Автор: Буга Н.Н. Фалько А.И. Чистяков Н.И.
Теги: электротехника радиоприемные устройства (радиоприемники) радиотехника радиоприемники
Год: 1986
Текст
Н.Н. Буга
А.И.Фалька
J-!.И . Чистяков
РАДИОПРИЕМНЫЕ
УСТРОЙСТВА
Учебник
. для высших
учебных
заведений
Н.Н. Буrа
А.И.Фалько
Н.И. Чистяков
РАДИОПРИЕМНЫЕ
УСТРОЙСТВА
Под общей редакцией Н. И. Чистякова
Москва
®«Радио и саязь»
1Э8б
Допущено
Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебника
для студентов вузов,
обучающихся по специальности
«Радиосвязь и радиовещание»
ББК 32.849
Б90
AlVaKo 25/08/2019
УДК 621.397.62(075)
Б90
Буга Н. Н . и др. Радиоприемные устройства: ·Учеоник
для вузов/Н. Н . Буга, А. И . Фалько, Н. И . Чистяков; Под
ред. Н . И . Чистякова. - М.: Радио и связь, 198i. -
320 с.: ил.
Из11ожены принципы построения н теоретические основы работы прием
ных устройств, проектирования радиоприемной аппаратуры н ее основных
узлов. Рассмотрены пути совершенствования приемных устройств, виеJ!,рения
современной элементной базы и цифровых устройств, микропроцессоров, уст
роl\ств автоматизации н адаптации.
Дпя студентов вузов связи.
Б
2402020000-161
04"6(01)-86
0-86
.1' е ц-е нз е н т ы: кафедра радиоприемных устройств
· одесского электротехнического института связи им. А . С. Попова;
,доотор техн. наук, проф. Б. М . Богданович
Редакция литературы по радиотехнике
Учебник
НИl(ОЛАй НИl(ИТИЧ·БУГА
АНАТОЛИй ИВАНОВИЧ ФАЛЬl(О
liИl(ОЛАй ИОСАФОВИЧ ЧИСТ511(0В
!РАДИОПРИЕМНЫЕ YCTPORCTBA
Заведующий редакцией В. Л . Ст ерл и r о в
·Редактор Э. М. Горели1t
Переплет художника Ю. В. Архаиrельскоrо
'Художественный редактор Т. В. Бус ар о в а
Технический редактор И. Л. Т Jt ач е II к о
КорректорТ.В.Дземидович
tfБ Nt 740
БВК 32.849
Сдано в набор 22.01.86
Т-09318
Формат 60Х90/11
-Печать высокая Усл. печ. л . 20,0
Подписано в печать 14.05.86
Бумага кн.-журн. N, 2
Гарнитура литературная
Усл. кр.-отт. 20,0 Уч. -иц. .11 . 21,71 Тираж 30 О1О экз.
Изд. No 20626
Зак. No 12
Цена 1 р.
Издательство «Радио и связь•. 101000 Москва, Почтамт, а
/
я 693
Московская типография No 5 ВГО «Союзучетиздат•
. 101000 Москва, уп. Кирова, д . 40
@ Издательство «Радио и связь:., 1986
ПРЕДИСЛОВИЕ
Пре.-лагаемый учебник содержит материал по курсу «Радиопри
емные устройства», общему для всех студентов, обучающихся в
вузах ЩJ специальности «Радиосвязь и радиовещание». В соответ
ствш1 с действующим учебным планом этой специальности для
студентов, готовящихся работать по окончании института в об
ласти техники радиоприема, дополнительно предусмотрен курс
углубленной подготовки такого же объема, посвященный проекти
рованию и эксплуатации радиоприемных устройств. По этой при
чине данный общий курс содержит преимущественно изложение
фундаментальных принципов радиоприема и теоретических основ
синтеза приемной аппаратуры без детализации конструктивных.
решений многих ее узлов и цепей.
План учебника согласован с действующей программой учеб
ного курса. Авторы усилили, в частности, по сравнению с учеб
никами и пособиями, изданными при их участии ранее, системный
подход к радиоприемному устройству. Поэтому значительное вни
мание уделено влиянию на структуру и характеристики приемной
аппаратуры назначения и _свойств радиосистемы в целом, особен-
ностей ра<;_пространения радиоволн, а также взаимодействия час
тей приемного тракта в условиях адаптации к условиям приема.
С учетом проявляющихся тенденций большее. место уделено схе
мотехническим решениям, характерным для интегрального испол
нения узлов приемников, цифровым устройствам и, в частности.
электронной настройке, применениям синтезаторов частот, микро
процессоров и др.
При изложении теоретических вопросов в основном использу
ются сведения, изучаемые студентами в
предшествующих JI
смежных учебных курсах, в особенности из общей теории переда
чи сигналов, систем радиосвязи и радиовещания.
В учебнике нашел отражение опыт работы кафедр радиоприе11r
ных устройств Ленинградского, Московского и Новосибирского
институтов связи.
Материал учебника распределен между авторами следующим
образом: Н. Н . Буга написал введение, гл. 1 (кроме § 1.7) и
7, §9.5; 10.9; А. И. Фалька - § 1.7, гл. 2, 3 (кроме § 2.4 и § 3.lЗ)F
5, а также§ 8.4, 8.11, 9,6 и 9.7; Н, И. Чистяков - §2.4, 3.13, гл. 4,
6, 8 (кроме§ 8.4, 8.11), 9 (кроме§ 9.5 -9.7), 10 (кроме§ 10.9),
заключение.
Авторы и издательство будут благодарны за все замечания
и пожелания, которые могут способствовать совершенствованию
курса радиоприемных устройств. Их следует направлять по ад
ресу: 101000, г. Москва, Почтамт, а/я 693, издательство «Радио
и связь».
3
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшим функциональным элементом радиотехнических си
стем является радиоприемное устройство, способное воспринимать
слабые радиосигналы и преобразовывать их к виду, обесRечиваю
щему использование содержащейся в них информации. В состав
ра�иоприемноrо устройства входят собственно радиоприемник (в
дальнейшем просто приемник), антенна и оконечное устройство.
Антенна воспринимает энергию электромагнитного поля и преоб
разует ее в радиочастотное напряжение. Приемник выделяет из
спектра входных колебаний полезные сигналы; усиливает их за
счет энергии местно
"
rо источника питания; осуществляет обработ
ку, ослабляя действие помех, присутствующих во входном коле
бании; детектирует радиочастотные сигн
·
алы, формируя колеба
ния, соответствующие передаваемому сообщению. В оконечном
устройстве энергия выделяемых сигналов используется для полу
чения требуемого выходного эффекта - звукового (громкоговори
тель или телефон), визуального (кинескоп), механического ( теле
графный аппарат) и т. д . Оконечное устройство может быть сов
мещено с приемником или представлять собой отдельное устрой
ство.
Задачей кУрса радиО1приемных устройств является изучение
физических основ приема сигналов на фоне радиопоме� (в даль
нейшем просто помеха), принципов построения приемников раз-
.
личного назначения и их основных функциональных элементов,
!'еории и основ расчета их параметров. При этом учитывается,
что из предшествующих и параллельно читаемых дисциплин сту
дентам известны математические модели и свойства сигналов и
помех; методы анализа линейных и нелинейных электрических
цепей и каналов связи с постоянными и изменяющимися парамет
рами; теория и свойства антенно-фидерных устройств; процессы
распространения радиоволн; принципы усиления, генерирования
и обработки электрических колебаний, модуляции, детектирова
ния, преобразования частоты, ограничения амплитуды и др.,
а
также основные положения теории электромагнитной совместимо
сти радиотехнических систем и устройств; принципы интеrрально-
4
ro исполнения узлов радиотехнических устройств,
микропроцессоров.
