Основные качественные показатели радиоприемника

Свойства радиоприемника характеризуют следующие основные качественные показатели:

1. Д и а п а з о н р а б о ч и х ч а с т о т и п о д д и а п а з о н ы. Под диапазоном рабочих частот приемника понимается участок диапазона радиоволн, в пределах которого данный приемник может плавно или дискретно перестраиваться, быть настроенным на заданную частоту и иметь при этом качественные показатели, удовлетворяющие техническим условиям. Каждый радиоприемник должен, с одной стороны, охватывать возможно более широкий диапазон радиочастот, с другой — иметь во всем этом диапазоне по возможности мало изменяющиеся качественные показатели. Эта задача в большинстве случаев решается путем разбивки диапазона рабочих частот на несколько поддиапазонов. Тогда каждый поддиапазон охватывает относительно неширокую часть диапазона, в пределах которой более просто можно достигнуть равномерности качественных показателей.

Диапазон рабочих частот в случае плавной перестройки задается областью частот от f_{с min} до f_cmax, а при дискретной перестройке—непосредственно частотами между соседними фиксированными частотами. Относительная ширина диапазона оценивается коэффициентом перекрытия

k_д=f_{с макс}/f_{c мин} .

В случае разбивки диапазона рабочих частот на поддиапазоны каждый из поддиапазонов задается своими крайними частотами f_{с min пд} , f_{cmax пд} коэффициентом перекрытия поддиапазона

2. Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь. Под чувствительностью радиоприемника понимается мера его способности принимать слабые сигналы и воспроизводить их с достаточной силой и приемлемым качеством. Количественно чувствительность оценивается наи­меньшими величинами электродвижущей силы Е_А, мощности Р_А или удельной мощности V_А в антенне, при которых обеспечиваются заданные значения напряжения или мощности на выходе приемника и необходимое соотношение между уровнями сигнала и шума (при обусловленных параметрах модуляции радиосигнала). Чувствительность приемника тем лучше, чем меньшей величиной Е_А, Р_А, V_А она оценивается при одном и том же соотношении сигнал/шум на выходе.

Чувствительность приемника зависит от уровня собственных шумов антенны и приемника, усиления и заданного преобладания сигнала над шумом. Необходимость учета соотношения сигнал/шум при определении чувствительности обусловлена следующим. Если чувствительность определять только как наименьшую электродвижущую силу или мощность, требуемые для обеспечения на выходе приемника заданного напряжения или мощности, то может показаться, что, увеличивая усиление в приемнике, можно неограниченно улучшать его чувствительность, делая его способным принимать все более слабые сигналы. В действительности для улучшения чувствительности необходимо не только достаточное усиление, но и низкий уровень собственных шумов.

Для характеристики приемников в зависимости от соотношения сигнал/шум на выходе используются понятия реальной и пороговой чувствительности. Под реальной чувствительностью понимается наименьшая величина радиосигнала в антенне, при которой на выходе приемника уровень сигнала превышает уровень собственных шумов в заданное число раз, а абсолютный уровень сигнала обеспечивает уверенную работу оконечного устройства. В свою очередь используются два понятия реальной чувствительности:

чувствительность, ограниченная усилением, и чувствительность, ограниченная собственными шумами. Последняя обычно называется пороговой чувствительностью и характеризуется предельно малым уровнем радиосигнала в антенне, при котором на выходе приемника уровни сигнала и шума равны между собою.

Различные по видам принимаемого сигнала и ширине полосы пропускания приемники при их сравнении обычно характеризуются удельной чувствительностью. Эта последняя оценивается мощностью радиосигнала в антенне, приходящейся на единицу полосы пропускания и обеспечивающей необходимый уровень сигнала и его преобладание над шумами на выходе радиоприемника.

В предшествующем изложении речь шла о чувствительности собственно радиоприемника. В случае необходимости может быть произведен расчет или измерение чувствительности радиоприемного устройства в целом, включая элементы антенно-фидерной системы и оконечной аппаратуры. Следует отметить, что чувствительность собственно приемника или радиоприемного устройства определяется их внутренними свойствами и не зависит от внешних шумов и помех. Последние влияют на требования к необходимой чувствительности приемной аппаратуры.

