе детектора имеем приемлемое значение qП1= 32 дБ.
2. Помеха с частотой fП2 =11.02 МГц попадает в полосу пропускания преселектора (DFПРЕС =160 кГц, DfП2=20 кГц), следовательно, в преселекторе не ослабляется.
Основное ослабление данной помехи происходит в ФСИ и достигает 78 дБ. На входе детектора qП2=28.5 дБ, что можно считать вполне удовлетворительным.
Однако, напряжение 2-й помехи на входе УРЧ достигает 12 мВ, а на входе ПрЧ - 60 мВ. Столь большая помеха может вызвать нежелательные нелинейные эффекты в УРЧ и ПрЧ (блокирование, перекрестную модуляцию), поэтому проектирование УРЧ и ПрЧ должно проводиться с учетом требований по многосигнальной избирательности [4].
3. Помеха с частотой fП3з=13.5 МГц не попадает ни в один из дополнительных каналов приема и ее уровень после ФСИ будет пренебрежимо мал. На входах УРЧ и ПрЧ уровень этой помехи недостаточен для нелинейного взаимодействия с fП1, fП2 и fС. Таким образом, 3-я помеха опасности радиоприему не представляет.

Курсовой прект (2-й семестр обучения)

Курсовой проект (КП) выполняется по индивидуальному заданию. В задании определены основные технические параметры радиоприемника и его назначение. В проекте необходимо рассчитать высокочастотный тракт радиоприемника и детектор, разработать принципиальную схему и конструкцию приемника [4, 5].
В [4] значительно большее внимание уделено обоснованию и расчету структурной схемы приемника; оно ориентировано на современную  элементную  базу.  В  [5]  приведены  методики проектирования широкого класса входных устройств приемников (одноконтурных,  двухконтурных,  с различными  видами  связей, предназначенных для работы с емкостными и настроенными антеннами).
Перед  проектированием  рекомендуется  познакомиться  со структурными  и  принципиальными  схемами  связных  и радиовещательных приемников [7], выпускаемых промышленностью, и выбрать приемник-прототип.
Проектирование начинается с обоснования структурной схемы, удовлетворяющей требованиям технического задания. На этом этапе необходимо [4]:

выбрать значение промежуточной частоты (ПЧ) приемника, выбрать тип фильтра сосредоточенной избирательности (ФСИ) тракта ПЧ, определить число резонаторов преселектора, выбрать способ и элемент настройки, выбрать тип детектора, выбрать активные приборы ВЧ тракта и распределить усиление по каскадам, проверить реализацию требуемого отношения сигнал-шум на выходе приемника, выбрать ИМС усилителя звуковой частоты (УЗЧ), тип динамической головки и узлы блока питания.

 После обоснования структурной схемы производится детальный расчет высокочастотного тракта приемника. Он выполняется в следующем порядке. В начале рассчитываются колебательные контура преселектора, входное устройство и УРЧ (если он необходим). Далее рассчитывается преобразователь частоты. Расчет гетеродина можно ограничить расчетом его колебательного контура с учетом сопряжения настроек  гетеродина  и  преселектора.  На  следующем  этапе целесообразно выполнить расчет детектора, а в последнюю очередь - УПЧ.
Закончив расчет узлов, следует определить основные технические показатели приемника и сравнить их с заданными. Принципиальная схема приемника должна содержать все узлы приемника, в том числе и те, детальный электрический расчет которых не проводился (блок питания, УЗЧ, гетеродин и др.). Номинальные значения сопротивлений и емкостей принципиальной схемы приемника после их расчета должны выбираться в соответствии со стандартными значениями. Шкала номинальных значений элементов приведена в [4]. Конденсаторы, используемые в колебательных контурах, должны иметь допустимое отклонение емкости 5%, все прочие конденсаторы и резисторы могут иметь допуск 10 или 20%.
Эскизный чертеж конструкции приемника должен давать ясное представление о внешнем виде и внутреннем устройстве приемника. Удобным является изображение приемника "со снятой крышкой". Чертеж должен быть выполнен в соответствующем масштабе с указанием габаритов приемника.
Курсовой проект должен содержать структурную и принципиальную схемы приемника, конструктивный чертеж и пояснительную записку, выполненную в соответствии с требованиями к оформлению научно-технических отчетов, спецификацию элементов принципиальной схемы.

Пояснительная записка должна содержать:

титульный лист, задание на проектирование, введение, излагающее задачи и особенности проектирования, описание приемника-прототипа, эскизный расчет структурной схемы проектируемого приемника, электрический расчет радиотракта приемника, включая:
расчет преселектора, расчет преобразователя частоты, расчет контура гетеродина и сопряжения настроек контуров гетеродина и преселектора, расчет усилителя промежуточной частоты, расчет детектора, дополнительные расчеты по указанию преподавателя,
описание принципиальной схемы и конструкции приемника, таблицу соответствия результирующих характеристик приемника требованиям технического задания, заключение, список литературы, приложения.

Пояснительная записка с подшитыми чертежами сдается на проверку. После устранения замечаний проект выносится на защиту.

Литература

1. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Под ред. . - М.: Радио и связь, 1996.
2. Н и др. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1986.
3. Палшков устройства. - М.: Радио и связь, 1984.
4. , . РадиоприемникиAM, ОМ, ЧМ сигналов: Пособие по проектированию. Изд. 2-е / СПбГУТ. - СПб, 1999.
5. , , Палшков по курсовому проектированию радиоприемников / СПбГУТ. - СПб, 1992.
6. Методические указания к лабораторным работам по курсу Радиоприемные устройства / и др.; СПбГУТ. - СПб, 1996.
7. Алексеев радиоприемная и звуковоспроизводящая аппаратура: спр-к. - М.: Радио и связь, 1