Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Радиоприемные устройства

..pdf
Скачиваний:
52
Добавлен:
05.02.2023
Размер:
60.52 Mб
Скачать

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

В.П. Пушкарёв

радиоприемные Устройства

Учебник

Призер II конкурса публикаций «Университетский учебник-2018»

Издание доступно в ЭБС IPR books и Библиокомплектатор

Ай Пи Ар Медиа Саратов • 2019

УДК 621.396 ББК 32.849 П91

Автор:

Пушкарёв В.П. — канд. техн. наук, доц. кафедры радиотехнических систем Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники

Рецензенты:

Стукач О.В. — д-р техн. наук, проф. кафедры компьютерных измерительных систем и метрологии Национального исследовательского Томского политехнического университета;

Авдоченко Б.И. — д-р. техн. наук, проф. кафедры радиоэлектроники и систем связи Томского государственного университета

систем управления и радиоэлектроники

Пушкарёв, В.П.

П91 Радиоприемные устройства : учебник / В.П. Пушкарёв. — Саратов : Ай Пи Ар Медиа, 2019. — 226 с.

ISBN 978-5-4497-0181-7

В учебнике представлены классификация и основы построения функциональных и структурных схем радиоприемных устройств с различными видами модуляций; физические принципы работы основных функциональных узлов; особенности обработки радиосигналов аналоговых и цифровых систем радиовещания, радиосвязи, радиолокации и позиционирования.

Подготовлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования, предъявляемыми к изучению дисциплины «Радиоприемные устройства».

Учебник предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата 11.03.01 «Радиотехника», 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника»; магистратуры 11.04.01 «Радиотехника», 11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника». Может быть полезен для студентов специальностей высшего образования 10.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы». Рекомендуется для самостоятельной подготовки студентов к практическим, лабораторным занятиям и курсовому проектированию.

Купить издание как у единственного поставщика:

в печатном виде: ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»: 8-800-555-22-35 (бесплатный звонок по России), доб. 208, 214, 222 E-mail: izdat@iprmedia.ru, books@iprmedia.ru, n.bukalova@profobr.pro в электронном виде: Отдел продаж и внедрения ЭБС: 8-800-555-22-35 (бесплатный звонок по России), доб. 206, 213, 144, 145 E-mail: sales@iprmedia.ru

©Пушкарёв В.П., 2019

©ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2019

ОглавлеНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................................

7

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ......................

9

ГЛАВА 1. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ................................................

14

Контрольные вопросы........................................................................................................................

17

ГЛАВА 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОПРИЕМНЫХ

 

УСТРОЙСТВ......................................................................................................................................................

19

2.1. Обобщенная структурная схема радиоканала.

 

Общие требования........................................................................................................................

19

2.2. Основные показатели технических характеристик.......................................

20

2.3. Классификация и основные качественные показатели..............................

27

2.4. Частотные диапазоны систем радиовещания,

 

радиосвязи и радиодоступа.................................................................................................

29

2.4.1. Диапазоны частот звукового и телевизионного вещания.......

29

2.4.2. Диапазоны любительской, служебной

 

и гражданской связи....................................................................................................

31

2.4.3. Частотные диапазоны систем сотовой телефонии

 

и радиодоступа 3-го, 4-го поколения, Wi-Fi и Bluetooth............

35

2.4.4. Частотные диапазоны космических систем радиосвязи,

 

радиовещания, навигации и позицирования..........................................

38

2.5. Шумы и помехи радиоприему...........................................................................................

39

2.6. Описание радиосигналов, эффективная ширина спектра

 

сигналов систем радиовещания, радиосвязи и радиодоступа..............

45

2.6.1. Сигналы аналоговых систем радиовещания и радиосвязи......

45

2.6.2. Особенности формирования сигналов цифровых систем

 

радиовещания и радиосвязи.................................................................................

49

2.6.3. Особенности формирования сигнала цифрового эфирного

 

телевизионного вещания.........................................................................................

