..:: | Назад | Содержание | Далее | ::..
Радиоприемные устройства предназначены для приема радиосигналов и преобразования их к виду, позволяющему использовать содержащуюся в них полезную информацию. Любое радиоприемное устройство состоит из приемной антенны и собственно приемника. Радиоприемным устройством в широком смысле называют систему узлов и блоков, которые осуществляют следующие операции:
- преобразование с помощью приемной антенны электромагнитного поля сигнала (помех) в радиосигнал и обеспечение пространственной и поляризационной избирательности полезного радиосигнала;
- выделение (фильтрацию по частоте) полезных радиосигналов из совокупности других (мешающих) сигналов и помех, действующих на выходе приемной антенны и несовпадающих по частоте с полезным сигналом;
- преобразование и усиление принимаемых сигналов для обеспечения качественной работы демодулятора, декодера;
- демодуляцию принятого сигнала с целью выделения информации (модулирующей функции), содержащейся в полезном радиосигнале;
- декодирование принятого сигнала;
- обработку принимаемых сигналов с целью ослабления мешающего воздействия помех искусственного и естественного происхождения. Эта операция предусматривает введение в приемник средств помехозащиты и эффективную обработку сигналов и помех, при которой достигается наилучшее обнаружение сигналов.
Приемники классифицируют по назначению, диапазону принимаемых волн (частот), виду модуляции передаваемых сигналов и условиям эксплуатации. Качественные показатели радиоприемных устройств определяются электрическими, конструктивно-эксплуатационными и экономическими характеристиками.
По назначению приемники делятся на профессиональные и вещательные (бытовые). К профессиональным относятся приемники связные, радиолокационные, радионавигационные и др. Бытовые приемники обеспечивают прием программ звукового и телевизионного вещания. Современные радиоприемные устройства обеспечивают прием радиосигналов в большом частотном диапазоне, где возможна работа радиотехнических систем.
По виду модуляции сигнала радиоприемники, как и радиопередатчики, делятся на устройства с амплитудной (амплитудной балансной и однополосной), частотной, фазовой, импульсной, импульсно-кодовой (цифровой) и другими видами модуляции.
По условиям эксплуатации приемники бывают стационарными, бортовыми (космические, корабельные, самолетные, автомобильные) и переносными (портативными) или мобильными.
К основным характеристикам приемника относятся чувствительность, избирательность и помехоустойчивость. Чувствительностью приемника называется его способность обеспечивать прием очень слабых полезных сигналов. Она оценивается мощностью входного радиосигнала, необходимой для получения номинальной (требуемой) мощности на выходе приемника при заданном отношении сигнал/шум. В реальных устройствах, наряду с полезным, информационным сигналом, всегда имеются шумы, образующиеся за счет внешних помех и собственных шумов приемника. Уровень собственных шумов определяется шумами первых каскадов приемника. Поэтому при создании высокочувствительных приемников одной из важнейших задач является разработка малошумящих активных и пассивных элементов и усилительных каскадов. Шумовые свойства приемников (и усилителей) оценивают коэффициентом шума, полагая, что на входе и внутри устройства шум является белым. Коэффициентом шума называют отношение мощностей сигнала и шума на входе, отнесенное к такому же отношению мощностей на выходе линейной части (на входе детектора) приемника:
Коэффициент шума показывает, во сколько раз шумы на выходе линейной части приемника увеличиваются за счет шумов, возникающих в самом приемнике. В реальных условиях эксплуатации пренебрежение внешними помехами радиоприему недопустимо, поэтому вводят понятие эффективной чувствительности по отношению к уровню помех, как внутренних, так и внешних. Эффективная чувствительность – это способность радиоприемника принимать слабые сигналы с заданным качеством (отношением сигнал/шум) и вероятностью приема в условиях воздействия всего ансамбля помех.
