Схема эксперимента приведена на рисунке. Рисунок 1.4 – Схема измерения односигнальной селективности

Рисунок 1.4 – Схема измерения односигнальной селективности

При определении односигнальной селективности принимают b _ДОП = 1.

Тогда

. (1.10)

Таким образом, односигнальная селективность при b_ДОП =1 показывает, во сколько раз коэффициент усиления приемника для сигнала больше коэффициента усиления для помехи при раздельной подаче сигнала и помехи.

На рисунке 1.5 приведена АЧХ приемника, настроенного на частоту сигнала f_c, и построенная на основании АЧХ по (1.10) зависимость селективности от частоты помехи. Из рисунка видно, что по мере увеличения расстройки помехи относительно частоты сигнала односигнальная селективность увеличивается.

Рисунок 1.5- АЧХ додетекторного тракта приемника, настроенного на частоту сиг-

нала, и зависимость селективности от частоты помехи

Б) Двухсигнальная селективность

Рассмотрим двухсигнальную селективность, учитывающую явление перекрестной модуляции. Перекрестной модуляцией называется перенос спектра сигнала с несущей помехи на несущую сигнала и наоборот. На рисунке 1.6 показаны спектры сигнала и помехи при отсутствии и при наличии перекрестной модуляции. Из-за перекрестной модуляции в спектре сигнала появляется пара дополнительных спектральных составляющих, отстоящих от несущей сигнала f_C на частоту модуляции помехи F_П, а в спектре помехи – пара дополнительных спектральных составляющих, отстоящих от несущей помехи f_П на частоту модуляции сигнала F_C.

Рисунок 1.6 – Спектры сигнала и помехи при отсутствии и при наличии перекрест

ной модуляции

Перекрестная модуляция возникает в УРЧ, т.к. на входе этого каскада уровень помехи может оказаться достаточно большим, поскольку помеха ослабляется только входной цепью приемника. Если следующие за УРЧ каскады приемника полностью отфильтруют помеху на частоте f_П, то колебание с частотой модуляции F_П все равно окажется на выходе детектора приемника вместе с полезным сигналом с частотой F_C.

Способ измерения двухсигнальной селективности иллюстрирует рисунок 1.6. На вход приемника одновременно поступают модулированный сигнал с частотой несущей f_C, с частотой модуляции F_C и амплитудой, равной чувствительности приемника Uc _вх = E_A0, и помеха с частотой несущей f_П и частотой модуляции F_П. Измеряется напряжение на выходе фильтра, настроенного на частоту модуляции сигнала, U_{C ВЫХ}. Напряжение помехи на входе увеличивают до тех пор, пока напряжение помехи на выходе не станет равным U_{П вых} = U_{c вых} /b_доп.

Рисунок 1.6 – Схема измерения двухсигнальной селективности

Лекция 3. Стабильность характеристик радиоприемника. Искажения

сигнала в приемнике. Помехи радиоприему

Тема 1. Показатели качества радиоприемника

1.4.Стабильность характеристик приемника

Стабильностью называется способность приемника обеспечивать в течение определенного достаточно длительного времени прием нужного сигнала без ручных регулировок и без недопустимого ухудшения селективности и чувствительности.

Различают частотную стабильность и стабильность коэффициента усиления.

А) Частотная стабильность

Пусть в супергетеродинном приемнике f_пр=f_Г-f_c.

Пусть

Тогда

Таким образом, преобразованная частота сигнала f_пр отличается от номинального значения промежуточной частоты f_пр0, на которую настроен тракт промежуточной частоты приемника. Из рисунка 1.7 видно, что при этом нижняя и верхняя боковые спектра сигнала усиливаются по-разному. Следовательно, возникают искажения сигнала. Если сигнал выйдет за пределы полосы пропускания тракта промежуточной частоты, то резко упадут чувствительность и селективность приемника.

Для повышения частотной стабильности используют синтезаторы частоты для формирования гетеродинных колебаний. Относительная суточная нестабильность частоты современных синтезаторов составляет10^-8.

