Искажения сигналов

Выражение (4.50) можно записать в следующем виде

,

где - амплитудно-частотная характеристика СЦ;

- фазо-частотная характеристика СЦ.

Из рис.4.17 видно, что в случае реальной цепи высокочастотные составляющие спектра сигнала в верхней и нижней боковых полосах усиливаются в меньшей степени по сравнению с несущим колебанием. В этом случае говорят о неравномерности коэффициента усиления. Искажения такого вида относятся к линейным амплитудно-частотным искажениям, которые оцениваются с помощью коэффициента

,

где - максимальный коэффициент усиления на одной из частот модуляции принимаемого сигнала, - коэффициент усиления на верхней частоте модуляции.

Амплитудно-частотные искажения отсутствуют, если АЧХ имеет идеальный прямоугольный вид.

Фазо-частотные искажения обусловлены нелинейностью ФЧХ и проявляются в различном времени задержки составляющих спектра полезного сигнала на выходе. Идеальная ФЧХ одиночного контура должна иметь вид прямой линии с постоянный углом наклона

,

что для реальной СЦ выполняется в относительной узкой области возле резонансной частоты.

Входные цепи с сосредоточенными параметрами.

Входные цепи (ВЦ) РПУ – это СЦ, предназначенные для передачи сигнала от приемной антенны к входу первого усилительного элемента.

Основными характеристиками ВЦ являются:

1. АЧХ и ФЧХ.

2. Резонансный коэффициент передачи напряжения - отношение выходного напряжения ВЦ на резонансной частоте к э.д.с. сигнала в антенне

.

3. Коэффициент избирательности по побочным каналам приёма.

4. Коэффициент шума.

5. Рабочий диапазон частот.

6. Зависимости основных характеристик от частоты настройки, т.е. частотная зависимость резонансного коэффициента передачи, избирательных свойств и коэффициента шума.

7. Постоянство показателей ВЦ при изменении параметров антенны и усилительного элемента.

Антенны бывают настроенные и ненастроенные. Внутреннее сопротивление настроенной антенны имеет чисто активный характер на частоте полезного сигнала или на средней частоте некоторого достаточно узкого диапазона частот. Характер внутреннего сопротивления ненастроенной электрической антенны можно оценить с помощью рис.4.18, где изображена схема так называемого стандартного эквивалента внешней электрической антенны, используемого для проведения метрологических испытаний РПУ в заводских условиях.

Рис.4.18

Рис.4.19

Как видно из рисунка, полное выходное сопротивление антенны зависит от частоты, поэтому характеристики антенны и ее эквивалентные схемы в различных частотных диапазонах будут неодинаковыми. Эквивалент, представленный на рис.4.19, соответствует антенне, работающей на относительно низких частотах. Кроме того, параметры антенны могут изменяться в процессе эксплуатации, как это происходит в случае выдвижной штыревой антенны в переносных РПУ. В связи со сказанным ВЦ должна обеспечивать постоянство и стабильность характеристик колебательных систем, обеспечивающих функции выделения полезного сигнала и подавления сигналов помех. Непосредственное подключение ранее рассмотренных СЦ к антенне нежелательно. Расчет коэффициента включения антенны должен производиться, исходя из допустимого смещения настройки контура СЦ при изменении параметров антенны.

На рис.4.20 представлены следующие основные схемы ВЦ, используемые РПУ:

с внешнеемкостной связью с антенной (а), с внутриемкостной связью с антенной (б), в автотрансформаторной связью с антенной (в), с индуктивной или трансформаторной связью с антенной (г) и с комбинированной связью с антенной (д).

Рис.4.20

Рис.4.21

Автотрансформаторная ВЦ

Для ВЦ, представленной на рис.4.21 из (4.50) получаем

. (4.69)

После преобразований (4.69) можно представить в следующем виде:

, (4.70)

где - активная составляющая полной проводимости антенны на входе ВЦ:

; (4.71)

- реактивная составляющая полной проводимости антенны на входе ВЦ:

, (4.72)

где

. (4.73)

Резонансная частота контура автотрансформаторной СЦ определяется из условия по формуле Томпсона:

. (4.74)

Дифференцируя (4.74) по , рассчитаем относительное изменение частоты настройки

,

где (в данном случае ).

Допустимым смещением настройки контура можно считать значение

,

поэтому

,

откуда коэффициент включения, обеспечивающий заданную нестабильность частоты настройки из-за внесения в контур емкости антенны, должен удовлетворять условию

, (4.75)

а вносимое в контур изменение емкости должно быть

. (4. 76)

Сумма потерь, вносимых в контур, равна: . Используя (4.71)-(4.73) и учитывая соотношение , получим для модуля коэффициента передачи

(4.77)

где эквивалентная реактивная проводимость контура

.

Если считать волновое сопротивление в данном случае равным

,

то

. (4.78)

Если учитывать , то

. (4.79)

На резонансной частоте из (4.78) и (4.79) следует:

, (4.80)

. (4.81)

Для диапазона частот, где справедливо соотношение

, (4.82)

т.е. при пренебрежении активным сопротивлением антенны резонансный коэффициент передачи равен

, (4.83)

или

. (4.84)

Коэффициент односигнальной частотной избирательности ВЦ по внеполосным каналам приема

,

где - коэффициент передачи ВЦ на частоте побочного канала .

Из (4.78) и (4.80) следует, что

. (4.85)

При , например, для соседнего канала или зеркального канала для максимальной рабочей частоты

. (4.86)

При следует учитывать влияние активного сопротивления антенны . Иначе при пренебрежении активным сопротивлением антенны коэффициент передачи ВЦ на частоте зеркального канала при из (4.79) не зависит от частоты внеполосного канала и равен

что с учётом (4.84) соответствует коэффициенту частотной избирательности по зеркальному каналу

. (4.87)

Для диапазона частот, где справедливо соотношение

(4.88)

или при , из (4.78) и (4.80) следует, что при

. (4.89)

Анализ (4.88) показывает, что для реальной антенны (рис.4.19) это условие выполняется на частотах

,

поэтому в диапазонах ДВ и низкочастотной части СВ следует пользоваться (4.87). В более высокочастотных диапазонах в эквивалентной схеме антенны необходимо учитывать наличие индуктивности (рис.4.18), например при

. (4.90)

Дальнейшие рассуждения об основных характеристиках рассматриваемой ВЦ зависят от элемента, которым осуществляется настройка на станцию (рис.4.22).

Рис.4.22

При емкостной настройке волновое сопротивление прямо пропорционально частоте настройке. Добротность , так как потери в контуре растут пропорционально частоте. Полоса пропускания контура расширяется с ростом частоты. Таким образом, при из (4.83) следует, что при емкостной настройке ВЦ резонансный коэффициент передачи пропорционален квадрату частоты настройки (рис.4.23)

Рис.4.23

При индуктивной настройке контура волновое сопротивление

обратно пропорционально частоте настройки, поэтому добротность контура

обратно пропорционально квадрату частоты настройки, а полоса пропорциональна кубу частоты настройки контура.

Таким образом, при из (4.84) следует, что при индуктивной настройке контура ВЦ резонансный коэффициент передачи обратно пропорционален квадрату частоты настройки (рис.4.24).

Рис.4.24

На характеристики ВЦ в значительной мере оказывает влияние способ её связи с нагрузкой. Рассмотрим ВЦ с автотрансформаторной связью с антенной и внутриемкостной связью с нагрузкой, изображённую на рис.4.25.

Рис.4.25

Для этой цепи резонансный коэффициент передачи равен

(4.91)

где

. (4.92)

В результате при и

, (4.93)

т.е. резонансный коэффициент передачи не зависит от частоты. Происходит это потому, что

коэффициент при емкостной настройке обратно пропорционален квадрату частоты:

.

Введение внутриемкостной связи с усилительным элементом не улучшает подавление зеркального канала по сравнению с рассмотренным выше полным включением контура ВЦ к входу усилительного элемента, так как р₂ не зависит от частоты.