Избирательность (селективность) - способность приемника выделить полезный сигнал из множества других сигналов и помех, принятых антенной. Избирательность определяется частотной фильтрацией полезного сигнала от мешающих сигналов в высокочастотном тракте. Реальная избирательность приемника зависит от нелинейных явлений в каскадах приемника, поэтому используется понятие «эффективной частотной избирательности», под которой понимают способность приемника различать полезный сигнал (на частоты которого настроен приемник) и помехи (с частотами за пределами полосы пропускания), уровни которых таковы, что они создают нелинейные эффекты при одновременном действии полезного и мешающих сигналов. Нелинейные эффекты в усилительных и преобразовательных каскадах приемника обусловлены нелинейной вольтамперной характеристикой активных приборов при больших уровнях сигнала или помех. Эти эффекты вызывают следующие явления в приемниках:
- сжатие амплитуды радиосигнала, т.е. нарушение линейной зависимости между амплитудами сигнала на выходе и входе каскада – это явление происходит в режиме большого полезного сигнала;
- блокирование полезного сигнала, выражающееся в изменении коэффициента передачи приемного тракта при действии помех, частоты которых отличаются от частот основного и побочного каналов приема. При этом коэффициент передачи приемника уменьшается, что приводит к снижению его чувствительности;
- появление перекрестных искажений радиосигналов, отражающиеся в переносе модуляции с мешающего внеполосного сигнала на полезный сигнал;
- интермодуляцию между помеховыми внеполосными сигналами, а также между внеполосными сигналами и шумом.
При проектировании приемников задают значение избирательности по соседнему, зеркальному и другим побочным каналам приема. Временная избирательность используется при приеме импульсных сигналов (в приемниках РЛС), когда точно известен момент их появления. При этом используется метод стробирования, при котором приемник открывается только на время ожидаемого прихода импульсного сигнала. Остальное время приемник закрыт, что уменьшает воздействие помех. Пространственная избирательность осуществляется с помощью остронаправленных приемных антенн, а в настоящее время и путем управления ДН (диаграммой направленности) фазированных антенных решеток. Если передатчик сигнала и источник помехи разнесены по угловым направлениям, то можно существенно ослабить уровень внешней помехи на входе приемников. Для этого формируют максимум диаграммы направленности приемной антенны в направлении на передатчик сигнала, а в направлении источника помехи – нули (провалы) в диаграмме направленности. Поляризационная избирательность может быть осуществлена, если имеются различия в поляризациях электромагнитных волн полезного сигнала в помехи. Она производится приемной антенной, которая настраивается на вид поляризации сигнала.
Под помехоустойчивостью приемника понимают способность приемника обеспечивать прием переданной или извлеченной информации с заданной достоверностью (верностью) при выбранных видах сигналов (в том числе видов модуляции или кодирования) и наличии в радиоканале. Помехоустойчивость повышается всеми видами избирательности, а также созданием оптимальных структур приемников и специальными мерами борьбы с помехами при обработке принимаемых сигналов.
Допустимые искажения принимаемого сигнала. Искажения делятся на линейные (амплитудно-частотные и фазочастотные) и нелинейные. Амплитудно-частотные искажения приводят к изменению соотношений между амплитудами составляющих полезного сигнала на выходе приемника по сравнению с его входом. Они оцениваются допустимой нелинейностью АЧХ всего тракта приемника в заданном диапазоне модулирующих частот. Фазочастотные искажения проявляются в том, что различные составляющие спектра сигнала при прохождении через приемник сдвигаются во времени не на одинаковую величину и оцениваются допустимой нелинейностью ФЧХ приемного тракта. Нелинейные искажения вызывают на выходе приемника появление дополнительных частот (гармоник и комбинационных), не содержащихся в передаваемом сообщении, и оцениваются допустимым коэффициентом нелинейных искажений при заданном коэффициенте модуляции. Искажения импульсных сигналов оцениваются допустимыми длительностями фронта и среза, неравномерностью вершины, выбросами на вершине и в паузе.
Под динамическим диапазоном приемника понимают диапазон граничных уровней входного полезного сигнала, при которых обеспечивается нормальное качество приема. Максимальный уровень сигнала ограничен допустимыми нелинейными искажениями в усилительных и преобразовательных каскадах приемника из-за нелинейных характеристик электронных приборов при сильных сигналах. Минимальный уровень входного сигнала ограничивается уровнем собственных шумов, т.е. чувствительностью приемника. Фактически динамический диапазон характеризует пределы изменения уровня входных сигналов, в которых устройства приемника линейны в практическом смысле. Относительное изменение уровней полезных сигналов и помех на входе радиоприемников в обычных условиях работы может составлять 90…100 дБ. С помощью специальных устройств (автоматической регулировки усиления приемника) динамический диапазон по основному каналу может быть доведен до 100…120 дБ, т.е. он может перекрывать диапазон входных воздействий.
По особенностям построения схем все радиоприемники можно разделить на две основные группы: приемники прямого усиления и супергетеродинные приемники. Первые в свою очередь делятся на приемники прямого усиления без регенерации и приемники прямого усиления с регенерацией. Супергетеродинные приемники выполняются с одно- или многократным преобразованием частоты или по сверхрегенеративной схеме.
..:: | Назад | Содержание | Далее | ::..