Рисунок 1.7 – АЧХ тракта промежуточной частоты и спектры сигнала

при отсутствии и наличии частотной нестабильности

Б) Стабильность коэффициента усиления требуется только в измерительных приемниках.

Способы стабилизации коэффициента усиления:

1. Стабилизация питающих напряжений,

2. Применение отрицательной обратной связи,

3. Калибровка коэффициента усиления по эталонному сигналу.

1.5. Искажения сигнала в приемнике. Динамический диапазон

Под искажениями сигнала в приемнике понимается степень изменения закона модуляции сигнала при прохождении через приемный тракт.

На рисунке 1.8 показан синусоидальный закон изменения отклонения частоты входного сигнала приемника частотной модуляции от ее среднего значения и закон изменения выходного напряжения приемника. Форма сигнала на выходе приемника отличается от закона изменения отклонения частоты, следовательно, имеют место нелинейные искажения.

Рисунок 1.8 – Нелинейные искажения ЧМ сигнала в радиоприемнике

С точки зрения искажений приемник оценивается следующими характеристиками:

1. АЧХ называется зависимость амплитуды выходного напряжения приемника от частоты модуляции входного сигнала при гармоническом законе модуляции и постоянстве всех остальных параметров сигнала.

2. ФЧХ называется зависимость фазового угла между напряжением на выходе и огибающей модулируемого параметра входного сигнала от частоты модуляции при гармоническом законе модуляции и постоянстве всех остальных параметров сигнала.

3. Амплитудной характеристикой называется зависимость амплитуды первой гармоники выходного напряжения от амплитуды изменения модулируемого параметра входного сигнала при гармоническом законе модуляции и постоянстве всех остальных параметров сигнала.

Динамическим диапазоном радиоприемника называется отношение максимального входного сигнала в антенне, прием которого происходит с допустимыми искажениями, к чувствительности приемника.

. (1.11)

Способы расширения динамического диапазона приемника:

· Повышение чувствительности (снижение E_A0),

· Повышение линейности приемного тракта, позволяющее увеличить E_{A max},

· Применение автоматической регулировки усиления, которая обеспечивает уменьшение усиления при увеличении входного сигнала, что предотвращает перегрузки выходных каскадов, а значит, увеличивает E_{A max}.

1.6. Помехи радиоприему и помехоустойчивость радиоприемника

Помехи радиоприема делятся в зависимости от своего происхождения на следующие виды:

1. Индустриальные,

2. Атмосферные,

3. Космические,

4. Внутренние шумы приемника,

5. От мешающих радиостанций,

6. Искажения, связанные с особенностями прохождения радиоволн (замирания, повторный приход сигнала в место приема по более протяженной территории и т.д.).

Индустриальные помехи создаются промышленными и бытовыми электрическими устройствами (линии электропередачи, электротранспорт, система зажигания автотранспорта, медицинские установки, бытовые электроустановки). Существуют нормы на допустимый уровень помех, которые контролирует Государственная инспекция электросвязи. Например, допустимая мощность излучения промышленных, медицинских и научных установок в пределах выделенных полос частот составляет около 100 дБпВт, а за пределами выделенных полос частот – 50 дБпВт.

Атмосферные помехи вызываются электрическими процессами в - грозовыми разрядами. Ток в молнии достигает сотен ампер. Каждый разряд молнии создает сильное электромагнитное возмущение, которое распространяется на большие расстояния. В приемной антенне действуют импульсы как от местных гроз, так и от дальних гроз.

Космические помехи обусловлены радиоизлучением солнца и других планет.

Внутренние шумы приемника возникают из-за хаотического движения электронов в электрических цепях.

Помехи от мешающих радиостанций могут проходить на выход приемника по соседнему и побочным каналам приема.

Электромагнитные излучения передатчиков делят на основные и нежелательные. Основные излучения имеют спектр в пределах необходимой полосы частот, требующейся для передачи сообщения. Нежелательные излучения действуют вне полосы частот. Нежелательные излучения (внеполосные и побочные) регламентируются нормами.

Необходимо учитывать также излучения гетеродинов радиоприемников.

Замирания сигнала – изменение амплитуды и фазы сигнала при распространении через неоднородную среду или за счет перемещения передатчика или приемника в системе радиосвязи. Например, распространение сигнала в условиях городской застройки приводит к появлению большого количества лучей в месте приема, которые отличаются друг от друга амплитудой и фазой, что может уменьшить уровень результирующего колебания. Эффект изменения уровня сигнала на входе приемника можно трактовать как изменение коэффициента передачи тракта распространения сигнала по случайному закону или как мультипликативную помеху.

По электрическим характеристикам помехи можно разделить на следующие группы:

1. Синусоидальные (модулированные или немодулированные), которые создаются мешающими радиостанциями и некоторыми видами промышленных установок,

2. Импульсные, состоящие из электрических импульсов, действующих через относительно большие промежутки времени, при которых переходной процесс в приемнике, вызванный одним импульсом, затухает до прихода следующего импульса. К таким помехам относятся некоторые виды атмосферных и промышленных помех,

3. Флуктуационные (гладкие), состоящие из большого числа хаотически следующих импульсов, причем переходной процесс в приемнике, вызванный одним импульсом, не успевает затухнуть до прихода следующего. Результирующее напряжение представляет собой случайный процесс, подчиняющийся статистическим законам. К таким помехам относятся шумы приемника и некоторые виды атмосферных и космических помех.

Борьба с помехами может производиться:

1. В месте их возникновения (уменьшение искрообразования в цепях с разрывными контактами за счет включения параллельно контакту емкостных искрогасителей, экранирование источника помех),

2. На путях их распространения (например, включение индуктивно-емкостных фильтров в провода, подключенные к источнику помех),

3. В радиосистеме (выбор метода модуляции, обеспечивающий наименьшее влияние помех, размещение радиоприемных устройств в пунктах, удаленных от источников индустриальных помех),

4. В радиоприемнике (применение остронаправленных антенн, радиоприем на две разнесенные антенны и два радиоприемника, интегральный прием и др.)

Помехоустойчивостью радиоприемного устройства называется его способность выполнять свои функции при наличии помех. Количественно помехоустойчивость оценивается максимальной интенсивностью помех (минимальным отношением сигнал/помеха) на входе радиоприемника, при котором прием обеспечивается с заданной мерой качества. При приеме дискретных сигналов мерой качества является вероятность ошибки при приеме.

Заключение по теме 1

Чувствительность – способность приемника принимать слабые сигналы.

Количественной мерой чувствительности является минимальный уровень сигнала в антенне (ЭДС Е_А или мощность Р_А), при котором переданная информация воспроизводится с заданной мерой качества.

.Коэффициентом шума приемника называется отношение полной мощности шума на выходе додетекторного тракта приемника к части этой мощности, которую создает включенный на вход эквивалент антенны.

Основной вклад в коэффициент шума приемника вносят его первые каскады. Влияние последующих каскадов тем меньше, чем больше коэффициент усиления предшествующих каскадов.

Количественная мера чувствительности по мощности прямо пропорциональна коэффициенту шума.

Чувствительность, определенная при отношении сигнал /шум на выходе додетекторного тракта, равном единице (b_M=1), называется пороговой

Способы повышения чувствительности приемника:

1.Снижение коэффициента шума за счет применения малошумящих входных каскадов с высоким коэффициентом усиления по мощности.

2. Сужение полосы пропускания приемников.

3. Применение помехоустойчивых демодуляторов, которые работают при малых отношениях сигнал/шум.

Селективностью называется способность радиоприемника выделять полезный сигнал из спектра электромагнитных колебаний в месте приема.

Количественной мерой селективности является отношение уровня помехи к уровню сигнала на входе приемника, при котором получается заданное допустимое отношение сигнал/помеха на выходе приемника

Односигнальная селективность показывает, во сколько раз коэффициент усиления приемника для сигнала больше коэффициента усиления для помехи при раздельной подаче сигнала и помехи.

Многосигнальная селективность отличается от односигнальной тем, что учитывает нелинейное взаимодействие сигнала и помех.

Под искажениями сигнала в приемнике понимается искажение закона модуляции принимаемого сигнала. Эти искажения оцениваются АЧХ, ФЧХ и амплитудной характеристикой приемника.

Устройство приема и обработки радиосигналов функционирует в условиях действия помех различного происхождения и различных электрических характеристик.

Помехоустойчивостью радиоприемного устройства называется его способность выполнять свои функции при наличии помех. Количественно помехоустойчивость оценивается максимальной интенсивностью помех (минимальным отношением сигнал/помеха) на входе радиоприемника, при котором прием обеспечивается с заданной мерой качества.

Контрольные вопросы и задачи по теме 1

1. Дайте определение чувствительности радиоприемника.

2. Что является количественной мерой чувствительности приемника?

3. Дайте определение коэффициенту шума приемника.

4. Дайте определение шумовой температуре приемника.

5. Какая связь существует между количественной мерой чувствительности приемника, выраженной в единицах мощности, и коэффициентом шума приемника?

6. Каковы способы повышения чувствительности приемника?

7. Чувствительность радиоприемного устройства P_A =10 ^-12 Вт. Какой она станет, если полосу пропускания тракта основной селекции увеличить в 1.5 раза?

8. Шумовая температура радиоприемника в режиме согласования на его входе 150⁰ К. Можно ли улучшить чувствительность приемника, введя в его состав усилитель радиочастоты (УРЧ), если шумовая температура УРЧ 100⁰ К, а коэффициент усиления по мощности К_м = 5?

9. Что такое селективность радиоприемника?

10. Что является количественной мерой селективности?

11. Отношение сигнал-помеха зеркального канала на входе радиоприемника равно -20 дБ. Селективность входной цепи по зеркальному 40 дБ. Чему равно отношение сигнал-помеха на выходе входной цепи?

12. Отношение сигнал-помеха зеркального канала на входе радиоприемника равно b = - 20 дБ. Селективность входной цепи по зеркальному каналу

Se _зк = 40 дБ, амплитуда напряжения сигнала на входе усилителя радиочас

тоты U_с = 20 мкВ. Чему равна амплитуда напряжения помехи U_п на входе

усилителя радиочастоты?

13. Чем многосигнальная селективность отличается от односигнальной?

14. Что понимают под стабильностью характеристик радиоприемника?

15. От чего зависит частотная нестабильность радиоприемника и каковы способы ее повышения?

16. Что понимают под искажениями сигнала в радиоприемнике?

17. Дайте определение АЧХ радиоприемника?

18. Дайте определение ФЧХ радиоприемника?

19. Дайте определение амплитудной характеристике приемника.

20. Перечислите источники помех радиоприему по их происхождению.

21. Какова классификация помех радиоприему по их электрическим характеристикам?

22. Что понимают под помехоустойчивостью радиоприема? Какова количественная мера помехоустойчивости?

Контрольная карта ответов по теме 1

7.

8. Шумовая температура последовательного включения УРЧ и приемника равна

.

Так как шумовая температура последовательного включения УРЧ и приемника стала меньше шумовой температуры приемника, то чувствительность увеличивается.

11. Отношение сигнал/помеха на выходе входной цепи равно 20 дБ.

12. U_п = 2 мкВ.

Список литературы по теме 1

1. 1. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов./ Под редакцией Фомина Н.Н. М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 520с.: ил.

2. Колосовский Е.А. Устройства приема и обработки сигналов. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007.-456с.: ил.

3. Румянцев К.Е. Прием и обработка сигналов: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 528с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: