Радиоқабылдағыш құрылғылардың түрлері мен қолдану аясы

Таңдамалы (селективтік) деп, бөгеттердің әсерін әлсіретіп, қажетті сигналды бөліп шығаратын радиоқабылдағыш құрылғының қасиетін айтады. Ол әртүрлі пайдалы және бөгет туғызатын сигналдарды қолдануға негізделген: әсер етудің уақыты мен бағытына, поляризациясына, амплитудасына, жиілігі мен фазасына.

Кеңістіктік таңдама – бағытталған қабылдағыш антенна немесе фазалық антенна арқылы жұмыс жасайды.

Поляризациялық таңдама – керекті сигналдың толқындық поляризациясына негізделген қабылдағыш антенна арқылы жүзеге асады.

Уақыттық таңдама – импульсты сигналдарды қабылдаған кезде қабылдағыш керекті сигналдарды уақыт бойынша енгізеді.

Жиілікті таңдама – радиобайланыс, радиожелі және телевидение жүйелерінде сигналдар жиілік бойынша ерекшеленеді және олардың бөлінуі резонансты тізбектер мен фильтрлер арқылы  өтеді, соныдқтан таңдаманың бұл түрі негізгі мәнге ие болады. Бір сигналды және эффективті жиілікті таңдама түрлері бар.   

Бір сигналды таңдама қабылдағыштың күшейткіш-түрлендіргіш трактісіндегі фильтрлердің амплитудалы-жиілікті сипаттамасымен (АЖС) анықталады. Егер оған сызықты емес эффектілерді тудырмайтын, бір ғана аз сигнал енетін болса. Күшейткіш-түрлендіргіш трактісіндегі амплитудалы-жиілікті сипаттамасының нормаланған шамасы деп

 

                         

 (1.1)

мұндағы K(f)— КТ-гі  f еркін жиіліктегі кернеу бойынша күшейткіш коэффициентінің модулі; К0 –қабылдағыштың f0 жиіліктегі күшейткіштің резонансты коэффициенті. Сан жағынан бір сигналды таңдама РҚҚ-дар үшін (1.1) шамасына кері шама болып есептелінеді:

                          

,   (1.2)

f0 байланысты  берілген Δf=f – f0 f0   аралықта бөгеттердің әлсізденгенін анықтайды.

Se(Δf)  тәуелділігі бір сигналды таңдаманың сипаттамасы болып табылады. (сурет. 1.2а). Заманауи радиоқабылдағыш құрылғыларда Se(Δf) өзгерістерінің шектері ауқымды болғандықтан, таңдаманың шамасы децибелде  көрсетіледі: (1.2б сурет ).

Көбінесе қызығушылықты бөгеттері бар жиіліктегі таңдамалар шамалары тудырады. Осыған байланысты РҚҚ-дың таңдамалары бірнеше сандық шамалармен сипатталынады, қабылдаудың қосалқы арналары үшін: где –  қабылдаудың i-ші қосалқы арнасындағы  бөгет жиілігіндегі күшейткіш коэффициенті.

Таңдаманың идеал сипаттамасы, пайдалы сигналдың спектрінің еніне тең болатын, Se=1 шегінде Se жатқан аралық болып табылады. Осындай сипаттамаға ие болса,таралатын сигналдың спектрі, бөгеттерге қарамастан бұзылмай шығады. Реал сипаттама мен идеал сипаттаманың арасындағы нақтылықты бағалау үшін, тікбұрышты коэффициент қолданылады мұндағы – деңгейіндегі КТ-гі өткізу жолағы және  –  γ деңгейіндегі жолақ, оның мәні: 0,1; 0,01; 0,001 т.с.с.  Идеал сипаттама үшін  болу керек, яғни не ғұрлым тікбұрышты коэффициент бірге жақын болса, сол ғұрлым таңдаманың мәні  жоғары болады .

Көптеген радиобайланыс және радиохабарлар жүйесінде керекті сигнал бір немесе бірнеше бөгеттер жолағы түрінде  қабылданады. Осы кезде күшейткіш трактідегі аз ғана сызықты емес процесстер келесі эффектілерге әкеліп соғады: қисықтық модуляция, амплитуданың сығылуы, блокка түсуі, интермодуляцияға ұшырауы. Қисықтық модуляция бөгет модуляциясын керекті сигналға ауыстырғанда байқалады. Егер сигналдың тербелісі модульденген болса, қисықтық модуляция сигнал/бөгет қатынасын нашарлатады немесе керекті ақпаратты алуды жоққа шығарады. Радиосигналдың амплитудасының сығылуы дегеніміз, күшейткіш -түрлендіргіш трактідегі кіретін және шығатын сигналдардың амплитудаларының арасындағы сызықты байланыстың бұзылуын айтады. Сонымен қатар, керекті сигналдың тежелуі күшейткіш -түрлендіргіш трактідегі күшейу коэффициентінің төмендеуіне байланысты болады. Оған себеп, жиілігі жоғары күшті бөгет болатын сигналдардың  әсері.    

Интермодуляция дегеніміз, егер күшейткіш -түрлендіргіш трактідегі кез келген сызықты емес элементке жиілігі болатын екі немесе оданда көп бөгеттер әсер етсе, онда осы элементтің шығысында түрі  болатын интермодуляциялық тербелістердің күрделі спектрі шығады,  мұндағы m,n,p – бүтін сандар. 

Егер  бұл спектрдің бір немесе бірнеше құрамының жиілігі қабылдаудың радиоқабылдағыш құрылғының немесе кез келген қосалқы арнаның жиілігімен сәйкес келсе, мұндай ақпарат күшйеткіш-түрлендіргіш тракте  керекті сигналмен бірге күшейтіледі. Олар бір бірімен беттесіп, сигнал-бөгет қатынасын төмендетіп, қабылдайтын ақпаратты түрлендіреді.

Күшті бөгеттердің әсерінен пайда болатын эффектілердің толық сипаттамасын  эффективті немесе көпсигналды жиілікті таңдама береді.Екі немесе үш сигналды таңдаманы бағалау үшін, қабылдауштың кірісіне өлшеуіш генераторлардан сәйкес келетін екі немесе үш тербелістер беріледі. Олар сигнал және бөгет арасындағы жиілік пен модуляция параметрлерінің қатынасын көрсетеді.

Бөгетке қарсы тұру дегеніміз, белгілі бөгеттер жиынтығының әсеріне радиоқабылдағыш құрылғының қалыпты функционалдану қабілетін айтады. Бөгетке қарсы тұрудың сандық баға берудің бірнеше критерилері бар: ықтималдықтық, энергетикалық, артикуляциялық.

Дискретті сигналдарды қабылдағанда ықтималдық критерий қолданылады. Ол сигналдың бөгетке қарағанда Һ шамасына өсуіне және Р0 элементар сигналдың түрленуінің орташа ықтималдығын анықтаумен байланыстыболады. Р0 (Һ) графигі,   бөгетке қарсы тұрудың сипаттамасы деп аталады. Оның түрі сигнал модуляциясына, электромагниттік толқындардың таралу ортасының қасиетіне және басқа да факторлерге тәуелді болады.

 Аналогты сигналдарды  қабылдаған кезде,   бөгетке  қарсы тұруды бағалау үшін  энергетикалық критерийді қолданған  ыңғайлы. Өйткені ол радиоқабылдағыш  құрылғының шығысындағы сигнал  және бөгеттің арасындағы қуатты  немесе эффективті кернеуді  өлшеуге  негізделген.

Артикуляциялық критерий, ауызша ақпаратты қабылдағандағы  бөгетке қарсы тұрудың сандық бағасын беру үшін қолданылады және қабылданатын тестік мәтіндерді сандық эксперттік баға беру жолмен жүзеге асырады.

Радиоқабылдағыщ құрылғының жоғарыда айтылған көрсеткіштері электромагниттік сипаттамаларын  береді. Көрсетілген сипаттамалар радиоқабылдағыштың алдымен антенна арқылы бөгет жасайтын электромагниттік және қоректенудің тізбек бойынша, басқару және коммутацияның  әсерлеріне сезімталдығын сипаттайды. Бірақ, радиоқабылдағыш құрылғыдағы генераторлы, сандық  және басқада құрылғылар, жіңішке жолақты немесе кең жолақты электромагнитті сәулеленуді тудырады. Олар басқа радиоэлектронды құралдар үшін бөгет болуы мүмкін. Электромагниттік параметрлермен қамтамасыз ету, жылжымалы объектілерде (қайық, ұшақ, космостық аппараттарда) радиоқабылдағыш құралды радиотаратушы құралдың жанына орналастырғанда немесе жалпы антеннамен жұмыс жасағанда қиындыққа соғады.

Радиоарна бойынша таралатын ақпарат қабылдағыш трактіде өзгеріске ұшырауы мүмкін, оның себебі, қабылдағыштың электромагниттік сипаттамасының жеткіліксіз болуында. Бөгеттер болмаған кезде, шығатын сигналдардың мәні, модуляция заңы бойынша, еш өзгеріссіз кіретін сигналдардың мәніне тең болғанда қабылдағыштың мұндай қасиетін ақпаратты шығару ықтималдығы деп атайды. Өзгерістің статикалық және динамикалық сипаттамалары болады.

Статикалық ығысуларға сызықтық  ығысудың, сызықтық емес ығысудың және динамикалық диапазонның шектеуіне байланысты ығысулардың сипаттамалары жатады. Сызықтық ығысулар қабылдағыш тракт арқылы өтетін пайдалы сигналды құрайтын жеке сигналдардың өтуі кезінде байқалады. Олар тракттің элементінің инерциялылығымен сипатталады және кіріс сигналының деңгейінен, модульдеудің тереңдігінен тәуелді болмайды. Сызықтық ығысулар  амплитудалық және фазалық болып  бөлінеді.

Амплитудалық – жиілікті ығысулар спектрді  құрайтын амплитуда арақатынасының өзгерісінде байқалады және  жоғары жиілікті тракттің АЖС және трактің модуляция жиілігімен бағаланады, - кернеу бойынша дұрыс қосылудың сипаттамасы, мұндағы ; - кіріс сигналының модуляция жиілігі; Uшығ- кернеу қабылдағыш; және Uшығ =400 және 1000 Гц сигналдағы жиілік модулияциясы. Сиппаттамасы нақты болған қабылдағыштың туындысымен алынған жоғары жиілікті АЖС және АЖС болып табылады. Модульдеудің жиілігінің лайықты гармониялық  кернеулерін құрайды. Сызықтық ығысу  белгінің биік деңгейлерімен бастапқы асыранды тракттің телімдерінде туады және есту қабілетінің әдісін жақсартады.

Фазалық ығысу сигналды құрайтын әртүрлі спектрлардың қабылдағыштан өткен кезде әртүрлі уақытқа кешігуімен сипатталады. Соның нәтижесінде модуляцияланатын тербеліс пішіні ығысады. Идеалды ФЖС кезінде, сызықты тәуелділік түрінде ығысу болмайды. Фазалық ығысуды бағалау үшін РПрУ кешігу уақытының топтасқан сиппатамасы қолданылады . Фазалық ығысулар есту қабылдағышына әсер етпейді. Бірақ теледидарлық сандық және де тағы басқа сигналдарды қабылдаудың сапасына елеулі әсер етеді.

Сызықтық емес ығысу күшейткіш элементтердің сызықты емес сиппаттарына байланысты. Олар модуляцияланатын сигналдың гармоник коэффициентімен бағаланады. мұндағы    - жиілікті құрайтын сәйкесінше гармоник кернеулерінің тиімді мәні.  Сонымен, кіріс сигналының максималды деңгейі қабылдағышта ықтимал сызықтық ығысулармен шектелген. Ең төмен деңгей, бұрын ескерілгендей меншікті шудың деңгейімен анықталады. Бұл деңгейлер динамикалық диапазонмен (ДД) негізгі канал      бойынша шектеледі. Кіріс сигналдарының өзгеріс  деңгейлерінің шектерін сиппаттайды, бұл жағдайда пайдалы сигналдағы ақпараттың жойылу шегі қамтамасыз етіледі.  ДД шегінде заманауи қабылдағыштарды 100...120дБ жетеді, бұл жағдайда сызықтық емес ығысу амплитудалық сиппаттамамен бағаланады.

 

 

 

 

 

 

Пайдалы емес сигналдың сызықтық емес ығысуы басты бейнемен күшейткіш элементтің жоғары деңгеймен қатар көршілес каналдардағы күшті бөгеттердің әсерінен болуы мүмкін. Бұл ығысуларды бағалау үшін «Көршіліс каналдары бойынша динамикалық диапазон» ұғымы енгізіледі.

Визуалдық қабылдауда динамикалық сиппатама өтпелі процесс мағынасына ие, импульстік сигналдың сызықтық ығысуын бағалауға мүмкін береді. Өтпелі сиппаттама шығу кедергісі уақытқа тәуелділігі радиоимпулісі болып табылады. ( 1.3 сурет)

Уақыттың қалғуы - бастапқы уақыттың кіріс импульснен  Осы бұрмалаушылықтың сарапшылығы үшін "үдемелі диапазон көршілес арналар" деген ұғым енгізіледі.

  РҚҚ баптауларының жеке сиппаттамасына жататын: жұмыс жиілігінің диапазоны f0 min … f0 max   бұл шекте қабылдағыш ырғақты және дискретті орын ауыстырады: қабылдағыштың  жұмыс жиілігінің жиынтығы, тіркелген жиіліктері сигналдарды қабылдауға негізделген. Бұл екі жағдайда да жиіліктерінің баптаулары барлық электрлік сиппатамаларды РПрУ қамтамасыз ету керек. Жұмыс жиілігінің диапазоны келесі коэффициенттермен сиппатталады .

Басқа электрлік сиппатамаларда – автоматты және қолданбалы параметрлер күшейтуді жүйеге келтіреді.

Негізгі конструктивтік – экплутатациондық сиппатамаларға жұмыстың сенімділігі, масса алқабты көрсеткіштер тұрақтылық пен экономикалық қоректену жатады.

Негізгі өндірістік – экономикалық сиппатамаларға: құны, шоғырланудың дәрежесі, интеграция дәрежесі, унивикация дәрежесі, әлемдік стандартқа сай келуі, жұмыстың мерзімі,  технологиялық  процесстің түрі жатады. 

Жоғарыда көрсетілген көрсеткіштер мен сиппаттамалар жай ғана жеке өзіндік жиынды көрсете қоймай, бір-бірімен байланысқан күрделі жүйені сапалы қабылдағыш түрінде көрсетеді. Өйткені оның құны кей жағдайда   қарама-қайшылықта болады, және оның төмендеткіші үшін электр параметр байыпты орналасады, дербес жағдайда жоғарлайды, қабылдағыштың шоғырлану жаңа схематехниканың орындалуымен, жаңа технологияда қолданады.

2. Қабылдағыш радиотрактысының  құрылымдық схемалары мен көрсеткіштері

 

 

КТ және АТ қарапайым құрылымдық схемасы § 1.2 сипатталған,  РҚҚ негізгі функциялары 1.4. суретінде бейнеленген. Антенна арқылы   fс  жиілігімен қабылданған радиосигнал жоғары жиілік трактысына түседі (ЖЖТ), онда жиіліктің іріктелуі мен жоғарылауы жүзеге асады, жиіліктің өзгеруі, амплитудалық және уақытша іріктелу мүмкін. Детектор (Д) қабылдаған модульденген сигналдарды, жіберілген хабарламаға сәйкес, кернеуге түрлендіреді. Fm (ЖМТ) жиілікті модуляциялы трактында  сигналдарды детектордан кейін өңдеу іске асады: күшейту, кедергілерді төмендету үшін қосымша қайта құрулар, декодтау және хабарламаларды бөлу (көпканалды жүйлерде).

РҚҚ құрылымдық схемалары ең алдымен ЖЖТ құрылысымен айрықшалынады. Құрылымы принципі ең қарапайым тура детектрлеу қабылдағышы (детекторлық) болып табылады, оның құрылымдық схемасы   1.5 а. суретінде бейнеленген. Кіру тізбегі (КТ) резонанстық жүйе немесе сүзгі түрінде РҚҚ жиілік іріктелуін қамтамасыз етеді,  қабылданатын сигнал жиілігіне реттеу  КТ қайта құрылуы  немесе қайта қосылуымен жүзеге асады. Сигналдың детекторға дейін күшейтуінің болмауы негізгі орын алады, ол қабылдағыш құрылымын елеулі түрде жайдақтатады, бірақ сонымен бірге оның төмен сезімталдығы мен іріктеуіне шарт қояды. Осындай сұлбада көрсетілген кемшіліктері модуляция жиілігі күшейткішімен (МЖК) жойылмайды. Осыған байланысты қазіргі уақытта   РҚҚ тура детектрлеу  тек қана миллиметрлік және оптикалық толқындар өрісінде ғана қолданылады.

Тура күшейту қабылдағышының сұлбасы 1.5,б суретінде берілген. Жоғарыда аталған қабылдағышқа қарағанда, бұл қабылдағыш радиожиілік күшейткішінің (РЖК) бар болуымен және соған байланысты неғұрлым жоғары сезімталдығы мен іріктеулігімен өзгеше болып табылады.  РЖК кіру тізбегі мен іріктеу тізбектері қабылданатын радиосигнал жиілігіне реттелген, оған күшейту жасалынады, бұл арада КТ алдын-ала, ал РЖК  негізгі жиілік іріктеушілігін және елеулі (кернеу бойынша 106....107 дейін) сигнал күшейтуін қамтамасыз етеді. РҚҚ сезімталдығында негізгісі  оның өздік шулары, РЖК ретінде аз шулайтын күшейткіш (АШК) қолданылады. Мұндай қабылдағышты жиілігі бойынша қайта құру КТ және РЖК барлық резонанстық жүйелерін келісімді түрде қайта құруды талап етеді. Елеулі күшейту қажет болған жағдайда РЖК  бірнеше каскадтан болуы мүмкін, бұл оның тұрақтылығы мен жалпы іріктеулігі төмендеуімен байланысты, жиілік бойынша қайта құрудың техникалық іске асыруын киындатады.