3. И з б и р а т е л ь н о с т ь. Под избирательностью радиоприемника понимается мера его способности выделять полезный сигнал из совокупности сигналов и помех, воздействующих на вход приемника. Частотная избирательность приемника основана на различии частоты сигнала, на которую настроен приемник, и помех. Различают односигнальную и многосигнальную избирательность.

Под о д н о с и г н а л ь н о й и з б и р а т е л ь н о с т ь ю приемника понимаются его селективные свойства, определяемые при воздействии на его вход колебаний одной частоты. Односигнальным методом оцениваются селективные свойства в области линейного режима работы приемника.

Односигнальная избирательность приемника количественно оценивается кривой односигнальной избирательности (рис. 1.3), представляющей собою зависимость отношения Е_А /Е _А0— от частоты f_о воздействующего колебания, причем Е _А0 — чувствительность при­емника на частоте настройки f, Е_А —чувствительность на любой частоте f, при постоянстве напряжения на выходе. Наилучшую чувствительность Е_А =Е _А0 приемник имеет в том случае, если принимаемый сигнал соответствует частоте настройки. К любым другим колебаниям, частоты которых отличаются от частоты настройки, приемник тем менее чувствителен, чем более удалена частота данного колебания от частоты настройки. Следовательно, по кривой избирательности можно численно установить величину подавления D = Е_А /Е _А0помехи на частоте f, расстроенной ∆ f на относительно частоты fo. Иногда задаются не все точки кривой избирательности, а указываются только наиболее характерные из них: частота настройки fo, полоса пропускания ∆Fп, характеризующаяся удвоенной расстройкой на заранее обусловленном уровне (1,4;

2,0); полоса мешания ∆Fм, оцениваемая удвоенной расстройкой при заданном уровне подавления (10; 100; 1000).

Кривая избирательности тем лучше, чем ближе ее форма к идеализированной характеристике прямоугольного типа. Численно прямоугольность кривой избирательности оценивается коэффициентом прямоугольности

К_п = ∆F_м/∆F_п, представляющим собою отношение

Рис. 1.3. Кривая односигнальной

избирательности

полосы мешания к полосе пропускания приемника. Избирательность приемника тем лучше, чем Кп ближе к единице.

Оценка избирательности приемника односигнальным методом имеет ограниченные пределы применения, так как она позволяет определить его селективные свойства в области линейного режима работы приемника, т. е. при относительно слабых сигналах. Чтобы учесть как частотные свойства избирательных систем, так и явления, вызванные нелинейностью при воздействии на приемник колебаний с большими амплитудами, используется понятие многосигнальной избирательности.

Под многосигнальной избирательностью приемника понимаются его селективные свойства, определяемые при одновременном воздействии на его вход колебаний сигнала нормального уровня и одной или нескольких помех с относительно большими амплитудами. Многосигнальным методом можно оценить селективные свойства приемника с учетом нелинейных явлений. В частности, при оценке избирательности двухсигнальным методом снимается кривая двухсигнальной избирательности (рис. 1.4), представляющая собою зависимость соотношения Е_Ап /Е _Ас уровней помехи Е_Ап и сигнала Е_Апс в антенне от расстройки ∆ f = fп —fc частоты помехи fn по отношению к частоте сигнала fc=fo при заданных настройке приемника fo, уровне сигнала Е_АС и величине нелинейных явлений, которые подробно рассматриваются в гл. 4. Чем дальше помеха с частотой fn расстроена относительно сигнала с частотой fc=fo, тем она должна быть мощнее, чтобы вызвать тот же самый нелинейный эффект.

Рис. 1.4. Кривая двухсигнальной избирательности

Многосигнальная избирательность приемника тем лучше, чем круче идут ветви кривой двухсигнальной избирательности. Чем меньше в приемнике проявляются нелинейные явления, тем ближе располагаются ветви кривой двухсигнальной избирательности к соответствующим ветвям кривой односигнальной избирательности. Если расстройка ∆ f помехи и сигнала настолько мала, что помеха попадает в полосу пропускания приемника, то прием полезного сигнала может прекратиться. Следует отметить, что для каждого вида нелинейных явлений снимается отдельная характеристика двухсигнальной избирательности.

4. Частотная точность. Под частотной точностью радиоприемника понимается мера его способности с допустимой погрешностью устанавливать и поддерживать частоту настройки приемника на заданном номинале. Количественно частотная точность оценивается погрешностью, характеризующей расстройку ∆ f_рл в радиолинии между частотой принимаемого сигнала, полагаемой стабильной, и частотой настройки приемника. Таким образом, частотной точностью характеризуются как первоначальная п о г р е ш н о с т ь у с т а н о в к и заданного номинала настройки (за счет гравировки, градуировки и неточности отсчета по шкале), так и нестабильность настройки приемника (за счет ухода частоты настройки под влиянием климатических и механических воздействий, изменения питающих напряжений, во времени). Понятие «частотная точность» включает в себя все перечисленные виды погрешностей. Высокая частотная точность приемника необходима для решения задач беспоискового вхождения в связь и поддержания связи без подстройки. В ряде случаев вследствие необходимости раздельного расчета и проверки частотной точности задаются отдельно первоначальная погрешность установки и последующая нестабильность настройки приемника.

В идеальном случае имеет место полное совпадение частоты корреспондента f_пд и частоты настройки приемника f_пр, т. е. расхождение частот в радиолинии ∆ f_рл = f_пд - f_пр = 0. В действительности следует предположить расхождение частот в радиолинии ∆ f_рл от некоторых номиналов как в момент установления связи за счет первоначальных погрешностей установки ∆ f_пду и ∆ f_пру, так и в последующем за счет нестабильности частоты передатчика ∆ f_пд и приемника ∆ f_{пр н}. В худшем случае погрешности передатчика и приемника имеют разные знаки, вследствие чего производится суммирование (арифметическое или квадратичное) погрешностей.

5. Степень искажений сигналов. Под искажениями сигналов в радиоприемнике понимается степень изменения закона, по которому были промодулированы амплитуда, частота, фаза или импульсы радиосигнала на входе приемника при прохождении их через радиоприемник от его входа к выходу. Сигналы, проходящие через все элементы приемника, могут претерпевать амплитудно-частотные, фазочастотные, нелинейные или переходные искажения. Все эти виды искажений возникают в радиотракте, при детектировании, в тракте первичных сигналов.

В радиотракте важно сохранение закона модуляции радиосигнала. Здесь могут возникнуть все виды искажений. Однако в зависимости от вида модуляции основное значение играют: при приеме AM сигналов — амплитудно-частотные, при ЧМ и ФМ сигналах—фазочастотные и при ИМ сигналах—переходные искаже­ния. При всех видах модуляции следует оценивать нелинейные искажения.

В детекторе из модулированного радиосигнала путем преобразования получается модулирующая функция. Этот процесс также сопровождается различными видами искажений. Вид детекторной характеристики, отражающей зависимость напряжения на выходе от приращения модулируемого параметра на входе, в первую очередь оценивает процесс детектирования. Вместе с тем необходимо знание всех других характеристик, оценивающих работу детекторного каскада.

В тракте первичных сигналов также могут возникнуть амплитудно-частотные, фазочастотные, нелинейные или переходные искажения. Степень важности тех или иных искажений определяется видом первичных модулирующих сигналов — речи или музыки, неподвижных и подвижных изображений и др. При импульсных передачах искажения в первую очередь оцениваются по виду переходной характеристики.

Приемник в целом, несмотря на различия в видах модуляции и в видах передаваемых сигналов, может быть с точки зрения искажений оценен следующими основными характеристиками:

а) амплитудно-частотной характеристикой, представляющей собою зависимость напряжения U _вых на выходе радиоприемника от частоты F гармонически изменяющегося модулируемого параметра радиосигнала в антенне или ее эквиваленте при условии постоянства всех остальных параметров радиосигнала (рис. 1.5.а);

б) фазочастотной характеристикой — зависимостью фазы φ_вых напряжения на выходе радиоприемника от частоты F гармонически изменяющегося модулируемого параметра радиосигнала в антенне или ее эквиваленте при постоянных остальных параметрах радиосигнала (рис. 1.5.б);

в) амплитудной характеристикой — зависимостью амплитуды первой гармоники напряжения U_вых1 на выходе приемника от амплитуды гармонических изменений модулируемого параметра радиосигнала на входе,

т. е. при амплитудной модуляции — от ∆U_вых, при частотной модуляции — от ∆f_вх, при фазовой модуляции — от φ_вх, при постоянстве остальных параметров радиосигнала (рис. 1.5.в);

г) переходной характеристикой, представляющей собой зависимость изменений относительной величины

h = U_вых / U_{у вых}

напряжения на выходе от времени t при единичном скачке модулируемого параметра на входе (рис. 1.5.г), где Uy вых — напряжение на выходе приемника в установившемся режиме.

Перечисленные виды искажений в приемнике приводят к ухудшению качества связи, которое в зависимости от рода сообщения и вида модуляции оценивается вероятностью ошибочного приема, разборчивостью речи, четкостью изображения и др.

6. Х а р а к т е р и с т и к и р у ч н ы х и а в т о м а т и ч е с к и х р е г у л и р о в о к. В приемнике с целью обеспечения высокого качества приема осуществляется направленное воздействие на основные характеристики тракта сигналов приемника. Система регулировок приемника обеспечивает его настройку на частоту корреспондента, установку величины усиления в соответствии с уровнем приходящего сигнала, изменение полосы пропускания и характеристик тракта с целью оптимального приема сигнала и подавления помех, подстройку приемника при всех возможных изменениях частоты корреспондентов и настройки приемника под влиянием дестабилизирующих факторов и др. Все виды регулировок оцениваются соответствующими характеристиками и параметрами:

а) ручная регулировка усиления—глубиной регулировки усиления во входном аттенюаторе, трактах до и после детектора;

б) автоматическая регулировка усиления—допустимым изменением уровня сигнала на выходе радиоприемника при изменении уровня сигнала в антенне в заданных пределах (характеристика АРУ), постоянной времени системы, напряжением задержки, до которого регулировка не работает;

в) регулировка полосы пропускания—пределами изменения полосы пропускания и коэффициента прямоугольности при регулировке полосы в трактах до и после детектора;

г) автоматическая подстройка частоты—полосой схватывания, полосой удержания, точностью и временем подстройки частоты;

д) автоматическая перестройка приемника—максимальным и средним временем перестройки на одну из заранее заданных частот с помощью системы автоматики.

7. Р а б о т о с п о с о б н о с т ь и н а д е ж н о с т ь. Под работоспособностью радиоприемника понимается способность сохранять основные качественные показатели в пределах требований, определяемых техническими условиями, при изменении по сравнению с нормальными для данного приемника:

а) климатических условий — температуры, влажности, давления воздуха;

б) механических воздействий;

в) питающих напряжений;

г) радиоактивного и химического загрязнения;

д) параметров во времени — при эксплуатации и длительном хранении.

Требования к работоспособности определяются соответствующими нормалями в зависимости от категории радиоприемника по его тактико-техническому назначению и группы по условиям эксплуатации.

Надежность работы радиоприемника является одним из важнейших качественных показателей и оценивается средним временем безотказной работы, средним временем наработки на один отказ, вероятностью безотказной работы, а также средним временем отыскания и устранения неисправности. В зависимости от категории аппаратуры те или иные из перечисленных параметров являются определяющими. Параметры надежности определяются при сохранении в определенных пределах параметров внешней среды (климатических условий, механических воздействий, питающих напряжений и др.).

8. П и т а н и е, г а б а р и т ы, в е с. Для военной радиоприемной аппаратуры эти требования имеют существенное значение, причем степень жесткости требований зависит от звена управления, в котором используется данная аппаратура. Чем ниже звено, для которого предназначен данный приемник, тем более жесткие требования предъявляются к экономичности питания, габаритам и весу.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: