Типы радиоприемных устройств

       1.7 Особенности супергетеродинной схемы.

       Поскольку супергетеродинная схема построения РПрУ в настоящее время наиболее совершенная и распространенная, рассмотрим ее особенности более подробно. Основной канал приема образуется полосой пропускания приемника, в которой находится спектр сигнала. Соседний канал приема - это канал на частоте f_ск, примыкающей к основному каналу на частоте f_с. Основная мера борьбы с помехами по соседнему каналу - повышение избирательности УПЧ. Зеркальный, или симметричный канал образуется внешней помехой на частоте f_п=f_зк=f_г⁺f_пр⁼f_с+2f_пр (m=1,n=1) при «верхней» настройке или f_п=f_зк=f_г- f_пр⁼f_с-2f_пр при «нижней». Если эта частота попадает в полосу пропускания преселектора, то в ПЧ появляется составляющая с частотой | f_зк - f_г | ⁼ f_пр, т.е. такой же, какую образует полезный сигнал. В результате происходит наложение спектров полезного сигнала и помехи, и их частотная фильтрация становится невозможной. Для ослабления помех по зеркальному каналу необходимо повышать частотную избирательность преселектора. Увеличение f_пр позволяет лучше отфильтровать в преселекторе эту составляющую, отстоящую от частоты полезного сигнала на 2f_пр но при этом затрудняется обеспечение высокой избирательности УПЧ с полосой пропускания, сопряженной с шириной спектра полезного сигнала. Если требования к ослаблению помех по соседнему и зеркальному каналам очень жесткие, применяют два-три последовательных преобразования частоты. Прямой канал приема или канал промежуточной частоты образуется, когда помеха имеет частоту f_п = f_пр (m= 0, n = 1) и без преобразования в ПЧ проходит в тракт УПЧ. Наиболее сложно реализуется избирательность по соседнему каналу, так как цепи образующих преселектор ВЦ и УРЧ обладают на частотах f_ск малой избирательностью (Sе_вц≈1, Sе_урч≈1) и Sе_ск≈ Sе_пчSе_упч. Главную роль в формировании основных шумовых параметров приемника играет радиотракт.  
 
 
 
 

       2.РАЗНОВИДНОСТИ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ.

       2.1 Различные классификации радиоприемных устройств.

       В зависимости от признаков, положенных в основу, существуют различные классификации РПрУ. По основному функциональному назначению РПрУ делят на профессиональные и вещательные. К профессиональным приемникам (в системах передачи информации) относятся связные приемники, телевизионные приемники, телеметрические приемники и приемники телеуправления. Вещательные приемники обеспечивают прием программ звукового и телевизионного вещания. Массовое производство вещательных приемников и их относительная дешивизна обуславливают сравнительно простые технические решения. В то время, как профессиональные  РПрУ отличаются большей сложностью и стоимостью, зачастую соизмеримой со стоимостью передающего оборудования. Среди связных различают РПрУ космических, международных, магистральных, внутризоновых, местных, технологических и других радиосистем передачи. Профессиональные телевизионные приемники используются в связных, сервисных и прикладных телевизионных системах. Радиоприемные устройства звукового вещания делятся на монофонические, стереофонические и квадрофонические. Вещательные телевизоры обеспечивают прием программ в системах монохромного и цветного вещания, в перспективных системах с высокой четкостью изображения.

       В соответствии с рекомендациями Международного консультативного комитета по радио (МККР) при построении радиосистем передачи используется спектр радиочастот, разделенный на девять диапазонов. Современные РПрУ работают во всех этих радиодиапазонах, из которых наиболее широко используются диапазоны от НЧ до КВЧ включительно, а также на инфракрасных и видимых волнах оптического диапазона. Приемники различных диапазонов могут существенно отличаться по структуре, схемной и конструктивной реализациям, элементной базе, однако существуют РПрУ, которые обеспечивают прием в нескольких диапазонах («всеволновые»). Приемники звукового вещания работают в диапазонах волн: длинных (ДВ; НЧ), средних (СВ; СЧ), коротких (КВ; ВЧ), ультракоротких (УКВ; ОВЧ), дециметровых (ДМВ; УВЧ). Вещательные телевизоры осуществляют прием программ наземных телевизионных систем в метровом и дециметровом диапазонах. В дециметровом и сантиметровом диапазонах работают РПрУ радиорелейных и спутниковых систем связи и телевизионного вещания. Приемники систем прямой межспутниковой связи и телевизионных систем высокой четкости должны обеспечивать прием на миллиметровых, децимиллиметровых и оптических волнах. По виду принимаемых сигналов приемники делят на два класса: непрерывных (аналоговых) и дискретных сигналов. По виду принимаемой информации различают РПрУ радиотелефонные, звукового вещания, факсимильные, телевизионные, радиотелеграфные и  РПрУ передачи данных. В зависимости от вида используемой модуляции (манипуляции в случае дискретных сигналов) бывают приемники амплитудно-модулированных (АМ), частотно-модулированных (ЧМ), фазомодулированных (ФМ) сигналов, сигналов с одной боковой полосой (ОБП) и различными видами импульсной модуляции.

       Помимо  этого, различают РПрУ: по месту установки - стационарные, мобильные, бортовые переносные; по способу питания - питаемые от сети переменного тока, от аккумуляторов, гальванических или солнечных батарей, с универсальным питанием; по способу управления и коммутации - с ручным, частично или полностью автоматизированным, дистанционным, комбинированным управлением.

       3. ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ.

       3.1 Структура и принцип действия радиоприемных устройств.

       В соответствии с занимаемым в радиоканале  местом РПрУ должны обеспечивать выполнение следующих основных функций:

       - выделение полезного сигнала из смеси с шумом или другими мешающими сигналами;

       - усиление полезного сигнала;

       - ослабление мешающего действия помех, присутствующих во входных колебаниях;

       - детектирование радиочастотных сигналов с целью формирования колебаний, соответствующих передаваемому сообщению.

       Кроме указанных выше основных функций  для многих современных РПрУ характерно выполнение и других сложных функций, например: частотное преобразование принимаемых радиосигналов с целью перенесения в область частот, где обеспечиваются наилучшие условия их обработки; изменение параметров РПрУ для достижения заданного или наилучшего качества его работы (адаптация) при изменениях электромагнитной обстановки в месте приема, определяемой совокупностью всех помех. На рис. 2. представлена обобщенная структурная схема, которая отражает основные функции РПрУ. Она состоит из пяти функциональных блоков-трактов.

В усилительно-преобразовательном тракте (УТ) осуществляется выделение полезных сигналов из всей совокупности поступающих от антенны А сигналов и помех, не совпадающих по частоте с полезным сигналом, и его усиление до уровня, необходимого для нормальной работы последующих каскадов. Хотя в УТ с сигналом могут производиться некоторые нелинейные процедуры (смещение спектра, ограничение амплитуды и др.), в принимаемую информацию этот тракт существенных искажений не вносит и в этом смысле его можно считать линейным.

       В информационном тракте (ИТ) осуществляется основная обработка сигнала с целью выделения содержащейся в нем информации (демодуляции) и ослабление мешающего воздействия помех. При этом важнейшей задачей является выделение информации с максимальной достоверностью — так называемый оптимальный прием. Для этого в составе ИТ предусматриваются оптимальный фильтр, цепи последетекторной обработки, следящие системы частотной (ЧАПЧ) и фазовой (ФАПЧ) автоматической подстройки частоты, используемые для демодуляции сигнала, а также для его поиска и сопровождения по частоте, фазе и задержке.

       Гетеродинный  тракт (ГТ) преобразует частоту собственного или внешнего опорного генератора и  формирует сетки частот, необходимые для работы преобразователей частоты в УТ, следящих систем и устройств обработки сигнала в ИТ. Зачастую это сложное самостоятельное устройство — синтезатор частот (СЧ), обеспечивающий работу и других подсистем РПрУ.

       Тракт адаптации, управления и контроля (ТАУК) позволяет осуществлять ручное, дистанционное  и автоматизированное управление режимом  работы РПрУ (включение и выключение, поиск и выбор сигнала, адаптация к изменяющимся условиям работы) и отражает качество его работы на соответствующих индикаторах. В оконечном устройстве (ОУ) энергия выделяемого сигнала используется для получения требуемого выходного эффекта - акустического (телефон, громкоговоритель), оптического (кинескоп, дисплей), механического (печатающее устройство).

       Вторичный источник питания (ВИП) преобразует  энергию первичного источника в  форму, удобную для использования  непосредственно в РПрУ. В ВИП может осуществляться преобразование напряжения, выпрямление, фильтрация, стабилизация.

       Радиоприемные устройства обладают всеми основными  свойствами, характерными для подсистем сложной системы. Они взаимодействуют с другими элементами радиосистемы, с окружающей средой и оператором. Отдельные тракты, блоки и узлы являются управляющими для одних и управляемыми для других элементов подсистемы в этом проявляется иерархичность структуры РПрУ. Поскольку прием полезных сигналов всегда осуществляется в условиях воздействия недетерминированных, непредсказуемых помех, функционирование приемной подсистемы носит стохастический характер.

       Рассмотренная структурная схема является наиболее общей, однако в конкретных РПрУ отдельные  связи между трактами и даже некоторые тракты могут отсутствовать или выполнять более ограниченный набор функций, при этом упрощение структуры приемного устройства и ограничение функций отдельных трактов уменьшают полноту реализации возможностей радиоприемна. Наибольшая эффективность приема достигается при объединении нескольких РПрУ в радиоприемные системы, управляемые на основе адаптивных алгоритмов. В таких системах каждое РПрУ принимает одну и ту же информацию в различных условиях приема (на разных частотах, в пространственно разнесенных точках, с разными антеннами) и под управлением компьютера осуществляется обработка всех принятых сигналов или выделение сигнала, соответствующего наилучшим условиям приема. В системах радиосвязи часто используется прием многоканальных сообщений. В РПрУ таких систем имеется дополнительный тракт разделения каналов с последующими ОУ в каждом канале. 
 
 
 
 

       4. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ  РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

       4.1 Показатели радиоприемных устройств.

       Качественные  показатели РПрУ определяются электрическими, конструктивно-эксплуатационными и производственно-экономическими характеристиками. Чувствительность – одна из важнейших электрических характеристик радиоприемника. Под чувствительностью понимается способность приемника принимать слабые сигналы. Количественно чувствительность оценивается минимальной ЭДС в антенне Е_А0 (для РПрУ умеренно высоких частот) или номинальной мощностью Р_А0 (для РПрУ СВЧ) нормально модулированного сигнала, при которых на выходе приемника сигнал воспроизводится с требуемым качеством. Под требуемым качеством обычно понимается либо получение заданного уровня сигнала на выходе, обеспечивающего нормальное функционирование ОУ при определенном отношении мощности сигнала к мощности шумов (С/Ш), либо реализация одного из вероятностных критериев принятого сигнала. Чувствительность, ограниченную внутренними шумами, количественно оценивают реальной или пороговой чувствительностью, коэффициентом шума или шумовой температурой.

       Избирательностью (селективностью) называется способность РПрУ выделять полезный сигнал, ослабляя действие мешающих сигналов (помех). Основана она на использовании тех или иных различий полезных и мешающих сигналов: направления прихода и времени действия, поляризации, амплитуды, частоты и фазы.

       Пространственная  избирательность достигается с помощью остронаправленных приемных антенн или путем электронного управления синтезированной диаграммой направленности фазированной антенной решетки. Поляризационная избирательность реализуется также приемной антенной, которая настраивается на вид поляризации волны полезного сигнала. Временная избирательность достигается отпиранием приемника только на время действия полезного сигнала. Частотная избирательность имеет основное значение, так как в системах радиосвязи, радиовещания и телевидения сигналы обычно отличаются по частоте и их разделение осуществляется с помощью резонансных цепей и фильтров. Различают односигнальную и эффективную частотную избирательность.

       Односигнальная  избирательность определяется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) фильтров УТ приемника при действии на его входе только одного малого сигнала (полезного или мешающего), не вызывающего нелинейных эффектов. Нормированной АЧХ УТ называют величину γ(f)=К(f)/K_0, где К(f) модуль коэффициента усиления (передачи) УТ по напряжению на произвольной частоте f, К₀ — резонансный коэффициент усиления на частоте настройки приемника f₀. Количественно односигнальная избирательность РПрУ оценивается величиной: