Устройства приема и преобразования сигналов (стр. 2 )

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Перечень тем для лекционных занятий и самостоятельного изучения дисциплины

2.1.1. Общие сведения об устройствах приема и преобразования сигналов

Предмет, содержание и задачи изучения дисциплины. Краткий исторический очерк развития техники радиоприема. Связь отдельных этапов ее развития с эволюцией в соответствующих областях радиоэлектроники.

Назначение, функции и классификация устройств приема и преобразования сигналов, их использование в различных радиотехнических системах.

Структурные принципы реализации основных функций устройств приема и преобразования сигналов. Построение приемных устройств различных диапазонов волн с различными типами модуляции несущей.

Основные характеристики и параметры радиоприемных устройств: шумовые параметры и чувствительность, частотная избирательность (односигнальная и многосигнальная), рабочий диапазон частот, искажение принимаемых и обрабатываемых сигналов, электромагнитная совместимость. Основные типы усилительных и генераторных приборов.

2.1.2. Входные цепи

Назначение, классификация и требования к входным цепям (ВЦ). Задача предварительной фильтрации помех и согласование по мощности входного сигнала. Анализ одноконтурной и многоконтурной ВЦ. Работа ВЦ с антеннами различных видов. Перестройка ВЦ в рабочем диапазоне частот. Коэффициент шума ВЦ и методы его применения. Особенности построения и конструкций ВЦ различных диапазонах волн.

2.1.3. Усилители и фильтры

Назначение, классификация и требования к усилителям радиосигналов (УРС). Обобщенные структурные схемы УРС. Общая теория устойчивости УРС. Методы повышения устойчивости. Условия получения максимального усиления мощности сигнала. Анализ коэффициента шума УРС и ВЦ. Режим согласования тракта по шумам и сравнение его с режимом согласования по мощности. Оптимизация шумовых параметров УРС. Методы уменьшения коэффициента шума радиоприемных устройств.

Работа резонансного усилителя в диапазоне частот. Полосовые усилители и их применения в радиоприемных устройствах. Тракты с распределительной и сосредоточенной избирательностью. Особенности полосовых усилителей с различными видами фильтров: LC – фильтров, пьезоэлектрических, электромеханических, на поверхностных акустических волнах. Использование активных фильтров в технике усиления радиосигнала. Схемотехника усилительных трактов радиоприемных устройств.

2.1.4. Преобразователи частоты

Назначение, классификация и требования к преобразователям частоты (ПЦ). Обобщенная структурная схема ПЦ и ее элементы. Общая теория преобразования частоты. Параметры и характеристики ПЦ.

Особенности гетеродинов ПЦ. Влияние характеристик гетеродина на работу ПЦ. Синтезаторы частот в радиоприемных устройствах: принцип действия, основные структурные схемы и характеристики. Сопряжение настроек гетеродина и преселектора. Однократная и многократная преобразование частоты.

ПЦ различных диапазонов волн. Транзисторные ПЦ и ПЦ на основе перемножителей сигналов. Диодные ПЦ, их анализ, виды (балансные, кольцевые).

2.1.5. Демодуляторы

Назначение, классификация и требования к демодуляторам (детекторам). Обобщенные структурные схемы детекторов их элементы. Амплитудные детекторы. Общая теория детектирования сигналов с АМ. Искажение в диодном детекторе, методы их уменьшения. Схемы амплитудных детекторов: диодные, транзисторные, на операционных усилителях.

Детекторы сигналов с ЧМ: частотно-амплитудные, частотно-фазовые, частотно-импульсные. Ограничение амплитуды колебаний в трактах с детекторами сигналов с угловой модуляцией. Детекторы сигналов: виды, основные характеристики, методы их улучшения. Использование перемножителей в детекторов ФМ сигналов.

Детекторы радиоимпульсных и дискретных сигналов. Переходной режим работы детектора и его влияние на искажение сигнала.

2.1.6. Управление и регулирование в устройствах приема и преобразования сигналов

Назначение, классификация видов управления и регулировке в технике радиоприема, требования к ним.

Настройка радиоприемных устройств. Системы настройки радиоприемных устройств на заданную частоту. Электронная перестройка колебательных контуров. Программная настройка: автопоиск сигнала, “запоминание” избранных каналов приема. Цифровой отчет частоты настройки.

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) в устройствах приема и обработки сигналов. Принципы действия систем АПЧ гетеродинов радиоприемных устройств. Полоса захвата и полоса удержания. Аналоговые устройства автоподстройки. Фазовая АПЧ: принцип действия, характеристики. Цифровые системы АПЧ. Схемотехника цифровых систем АПЧ.

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) в радиоприемных устройствах. Принципы действия, структурные схемы и характеристики. Устойчивость и быстродействие АРУ, ее влияние на искажение принимаемых сигналов. Схемотехника систем АРУ. Требования к отдельным элементам.

Другие виды ручных и автоматических регулировок: полосы пропускания, режектирование мощных помех и др. Программное управление работы радиоприемных устройств. Отображение информации о работе радиоприемных устройств.

