Избирательность и полоса пропускания

Избирательность называется способность радиоприемника выделять полезный сигнал и ослаблять действие внеполосных мешающих сигналов. Это осуществляется с помощью частотно-фильтрующих устройств в высокочастотном тракте, а также в демодуляторе.

Рассмотрим основные виды избирательности:

Частотная избирательность применяется во всех без исключения РПУ и, получается автоматически, сама собой, поскольку эффективное усиление радиосигналов в приемнике возможно только с помощью резонансных, т.е. частотно-избирательных усилителей.

При оценке частотной избирательности приемников рассматривают два вида избирательности: избирательность по соседнему каналу и избирательность по дополнительным каналам приема. При супергетеродинном приемеосновным дополнительным каналом приема является зеркальный канал.

Количественно избирательность приемника оценивается отношением его резонансного коэффициента усиления к коэффициенту усиления на частоте соседнего или дополнительного канала, т.е.

, .

Пространственная избирательность осуществляется с помощью направленных приемных антенн и позволяет существенно ослабить уровень внешней помехи на входе приемника, если направления на источники сигнала и помехи заметно различаются между собой. Наибольшее распространение этот вид избирательности получил в диапазоне СВЧ, где легко осуществимы остронаправленные приемные антенны.

Поляризационная избирательность основана на различии в поляризации электромагнитных колебаний сигнала и помехи.

Амплитудная избирательность наиболее широко используется в РПУ, предназначенных для приема импульсно-модулированных сигналов.

Временная избирательность может быть реализована, если момент появления сигнала на входе приемника известен достаточно точно. Этот вид избирательности часто используется в импульсных радиолокационных приемниках со стробированием. В режиме стробирования приемник открывается только на короткие интервалы времени, соответствующие ожидаемому приходу отраженных импульсных сигналов. Все остальное время приемник закрыт, что значительно снижает мешающее действие помех.

Избирательность по форме сигнала, одним из примеров которой может служить избирательность по длительности импульса.

Рисунок 8 – К вопросу об избирательности радиоприемников

На рис.8 приведены идеальная и реальная характеристики избирательности приемника.

По оси абсцисс отложена расстройка , равная разности между частотой настройки приемника и несущей частотой сигнала. Значение соответствует настройке приемника на несущую частоту принимаемого сигнала. По оси ординат откладывается относительная величина Y, равная отношению чувствительности приемника при его настройке на частоту сигнала к чувствительности при частоте, отличной от несущей.

Идеальная характеристика избирательности (частотная характеристика) приемника (рис,а) имеет форму прямоугольника; при такой форме характеристики приемник равномерно принимает спектр боковых частот полезного сигнала, что соответствует ординате Y=1, и полностью подавляет сигналы других станций.

Полоса пропускания приемника в этом случае определяется основанием прямоугольника .

Характеристика избирательности реального приемника (рис,б) зависит от резонансных свойств его колебательных систем. При этом значение ординаты Y=1 соответствует лишь точной настройке приемника на несущую частоту сигнала ( ). Степень прохождения боковых колебаний с частотами, отличающими от несущей, оценивается ординатами, значения которых получаются меньше единицы. Такое ослабление боковых колебаний в некоторых допустимых пределах почти не влияет на воспроизведение сигнала на выходе приемника.

Полосой пропускания приемника называется область частот, в пределах которой ослабление спектра принимаемых колебаний не превышает заданной величины. Такой заданной величиной ослабления спектра, т.е. уровнем отсчета полосы пропускания, обычно считают уровень (рис,9б).

Рисунок 9 – К вопросу об избирательности радиоприемников

Приемник, характеристика избирательности которого имеет прямоугольную форму, принимает сигналы одной станции, т.е. обладает абсолютной избирательностью. Реальная характеристика приемника имеет плавные склоны. При такой форме характеристики невозможно получить полное подавление спектра мешающего сигнала.

Для оценки избирательности реального приемника необходимо установить, при какой расстройке следует оценивать мешающее воздействие соседней по частоте станции. Для радиовещательных приемников эта расстройка принимается равной 10 кГц, т.к. она соответствует интервалу между соседними по частоте станциями.

Избирательные свойства приемника отображены на рисунке 10.

На верхнем графике (рис. 10) показаны спектры действующих в антенне сигналов трех частот с различной ЭДС и их боковыми колебаниями.

На нижнем графике дана характеристика избирательности приемника; его настройка на частоту сигнала, характеризуется значением . Взаимное расположение графиков показывает, что сигналу (верхнего графика) соответствует расстройка (нижнего графика); это значит, что приемник настроен на частоту сигнала , а сигналы и при такой настройке становятся мешающими.

Представление о величине избирательности приемника дает ордината характеристики , определяемая при . Величина показывает, что восприимчивость приемника к мешающим сигналам и составляет 0,1 от восприимчивости принимаемого сигнала .

Рисунок 10 – К вопросу определения избирательности приемника

У современных связных и вещательных радиоприемников ослабление сигнала соседней станции достигается в пределах 10–1000.

Получение в приемнике широкой полосы пропускания при высокой избирательности представляет значительные трудности. Из рассмотрения резонансной кривой видно, что расширение полосы пропускания ухудшает избирательность, и, наоборот, сужение полосы пропускания улучшает избирательность. Одновременное удовлетворение этих требований достигается при улучшении прямоугольности резонансной кривой приемника.

На рис.11 представлены резонансные кривые различных колебательных систем с одинаковой полосой пропускания на уровне 0,7,

За полосой пропускания кривые отличаются крутизной боковых сторон. Для сравнительной оценки прямоугольности резонансных кривых различных колебательных систем вводят понятие коэффициента прямоугольности – отношение полосы пропускания на определенном условном уровне к полосе пропускания на уровне 0,7:

.

Рисунок 11 – Резонансные характеристики различных колеба­тельных систем с одинаковой полосой пропускания

За условные уровни отсчета полосы приняты уровни, соответствующие ослаблению сигнала 0,1 и 0,01. Таким образом,

и .

Коэффициент прямоугольности всегда больше единицы. Чем ближе значение к единице, тем лучше прямоугольность резонансной кривой.

На рис.11 из трех резонансных кривых лучшей прямоугольностью обладает кривая 1 и ей соответствует наименьшее значение .