Тема 1.3. Основные электрические параметры рпу.

Основные электрические параметры РПУ :

• диапазон рабочих частот

• чувствительность

• избирательность

• частотная точность

• динамический диапазон

• выходная мощность и некоторые другие.

Диапазон рабочих частот

Это та область рабочих частот, в которой РПУ может плавно или скачком перестраиваться с одной частоты на другую. При плавной перестройке задается F_{o min} и

F_{o max} , то есть нижняя и верхняя границы диапазона. Относительною ширину диапазона характеризует коэффициент перекрытия К_д :

К_д = F_{o max} / F_{o min}

Для обеспечения большего К_д, Диапазон разбивают на части – поддиапазоны и определяют коэффициент перекрытия по поддиапазону:

К_диап = F_{диап max} / F_{диап min}

Коэффициент перекрытия по поддиапазону ограничен конструкцией конденсатора переменной емкости у которого C_max / C_min = 25...50 и при этом

С учётом паразитных емкостей, которые увеличивают С_min , коэффициент перекрытия обычно принимают равным 2...3, причем , чем выше частота принимаемого сигнала, тем меньше коэффициент перекрытия.

Чуствительность

Это способность РПУ обеспечить нормальную работу при наименьшем уровне сигнала на входе :

• милливольты и милливатты – для приема на внешние антенны в диапазоне метровых волн;

• микровольты и микроватты – для приема на внешние антенны в диапазоне дециметровых волн;

• для приема на магнитные антенны чуствительность измеряется в единицах напряженности поля в точке приема – милливольт на метр или микровольт на метр (mV*m,  V*m).

Зная напряженность поля в точке приема Е_п и действующую высоту магнитной антенны h_д можно вычислить теоретическую чуствительность РПУ, то есть ЭДС сигнала в антенне:

Е_а = Е_п*h_д

Однако теоретическая чуствительность РПУ снижается из-за влияния собственных шумов РПУ, ширины полосы пропускания, вида принимаемого сигнала, нелинейных явлений в каскадах. Поэтому, для оценки качества РПУ пользуются понятиями Реальная чуствительность и Предельная чуствительность.

Реальная чуствительность – это наименьшая ЭДС сигнала в антенне, при которой обеспечивается нормальная выходная мощность при заданном соотношении сигнал/шум.

Нормальная выходная мощность – 10% от номинальной мощности сигнала на выходе приемника. Заданное соотношение сигнал/шум определяется видом принимаемого сигнала.

Например, соотношение мощности сигнала к мощности шума для РПУ:

• радиовещания 50...1000

• радиолокации 0,5..10

• радиотелефонии 3.....10

Реальная чуствительность зависит от режима работы детектора, субъективных свойств оператора (“глухой” радист) и неудобна с практической точки зрения для оценки РПУ с различными трактами, поэтому для оценки РПУ используют величину Предельной чуствительности – наименьшую ЭДС в антенне при соотношении сигнал/шум = 1.

Избирательность

Это степень ослабления помехи, отличающейся по частоте от принимаемого сигнала. Избирательность зависит от формы АЧХ РПУ (или от формы резонансной характеристики). Резонансная характеристика – это зависимость коэффициента усиления от частоты входного сигнала при постоянной настройке РПУ. На разных частотах коэффициент усиления не одинаков. Если настроить резонансные контура РПУ на частоту F_о – то РПУ будет принимать сигнал, несущая частота которого равна F_о. Коэффициент усиления Fо на этой частоте максимален и называется резонансным. При этом на выходе РПУ сигнал имеет максимальную величину. Величина других сигналов будет меньше. Таким образом сигналы с другими частотами будут ослаблены, то есть принимаемый сигнал будет выделен. Так осуществляется процесс избирательности. Количественно избирательность оценивается коэффициентом избирательности:

 _и = К_о/К _f (1),

где К _f – коэффициент усиления на частоте f, отличающейся от частоты f_о на величину абсолютной расстройки   f = f – f_o.

Таким образом избирательность показывает во сколько раз по сравнению с сигналом ослабляется равная ему по величине помеха при заданной расстройке.

С помощью резонансной характеристики и формулы (1) можно построить характеристику избирательности, которая показывает зависимость ослабления помех при изменении расстройки при:

_ f = 0, K _f = K_o и  _и = 1.

Это означает, что помеха, частота которой равна частоте принимаемого сигнала не ослабляется. С увеличением расстройки от  f₁ до  f₂ избирательность увеличивается от  _и1 до  _и2. Избирательность обычно выражается в децибелах (дБ).

 _и(дБ) = 20*lg ( _и)

Это означает, что если  _и = 20 дБ, то помеха ослабляется в 10 раз. Если выразить в дБ коэффициент усиления, то

К(дБ) = 20*lg К

В этом случае:

 _и(дБ) = К_о(дБ) - К _f(дБ)

На рисунке представлена характеристика односигнальной избирательности, то есть ее измерение проводилось при подаче на вход РПУ только одного сигнала с U_с = const и переменной частотой. Реально на входе РПУ одновременно действует много сигналов с различными частотами и амплитудами. Одновременное действие сигнала и помехи на входе элементов с нелинейными характеристиками проявляется как :

• перекрестная модуляция – перенос модуляции помехи на сигнал

• блокировка РПУ – забивание сигнала помехой

• интермодуляция – взаимная модуляция между сигналом и несколькими помехами.

В результате :

• при перекрестной модуляции вместе с сигналом прослушивается помеха, которая по характеристике односигнальной избирательности должна быть подавлена

• при блокировке сигнал на выходе уменьшается или пропадает совсем. Несущая помехи может сильно отличаться от несущей частоты сигнала, но ее амплитуда очень высока.

Реально односигнальная избирательность не позволяет судить о помехозащищенности приемника. Для этого обычно используется характеристика эффективной избирательности. Эффективная избирательность – это способность РПУ различать сигнал на частоте настройки и помехи с частотой за пределами полосы пропускания, уровни которых таковы, что они создают нелинейные эффекты, при одновременном действии сигнала и помехи.

Частотная точность настройки и ее стабильность.

Частотная точность определяет возможность вхождения в связь в установленное время без поиска сигнала корреспондента, а так же ведение связи без подстройки приемника при сохранении заданного качества воспроизведения сообщения в течении всего сеанса связи. Частотная точность как показатель – это разность между частотой настройки приемника и частотой принимаемого сигнала. Для характеристики частотной точности используют так же величину относительной расстройки, представляющую собой отношение разности между частотами сигнала и настройки приемника к частоте сигнала :

Нестабильность настройки РПУ во время работы оценивается изменением частоты настройки за определенный промежуток времени. Например при нестабильности 10 , где t = -8, уход частоты за сутки составит f_о/10 , где t = 8. Например, при частоте 30 МГц уход составит 0,3 Гц в сутки.

Динамический диапазон.

Изменение амплитуд сигналов и помех в реальных условиях может достигать 80 дБ и более из-за влияния замираний, при изменении расстояния объектами (приемником и передатчиком). Пределы, в которых изменяется величина сигнала на входе РПУ, называется динамическим диапазоном.

Количественной оценкой динамического диапазона является коэффициент, называемый “динамический диапазон”:

Увеличение величины входного сигнала приводит к перегрузке ТРЧ (тракта радиочастоты), снижению избирательности, так как ТРЧ начинает работать в нелинейном режиме и при усилении сигнала в этом случае появляются комбинационные составляющие. Избежать этого можно, если отрегулировать динамический диапазон в пределах линейного участка динамической характеристики РПУ. Для количественной оценки линейности динамического диапазона вводят понятие Рабочего Динамического Диапазона:

Где: Е_{а п} – предельная чуствительность РПУ

E_{a max доп} - максимально допустимая ЭДС сигнала на входе РПУ.

Очевидно, что рабочий динамический диапазон D_p должен быть больше или равен D_c. Для этого в РПУ применяют АРУ и РРУ (Автоматическую и Ручную Регулировку Усиления), что позволяет уменьшить пределы изменения выходной мощности РПУ.

Выходная мощность

Это мощность, подводимая с выхода РПУ ко входу оконечного устройства. Выходная мощность Р_вых должна быть номинальной для данного конкретного типа оконечного устройства ОУ и колеблется от долей ватта до нескольких ватт. Различают нормальную и номинальную выходную мощность.

Номинальная выходная мощность – это наибольшая выходная мощность, при которой возникающие нелинейные искажения не превышают заданной величины. Номинальная выходная мощность соответствует 100% модуляции принимаемого сигнала. Нормальная выходная мощность соответствует 10% от номинальной, 30% модуляции сигнала и подводится к оконечному устройству при измерении характеристик РПУ.