применения
Структура приемника и его основные функции определяются
усJ1ооиями приема сигналов. От антенны на вход приемника по
ступает смесь сигнала и помех. Помехи могут создаваться посто
ронними радиостанциями, промышленными источниками, электро
магнитными процессами в атмосфере, космическими излучениями,
тепловым излучением Земли; по интенсивности они могут в ан
тенне во много раз превышать принимаемые сигналы. Сами сиг
налы могут претерпевать амплитудные и фазовые искажения из
за изменений условий распространения радиоволн. Приемник дол
жен обладать способностью отделять полезные сигналы от помех
по 11ризнакам, присущим сигналам. Это свойство называется се
лективностью или избирательностью.
Различают следующие виды селективности:
частотная. Реализуется с помощью частотно-селективных це
ней. Поскольку принято государственное и международное регу
лирование распределения частот между службами радиосвязи 11
радиосистемами, входящими в каждую службу, частотной селек
тивностью должны обладать все радиоприемные устройства;
пространственная. Реализуется с помощью направленных ан
тенн;
поляризационная. Реализуеtся с помощью антенн, принимаю-
111.их волны с определенной поляризацией;
амплитудная. Используется главным образом при приеме им
■ульсных сигналов с помощью пороговых ц�nей - амплитудных
селекторов;
временная. Реализуется отпиранием приемника на время, со
ответствующее ожидаемому поступлению полезного сигнала;
по форме сигнала, например по его кодовой структуре.
Соответственно изложенному структурная схема приемника мо
жет быть представлена в виде рис. В.1, где детектор Д разделяет
весь приемный тракт на две части: тракт радиочастоты (ТРЧ) и
■оследовательный тракт частот модуляции (ТЧМ). В ТРЧ осуще
ствляются частотная селекция и усиление; здесь возможно также
преобразование частоты, амплитудная и временная селекция, спе
циальные преобразования сигналов для уменьшения искажающе
го влияния помех. В ТЧМ осуществляется последетекторная обра
ботка сигналов: усиление и дополнительные преобразования их
для ослабления действия помех, например инrеrрирование, а так
же декодирование и разделение сообщений в многоканальных ли
ниях связи. В последнем случае приемник (рис. В.2) содержит
· общий тракт, образованный ТРЧ, детектором Д и ТЧМ в виде
группового усилителя частот
модуляции (ГУЧМ). Далее
следуют устройства разделе
ния каналов (УРК), демодуля
торы (ДМ) и усилители частот
модуляции (УЧМ).
Рис. В.1
тчм
5
ТРЧ
А ПJЧМ
rJ,,,r>r,.,
---1rv
rv
,..,_,
rJ.,
Рис. В.2
Классификацию приемников можно проводить по различным
признакам, определяющим их технико-эксплуатационные харак
теристики.
По функциональному назначению приемники делят на профес
сиональные и вещательные (бытовые). К профессиональным от
носят приемники связные (магистральной, радиорелейной, зоно
вой, местной связи и др.), радиоастрономические, радиолокацион
ные, радионавигационные и т. п . Вещательные приемники обеспе
чивают прием программ звукового и телевизионного вещания. Это
самые массовые радиотехнические устройства: ежегодный вып�ск
их в мире составляет десятки миллионов.
Приемники различают также по виду сигналов, например, по
виду модуляции (АМ, ЧМ и др.).
По диапазону частот в соответствии с существующей класси
фикацией длин волн или частот электромагнитных
колебаний
различают приемники диапазонов НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ, УВЧ, СВЧ
и др.; имеются также «всеволновые» приемники, обеспечивающие
прием в нескольких диапазонах частот.
Звуковое вещание осуществляется в СССР в диапазонах ДВ
(километровые и гектометровые волны), СВ (гектометровые вол
ны), КВ (декаметровые волны), УКВ (метровые волны) и ДМВ;
при этом в диапазонах ДВ, СВ и КВ используется амплитудная
модуляция (АМ) с шагом сетки рабочих частот порядка 10 кГц.
а на УКВ для моно- и стереофонического вещания - широкопо
досная частотная модуляция (ЧМ) с шагом сетки рабочих частот
250 кГц. Телевизионное вещание осуществляется в диапазонах ча
стот 48,5 . .. 100 и 174 ... 230 МГц, при этом в канале изображения
используется АМ с частично подавленной боковой полосой час
тот, а в канале звукового сопровождения- ЧМ.
По роду принимаемой информации приемники разделяют на
радиотелефонные, радиотелеграфные, фототелеграфные (прием
неподвижных изображений), телевизионные (прием подвижных
изображений) и др.; сущест�уют универсальные приемники, при
нимающие информацию нескольких видов.
По месту установки приемники делят на стационарные, пере
носные, автомобильные, бортовые (судовые, самолетные, косми
ческих аппаратов) и др. По способу управления и коммутации
различают приемники с ручным, дистанционным и автоматичес
ким управлением. По виду питания приемники могут быть сете
вые, батарейны е или универсального питания.
i
Приоритет в создании приемника, положившего начало раз
витию радио как области техники, принадлежит А. С. Попову,
продемонстрировавшему 7 мая 1895 г. свой первый приемник,
вскоре примененный для практических целей, вначале в качест
ве грозоотметчика, а затем и для радиосвязи.
Интенсивное развитие сетей радиосвязи в нашей стране на
ча.1ось после Великой Октябрьской социалистической революции.
О большом народнохозяйственном и социальном значении радио
-с в идетельствуют декреты Советского Правительства. Первым' из
них был декрет от 19 июля 1918 г. «О централизации радиотех
нического дела», открывший дорогу плановой радиофикации
страны.
В 1922 г. был организован Государственный электротехниче-
.
ский трест заводов слабого тока, что стало началом строительства
отечественной радиопромышленности. В 1923 г. была
создана
Центральная радиолаборатория (ЦРЛ), ставшая первым научно
исследовательским центром страны в области радиотехники.·
В
�оставе ЦРЛ имелся отдел радиоприемников. Вскоре начался се
рийный выпуск вещательных приемников. Дальнейшее совершен
ствование приемников связано с освоением в 1930-1933 гг. новых
типов электронных ламп.
С целью развития радиодела 28 июля 1924 г. постановлением
Советского Правительства были разрешены частные приемные
радиостанции, что положило начало широкой радиофикации
,страны.
Наряду с радиовещанием в эти годы происходило быстрое раз
витие радиосвязи между промышленными и культурными цент
рами страны и с другими государствами. Было организовано про
изводство профессиональных радиоприемников.
Во второй половине 40-х гг. были разработаны новые типы
электронных приборов и методы построения приемников СВЧ.
В 50-е гг. начался новый этап развития радиоприема на осно
Бе полупроводниковой электроники. Использование транзисторов
nозволило обеспечить выпуск портативных приемников, прочно во
шедших n быт.
Достижения и тенденции техники радиоприема в последние
тоды обусловлены взаимосвязанными процессами развития инте
гральной микроэлектроники, внедрения методов и средств цифро
вой обработки сигналов и вычислительной техники и дальнейшего
, ос во ения микроволновых диапазонов. Цифровые интегральные
модули средней и большой степени интеграции обеспечивают по
вышение технических и эргономических показателей приемников.
Внедрение микропроцессоров позволяет автоматизировать ра
диоприемные устройства; реализовать эффективные методы обрR
ботки сигналов, анализ помеховой обстановки с использованием
результатов для адаптивного регулирования приемника и др. Все
это расширяет функциональные возможности приемников, ·упроща
�т технологию изготовления, обеспечивает удобство эксплуатации.
7
Развитие в 60-е гг. спутниковой связи привело к совершенст
вованию приемников СВЧ, в частности к внедрению малошумя
щил квантовых и параметрических усилителей. Последние десяти
летия характеризуются освоением миллиметровых волн и волн оп
тического диапазона.
Сегодня одной из важнейших �адач является
обеспечение
электромагнитной
совместимости радиотехнических
средств
(ЭМС). Особенно остро эта проблема проявляется в системах
радиосвязи и радиовещания декаметрового диапазона. Интенсив
ное использование СВЧ приводит к тому, что усложняется радио
связь и в этом диапазоне частот.
Обеспечение ЭМС предполагает борьбу с помехами как в их
источниках, так и в приемниках. Поэтому большое место в теории
радиоприемных устройств занимают методы снижения
уровня
помех в приемнике, оценки помехоустойчивости приемника, ком
пенсации помех в приемнике, оптимальной обработки сигналов
вт. д.
Глава 1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И СТРУКТУРА РАДИОПРИЕМНЫХ
УСТРОйСТВ
1.1. РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО
КАК ЧАСТЬ СЛОЖНОЙ СИСТЕМЫ
Радиоприемное устройство обладает свойствами, присущими под
системам сложных систем: оно взаимодействует с другими эле
ментами. системы, в состав которой входит, и с окружающей сре
АОЙ, имеет иерархическую структуру и функционирует в случай
ных условиях.
Элементами радиотехнической системы кроме приемника яв
ляются радиопередатчик корреспондента, антенный коммутатор,
дистанционный пульт управления оператора, индикаторные и ре
гистрирующие устройства, управляющий компьютер, контрольно
измерительная аппаратура, источники питания и др. Взаимодей
ствие приемника с другими элементами системы и со средой, че
рез которую в место приема приходят радиосигналы, проявляется
в восприятии полезных сигналов, мешающих воздействий, создава
емых элементами системы (внутрисистемные помехи), а также из
лучений внешних источников, не входящих в соста� данной систе
мы (внесистемные непреднамеренные и преднамеренные помехи):,
в воздейс-гвии информационных выходов приемника на оператора
и на устройства автоматического управления, а также в обратном
воздействии этих устройств и оператора на информационные и.
энергетические входы приемника.
Иерархичность структуры приемника проявляется в том,· что,
отдельные функциональные блоки являются управляющими для
одних блоков и управляемыми для других, т. е. находятся в отно
шениях соподчиненности. Наиболее отчетливо это проявляется в
приемниках, имеющих различные цепи автоматического регулиро
вания и управления.
Стохастичность поведения приемника выражается в том, что
прием полезных сигналов всегда происходит при априорной недо
статочности сведений о свойствах помех. Поэтому идентификация
.сигнала имеет вероятностный характер, а сам акт решения может
представлять собой последовательность частных результатов об
работки сигналов (например, в приемниках адаптивных систем
радиосвязи с помехоустойчивым кодированием сигналов).
·
Радиоприемное устройство как подсистема описывается сово
купностями внешних и внутренних параметров. Внешние парамет-
9
ры характеризуют взаимодействие устройства с другими элемен
тами радиотехническои системы и со средой, а внутренние пара
метры характеризуют структуру, функционирование, динамичес
кие и конструктивные связи блоков устройства между собой.
Внешние параметры описывают технические характеристики при
емника с позиций заказчика или потребителя, а внутренние - с
точки зрения разработчика.
Внешними параметрами приемника являются диапазон частот.
вид прищrмаемых сигналов, чувствительность, восприимчивость к
помехам, интенсивность собственных нежелательных излучений.
селективность, помехоустойчивость, верность воспроизведения со
общений, точность установки и поддержания частоты настройки,
мощность и форма выходных сигналов, конструктивно-эксплуата
ционньrе характеристики (устойчивость показателей, эргономнч
ность, надежность, ремонтопригодность, энергопотребление, мо
бильность, габариты, мае
.
са, стоимость и др.) К внутренним пара
метрам приемника относятся число и границы частотных поддиа
пазонов, динамический диапазон, полоса пропускания частот, ко
эффициент усиления и др.
Как на внешние, так и на внутренние параметры накладыва
ются ограничения, учитываемые при решении оптимизационной
задачи синтеза устройства.
Бели при за
�
даНIНых у
.
слоrвиях 111ри1Менения [Радиоrrрием'Ноnо устройства н не
изменных значениях всех остальных параметров улучшение качества ра«iоты
ус'I
'
ройства S связано с уменьшением или увеличением некотороrо внешнего па
раметра k, то эrот параметр мож'l!о ра сс матривать как показатель качества уст
ройства.
РазЛJИчают скалярный и векторный синтез. Пр,и акалярном синтезе устрой
ство S хара�ктериэуется единственным числам -шжазателвм k(S). Таким пока
зателем может быть, напрwмер, стоимость С: при неизменных остальных иока
зателях у�стройсmю S1 лучше устройства S2, если С1<С2 ,
При векторном синтезе учитьrвается, что сложное устройсt1во облЗ/дает не
сколЬК'ИМИ взаимосвязанными 111оказателями. Олmмизацию такого ус'!'ройства
след'Ует прО1Изводить по rр}'111пе 'Показателей качества, образующих вектQр каче
ства К= lk1, ... , km1. Это означает, что качество у.стройства характеризуется не
одним числом k, как при скалярном синтезе, а у'11Орядоче-нным набором нз т
чисел. Если при скалярном синтезе показатель качества k позволяет однознач
/fО сра в,l{IИвать устройс'Гва S1 и S2, то сравнение по rвектору качества К в рsце
случаев невозможно без использования дополнительных 1<1ритериев преtzIμJочтения�
так как K 1 (S 1 ) и K2(S2) могут оказаться непосредственно несравнимыми.
Проиллюстр1rруем это положен
r
ие прИ1Мером. При сравнен111и S1 и S2 счита
ется, чrо S1 л
.
учше S2, ecJlil каждый из 111оказателей качества k;(S1), i=ll, .. . ,m,
уст ройст
r
ва S 1 не х,уже (не больше), чем для S2. Пусть теперь два приемника
хара.ктеризуются векторами :качества К1 = 13; 1151 и �= 13; 2{) 1. Тогда ыожно
утверж.дать, Ч"ГО приемн
.
ик S1 6е3услов
,
но л.учше 111рнемноока S2. Поэтому ВЬliПОЛ
ненне указанного условия срав,нения показателей качества назы
r
вают без,услов
t!ЫМ КJ>lllrep,иeм п'Ред.rючтения. Бели, одна!{(), К1 = 13; 1151, а �=15; 111, то пр
'
И
ешы1.юи вскrор,но несроонИJмы и исходя ruэ их целевого 111азиачен.ия необходим�>
вiiecm усJЮl!'Нъrй критерий i!!редт!Очтения. Для приемников разлl!'Чного rnпa �
ловные критерии могут быть весыма разнюобраэными. Например, можно счи
тать, что лучшим я�вляется вектор качост.ва К= 1k1, ••• , k т 1, для которого взве
шенная сумма a 1k 1 + .. . +а тk т часrnых показателей качества минимальна.
В заключение заметим, что если за счет оптимального проек
тирования удастся снизить стоимость вещательного
приемника
всего на 10%, то, учитывая массовый выпуск таких приемников,
экономия в масштабе страны составит десятки миллионов руб
лей и более.
1.2 . СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ
РАДИОПРИЕМНИКОВ
Структурные схемы приемников различаются построением
тракта радиочастоты ТРЧ, в котором может осуществляться пря
мое усиление входных сигналов и усиление их с преобразовани
ем частоты.
В приемниках прямого усиления (рис. 1) ТРЧ содержит вход-
ную цепь ВЦ и усилитель
поступающего
из
антенны
радиосигнала - так
называемый указатель
радиочастоты
УРЧ. В этом случае все . резонансные цепи настроены
на
частGту принимаемого
радиосигнала
(радиочастоту),
на
которой и осуществляется усиление.
Входная цепь обес-
печивает предварительную частотную селекцию до первого
каскада УРЧ, а сам УРЧ - основную частотную селекцию и до
детекторное усиление сигналов. Резонансные контуры ВЦ и УРЧ
перестраиваются в пределах нужного диапазона рабочих частот.
Так как обычно необходимы высокие селективность и усиление
(коэффициент усиления по напряжению УРЧ может быть порядка
106 ... 10 7), то может потребоваться несколько усилительных кас
кадов и резонансных контуров. Из-за конструктивной сложност11
реализации перестройки число контуров редко превышает 3 ... 4.
При этом усиление на радиочастоте fс может оказаться неустой
чивь:м, а селективность недостаточной, так как полоса пропуска
ния П колебательного контура с добротностью Q связана с его
резонансной частотой fo = fc соотношением П=[о/Q. При перемен
ной настройке селективность и коэффициент усиления изменяются
(с увеличением fс полоса П расширяется и, следовательно, селек
-тивность уменьшается).
ТРЧ
г-----------.
1ВЦ
�РЧ
1
,,..._,,.,_
,..._,
,-.._,
~
�
,,....,
L ---
______ J
Настройка
Рис. l .f
11
Для уменьшения числа усилительных каскадов и упрощения
конструкции в ТРЧ приемников прямого усиления в прошлом ши
роко использовали регенеративные и суперрегенеративные уси
лители. В приемнике с регенеративным усилителем за счет поло
жительной обратной связи в резонансный контур вносится отрица
тельное сопротивление, частично компенсирующее потери в нем,
что увеличивает коэффициент усиления. Однако такие приемники
обладают невысокой устойчивостью, так как работают в режиме,
близком к самовозбуждению. При этом возможно проникновение
генерируемых колебаний в антенну, а их излучение ведет к уси
лению помех другим приемникам, что крайне ,нежелательно с точ
ки зрения ЭМС.
В суперретенератИ
1
вном приемнике положительная обратная
связь с УРЧ периодически изменяется с некоторой вспомогатель- .
ной частотой, значительно превышающей частоту модуляции сиг
нала. При этом в течение части периода вносимое сопротивление
становится отрицательным и в колебательном контуре самовозбу
ждаются колебания. Амплитуды этих колебаний превышают ам•
плитуду принимаемых сигналов в 10 4 раз и более. Интенсивность
их пропорциональна действующим на колебательный контур при
нимаемым сигналам, т. е. генерируемые колебания в сущности
являются усиленными сигналами. Суперрегенеративному приемни
ку, как и регенеративному, свойственны искажения сигналов и ин
тенсивные паразитные излучения, что не отвечает· требованиям
эмс.
Наибольшее распространение получили
супергетеродинные
приемники. В них (рис. 1 .2,а) сигналы частоты fc преобразуются
в преобразователе частоты ПЧ, состоящем из местного автогене
ратора - гетеродина Г и смесителя частот См, в колебания фикси
рованной промежуточной частоты fпр, на кот0�рой и осуществляют-
тпч
"1 1J�i
f'пр
-�[>,..,,,
��[>
�
r,.,,
�П'i
А нчм
(IJ
тпч
Рве. 1.2
12
ся основное усиление и частотная селекция. Поэтому додетектор
ный тракт состоит из двух частей - ТРЧ, в составе которого ВЦ
и УРЧ, и тракт промежуточной частоты (ТПЧ), включающий ПЧ
и усилитель промежуточной частоты (УПЧ).
Из теории нелинейных электрических цепей известно, что пре•
образователь частоты основан на применении нелинейного эле•
мента, но преобразователь изменяет только частоту сигнала, не
влияя на форму модулирующей функции, т. е . действует в отно
шении принимаемого сигнала как линейная параметрическая цепь.
При подаче на вход
·
ы преобразователя сигнала с частотой f0
и от гетеродина с частотой fг на выходе его получают колебания
с комбинационными частотами afc+Mr, где а и � равны ±1,
±2, ... Резонансная цепь на выходе преобразователя настроена на
частоту fпр, представляющую собой разность (разностное преоб
разование) или сумму (суммарное преобразование) частот fc и f,
(в отдельных случаях 2fг, Зfг и т. д .) . При разностном преобразо•
вании fпр=fс-fг или fпр = fг-fс. При а=1, �=-1 имеет место
«нижняя» настройка гетеродина, когда fг <fc, а при а =
-
1, �=
= 1 - «верхняя» настройка, когда fг >fc . В обоих случаях частоту
fг можно выбрать так, чтобы /пр была ниже границы диапазона
рабочих частот (fпp <fcmtп ),
Иногда частоту преобразуют с переносом спектра сw:rнала
вверх, когда fпр>fс max- Это возможно как при разностном, так и
при суммарном преобразовании. Супергетеродинный приемник в
этом случае называют инфрадином. Однако высокую промежу
точную частоту обычно приходится затем понижать в другом пре•
образователе, т. е. в инфрадине применяется неоднократное пре•
образование частоты.
Если сигналы принимаются в некотором диапазоне частот {с,
то для сохранения постоянства частоты fпр должна соответствен
но изменяться частота fr, Это достигается путем сопряжения на•
стройки входной цепи, резонансной цепи усилителя радиочастоты
и гетеродина с помощью единого органа управления.
Преобразование переменной частоты принимаемых сигналов
fc в постоянную промежуточную частоту fпр обеспечивает супер•
геrеродинным приемникам ряд преимуществ:
резонансные цепи тракта промежуточной частоты не нужно
перестраивать, что упрощает их конструкцию; благодаря посто•
янству коэффициента усиления ослабляется зависимость общего
коэффициента усиления приемника от частоты настройки;
при преобразовании частоты с переносом спектра
сигнала
вниз паразитные емкостные и индуктивные обратные связи про•
являются сл
·
абее; это позволяет увеличить коэффициент усиления
без ухудшения устойчивости;
нспользование пониженной частоты /пр позволяет сузить поло
су пропускания без усложнения конструкции резонансных цепей.
Из сказанного вытекают функциональные различия резонанс•
ных цепей радио- и промежуточной частоты:
13
цепи радиочастоты имеют в большинстве случаев относитель
но широкую полосу пропускания, в пределах которой помимо
спектров радиосигнала могут оказатьсй помехи соседних каналов.
Эти цепи осуществляют предварительную селекцию,
поэтому
часть приемника, содержащую ВЦ и УРЧ, назр1вают преселект·:
_ ром;
щепи промежуточной частоты имеют полосу пропускания, соот
-ветствующую ширине спектра сигнала, и подавляют помехи за
пределами этого спектра.
Преобразование частоты обусловливает особенности суперге
тероJJ.инного приема, которые проявляются прежде всего в об
разовании побочных каналов приема, влиянии нестабильности ча
стоты гетеродина на настройку, возможности излучения колебэ
JIИЙ гетеродина через приемную антенну.
Полоса пропускания приемника, в которой находится спектр
сигнала, образует основной канал приема. Частотные полосы, ко
торые примыкают к основному частотному каналу и могут быть
заняты спектрами посторонних сигналов, образуют соседние ка
налы приема. Однако колебания промежуточной частоты
могут
формироваться не только в результате преобразования сигнала в
.соответствии с формулой аfс+Мг = fпр, но и в результате •ейст
вия помехи с частотой fп в соответствии с формулой mfп+nfг
=
=fпр, где т, п равны О; ±1; ±2; ...
Попав в полосу пропускания тракта промежуточной часi'•ты,
эти помехи накладываются на принимаемый сигнал и искаже.ют
его. Полосы частот, в пределах которых образуются ложные сиг
налы, называются побочными каналами
приема. Наибольшую
опасность представляют зеркальный канал и канал прямого про
хож..11:ения (на промежуточной частоте). Если, например, основное
преобftазование частоты f пp
=
fг-fc (а=-1, �
=
1), то возможно
побочное преобр
_
азование при m=1 и n=-1, т. е. fпр
=
fп-fг. Та
кой канал приема помехи fп = f з.к называется зеркальным. Если
основной канал прием-а fo расположен ниже частоты fг на значение
fпр, то частота зеркального канала fз расположена симметрично вы
wе fr на значение fпр; если же fo= fг+fпp, то fз
=
fг-f пр,
Если частота помехи равна частоте fпр, на которую настроен
тракт промежуточной частоты (fn =f пp), и помеха не будет по,цав
лена в преселекторе, то она, как и помеха зеркальнqго канала,
проникнет в тракт промежуточной частоты и будет усилена. Этот
случай (m =1 и n=О) соответствует побочному каналу на ПftQМе
жуточной частоте.
Существуют также побочные каналы приема, связанные
с
дейст1шем гармоник гетеродина (частоты 2fг, Зfг . .. ) •
Треб�вания высокой селективности по соседнему и зеркально
му каналам нередко вынуждают применять в приемнике несквль
�о (два _или три) последовательных преобразований частоты, ,11.ля
ч_его соответственно используются несколько
преобразователей
(рис. 1.2,б). Каждый преобразователь имеет свою преобразован
ную частоту колебаний, прююдимую в последнем преобразовате-
14
ле к основной промежуточной частоте. В тракте основной проме
жуточной частоты обычно реализуется требуемая селективность
по соседнему каналу и основная доля необходимого усиления.
Все гетеродины преобразователей частоты охватываются системой
стабилизации частоты. Она необходима, так как изменение час
тоты гетеродина вызывает соответствующее отклонение преобра
зованной частоты от номинального значения fпч.н- Пусть номиналь
ная частота гетеродина fг.н изменилась на Лfг - Тогда fпp
=
fг-fc
=
= Uг.н+Лfг)-fс = fпч.н+Лfг- При высокой частоте гетеродина от
клонение fпр от номинального значения fnч.н, на которое настрое
ны селективные цепи тракта промежуточной частоты, может быть
значительным; оно влечет уменьшение коэффициента усиления
тракта, т. е. ухудшение чувствительности приемника. Смещение
спектра сигнала относительно полосы пропускания ведет к иска
жениям принимаемых сообщений. Наконец, вместо полезного
сигнала в полосу пропускания УПЧ может попасть помеха.
1.3 . ДИАПАЗОН РАБОЧИХ ЧАСТОТ
Диапазоном рабочих частот называется полоса, в пределах
которой может перестраиваться приемник. При плавной перест
ройке диапазон задается граничными частотами f о m1n • • •
fo mах
Относительная ширина диапазона оценивается коэффициентом
перекрытия
kд = fo maxlfо mln•
Для обеспечения большого kд при простоте настройки и сохране
нии качественных показателей приема диапазон разбив
·
ают на
поддиапазоны с коэффициентами перекрытия
kr1д i = (fnд maxffпд nr1п)1.
Значение kпд ограничено в первую очередь конструктивными воз
можностями настроечных переменных конденсаторов, у которых
максимальная Стах и минимальная Cm1n емкости находятся обыч
но в соотношении Стах:::::::: (25 .. . 5 0) Cmln• При этом
kпд = VCrnax/Cmln;::::::: 5 ··· 7.
С учетом добавления к Cm1n паразитной емкости цепи и особен
ностей назначения приемника принимают kпд� (2 ...3), причем kпд,
как правило, тем меньше, чем выше рабочие частоты и требуемое
.
качество приема.
Для разбивки диапазона на N поддиапазонов применяют спо
соб равных коэффициентов kпд i или способ равных частотных ин
тервалов для всех поддиапаз
.
онов. В первом случае kпд i = const и
kд = kNпд, откуда
k-.,,
=
Vfomaxlfomin-
]5
Число поддиапазонов N=lg kд/lg knд • Нетрудно убедиться, что
интервал частот N-го поддиапазона
ЛfодN=Лfoдl k�д
-l,
где Лfnдt - ширина 1-го поддиапазона, т. е. с увеличением номера
nоддиапазона N ширина ·поддиапазона растет.
Во втором случае Лfпд i = const, но коэффициенты k п11. i раз
личны:
kодN=1+Лfoд/[fo mlo+(N-1) Лfод],
т. е. с ростом N уменьшается kпд i
1.4 . ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ
ПРИЕМА РАДИОСИГНАЛОВ
Радиосигналы, приходящие в приемную антенну, искажены
из-за сложного характера распространения радиоволн, а также
из-за наложения радиопомех естественного и искусственного !Про
исхождения.
Среда распространения может содержать неоднородности, ко
торые вызывают поглощение и рассеяние энергии сигналов, мно
голучевое распространение, доплеровский сдвиг частоты и изме
нение поляризации волн. В результате возникают замирания, ис
кажения формы сигнала, межсимвольная интерференция.
Эти
помехи характеризуются случайными изменениями комплексной
передаточной функции среды распространения и
называются
мультипликативными. Эффекты, проявляющиеся в задержке лучей
и доплеровском ·сдвиге частоты, особенно -характерны для радио
линий с дальним тропосферным и ионосферным распространени
ем радиоволн.
Люния радиоовязи может ,расематр'!IIВаться ка�к 111естационар�ая ЛJ1неi'tная
система 1С'О СЛiучаЙ\Ными пара,мет:ра�ми. Пусть nередаваJ11Ся сигнал x(t) =X(t) Х
Хехр(jrot), 11.де XJ(t) -юома�леюаная о!1111бающая. П�
,
нимаемый оигна;л, отражен
ный эт,ментар-нымlН отражателЯМТ!, за.ключеюными в объеме рассе�ия, харак
теризуется сооmоше11111е�м
z (t) = � iчХ(t-Л t,) ехр (j (rо+л ro;) (t-Л/;)],
rде μ; =μ;(Лt;; Лrо;) - КО'МJПлексный коэффициент передаЧ'И. Тоrда С1ВОйства
среды 1раопространеl!'l!я можшо описа,rь 111ередаrо�ой функцией Й((J), t), ВЫ"IИС
ляемой как реа'КЦИя иа си1111ал вида x(t) =ex'P(jrot):
Й(f,i)= �μi exp(j(/Л(J) i -Л/;(J)-Л/;Лr
o
i))•
Фуи1Кция fl((J), t) пре�дставляет собой ю,,м,плеюсный нестац1ЮНарG1ый процесс, и
.для полной характерис'!1ИIКИ мулъти111лwкативных помех иеобход1иrмо знать ,м1110-
rоме�ое раОПIJ)еделен
,
ие их mероятноетей.
Электромагнитные колебания, суммирующиеся с полезным
сигналом, образуют аддитивные помехи. В зависимости от того,
16
входит источник мешающего излучения в состав данной системы
связи или нет, различают внутри- и внесистемные помехи.
К естественным помехам относятся атмосферные помехи, шу
мы теплового излучения Земли, космические шумы. Атмосферные
помехи создаются грозовыми разрядами, заряженными частицами
_(снег, капли, песчинки), воздействующими на приемную антенну.
К искусственным помехам относятся непреднамеренные и ин
дустриальные помехи, а также специально организованные поме
хи. Непреднамеренные помехи создают сторонние радиопередат
чики, сигналы которых могут попасть в основной или побочный
канал приема, а также гетеродины близко расположенных прием
ников. Индустриальные помехи создаются промышленным, меди
цинским, транспортным оборудованием и др.
Источниками внутренних помех являются электронные прибо
ры и э,1ектрические цепи приемника и связанных с ним устройст!!.
Способность приемника противостоять действию помех харак
теризует его помехоустойчивость. Помехи могут попадать в основ
ной канал приема (внутриканальные помехи)' или находиться вне
его (внеканальные помехи). Внеканальные помехи ослабляются с
помощью частотной селекции. Подавление внутриканальных по
мех, смешанных со спектральными составляющими сигнала, -
более трудная задача, и для ее решения используется различие
спектральных, статистических и других характеристик сигнала и
помех. Для этого применяют помехоу�тойчивые виды модуляции,
корректирующие коды и специальные способы обработки сигна
.1юв в приемнике.
Для количественной оценки помехоустойчивости используются
вероятностный, энергетический и артикуляционный критерии.
Вероя
т
ностный крнте.риil ущобен для д1ИСкретных сигналов при определе,нии
ере.дней ,вероЯ11нос11и :иокаження элементарного О!f11Нала
т
Р=�PtР(х1),
i=I
rде р(х1) - а111рио,рt11ая ве,роя11ность i-ro сигнала; р1 - в ероя'I'ность искажения
i-го с�mнала; т- объем алфавита ОН[1На11юв. E�JIIИ р1 =p0=const, Ч'Го, в часТ'l!о. '
сти, соо11ветс'I'вует �ичным сим:метряttDНЫIМ каналrом с часТО1111ой или фазовой
манипуляцией, то р=ро. Велll'!ина Ро ЯJВЛяется фун1К,Цией превыше,ния сигнала
над помехой. Это mревышение ооределЯ'\От либо как
h' = Эс/v�,
rде Э с - Эlнерmя сигнала; v2a - ооектралыная плотность мощнос'I'и помеХIИ, ли
бо при помехе в ВИ\Це гауссовок.ого шума как
h1 = Pc/Pm,
rде Ре , Pm - средние мощносru tиl'!laлa я флу,кту
.
ационных шумов. Завиоимость
р0 (h2) опреде,1яется видом модуляции сигналоо�, опособом nряема и свойс11вами
сре.ды распространения .радиО'Волн, а ее графих называетtя харак'Ге,рис
ти
,
кой помеrоустойчИВIО'С'JIИ. Вел11"11Ниа Ро 111е дает полного прещставлення о поме-
17
-хоу�тойчноос1;11. Вероятности искажен,ия сообщения н ош1ЮОчного Деl!{О!дИро
вания кодовой !Комбинации Рк зависят от свойств помех и слособа дек:одlliрова
яия. Для телеграфных каналов допуокается Рк = J0- 3
• •• 10-4, в системах пере
дачи �данных обы<юно Рк ,;;;;_ J0-6
•
Пр
.
и поэлементном прие
.
',!е с вероятностью оши
бочного дриема сl!IМвола Ро Рк = 1-(1-ро) ", где k-чпсло символов в ,кодовой
кuмбИ'Нации.
Для оцеНJКи оомехоустоliч'Нвости ПJ)'Иема аналоговых сигналов удобен энер,
rетическ.ий критерий - отноше,mе мощностей ИJIIII эффективных напряжений i:.ИГ·
111ала и помехи на выходе приемника при заданном отношенки СИ!'Нал-шум на
входе. ◊дJНако он не полно характеризует прохождение ОН!'налов и помех через
приемный тракт. Артикуляционный критерий качества телефонных каналов -
разборчив-ость речи.
1.5. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ РАДИОПРИЕМНИКА
Чувствительность приемника характеризует его способнес.ть
принимать слабые сигналы. Количественно чувствительность 0це
нивают минимальной ЭДС модулированного сигнала Ило в эквц
валенте приемной антенны или минимальной напряженностью по
ля Ело; минимальной мощностью сигнала Рло на входе приемни
ка. Первый случай характерен для приемников НЧ-ОВЧ, рабэта
ющих с открытой антенной: Ело используется для оценки чувстви
тельности при применении магнитных и штыревых антенн; второй
случай характерен преимущественно для приемников УВЧ и СВЧ.
В качестве эквивалента антенны применяют двухполюсники с
усредненными параметрами, близкими к вероятным параметрам
реальной антенны. На рис. 1 .3,а показан эквивалент открытой ан
тенны вещательных приемников НЧ-ВЧ, где R1 =50 Ом, -R:1 =
=320 Ом, С, = 125 пФ, С2 =400 пФ, L=20 мкГ. На НЧ-СЧ из-за
малости реактивного сопротивления X L можно использовать уп
рощенную схему (рис. 1 .3,6), а на ВЧ из-за большого XL и ма
лых Хе , и Хе , эквивалент содержит только сопротивление R o =
=iR1 +R2 (рис. 1.3,в). Эквивалентом антенны в виде полуволно
вого вибратора служит резистор с сопротивлением 75 Ом.
Различают чувствительность, ограниченную усилением, реаль
ную и пороговую чувствительности приемника. Чувствительн•сть.
еграниченн�я усилением, характерна для приемников со сравни
тельно малым усилением, принимающих сильные сигналы, т. е.
в условиях, когда помехи мало влияют на прием. Она определяет
ся при данной мощности на выходе приемника. Для приемников
аналоговых сигналов (например, звукового радиовещания) разпи•
чают номинальную и нормальную выходную мощность. Номиналь-
18
1,
R1 C�
�·�μ�
о)
Рис. 1.3
Ro
--c:J-
6)
ная мощность Рс.н есть наибольшая мощность, соответствующая
100%-й глубине модуляции входного сигнала при нелинейных ис
кажениях не выше заданной нормы. Нормальная мощность Рср
соответствует 30%-й глубине модуляции входного сигнала и со
ставляет 10% от Рс .н.
Реальная чувствительность приемника учитывает влияние соб
ственных его шумов и определяется минимальным уровнем сиг
нала на входе при заданных уровне сигнала и его превышении
над шумом на выходе h 2вых• Пороговая чувствительность опреде
ляется уровнем входного сигнала при h 2вых
=
1.
Следовательно, чувствительност� приемника зависит от его
коэффициента усиления К, уровня собственных шумов Иw.А1:,
приведенных ко входу антенны, и требуемого превышения h 2вых
Рассмотрим влияние этих факторов на чувствительность прием
ника АМ сигналов, подключенного к эквиваленту открытой ан
тенны. Коэффициент усиления приемника
К=И с .выхfтUА.с•
(1.1)
где m - коэффициент модуляции сигнала; ИАс - эффективное
напряжение несущей частоты сигнала в эквиваленте антенны.
Обозначим через Илом напряжение ИА.с, необходимое для созда
ния на выходе приемника напряжения Ис.вых- Тогда
ИАОм =И с.выхfт К.
( 1.2)
Следовательно, чувствительность, ограниченная усилением,
с
ростом К повышается (Илом уменьшается).
Для определения реальной чувствительности Илор (К) необхо
димо определить, как влияет К на уровень шумов на
выходе
Иw.вых- Реальный шумящий приемник, подключенный к шумяще
му эквиваленту антенны (рис. 1.4,а), заменим нешумящим прием
ником с генератором собственных шумов Иw.пр, приведенных к его
входу, который вместе с генератором шумов эквивалента антен
ны Иw.э .А образует генератор суммарного шумового напряжения
Uш.д J;, приведенного к эквиваленту антенны (рис. 1 .4,6), с эф
фективным напряжением в полосе пропускания приемника
Uw,A1:
=
Vи�.э .л+И�.пр.
f1)
Рис. 1.4
1
L ______ J
Ш!JМЯЩЦЦ
Л/ШВМНt.11(
б)
19
'lсд Uw.A :z;
)(mttt Ккр
Рис. 1.5
к
Если Иш.вых= КИш.дх,, ТО с
учетом
(1.1)
Им!Иш.лт. =
= Ис .вых/тИш.ВЫХ• При заданном
hвых = ( Ис! Иш) вых в эквиваленте
антенны необходимо
обеспе
чить превышение сигнала hл =
= Ило/ Иш.лт. . Отсюда реальная
чувствительность
ИАОР � hA Иш.АХ--
(1.3)
Если на рис. 1 .5 нанести зави
симости (1.2) и (1.3), то точка О
их пересечения соответствует кри
тическому коэффициенту уси•
ления Ккр- При К <Ккр усиление мало, Ило>hлИш .Ат,, Ис.вых>
>hвы хИш .вы х и реальная чувствительность Илор ограничена уси•
лением, т. е . совпадает с Илом- При К>Ккр Ило<hлИш .лт. и, если
ило = илом, то Ис.вы х<hвыхИ ш.вых, ЧТО не соответствует определе
нию понятия. реальной чувствительности. Чтобы обеспечить ра•
венство Ис. вых
= hвыхИш.вых,
надо увеличить Ило до значения
hлИш .лт.- Это означает, что реальная
чувствительность
не
зависит от К и определяется собственными шумами приемника. С
увеличением К выше Ккр напряжение Ис .вых растет, как и Иш.вы х,
а hвых сохраняется постоянным.
При заданной реальной чувствительности Илоэ .р целесообразно
проектировать приемник так, чтобы Ило э .р
=
6э .шqс.лИш.лт., где
6э .ш � 1 ... 2 - коэффициент запаса по шумам.
В процессе эксплуатации приемника возможно
уменьшение
коэффициента усиления, когда Илор окажется ниже заданного.
Чтобы избежать этого, обеспечивают запас по усилению. Расчет•
ный коэффициент усиления КР = 6 з .уКm1п, где 6з.у >1 - коэффици•
ент запаса. Для предотвращения перегрузки оконечного каскада
следует с помощью ручной регулировки установить значение Кр
близким к Ккр -
Чувствительность приемника зависит от частоты настройки.
При этом номинальная реальная чувствительность соответствует
наибольшему значению Илор.
Для вещател.ыных приемников в завJЮюмости от клас�са ,качесТ1ва зна'Чення
иомина.лЪ'НОй реалыюй ЧУ,В'СТ'ВИ�rе.ль!!ОСi1И в диапазонах НЧ и СЧ лежат в пре-
делах 50... 300 мкВ; в диапазоне ВЧ - 50 .. . 200 мкВ; в диапазонах ОВЧ и
УВЧ -3 ... 30 мкВ; для про
,
фоосиональных слухО1Вых приемников телеграфных
сяmалов (!!Jнапаоона ВЧ - рр 0,1 М1ЮВ; для телевизионных прие�юник<JВ - 200.,.
4•.500мкВ.
1.6 . ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ПРИЕМНИКА
К ВНЕШНИМ ВОЗДЕйСТВИ.ЯМ
Под вооприимчНJВОСТью 11LриемIО111Ка 111оиимают его peaIOJjИю 111а помеха�, дейсr•
•ующие через a,нrrewvy а другие входы:. Вкешшrе помеJ11И �Могут t1Зменять у,с.л�
20
вия лриеыа, но не 1ВJ1111ЯЮТ на олособ�ь 111риемиmса лрииюмать слабые О11111J1аль,
в 111х отсутствие. ВоолрН1111ИЧИIВiОСТЬ хараостеризуют мощностью, лло11Иостью лотока
МIОЩIИОС'ГИ, 11.алряжениостью элект,рического или иа11иитиоrо 111оля ломех. Прэ
оценке воолр111Имчнвос11И ,к !!lомехам, действующя,м ло Це!l!ЯIМ литания, управле
ния и коммутацИ'И, учитывают напряжение, ток и чаетоту ломех.
Высокая воолриимчивость элемеJ11ГОв 11р�иеиииков ос Л'ОМехам может вызы
вать нэмеиение режнма работы ,и ,умеиьшеняе отношения с11!11Нал-1Ломеха. Суж
дение о воолрwимчивосm алларату�ры может быть оубъективнш.� (на111рюмер, по
качеству вослронзведен
.
ия телефонных сш�налов, оцениваемому ооератором) или
объективным (иалример, ло числу накажеиных посылок при телеграфнои
приеме)
.
Элементы приемника, обладая восцриимчwвостью к помехам, могут и сами
я1мяться 111Сrочниками помех. Резисторы воолрюимчивы к помехам, вызывающим
изменение их сопротивления яз-за выоокочастотио110 нагрева и иаВО!дящим па
раз.и11ную ЭДС (особею10 пленочные и проволочные резwсторы олиральиой кои
струюции). С>.циовремеино резисторы создают тепловые шу�мы, коrорые могут
r.казываться в малош}'lмящих уоилителях. Ка
.
тушки создают паразитные электро
маnнитные · поля III адновременно восприимчивы к помехам. Кощдеюсаторы вос
приимчивы к 1радиоактивиом;у, 1ОВетовоиу, рентrенiО'ВОirо�у облучениям, вызываю
щим ионизацию диэлект,р!Ш{а.
Проводнt111юи с токО
1
м соэдают электр111Ческ-ие и м:а11иитны:е 111оля, деЙ'С'гвlуюЩ1Ие
на д1ругие элементы 111рнемнн
,
ка, и од1Ювреме111но воопринмчювы: к внеШ!Н.им по•
JШМ:. По,1\\}'1провод1никовы:е приборы: генерируют шу�м:ы и одновремеюио вооприим
чивы: к электромаnннтиым помехw, rамма-л
,
учаи и mp. Маломощные 11раи1Эисто
ры и дно;�;ы: с малой емкостью перехода (доли п111юофаращы) олоообяы l!!огло
щать э.нер11Ию элект,рома11ии11ны:х 1Полей, что может вывести их нз строя.
