- •Содержание введение 7
- •1Общая характеристика устройств приема и обработки сигналов 8
- •2Структурные схемы линейного тракта устройств приема и обработки сигналов 45
- •3Особенности построения устройств приема и обработки сигналов различного назначения 56
- •4Элементы и узлы устройств приема и обработки сигналов 108
- •5Автоматические регулировки в устройствах приема и обработки сигналов 176
- •6Теория и техника измерения технических характеристик радиоприемных устройств 187
- •7Литература 193 введение
- •Общая характеристика устройств приема и обработки сигналов
- •Общие требования
- •1.2 Основные показатели технических характеристикустройств приема и обработки сигналов
- •1.3 Классификация устройств приема и обработки сигналов
- •1.4 Частотные диапазоны. Радиосигналы. Помехи
- •1.5 Чувствительность устройств приема и обработкисигналов
- •1.6 Избирательность устройств приема и обработки сигналов
- •1.7 Стабильность технических характеристик устройств приема и обработки сигналов
- •1.8 Электромагнитная совместимость и нелинейныеэффекты, возникающие в линейном тракте радиоприемного устройства
- •Структурные схемы линейного тракта устройств приема и обработки сигналов
- •Обобщенная структурная схема устройств приема и обработки сигналов
- •Детекторные устройства приема и обработки сигналов
- •Устройства приема и обработки сигналов прямого усиления
- •Сверхрегенеративные устройства приема и обработки сигналов
- •Супергетеродинные устройства приема и обработки сигналов
- •Устройства приема и обработки сигналов прямого преобразования
- •Инфрадинные устройства приема и обработки сигналов
- •Особенности построения устройств приема и обработки сигналов различного назначения
- •Общие сведения по построению схем устройств приема и обработки сигналов различного назначения
- •Особенности построения радиовещательных устройств приема и обработки сигналов
- •Особенности построения устройств приема и обработки сигналов систем звукового вещания
- •Особенности построения устройств приема и обработки сигналов систем телевизионного вещания
- •Особенности построения профессиональныхустройств приема и обработки сигналов различного назначения
- •Классы радиоизлучений
- •Структурные схемы линейного тракта профессиональных устройств приема и обработки сигналов
- •Особенности построения устройств приема и обработки сигналов систем радиосвязи
- •Особенности построения радиолокационных устройств приема и обработки сигналов
- •Особенности построения панорамных устройств приема и обработки сигналов
- •Особенности построения цифровых устройств приема и обработки сигналов
- •Общие сведения построения цифровых устройств приема и обработки сигналов
- •Особенности построения устройств приема и обработки сигналов сотовой системы связи
- •Особенности построения устройств приема и обработки сигналов пейджинговой системы связи
- •Элементы и узлы устройств приема и обработки сигналов
- •Входные цепи устройств приема и обработки сигналов
- •Общие сведения и структура входной цепи
- •Классификация, основные параметры и эквиваленты радиоприемных антенн
- •Схемы входных цепей устройств приема и обработки сигналов
- •Входные цепи с ненастроенной антенной
- •Входная цепь с магнитной антенной
- •Входные цепи с настроенной антенной
- •Входные цепи с электронной перестройкой по частоте
- •Шумовые свойства антенно-фидерной системы
- •Селективные усилители радиосигналов устройств приема и обработки сигналов
- •Общие сведения и структура селективных усилителей радиосигналов
- •Усилители радиочастоты устройств приема и обработки сигналов
- •Усилители промежуточной частоты устройств приема и обработки сигналов
- •Шумовые свойства селективных усилителей радиосигналов
- •Преобразователи частоты устройств приема и обработки сигналов
- •Общие сведения и теория преобразования
- •Шумовые свойства преобразователей частоты
- •Особенности построения гетеродинов в преобразователях частоты диапазонных устройств приема и обработки сигналов
- •Детекторы устройств приема и обработки сигналов
- •Общие сведения и структура детекторов радиосигналов
- •Амплитудный детектор радиосигналов
- •Детектор радиоимпульсных сигналов
- •Детектор частотно-модулированных сигналов
- •Фазовые детекторы радиосигналов
- •Автоматические регулировки в устройствахприема и обработки сигналов
- •Общие сведения о системах автоматических регулировок
- •Система автоматической регулировки усиления
- •Система автоматической подстройки частоты
- •Система фазовой автоподстройки частоты
- •Теория и техника измерения технических характеристик радиоприемных устройств
- •Стандартные условия измерения
- •Методы измерения технических характеристик радиовещательного приемника
- •Метод измерения диапазона принимаемых частот
- •Метод измерения реальной чувствительности радиоприемного устройства
- •Односигнальная методика измерения избирательности
- •Метод измерения общей низкочастотной характеристики
- •Метод измерения действия автоматической регулировки усиления
- •Литература
Система автоматической подстройки частоты
Системы автоматической подстройки частоты применяются для стабилизации частоты генерируемых колебаний, слежения за частотой сигнала в радиоприемных устройствах, в демодуляторах частотно-модулированных колебаний с обратной связью по частоте и др.
Функциональная схема АПЧ супергетеродинного приемника (рис. 5.8) содержит в своем составе смеситель (СМ), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), частотный дискриминатор (ЧД), фильтр низкой частоты (ФНЧ) и управитель гетеродина (УГ). Входной сигнал Uс(t) с частотой c преобразуется в смесителе в напряжение промежуточной частоты пр, затем усиливается усилителем промежуточной частоты и подается на частотный дискриминатор. Если промежуточная частота пр отличается на от ее номинального значения пр0, то на выходе ЧД возникает напряжение, значение и знак которого зависят от значения и знака отклонения промежуточной частоты . Напряжение с ЧД Uчд через ФНЧ подается на гетеродин (Г), частота которого перестраивается, обеспечивая минимальное рассогласование значения пр от номинальной частоты пр0.
Рис. 5.8 Функциональная схема системы АПЧ
Отклонение промежуточной частоты сигнала пр от номинального значения
= пр – пр0 = c – г, (5.0)
где пр = c – г, c = c0 + c – частота входного сигнала; г = =г0 + г – частота гетеродина; c, г – отклонение частот входного сигнала и гетеродина от номинальных значений c0, г0.
Напряжение на выходе ЧД является функцией отклонения промежуточной частоты от номинального значения
uчд = F(). (5.0)
Зависимость F() называют дискриминационной характеристикой (рис. 5.9). При малых значениях дискриминационная характеристика линейна, и выражение (5.7) принимает вид
uчд = kчд, (5.0)
где kчд – коэффициент передачи ЧД (крутизна дискриминационной характеристики).
Рис. 5.9 Дискриминационная характеристика частотного детектора
Под действием напряжения, снимаемого с фильтра Uф=KфUчд, Kф – коэффициент передачи ФНЧ, частота гетеродина перестаивается на
г = Kг uф, (5.0)
где Kг – коэффициент передачи управителя гетеродина (УГ).
Из выражений (5.6), (5.8) и (5.9) следует, что ошибка регулирования промежуточной частоты в системе АПЧ может быть определена по выражению
, (5.0)
где K = Kчд, Kф, Kг – коэффициент передачи системы АПЧ.
Уравнениям (5.6) – (5.10) соответствует структурная схема представленная на рис. 5.10.
Рис. 5.10 Структурная схема системы АПЧ
Структурная схема системы АПЧ учитывает дестабилизирующие факторы, влияющие на точность ее работы: n(t) – флуктуационная составляющая напряжения, поступающая с дискриминатора; г – нестабильность гетеродина.
Система фазовой автоподстройки частоты
Системы фазовой автоподстройки частоты применяются в радиоприемных устройствах, перестраиваемых по частоте генераторах высокостабильных колебаний и других устройствах. Функциональная схема системы ФАПЧ (рис. 5.11) предназначена для стабилизации частоты подстраиваемого генератора (ПГ) по сигналу высокостабильного эталонного генератора (ЭГ).
Рис. 5.11 Функциональная схема системы ФАПЧ
Объектом управления в системе ФАПЧ является ПГ, частота колебаний (или фаза) напряжения которого изменяется в зависимости от напряжения, вырабатываемого управляющим элементом (УЭ), при этом напряжение ПГ остается неизменным. Частота напряжения ПГ является выходным сигналом системы ФАПЧ, на которую действует напряжение от эталонного генератора с частотой э. Этот сигнал является управляющим воздействием. Измерителем рассогласования является фазовый детектор (ФД), выходной сигнал которого является нелинейной периодической функцией разности фаз сигналов, подаваемых от ЭГ и ПГ. Сигнал с ФД через ФНЧ подается на УЭ, который перестраивает частоту ПГ, приближая ее к частоте ЭГ. В установившемся режиме в системе устанавливается постоянная разность фаз между напряжениями uэ и uг, при этом напряжение на выходе ФД также будет постоянным, в результате чего частота сигнала с ПГ окажется равной частоте сигнала ЭГ.
Начальное рассогласование от ЭГ и ПГ определяется как
н = э – гн, (5.0)
где гн – начальная частота сигнала ПГ.
После включения системы ФАПЧ частота сигнала ПГ будет описываться выражением:
г = гн – гу. (5.0)
Частотная составляющая гу возникает из-за перестройки частоты ПГ и определяется выражением
гу = kг kуэ uфд = kг kуэ kд F(), (5.0)
где: kг – коэффициент передачи ПГ по частоте;
kуэ – коэффициент передачи УЭ;
kд – коэффициент передачи ФД, равный максимальному напряжению на выходе ФД;
– разность фаз напряжений ЭГ и ПГ;
F() – дискриминационная характеристика.
Важным параметром систем ФАПЧ является величина полосы захвата. Под полосой захвата понимается диапазон первоначальных расстроек между частотами сигнала и подстраиваемого генератора, в пределах которого обеспечивается переход к режиму слежения за частотой.
Для оценки максимально допустимого рассогласования используется полоса удержания, определяемая выражением
уд = kг kуэ kд , (5.0)
результат имеет размерность круговой частоты. С учетом (5.13) и (5.14) частота ПГ может быть определена по следующей формуле:
г = гн + уд. F(). (5.0)
Разность фаз сигналов ЭГ и ПГ определяется выражением
. (5.0)
Из формулы (5.16) следует, что производная
. (5. 0)
Уравнение (5.17) является основным дифференциальным уравнением системы ФАПЧ, показывающим, что в любой момент времени алгебраическая сумма разности частот и расстройки является постоянной величиной, равной начальному рассогласованию частот сигналов ЭГ и ПГ.
Отличие структурной схемы системы ФАПЧ, приведенной на рисунке 5.12, от системы АПЧ (рис. 5.10) состоит в наличии в системе ФАПЧ интегрирующего звена , с передаточной функциейW=1/p, производящего математическую операцию интегрирования в соответствии с формулой (5.16).
Рис. 5.12 Структурная схема системы ФАПЧ
Интегрирующее звено и возмущающее воздействие n(t) учитывают влияние на качество работы системы флуктуационной составляющей напряжения, а воздействие г – влияние нестабильности частоты ПГ.
Анализ показателей качества, устойчивость работы устройства приема и обработки сигналов представлены в литературе [22].