51

2.6.4. Особенности формирования сигналов телефонии GSM...........

52

2.6.5. Особенности формирования сигналов цифровых систем

 

управления радиодоступом.................................................................................

53

-3-

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

2.6.6.Электромагнитная совместимость и нелинейные искажения, возникающие в линейном тракте

радиоприемника..............................................................................................................

55

Контрольные вопросы........................................................................................................................

57

ГЛАВА 3. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА

 

РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ............................................................................................

58

3.1. Обобщенная структурная схема радиоприемных устройств................

58

3.2. Радиоприемники детекторного типа и прямого усиления........................

59

3.3. Сверхрегенеративные радиоприемные устройства.......................................

60

3.4. Супергетеродинные радиоприемные устройства............................................

61

3.5. Радиоприемные устройства прямого преобразования................................

64

3.6. Инфрадинные радиоприемные устройства...........................................................

65

3.7. Приемо-передающие устройства радиотехнических систем...............

66

Контрольные вопросы........................................................................................................................

67

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ......

68

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств..............................................................

68

4.1.1. Общие сведения, классификация и структура

 

входной цепи.......................................................................................................................

68

4.1.2. Антенны и эквиваленты антенн

 

радиоприемных устройств................................................................................

69

4.1.3.Входные цепи диапазонных радиоприемных устройств при различных связях с ненастроенной антенной

и нагрузкой...........................................................................................................................

80

4.1.4. Входная цепь с магнитной антенной........................................................

92

4.1.5. Входные цепи с настроенной антенной..................................................

94

4.1.6. Входные цепи с электронной перестройкой по частоте.......

98

4.1.7. Шумовые свойства антенно-фидерной системы........................

100

4.2. Селективные усилители радиосигналов радиоприемников................

105

4.2.1. Общие сведения и структура селективных усилителей.....

105

4.2.2. Усилители радиочастоты................................................................................

107

4.2.3. Усилители промежуточной частоты..................................................

110

4.2.4. Шумовые свойства усилителей радиочастоты...........................

114

4.3. Преобразователи частоты радиоприемных устройств............................

116

4.3.1. Общие сведения о преобразовании частоты.....................................

116

4.3.2. Анализ передаточных свойств

 

преобразователя частоты...............................................................................

119

4.3.3. Шумовые свойства преобразователей частоты..........................

121

-4-

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

4.4. Детекторы радиоприемных устройств...................................................................

123

4.4.1. Общие сведения и структура детекторов

 

радиосигналов.................................................................................................................

123

4.4.2. Детектор амплитудномодулированных сигналов....................

124

4.4.3. Детектор радиоимпульсных сигналов..................................................

129

4.4.4. Синхронный детектор.........................................................................................

130

4.4.5. Корреляционный детектор.............................................................................

131

4.4.6. Детектор частотно-модулированных сигналов........................

131

4.4.7. Фазовые детекторы радиосигналов..........................................................

134

Контрольные вопросы.....................................................................................................................

135

ГЛАВА 5. РУЧНЫЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ

 

В РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВАХ...........................................................................

137

5.1. Общие сведения о системах регулирования......................................................

137

5.2. Система автоматической регулировки усиления..........................................

139

5.3. Система автоматической подстройки частоты................................................

144

5.4. Система фазовой автоподстройки частоты........................................................

147

5.5. Оценка устойчивости автоматических регулировок

 

в радиоприемных устройствах......................................................................................

150

Контрольные вопросы.....................................................................................................................

151

ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АНАЛОГОВЫХ

 

РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ.........................................................................................

152

6.1. Общие сведения по построению схем радиоприемников.......................

152

6.2. Особенности построения радиоприемников АМ-сигналов

 

систем звукового вещания.................................................................................................

158

6.3. Особенности построения приемников УКВ ЧМ-сигналов

 

систем монофонического радиовещания...............................................................

159

6.4. Особенности построения радиоприемников ЧМ-сигналов

 

систем стереофонического звукового вещания...............................................

161

6.4.1. Особенности восприятия человеком объемного звука.............

161

6.4.2. Требования к системе стереофонического вещания..................

163

6.4.3. Особенности построения структурных схем

 

стереофонических радиоприемников УКВ ЧМ-сигналов......

164

6.4.4. Шумы и чувствительность стереофонических

 

радиоприемных устройств.............................................................................

167

6.5. Особенности построения телевизионного приемника...............................

169

-5-

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

6.6. Особенности построения профессиональных приемников...................

172

6.6.1. Классы радиоизлучений........................................................................................

172

6.6.2. Структурные схемы линейного тракта

 

профессиональных радиоприемных устройств...........................

176

6.6.3. Особенности построения приемников Си-Би диапазона.....

178

6.6.4. Особенности построения радиоприемных устройств

 

систем связи миллиметрового и оптического диапазонов....

182

6.6.5. Особенности построения...................................................................................

185

6.6.6. Особенности построения радиолокационного приемника

 

импульсных сигналов..............................................................................................

190

Контрольные вопросы.....................................................................................................................

193

ГЛАВА 7. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ПРИЕМНИКОВ

 

С ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛОВ...................................................................

194

7.1. Общие сведения ЦОС в радиоприемных устройствах..............................

194

7.2. Требования к элементам приемников цифровых сигналов..................

195

7.3. Основные элементы цифровых радиоприемных устройств................

198

7.3.1. Цифровые фильтры.................................................................................................

198

7.3.2. Преобразователь Гильберта............................................................................

200

7.3.3. Цифровые преобразователи частоты....................................................

202

7.3.4. Цифровые генераторы...........................................................................................

203

7.3.5. Цифровые детекторы сигналов....................................................................

203

7.4. Радиоприемные устройства с додетекторной ЦОС.....................................

212

7.5. Радиоприемные устройства с последетекторной цифровой

 

обработкой сигналов................................................................................................................

213

Контрольные вопросы.....................................................................................................................

214

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................................................

215

ГЛОССАРИЙ..................................................................................................................................................

216

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.....................................................................................

219

-6-

ВВЕДЕНИЕ

Учебник предназначен для студентов радиотехнического и инфокоммуникационного направлений подготовки:

1) бакалавриата:

11.03.01 «Радиотехника» (Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов);

11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (Системы радиосвязи и радиодоступа. Системы мобильной связи);

2) магистратуры:

09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» (Автоматизация проектирования микро- и наноэлектронных устройств для радиотехнических систем);

11.04.01 «Радиотехника» (Радиотехнические системы и комплексы);

11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (Радиоэлектронные системы передачи информации);

3) специалитета:

10.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»;

11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы».

Учебник представляет интерес для студентов, обучающихся по очной, вечерне-заочной формам высшего образования, в том числе с применением технологии дистанционного обучения.

Современное радиоприемное устройство представляет собой сложную систему, характеризуемую большим числом взаимосвязанных параметров. Поэтому на всех стадиях его проектирования целесообразно использовать системный подход, заключающийся в применении определенной последовательности этапов анализа технических характеристик, выбор структуры радиоприемного устройства, с использованием методов синтеза и оптимизации. Это позволит получить оптимальное решение при заданных критериях качества.

