1. Контрольные вопросы к защите по первому заданию

1. Какие функциональные узлы вносят главный вклад в шумовые характеристики РПМУ?

2. Каким образом можно улучшить чувствительность приемника?

3. Каким образом на чувствительность приемника влияет ширина полосы пропускания ВЧ тракта?

4. Запишите формулу для коэффициента шума приемника.

5. Какие электронные приборы имеют наилучшие шумовые характеристики?

6. Почему добавление усилителей в ВЧ тракт не приводит к увеличению чувствительности РПМУ?

7. В каких случаях преобразователь частоты оказывает существенное влияние на чувствительность РПМУ?

8. Зависит ли чувствительность РПМУ от вида структурной схемы РПМУ?

9. Перечислите основные источники шумов, действующие на входе РПМУ.

10. Запишите и поясните формулу для расчета коэффициента шума многокаскадного усилителя.

11. Дайте определение чувствительности РПМУ, ограниченной усилением.

12. Дайте определение чувствительности РПМУ, ограниченной шумами.

13. Дайте определение пороговой чувствительности РПМУ.

2. Задание №2. Анализ избирательности радиоприемного устройства

   1. Требования к содержанию, оформлению и порядку выполнения

Данное задание курсовой работы, так же как и первое, посвящено освоению методики расчета и анализа параметров радиоприемного устройства (РПМУ).

Целью выполнения второго задания курсовой работы является:

• освоение методики расчета избирательности РПМУ в целом, так и отдельных его каскадов;

• освоение методики расчета частот паразитных каналов супергетеродинного приемника и воздействия помех;

• привитие навыков разработки путей оптимизации РПМУ (с точки зрения достижения максимальной частотной избирательности) на основе анализа параметров действующих помех и режимов работы каскадов РПМУ.

Номер решаемого варианта определяется порядковым номером студента в списке группы (в журнале учета успеваемости).

Основным пособием для выполнения работы являются приводимые здесь указания. Однако выполнять работу следует только после изучения соответствующих разделов теоретической части курса (темы 1, 4), а также по одному из учебников [1 - 3], чтобы сформировать четкое представление о следующих основополагающих вопросах техники радиоприема:

• характеристика избирательности приемника; формирование близкой к прямоугольной характеристики избирательности с помощью фильтра сосредоточенной избирательности (ФСИ) в тракте промежуточной частоты;

• дополнительные (паразитные) каналы приема как специфика супергетеродинного метода приема;

• способы ослабления паразитных каналов приема.

• Искажения принимаемого сигнала в супергетеродинном приемнике, обусловленные нелинейностью каскадов в трактах радио- и промежуточной частоты и действием сильных помех.

2. Теоретическая часть

При оценке избирательности супергетеродинного приемника необходимо уметь рассчитывать частоты паразитных каналов приема и оценивать действие помех, в зависимости от их частотных и энергетических параметров.

Для этого необходимо рассчитать параметры резонансной характеристики ВЧ тракта приемника, иначе называемой характеристикой односигнальной избирательности. Эта характеристика в общем случае имеет вид, показанный на рис. 4 (γ_ПР). Она образуется как произведение резонансной характеристики преселектора (γ_ПРЕС) и резонансной характеристики тракта, следующего за преобразователем частоты (на рис. 4 не показана).

Рис. 4

По оси ординат отложен нормированный относительно Ко коэффициент усиления ВЧ тракта K(f), где К₀- коэффициент усиления тракта на частоте настройки: K(f)/Ko= γ.

Резонансная  характеристика  приемника  помимо  основного экстремума - основного канала приема, имеет ряд дополнительных экстремумов - дополнительных каналов приема. Частоты основного и дополнительных каналов определяются общим соотношением

, (17)

где q=0,1,2,...,   s=1,2,...; f_Г - частота гетеродина; f_пч- промежуточная частота приемника. Дополнительные каналы приема образуются вследствие того, что при действии на нелинейный элемент ПрЧ напряжения гетеродина и входного  напряжения  с  частотой  f_вxвозможно  образование комбинационных колебаний с частотами близкими кf_пч: |q∙f_г-s∙f_вх | =f_пч.

Если в антенне приемника наведена помеха с частотой f_п=f_вх=f_кп, равной частоте одного из дополнительных каналов приема, то после преобразования частота этой помехи будет близка к f_пч. Помеха пройдет через ФСИ и после усиления в УПЧ поступит вместе с полезным сигналом на детектор.Значительное ослабление помех, попадающих в дополнительные каналы приема, возможно только в преселекторе приемника, т. е. во входной цепи и УРЧ.

Сумму коэффициентов |q+s| называют порядком преобразования или порядком комбинационного продукта. При q=1 и s=1 имеем преобразование 2-го порядка, которое в ПрЧ имеет наибольшую интенсивность по сравнению с преобразованиями более высоких порядков. При этом возможно два варианта образования промежуточной частоты f_пч: f_пч=f_г – f_вхи  f_пч=f_вх – f_г.

Первый случай принято называть верхней настройкой, а второй -нижней. Одно из этих преобразований (любое) определяетосновной канал приема, а второе образует так называемыйзеркальныйилисимметричныйканал приема.

Для резонансной кривой, изображенной на рис. 4, основная настройка преселектора на частоту принимаемого сигнала f_0прессоответствует образованию f_пч=f_г-f_с; помеха по зеркальному каналу проходит при образовании f_пч=f_зк-f_{г .} При q=0 и s=1 выражение (17) дает значение f_кп=f_пч-канал приема на промежуточной частоте. Кроме этого на рис. 4 изображены дополнительные каналы при q=2, s=1 и при q=2, s=2. Другие дополнительные каналы приема на рис. 4 не показаны.

Большую опасность при приеме представляют помехи от близко расположенных по частоте (соседних) станций (f_ск). Соответствующие значения   расстояния   по   частоте   (Δf_ск=|f_ск-f_с|)   нормируются международными документами. В различных системах связи и вещания они различны, так как при их определении учитывается полоса частот, отводимая для передачи сигнала с нужным качеством. Избирательности преселектора, как правило, недостаточно для значительного ослабления помех пососедним каналам. Основное их ослабление происходит после преобразования частоты в ФСИ, настроенном на f_пч, так как при преобразовании частоты сохраняется значение Δf_ск. Например, при f_ск=f_с+Δf_ск, после преобразования частоты получим:f_г– f_ск= f_г- (f_с+ Δf_ск) = f_пч– Δf_ск.

При верхней настройке (f_пч=f_г-f_с) происходит инверсия спектра помехи, т. е. он оказывается по другую сторону от сигнала на оси частот, но значение Δf_скпри этом сохраняется. Так как характеристика избирательности ВЧ тракта формируется как произведение характеристик избирательности отдельных блоков, их необходимо знать для решения поставленной задачи. При использовании во входном устройстве одиночного колебательного контура его характеристика избирательности описывается выражением

, (18)

где:

ξ- обобщенная расстройка, определяемая как

(19)

f₀- частота настройки колебательного контура,

f- текущее значение частоты (например, значение частоты помехи f_{П i}),

Q_кэ- добротность эквивалентного контура, т. е. добротность с учетом потерь, вносимых внешними цепями; обычно Q_кэ= (0.7 - 0.8) Q_к.

Характеристика избирательности двухконтурного входного устройства

(20)

где  ξ, - обобщенная расстройка (19), η - параметр связи между контурами фильтра

х_св- сопротивление элемента связи между контурами, r_к1, r_к2- сопротивления потерь в каждом из контуров.

В нагрузке резонансного УРЧ обычно используют одиночный колебательный контур, поэтому

, (21)

где ξ - обобщенная расстройка (19).

ФСИ представляет собой сложную многорезонаторную систему с незначительной неравномерностью в пределах полосы пропускания (Δf_ф), обычно оцениваемой по уровню -3 дБ (иногда -6 дБ), и крутыми скатами резонансной характеристики за пределами полосы пропускания как показано на рис. 5.а. На рис. 5.бта же характеристика представлена в ином виде: σ_ф= -20 lg(γ_ф).

Рис. 5

Крутизна скатов характеристики (дБ/кГц) за пределами полосы ЛРф оценивается как

где Δσ_ф= |σ_ф1– σ_ф2|, Δf = |f₁- f₂|, σ_ф1соответствует значению f₁, σ_ф2соответствует значению f₂.

Для помехи с некоторой частотой f_пiотстройка от f_сравна отстройке преобразованной частоты (f_{п i пр}) от f_пч

Δf_{п i}= | f_{п i} – f_с| = |f_{п i пр}-f_пч|.

Ее можно записать следующим образом:

(22)

где Δf_i- значение отстройки относительно границы полосы пропускания ФСИ, за пределами которой ослабление помехи оценивается по крутизне скатов S_ск.

