Визначення вимог до основних характеристик прийомопередавачів гекто - та декаметрового діапазону

УДК 621.396.61; 621.396.62

, магістр; , д. т.н., проф.

ВИЗНАЧЕННЯ ВИМОГ ДО ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРИЙОМОПЕРЕДАВАЧІВ ГЕКТО - ТА ДЕКАМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНУ

, Савченко вимог до основних характеристик прийомопередавачів гекто - та декаметрового діапазону. Розглянуто основні характеристики існуючої приймально-передавальної апаратури, вимоги до неї відповідно до чинних стандартів, а також рекомендовано конкретні заходи для коректного визначення параметрів апаратури, виходячи з реальних умов високого завантаження сучасного ефіру.

, Савченко требований к основным характеристикам приемопередатчиков гекто - и декаметрового диапазона. Рассмотрены основные характеристики существующей приемно-передаточной аппаратуры, требования к ней в соответствии с действующими стандартами, а также рекомендовано конкретные мероприятия для корректного определения параметров аппаратуры, исходя из реальных условий высокой загрузки современного эфира.

Moshenskyy A. O., Savchenko Yu. H. Determination of requirements to basic characteristics of transceivers of hecto - and decametric ranges. Basic characteristics of existent receiver-transmitters and requirements for this equipment in accordance with standards in force are considered. Recommendations as to specific measures for correct determination of equipment parameters are given based on real conditions of air loading.

Для експериментального визначення та прогнозування загасання найбільш важливими характеристиками приймачів є багатосигнальна вибірковість і динамічний діапазон.

У відповідності з [1, 2] ці характеристики нормують такими параметрами:

– ослаблення взаємної модуляції усередині смуги пропущення приймача для апаратів першого і другого класів не менш 40 і 30 дБ;

– для приймачів третього класу регламентований коефіцієнт гармонік не більш 10%;

– рівень блокування при розстройці ±20 кГц – не менш 94, 80, 60 дБм (1, 2, 3 клас), а при розстройці ±6% – 130 дБ (тільки для 1-го і 2-го класів);

– рівень позасмугових завад, що утворять складові взаємної модуляції (інтермодуляції) третього порядку, – не менш 80, 70, 60 дБм (1, 2, 3 клас).

З іншого боку, у відповідності з [3] багатосигнальна вибірковість приймача – це «частотна вибірковість, обумовлена відношенням рівнів сигналів, що надходять на вхід радіоприймача, на одній або декількох заданих частотах і на частоті настроювання приймача при заданому відношенні на його виході сумарної потужності складової завади до потужності корисного сигналу або при заданій зміні рівня корисного сигналу». Динамічний діапазон радіоприймача – це «відношення рівня максимальної потужності вхідного радіосигналу в смузі пропускання приймача до граничної чутливості приймача або відношення рівня сигналу, що заважає у побічному каналі при заданих виді і величині нелінійних переходів з побічного каналу в основний, до чутливості радіоприймача по основному каналу». Ці визначення, як бачимо, не однозначні, допускають різне тлумачення, до того ж неважко побачити багато загального у визначенні багатосигнальної вибірковості і другій частині (після «або») визначення динамічного діапазону. Загального підходу до виміру багатосигнальної вибірковості й однозначній термінології дотепер не існує, що приводить до труднощів при порівнянні різних апаратів за переліком їхніх параметрів.

До того ж, як міру лінійності широкосмугового тракту приймача часто використовують динамічний діапазон по сусідніх каналах – по блокуванню, по перехресній модуляції, по інтермодуляції. Останнім часом для визначення динамічного діапазону використовують відношення рівня двох позасмугових гармонічних завад рівної амплітуди, що утворюють на виході основного каналу інтермодуляційну заваду з рівнем, який дорівнює рівню власних шумів приймача, до рівня цих шумів (тобто динамічний діапазон по інтермодуляції, за нижню границю якого прийнята гранична чутливість). Його значення виявляється найменшим у порівнянні з виміряними за іншими критеріями й у той же час жорстко з ними зв'язане [4, 5] за умови, звичайно, що їхнє обмеження зверху обумовлене саме нелінійністю амплітудної характеристики тракту, а не іншими причинами. Наприклад, блокування – зміна рівня сигналу або відношення сигнал/шум на виході приймача при дії радіозавади, частота якої не збігається з частотами основного і побічного каналів прийому, може відбутися як у результаті обмеження амплітудної характеристики тракту, так і в результаті шумової модуляції в змішувачі приймача потужного позасмугового сигналу спектром шумів гетеродина (так називане зворотне перетворення шумів гетеродина). Блокування останнього виду – це звичайне явище в сучасних приймачах з високолінійними широкосмуговими трактами, де гетеродини – це цифрові синтезатори частот [3].

Динамічний діапазон по інтермодуляції – досить корисний параметр якості приймача. На відміну від професійних магістральних приймачів, умови роботи яких звичайно такі, що поява в смузі пропускання вхідного кола приймача двох і більш потужних завад з необхідним для входження в основний канал співвідношенням частот малоймовірно, аматорські апарати часто працюють в умовах, коли до десятка і більш близько розташованих радіостанцій випромінюють в одному порівняно вузькому аматорському діапазоні. Однак для визначення якості широкосмугового тракту приймача цього параметра явно недостатньо. Корисним доповненням до нього може служити характеристика реальної вибірковості (або ефективної вибірковості) – залежність рівня гармонійної завади від її частоти при незмінному рівні спотворень корисного сигналу заданого рівня [4]. Фіксувати можна також, наприклад, задане відношення сигнал/шум на виході приймача.

Приклад характеристики реальної вибірковості даний на рис.1 (крива 1), де повздовж осі абсцис відкладена розстройка частоти завади щодо середньої частоти основного каналу прийому, а повздовж осі ординат – відношення рівня Рп цієї завади до такого її рівня Рпо, що викликає заданий рівень спотворень корисного сигналу при нульовий розстройці.

-

Рис. 1. Крива реальної вибірковості

Наклавши на цю характеристику АЧХ тракту основної селекції, що визначає односигнальну вибірковість приймача (крива 2), і вхідного кола, або преселектора (крива 3), в багатьох випадках можна наочно побачити, які саме ефекти приводять до обмеження кривої 1 ефективної вибірковості зверху. Хід цієї кривої на ділянках а-b визначається практично тільки односигнальною вибірковістю тракту основної селекції. Плавне відхилення кривої 1 від кривої 2 на ділянках b-с при незмінному коефіцієнті передачі преселектора може бути обумовлено декількома причинами:

– зворотним перетворенням шуму гетеродина;

– великим рівнем бічних шумів вимірювального генератора;

–нелінійністю амплітудної характеристики фільтра основної селекції або тракту однією з перших ПЧ у приймачі з багаторазовим перетворенням частоти.

Більш точно можна з'ясувати ці причини, якщо характер спотворень сигналу відомий. Зменшення його рівня з наближенням частоти завади до частоти настроювання приймача викликано третьою з зазначених причин. Зростання рівня шуму в каналі викликано однією з перших двох або обома причинами разом. Щоб виключити вплив шумів генератора завади на результати вимірів, рівень його фазових шумів повинен бути гарантовано меншим, ніж рівень фазових шумів гетеродина.

Горизонтальні вісі частот ділянки с-d визначаються блокуванням, викликаним нелінійністю амплітудної характеристики одного з каскадів широкосмугового тракту. Форма ділянок d-g практично повторює форму АЧХ преселектора, а відхилення форми кривої 1 від форми кривої 3 за точками i g викликано перевантаженням преселектора.

Викид кривої 1 на ділянці е-f викликаний одним з побічних каналів прийому, у даному випадку комбінаційним каналом [пfg + 2fc] - го порядку, де індекси fg і fc відповідають частотам відповідно гетеродина і сигналу. Кратність по частоті сигналу визначається відношенням смуг основного і комбінаційного каналів, виміряних по зміні частоти генератора завади.

Створити діапазонний генератор KХ діапазону з низьким рівнем бічних шумів, придатний для вимірювань реальної вибірковості високоякісних приймачів, – задача непроста. Для вимірів поблизу основного каналу прийому в аматорських умовах простіше застосовувати генератор фіксованої частоти, що лежить в одному з аматорських діапазонів, із кварцовою стабілізацією і дво - або трирезонаторним кварцовим фільтром на виході і вимірювати характеристику ефективної вибірковості шляхом зміни частоти настроювання приймача. Якщо при переключенні діапазонів приймача ніяких принципових змін у його широкосмуговому тракті не відбувається, можна припустити, що ці характеристики на різних діапазонах будуть практично однаковими усюди, за винятком частот побічних каналів. Для вимірювань за смугою пропускання преселектора придатна більшість з промислових генераторів сигналів [4].

Часто лінійність широкосмугового тракту приймача (та й багатьох інших пристроїв) характеризують координатами точки А3 перетинання прямої, що продовжує лінійну частину побудованої в логарифмічному масштабі амплітудної характеристики тракту, тобто залежності рівня сигналу на виході пристрою від рівня на вході (лінія 1 на рис.2), і прямої залежності рівня інтермодуляційної завади третього порядку від рівня одного з вимірювальних сигналів (лінія 2 на рис.2) при подачі на вхід пристрою двох сигналів однакового рівня. Рівні можуть бути виражені в дБм, дБмкВ або інших логарифмічних одиницях. Для зручності користування графіком по осі ординат звичайно відкладають вихідний рівень, приведений до вхідного, віднявши з вихідного рівня посилення G (або додавши загасання) пристрою. При цьому пристрій начебто має коефіцієнт передачі, рівний 1, тобто 0 дБ.

Рис. 2. Визначення динамічного діапазону приймача

Пряму 2 можна побудувати, подавши на вхід пристрою два сигнали з рівнями, при яких гарантовано не відбувається значного обмеження сигналу, наприклад –30 дБм на рис 2. Вимірявши відносний рівень однієї з компонентів третього порядку d3, через точку а проводять пряму з більшим у три рази нахилом, ніж лінія 1, оскільки в області досить малих сигналів рівень спотворень третього порядку пропорційний кубові вхідного рівня: Р3~Рвх3, або, у логарифмічних одиницях, Р3~ЗРвх(дБ).

Графік на рис. 2 побудований для приймачів за рівнем позасмугових завад, що утворять складові взаємної модуляції третього порядку, що задовольняють нормі ГОСТ [1] для приймачів першого класу і рівного 80 дБмкВ. Пряма 2 проведена через точку з координатами 80 дБмкВ, що лежить на прямій 3, паралельно осі абсцис, і перетинає лінію 1 у точці з координатою 0 дБмкВ. Відрізок прямої 3, між лініями 1 і 2, є динамічний діапазон приймача по інтермодуляції, виміряний відносно 1 мкВ. Щоб знайти тепер динамічний діапазон D2,1 з нижньою границею, рівної граничної чутливості Рпор, проведемо прямі 4 і 5 через точки на лінії 1, що мають координати Рпор, що відповідають коефіцієнтам шуму 15 і 10 дБ. Ці значення також відповідають нормам для приймачів першого класу. Як бачимо, при F=15дБ D2,1= 87,7 дБ, а при F=10дБ D2,1=91 дБ, тобто заданий ГОСТ параметр може бути однаковим у приймачів різної якості.

Якщо відомі динамічний діапазон D2,1 і рівень Ро, щодо якого визначений D2,1 координату точки Аз можна знайти як .

Очевидно, знаючи координату точки А3 та граничну чутливість Рпор, так само легко обчислити динамічний діапазон.

Рівень, при якому коефіцієнт передачі пристрою зменшується на 3 дБ, для приймачів це рівень блокування, викликаного нелінійністю, звичайно приблизно на 10 дБ менше значення азвх . Знаючи динамічний діапазон по інтермодуляції, неважко визначити динамічний діапазон по блокуванню, викликаному нелінійністю .

Але якщо відомі рівень блокування або динамічний діапазон по блокуванню, оцінити динамічний діапазон по інтермодуляції як можна лише в тому випадку, коли є впевненість, що значення Dбл обумовлене саме нелінійністю широкополосного тракту, а не іншими причинами [5].

Таким чином, використання магістральних приймачів першого класу ускладнено на аматорській радіостанції навіть якщо вона розташована поза межами міста. Це примушує або застосовувати радіоприймачі спеціального призначення, або самостійно конструювати приймач або прийомопередавач з ослабленням взаємної модуляції усередині смуги пропущення не менш 70 дБ, динамічним діапазоном за інтермодуляцією 3-го порядку понад 100 дБ. Це все необхідно для успішного функціонування приймача у вузьких смугах перевантажених аматорських діапазонів, особливо підчас міжнародних змагань [7] з радіоспорту.

Література

1. ГОСТ . Устройства приемные магистральной радиосвязи гектометрового и декаметрового диапазона волн.

2. ДСТУ 3254-95 Радіозв’язок. Терміни та визначення.

3. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике.– М.: Мир, 1989. – 256с.

4. Поляков о технике прямого преобразования. – М.: Патриот, 1990. – 264с.

5. Дроздов КВ трансиверы.– М.:Радио и связь, 1988. –176 с. (Массовая радиобиблиотека: вып. 1118 ).

6. , Яйленко радиолюбителя-коротковолновика. – К.:Техніка,
1984. – 264с.

7. www.