2.1.7. Цифровые устройства приема и преобразования сигналов

Использование методов цифровой обработки сигналов в радиоприемных устройствах. Цифровая обработка дискретных и аналоговых сигналов. Структурные схемы цифровых радиоприемных устройств (ЦРПУ). Аналого-цифровые преобразователи в ЦРПУ. Особенности дискретизации и квантования сигналов в ЦРПУ. Цифровые и дискретные фильтры в ЦРПУ.

Цифровые демодуляторы сигналов. Демодуляторы цифрового АМ-сигнала. Демодуляторы цифрового ЧМ-сигнала. Когерентные и квазикогерентные демодуляторы цифрового ФМ-сигнала. Цифровые синтезаторы частот с прямым и косвенным синтезом. Синтезатор частоты с кольцом ФАПЧ. Синтезатор частоты на базе компаратора кодов.

Использование микропроцессоров в устройствах приема и преобразования сигналов. Цифровые сигнальные процессоры. Основные функции, характеристики, перспективы дальнейшего развития цифровой обработки сигналов.

2.1.8. Помехи радиоприему и методы борьбы с ними

Прохождение помех через тракт радиоприема. Прохождение сосредоточенных помех через линейный и нелинейный тракты. Виды мультипликативного и аддитивного поражения приема: перекрестная модуляция, блокирование, интермодуляция. Структурные методы защиты тракта приема от нелинейного поражения.

Прохождение фильтрационной помехи через линейный тракт, преобразователь частоты и демодулятор. Методы повышения отношения сигнал/шум в тракте приема и преобразования сигналов. Прохождение импульсной помехи через радиоприемные устройства. Способы управления отношения сигнал/помеха. Совместные воздействия на радиоприемные устройства радиосигнала и помех различных видов. Особенности индустриальных помех и методы борьбы с ними.

Влияние радиоприемных устройств на характеристики электромагнитной совместимости радиосистем и радиоустройств. Связь характеристик электромагнитной совместимости с параметрами радиоприемных устройств. Методы улучшения внутрисистемной и внутриаппаратурной электромагнитной совместимости.

2.2. Перечень тем лабораторных занятий

1.  Исследование линейного тракта приема сигналов различных частотных диапазонов.

2.  Исследование преобразователей частоты сигналов различных частотных диапазонов.

3.  Исследование демодуляторов аналоговых и цифровых сигналов с амплитудной модуляцией.

4.  Исследование демодуляторов аналоговых и цифровых сигналов с угловой модуляцией.

2.3. Курсовой проект

Типовой курсовой проект должен содержать: обоснование ТЗ, предварительный расчет, структурную и принципиальную схему устройства приема и преобразования сигналов, выбор и обоснование элементной базы, расчет отдельных функциональных узлов и их характеристик. В состав проекта должна входить разработка технологических процессов настройки и контроля основных параметров проектируемого изделия.

Проект выполняется в соответствии с индивидуальным заданием. Тематика проекта должна охватывать устройства приема и преобразования сигналов различных видов используемых в средствах радиоэлектронного наблюдения. Элементная база должна содержать перспективные типы полупроводниковых приборов, элементов функциональной электроники и цифровой техники.

3. Методические рекомендации по изучению дисциплины

3.1. Перечень и тематика самостоятельных работ студентов, методические указания и формы отчетности

В рамках общего объема часов, отведенных для изучения дисциплины, предусматривается выполнение следующих видов самостоятельных работ студентов (СРС).

Самостоятельное изучение теоретического материала с самоконтролем по приведенным ниже вопросам. Кроме того, для контроля этого вида самостоятельной работы на лекционных занятиях предусматриваются следующие экспресс-контрольные работы:

1. Структурная схема супергетеродинного приемника, принцип работы и назначение функциональных узлов, тема 1.

2. Способы построения преселекторов радиоприемных устройств различного назначения, темы 2, 3.

3. Способы построения преобразователей частоты радиоприемных устройств различного назначения, тема 4.

4. Способы построения демодуляторов аналоговых и цифровых сигналов, темы 5, 7.

5. Способы построения приемников систем радиоэлектронного наблюдения, тема 9.

Общий контроль самостоятельного усвоения теоретического материала осуществляется на промежуточных аттестациях в форме опроса или теста и заносится в ведомость установленной формы.

Для допуска к выполнению лабораторной работы студент должен самостоятельно освоить материал, необходимый для осмысленного проведения экспериментальных исследований следующих вопросов:

1. Основные характеристики линейного тракта радиоприемных устройств и их связь с его схемотехнической реализацией, темы 2, 3.

2. Основные характеристики преобразователей частоты и их связь с их схемотехнической реализацией, тема 4.

3. Основные характеристики и способы схемотехнической реализации демодуляторов АМ-сигналов, темы 5, 7.

4. Основные характеристики и способы схемотехнической реализации демодуляторов сигналов с угловой модуляцией, темы 5, 7.

Для защиты лабораторной работы студент должен предоставить отчет и на защите продемонстрировать умение связать теоретические сведения с результатами экспериментальных исследований, подтвердив тем самым усвоение вопросов, вынесенных на самостоятельную работу.