ІІ. Основна частина 80 хв.

1. Характеристики радіоприймальних пристроїв, що впливають

на ЕМС, і їх нормування. 35 хв.

2. Характеристики й параметри радіоприймача при

односигнальному впливі. 25 хв.

3. Характеристики й параметри радіоприймача при

багатосигнальному впливі. 20 хв.

ІІІ. Заключна частина 5 хв.

- відповідаю на запитання;

- підбиваю підсумки заняття;

- оголошую оцінки;

- даю завдання на самопідготовку;

- оголошую назву та дату наступного заняття.

Організаційно-методичні вказівки:

Заняття доцільно проводити у навчальній аудиторії, призначеній для проведення занять з однією навчальною групою на протязі двох годин.

ІІ ОСНОВНА ЧАСТИНА

2.1 Характеристики радіоприймальних пристроїв, що впливають на ЕМС, і їх нормування

Радіоприймальні пристрої (РПрП) призначені для виділення сигналів з радіовипромінювань. Ідеальний з погляду ЕМС радіоприймач повинен мати тільки один основний канал прийому (рис. 2.1) – смугу частот, що знаходиться в смузі пропускання приймача й призначену для прийому основного випромінювання. У реальних приймачах, крім основного, є також небажані неосновні канали прийому, розташовані за межами смуги основного каналу в широкому діапазоні частот (2...5 на рис. 2.1 і ін.). Через основний і неосновні канали на вихід приймача можуть надходити завади, що погіршують ЕМС РЕЗ. Сприйнятливість приймача до радіозавад оцінюється стосовно випромінюваних завад, що впливають через антену РПУ, а також поза неї, наприклад, через корпус по ланцюгах живлення, керування й ін. Сприйнятливість є мірою здатності радіоприймача реагувати на ненавмисні завади й залежить від його чутливості й вибірковості по основному й неосновному каналах прийому.

Рис. 2.1 - Характеристика сприйнятливості до завад супергетеродинного приймача:

1 - основний канал прийому на частоті настроювання .

2 – побічний канал прийому на проміжній частоті ;

3 – побічний канал прийому на дзеркальній частоті ;

4 – побічні канали прийому на комбінаційних частотах і ;

5 – побічні канали прийому на субгармоніках частоти настроювання приймача і дзеркальної частоти

Неосновні канали прийому завадових радіосигналів підрозділяються на побічні й позасмугові. До побічного ставляться небажані канали прийому, номінальні частоти яких мають фіксоване значення для даного приймача при його фіксованому настроюванні на частоту сигналу . Розташування основного й побічного каналів прийому на характеристиці сприйнятливості супергетеродинного приймача показане на рис. 2.1.

На відміну від побічних, небажані позасмугові канали прийому з’являються на частотах, які при фіксованій частоті настроювання приймача можуть мати різні значення в залежності від частоти заважаючого сигналу. Частота радіозавади при цьому не збігається із частотами основного або побічного каналів прийому, а її рівень може досягати таких значень, при яких в приймачі виникають нелінійні ефекти блокування, перехресної модуляції й інтермодуляції.

Вибіркові властивості прийомної антени й приймача дозволяють відрізняти й виділяти корисний радіосигнал на фоні заважаючих випромінювань за рахунок різниці в напрямку приходу радіохвиль і (або) їхньої поляризації, по займаній смузі частот, структурі сигналів та ін.

Корисний сигнал за частотною ознакою виділяється за рахунок частотної вибірковості приймача, що характеризує його здатність послабляти завади, що відрізняються за частотою від частоти настроювання. Розрізняють односигнальну й багатосигнальну частотні вибірковості приймача.

При малих рівнях корисного й заважаючого сигналів радіочастотний тракт приймача працює в лінійному режимі, і його вибірні властивості характеризує односигнальна частотна вибірковість. Вона визначається відношенням рівня вхідного сигналу на заданій частоті до його заданого рівня на частоті настроювання при незмінному рівні сигналу на виході радіоприймача й виміряється за допомогою одного сигналу, що подається на вхід приймача, з рівнем, не зухвалих нелінійних ефектів у тракті прийому [2, 3]. Методом односигнальної вибірковості вимірюють параметри (смугу пропускання, коефіцієнт прямокутності та ін.) основного й побічного каналів прийому при роботі приймача в лінійному або близькому до лінійного режимі.

У реальних умовах на вхід радіоприймача поряд з корисним можуть надходити інтенсивні заважаючі радіосигнали від декількох радіостанцій, що приводить до появи нелінійних ефектів у тракті прийому. У цьому випадку оцінка ЕМС радіоприймача й вимір його параметрів (зокрема, вибірковості), повинна проводитися при спільній дії на вході двох (або трьох) коливань, що відповідають сигналу й завадам.

Багатосигнальная вибірковість радіоприймачавизначається відношенням рівнів одночасно поступаючих на вхід сигналів на одній або декількох заданих частотах і на частоті настроювання приймача при заданому відношенні на його виході сумарної потужності складових завади до потужності корисного сигналу [2, 3]. Вона характеризує здатність приймача послабляти дію завад залежно від їх розстроювання в присутності корисного радіосигналу. Багатосигнальні методи вимірювання параметрів приймача дозволяють більш повно оцінити його роботу в умовах дії потужних заважаючих сигналів, вплив яких приводить до появи нелінійних ефектів блокування, перехресної модуляції й інтермодуляції, тобто до появи відповідних небажаних позасмугових каналів прийому.

Зменшити вплив завад, прийнятих позасмуговими каналами прийому, можна, збільшуючи вибірковість приймача. Оскільки вибіркові властивості приймача визначаються, головним чином, каскадами ППЧ, то проміжна частота повинна бути низькою, щоб одержати вузьку смугу пропускання при досяжних добротностях контурів. Цим способом можна зменшити лише проходження заважаючих сигналів на вихід приймача, тобто збільшувати вибірковість приймача по сусідньому каналу.

Ослаблення завад на вході першого нелінійного елемента приймача здійснюється лише у вибіркових ланцюгах, розташованих до цього елемента, тобто у високочастотному тракті приймача. Вимоги до селективності високочастотного тракту підвищуються при наявності сильних завад від близькорозташованих потужних передавачів. Однак застосування багатоконтурних фільтрів на вході приймача знижує коефіцієнт передачі вхідного ланцюга й збільшує коефіцієнт шуму приймача. Вхідні ланцюги застосовуваних на практиці приймачів мають, як правило, дуже низьку вибірковість.

Ефект впливу завад за рахунок нелінійності характеристик елементів прийомного тракту залежить не тільки від амплітуд завадових сигналів, але й від характеру самої нелінійності. Наприклад, якщо у високочастотних каскадах зв'язних приймачів використовувати польові транзистори, те перехресна модуляція й інтермодуляційні завади можуть бути ослаблено на 12-20 дБ у порівнянні із застосуванням біполярних транзисторів [77].

Побічні канали прийому. Одним з найбільш істотних недоліків супергетеродинного приймача є поява побічних каналів прийому.

Завадовий сигнал називається дзеркальним, тому що він розташований на частотній осі симетрично (дзеркальне відображення) з корисним сигналом щодо частоти гетеродину. Відповідний прийомний канал називається дзеркальним каналом побічного прийому.

Оскільки звичайно коефіцієнт передачі перетворювача й наступних каскадів приймача для дзеркальної завади й корисного сигналу однаковий, то послабити дзеркальну заваду можна, поліпшуючи вибіркові властивості високочастотного тракту й збільшуючи частотний рознос корисного й завадового сигналів.

Досить небезпечним каналом побічного прийому є канал прийому на проміжній частоті, тобто прийому сигналів завади, несуча частота яких дорівнює проміжній частоті приймача. Якщо завада на проміжній частоті не буде відповідно ослаблена до перетворювача, то її не можна послабити й у наступних каскадах, тому що вони настроєні на цю ж частоту. Зменшити вплив побічного каналу прийому на проміжній частоті можна як підвищенням селективності вхідних ланцюгів і підсилювачів високої частоти, так і відповідним вибором проміжної частоти.

При виборі проміжної частоти необхідно, щоб її значення не збігалося з робочими частотами близькорозміщених потужних передавачів, причому рознос між цими частотами повинен бути не менше половини смуги пропускання приймача. Крім того, значення проміжної частоти повинне можливо далі відстояти від границь діапазону робочих частот приймача для забезпечення необхідного придушення завади.

У перетворювачах частоти, поряд з виділенням проміжної частоти, утвореної в результаті взаємодії напруги корисного сигналу з напругою гетеродину, з'являється ряд комбінаційних частот, рівних проміжній частоті, які є в загальному випадку результатом взаємодії гармонік напруги вхідного сигналу (заважаючого або корисного) з гармоніками напруги гетеродину.

Відомо багато методів, що дозволяють визначити комбінаційні частоти, але більшість із них досить складні. Найбільш прийнятний метод [87] визначення частот побічних каналів прийому, утворених першими шістьома гармоніками сигналів, що змішуються, за допомогою простих лінійних шкал.

Якщо заданий діапазон зміни частот сигналу, то можна вибрати таке значення проміжної частоти, при якому комбінаційні побічні канали прийому будуть виключені або зведені до мінімуму. Вибір проміжної частоти - це один із заходів зменшення впливу комбінаційних побічних каналів прийому. Інший захід - застосування в змішувачах таких активних елементів, характеристики яких не викликають виникнення комбінаційних каналів високих порядків. Найбільше доцільно застосовувати активні елементи, характеристика яких описується квадратичним поліномом. У цьому випадку виникає тільки один комбінаційний канал прийому - дзеркальний.

Інтермодуляційні побічні канали прийому виникають за рахунок взаємодії гармонік заважаючи вхідних сигналів з гармоніками гетеродину

Можливості проникнення заважаючих сигналів у радіоприймач не обмежуються розглянутими неосновними каналами прийому. Так, наприклад, наявність потужного заважаючого сигналу, частота якого розстроєна щодо частоти корисного на таку величину, при якій. виключається безпосереднє перетворення заважаючого сигналу у смугу проміжних частот, може привести до перетворення в цю смугу шумів гетеродину (синтезатора частоти). У зв'язку із цим доцільно обмежувати рівень шумів гетеродину до -100 дБ щодо рівня основних коливань [78].

Аналіз заходів зменшення впливу неосновних каналів прийому показує, що пропоновані до радіоприймальних пристроїв вимоги можуть бути як загальними для зменшення впливу всіх каналів, так і суперечливими. До перших відносяться необхідність забезпечення максимальної вибірковості до першого нелінійного елемента, застосування нелінійних елементів з характеристиками типу квадратичної параболи й т.п. До других відносяться, зокрема, вимоги до вибору проміжної частоти. Для одержання максимальної вибірковості по сусідньому каналу проміжна частота повинна вибиратися можливо більш низкою, а для ослаблення завад по дзеркальному каналу - можливо більш високою.

Усунути це протиріччя можна застосуванням у приймачі декількох перетворень частоти. Однак у цьому випадку збільшується число комбінаційних побічних каналів. Рішення має ухвалюватися в кожному конкретному випадку з урахуванням усіх факторів, що визначають електромагнітну сумісність РЕЗ.

2.2 Характеристики й параметри радіоприймача при односигнальному впливі

За допомогою односигнальних методів оцінюють параметри основного й побічного каналів прийому, що впливають, на ЕМС радіоприймачів при їхній роботі в лінійному режимі. Основний канал прийому займає смугу частот, що знаходиться в смузі пропускання приймача й призначену для прийому корисного радіосигналу [2].

До параметрів основного каналу відносяться:

чутливість,

динамічний діапазон,

частотна вибірковість,

смуга пропускання,

коефіцієнт прямокутності,

частота настроювання,

нестабільність частоти гетеродина,

відношення сигнал/шум на виході.

Побічні канали на проміжній частоті, на дзеркальній частоті, на комбінаційних частотах, на субгармониках характеризуються рівнем сприйнятливості й частотою.

Чутливість радіоприймачахарактеризує його здатність забезпечувати прийом корисного радіосигналу на фоні власних шумів при відсутності радіозавад і відтворювати його на виході із заданою якістю. Кількісно цей параметр визначається мінімально необхідною потужністю (або ЕРС) сигналу в антені, при якій забезпечується номінальне значення напруги або потужності на виході приймача, при заданих параметрах модуляції радіосигналу й відношенні сигнал/шум на виході [2,4].

Наприклад, при вимірі чутливості віщальних радіоприймачів, призначених для прийому AM сигналів, глибина модуляції радіосигналу встановлюється рівною 30% (коефіцієнт модуляції т=0,3), а частота модуляції – 1 кГц [2]. При цьому потужність вихідного сигналу приймача становить приблизно 10% від свого номінального значення

.

Розрізняють порогову (граничну) й реальну чутливість радіоприймача.

Порогова чутливістьприймача визначається мінімальним рівнем радіосигналу на його вході при рівних рівнях корисного сигналу й власних шумів на його виході, тобто при відношенні сигнал/шум за потужністю на виході . За поріг сприйнятливості приймача до завадових радіовипромінювань в основному каналі прийому також приймається рівень власних шумів, тобто його порогова чутливість .

Реальна чутливістьрадіоприймача визначається мінімальним рівнем радіосигналу на його вході, при якому забезпечується номінальна потужність корисного сигналу на його виході й задане перевищення рівня потужності сигналу над рівнем шумів, тобто відношення сигнал/шум на виході повинне бути .

Наприклад, для віщальних AM приймачів у діапазонах ДВ, СВ і KB вихідне відношення сигнал/шум повинне бути не менш 20 дБ, а в діапазоні УКВ при частотній модуляції несучої – не нижче 50 дБ [2].

Реальна чутливість приймача, обмежена його власними шумами, може бути розрахована за формулою [3]

, (2.1)

де =1,38 10^-23 – постійна Больцмана, Дж/К;

– абсолютна температура навколишнього середовища, К;

– ефективна шумова температура антени, К;

– ширина ефективної смуги шумів приймача, Гц;

– коефіцієнт шуму приймача;

– необхідне відношення сигнал/шум на виході.

У діапазоні 30...120МГц при кімнатній температурі ( =293К) відношення / , де у мегагерцах [3]. На більш високих частотах (f>120 МГц) відношення . У цьому випадку реальна чутливість

, (2.2)

а гранична чутливість (і поріг сприйнятливості)

. (2.3)

Мірою лінійності основного каналу прийому при відсутності радіозавад є його динамічний діапазон , чисельно дорівнює відношенню максимальної амплітуди радіосигналу на вході приймача, при якій нелінійні спотворення дорівнюють припустимому значенню, до його мінімальної амплітуди , при якій відношення сигнал/шум на виході дорівнює заданій величині [3]:

при (2.4)

Динамічний діапазон характеризує припустимі межі зміни амплітуди вхідного радіосигналу, у середині яких забезпечується необхідна якість вихідного сигналу.

Максимальна амплітуда сигналу обмежується зверху нелінійністю вольт-амперної характеристики активних елементів (діодів, транзисторів і ін.) підсилювальних і перетворювальних каскадів приймача. Мінімальна амплітуда вхідного радіосигналу обмежується знизу рівнем власних шумів приймача, тобто його чутливістю. Динамічний діапазон приймачів залежить від їхнього призначення й класу й може мати значення 100...120 дБ і більше.

Частотна вибірковість радіоприймачазабезпечує можливість виділення корисного сигналу на фоні завадових радіовипромінювань завдяки розходженням у їхніх спектральних характеристиках. Графік односигнальної частотної вибірковості (рис. 2.2) характеризує здатність приймача послабляти дію завади залежно від величини відхилення її частоти стосовно частоти настроювання приймача (до частоти сигналу) . На графіку по осі абсцис відкладають величину розстроювання , а по осі ординат величину ослаблення , дБ,

(2.5)

де – коефіцієнти підсилення приймача на частоті настроювання і при розстроюванні на .

Рисунок 2.2 - Характеристика частотної вибірковості приймача