В результате изучения основ построения радиоприемных устройств студент должен:

1) обладать: способностью реализации новых принципов построения радиотехнических и инфокоммуникационных систем и сетей различных типов передачи, распределения, обработки и хранения информации; готовностью учитывать при проведении исследований, проектировании, организации технологических процессов и эксплуатации радиотехнических и инфокоммуникационных систем, сетей

-7-

Введение

иустройств мировой опыт в вопросах технического регулирования, метрологического обеспечения и безопасности жизнедеятельности; готовностью использовать современные достижения науки и передовые радиотехнические и инфокоммуникационные технологии, методы проведения теоретических и экспериментальных исследований в на- учно-исследовательских работах в области инфокоммуникационных технологий и систем связи;

2)знать: принципы работы и особенности организации современных систем мобильной связи; способы оценки размеров зон обслуживания базовых станций; особенности частотного планирования, способы расчета электромагнитной совместимости и оценки трафика в кластере базовых станций; основные стандарты мобильной связи;

3)уметь: применять на практике методы анализа и расчета основных характеристик систем мобильной связи; на основе технических характеристик имеющейся аппаратуры разрабатывать и внедрять соответствующую техническому заданию структуру кластера системы мобильной связи с учетом экологической безопасности; проводить натурный эксперимент по измерению основных характеристик базовых

имобильных станций;

4)владеть: первичными навыками настройки и регулировки аппаратуры систем мобильной связи при производстве, установке и технической эксплуатации.

-8-

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А — антенна АД — амплитудный детектор

АИФ — аналоговый интерполяционный фильтр АМ — амплитудная модуляция

АМ-ОБ — амплитудная модуляция с одной боковой полосой АПЧ — автоматическая подстройка частоты АРУ — автоматическая регулировка усиления АЦП — аналого-цифровое преобразование АЧХ — амплитудно-частотная характеристика АЭ — активный элемент БАРУ — быстродействующая АРУ

БШР — бесшумная регулировка ВАРУ — временная АРУ ВАХ — вольтамперная характеристика

ВД — временной дискриминатор ВИМ — временная импульсная модуляция ВУ — видеоусилитель

ВФХ — вольт-фарадная характеристика ВЦ — входная цепь Г — гетеродин

Гр. — громкоговоритель ГПД — генератор плавного диапазона

ГУН — генератор, управляемый напряжением ДАРУ — детектор системы АРУ ДБШ — диод с барьером Шотке ДВ — диапазон длинных волн ДГ — диод Ганна ДД — динамический диапазон

ДКПД — делитель с переменным коэффициентом деления ДМВ — диапазон дециметровых волн ДХ — детекторная характеристика ИД — импульсный детектор КВ — диапазон коротких волн

КВЧ — диапазон крайне высоких частот КСГ — косинусно-синусный генератор КСС — комплексный стереосигнал

-9-

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

КЦФД — квадратурный цифровой фазовый детектор ЛТПР — линейный тракт радиоприемного устройства

ЛУПЧ — логарифмический усилитель промежуточной частоты МАРУ — мгновенная АРУ МВ — диапазон метровых волн

ММ — диапазон миллиметровых волн НИ — нелинейные искажения

НРЦФ — нерекурсивный цифровой фильтр ОА — ограничитель амплитуды

ОПБ — модуляция несущей с одной боковой полосой ООС — отрицательная обратная связь ОФ — оптический фильтр П — приемник

ПГ — преобразование Гильберта ПМК — полярно-модулированное колебание

ППГ — приемно-преобразовательный блок ПТ — полевой транзистор РЛС — радиолокационная станция РУ — регулируемый усилитель

РЦФ — рекурсивный цифровой фильтр СВ — диапазон средних волн СВЧ — диапазон сверхвысоких частот

СДХ — статическая детекторная характеристика СМ — смеситель СММ — диапазон субмиллиметровых волн

СР — сверхрегенеративный радиоприемник СФД — синхронно-фазовый детектор СЦ — согласующая цепь УАРУ — усилитель системы АРУ

УВЧ — усилитель высокой частоты УГ — управляемый гетеродин УКВ — диапазон ультракоротких волн

УКСГ — управляемый косинусно-синусный генератор УМ — угловая модуляция УНЧ — усилитель низкой частоты

УПТ — усилитель постоянного тока УПЧ — усилитель промежуточной частоты УРЧ — усилитель радиочастоты УВХ — устройство выборки-хранения

-10-