Ослабление помехи на границах полосы пропускания составляет 3 (или 6) дБ (σ_пп), поэтому полное ослабление помехи в фильтре

Σ_{ф i}=σ_пп+S_ск ∙Δf_i (23)

Теперь, когда определены модели ослабления помех в избирательных системах приемника, рассмотрим работу ВЧ тракта в целом. Коэффициент передачи сигнала от антенны до входа детектора

(24)

- есть произведение коэффициентов передачи всех блоков на частоте настройки f₀, что обозначается индексом "0". Коэффициент передачи ВЧ тракта для помехи с частотой f_пi, отличающейся от f₀ , есть

(25)

Здесь:

γ_ВУ(f_пi) и γ_УРЧ(f_пi)- значения относительного коэффициента передачи ВУ и УРЧ на частоте f_{П i}; они рассчитываются по выражениям (18) - (21) при значениях обобщенной расстройки, соответствующих частоте f = f_пi;

γ_ф(f_пi)- значение относительного коэффициента передачи ФСИ при отстройке Δf_{п i}= | f_{п i}-f_с|;

d_прч(f_пi) - учитывает относительное изменение коэффициента передачи преобразователя частоты для помехи, проходящей по одному из дополнительных каналов приема; это изменение вызвано двумя факторами: - различием в крутизне преобразования для комбинационных продуктов разных порядков, - наличием компенсации некоторых комбинационных продуктов преобразования в сложных схемах - балансной и кольцевой.

Ориентировочные значения d_прчдля важнейших каналов приема и различных схем преобразователей частоты приведены в табл. 2.

Таблица 2

Значения q и s	Значения dпрчдля разных схем ПрЧ
	Простая схема	Балансная схема	Кольцевая схема
q=0, s=1	1.5	1.5	0.08
q=1, s=1	1	1	1
q=2, s=1	0.7	0.7	0.06
q=2, s=2	0.4	0.03	0.03

В соответствии с выражениями (24) и (25) напряжение сигнала на входе детектора:

U_{с вх д}= U_{с А}∙K_{0 вч},

напряжение помехи с частотой f_{П i}на входе детектора:

U_{п i вхд}=U_{пi А}∙К_{0 вч}∙γ_ву(f_{п i})∙γ_урч(f_{П i})∙d_прч(f_{п i})∙g_ф(f_{п i}),

Их отношение

(26)

Его удобнее выразить в децибелах. Для этого обозначим значения ослабления помехи во ВУ, УРЧ, и ПрЧ аналогично тому, как это сделано для ФСИ (23);

Σ_{ву i}= -20lg[γ_ву(f_{п i})]

Σ_урчi= -20lg[γ_урч(f_{п i})]

Σ_{прч i}= -20lg[d_прч(f_{п i})] (27)

Значение σ_{ф i}определено (23).

Отношение мощности сигнала к мощности i-й помехи на входе детектора

При принятых обозначениях это отношение, выраженное в децибелах, составит

(28)

Минимально допустимое значение qn обычно составляет 7 - 20 дБ и зависит от многих факторов: от требований к верности воспроизведения сообщений на выходе приемника, от вида используемой модуляции и метода детектирования, от вида кодирования информации (в цифровых системах связи) и др. Однако, если рассчитанное значение qn превышает допустимое, это еще не означает, что данная помеха не представляет опасности. В активных приборах, расположенных до ФСИ (в УРЧ и ПрЧ), при значительных напряжениях помех могут возникнуть нелинейные эффекты (блокирование, перекрестная модуляция, интермодуляция), влияющие на многосигнальную избирательность приемника [1-3, 10] и ухудшающие качество приема сигнала.

Детальный расчет параметров многосигнальной избирательности приемника в рамках данной задачи не проводится. Однако, необходимо выяснить, представляет ли каждая из помех опасность с точки зрения многосигнальной избирательности. Для этого следует определить значения напряжений

U_{пi урч}=U_{пi А}∙К_0ву∙ γ_ву(f_пi)

U_{пi урч}=U_{пi А}∙К_0ву∙ γ_ву(f_пi)∙К_0урч∙γ_урч(f_{п i}) (29)

Если эти значения не превышают 10 мВ, то каскады УРЧ и ПрЧ могут быть выполнены на биполярных транзисторах без принятия специальных мер, ведущих к уменьшению нелинейного взаимодействия между помехами и сигналом. При напряжении помехи более 10 мВ она представляет опасность с точки зрения многосигнальной избирательности. Это должно быть учтено при проектировании соответствующего каскада.