Восприимчивость электромеханн
:
чеоких переключателей 1К электромагнитным
помехам, кроме ннтенс111Вных 111омех, вызывающих пробой емкости контактного
промежутка, обычно мала. Дефекты штепсельных разъемов могут вЬl'Зывать пе•
регрев контактов, и:окрение, образование д1У
,
ги и, следоваrел:ыно, поЯВ1Лен
�
ие по
мех.
Меж,д,у блока
,
ми 111риеминоса возмо>ЮНы вэаимодейС'!'вия раз.ll'l!'ЧНОЙ природы,
вызЬ11вающие �рещ
1
Иые эффекты. Взаимодействие через магни11иое 11оле я
.
вляетtя
наиболее частой причиной поЯJВJJен111я помех, источникЗJми IЮОторых мо11ут быть,
например, мно11овитковые 1Ка11ушки и форNoИрователи �мпулl>СОВ тока с 1Крутьrма
фронтами. Воздейс11вие через электри
:
чесюое поле проявляется в виде ЭДС по
меJDи, наводимой из-за емкостей меж,д
�
у электрючеокими цепям-и. РаД1Иочастотиое
из.rnучение возн!l'кает !МеЖ!ду �соеuз,инwrел.ыиЬl}IИ праоодииосами н дРУ11ИМИ 1<1онструк
ционными элвментаМJИ приемника и окружающих объектов. КО1Итак11но-nотенци
альное �взаимодейстВtИе металлтес.к,иос юонt'J1Р}'IКU!ИЙ l!!роявл
,
яется •в изменении оо
протl!IВJlеи
�
Ия контактов, дуrовых разря�дах III разрушеини 1КонтаКТО1В из-за галь
ванючеокой и Э1Лектролитиче,схой коррозв.и. Световое излучеwне вози111Кает праr
использовании разлиЧ'ных фотоэлектр111Чеаких матернаVJов, шэмеwяющих свою про
воД;Нмо,сть или соз.даюш.их 1н,а
1
11ряжеиие в зависимос'11И от светового потока.
Все эти эффекты моr,ут ух,у,дшать показатели приеиll'ИIКЗ, в для их ослабле
вия прИIНнмаю11ея 000Тветс'11В)"ЮЩИе иеры.
21
1.7 . ВНУТРЕННИЕ ШУМЫ
РАДИОПРИЕМНИКОВ
Тепловые шумы. Любая цепь, имеющая омическое сопротив
ление, является источником теплового шума. Средний квадрат
ЭДС шума в полосе пропускания устройства определяется фор
мулой Найквиста
Е�=4kTПR,
( 1.4)
где k= 1,38· 10- 23 Дж/град- постоянная Больцмана; Т- абсо
лютная температура цепи; произведение kT характеризует интен
сивность тепловых флуктуаций в полосе I Гц при сопротивлении
1 Ом; П - полоса частот, в пределах которой измеряется ЭДС
шумов; R - активное сопротивление цепи. Шумы связаны только
с активным сопротивлением, поскольку они создаются тепловыми
, флуктуациями электронов. Реактивные составляющие обусловлены
магнитными и электрическими полями, в которых флуктуации
электронов отсутствуют.
Для анализа шумы цепей представляют эквивалентными гене
.раторами шумовых ЭДС Еш (рис. 1 .6,а) или токов (рис. 1.6,�)
lш=Y4kTПG,
(1.5)
rде G - активная составляющая проводимости цепи.
Источником шумов в колебательном контуре является сопро-
7ивление потерь r. Напряжение шумов на параллельном контуре
в Q раз больше ЭДС (Q - добротность контура, величина, обрат
ная затуханию d}. Поэтому с учетом (1.5)
Ишк = QЕш
= QY4kTПr= Y4kT IIR0•
(1.6)
При комнатной температуре Т=То = 293 К Ишк � УRП/8, где
Uшк измерено в микровольтах, R - в килоомах, а П - в килогер
цах. Здесь R o = Q 2r - резонансное сопротивление параллельного
контура. Шумы можно представить также эквивалентным генера
тором тока (1.5) с проводимостью Go = 1/R o.
Шумы антенны. В приемной антенне действуют тепловые шу
· мы, связанные с сопротивлением потерь антенны, и шумы, воз
- н ик ающие вследствие приема . излучений космоса, атмосферы и
:земли. Роль тепловых шумов антенны незначительна, а средний
квадрат ЭДС шума от внешних излучений удобно оценивать со
отношением вида (1.4):
Е�л =4.kТл rл П,
(1.7)
где Тл =t лТ- шумовая температура антенны, определяемая как
эквивалентная температура, при которой тепловые шумы сопроти
в.11ения гл такие же, как и действительные шумы антенны. Удоб
но рассматривать Тл как сумму составляющих: Тл = Тн+Татм +Т1,
Здесь Тн, Татм и Тз - значения шущ>вой температуры, обусловлен
ные соответственно попадающими в антенну космическими шума-
.22
RХ
ЕaJ
Рис. 1 .6
rn
шо)
Рис. 1.7
ми, а также влиянием атмосферы и Земли. Кроме того, Тл зависит
от диапазона частот, от диаграммы направленности антенны и е�
ориентации.
Шумы усилительных приборов. Из курса электронных приборов известно"
что источниками внутренних шумов биполярных Тlран.зисторов являются: тепло
вые флуктуации ,носителей зарядов в базе, эмиттере и коллекторе; флуктуации,
эмиттерного и коллектороого токов (дробовые шумы); флуктуации перераспре.:
де,,ения тока эмиттера между электро1дами. Для оценки шумовых свойств трая
зистоJюв вво
,
дяТ1Ся шумовые па п>аметры: шумовое сооротимение
R
е h21эi1t
h21эiэ
� ----- =20---
m
2kT IY21l2
IY21l
2
и отнкителъная шум9вая температура входной проводимост
,
и
(1.8),
(1.9)-
Здесь е - заряд электрона; h218 - коэффициент усиления транЗ111стора по тои�у;
при �ключе
.
нии с общей базой; iэ - постоянный ток эмиттера; fб - сопротивле
ние базы; <О - уг ловая рабочая частота; У21, G a x, Са х - параметры тра
1
Нзистара_
ШумО1Вые свойства Тlранзистора зависят от режима его· питан
,
ия и от частоты.
Шум1tвое сопротивление составляет 1десятки ом , а относнтелыная шумовая темпе-
ратура входной проводимости редко превышает едИ'Ницу.
Эквивалентную шумовую схему транзистора с генераторами
шумового тока и напряжения, вынесенными на вход усилительно•
го прибора, можно представить в виде рис. 1.7 . Генератор ЭДС.
шумов
Иш
=
V4kTПRш
{l.10)-
ото�ражает дробовые шумы и шумы токораспределения коллек
торного тока. Генератор шумового тока
fш.вх= V4kТвх Оьх fl
{1.11)
учип,шает тепловые, дробовые шумы и шумы токораспределения:
в цепи б?ЗЫ. В (1.11) Твх
=
fвх Т-шумовая температура входноА
проводимости. Схема на рис. 1 .7 справедлива для всех способов,
включения усилительного прибора (ОЭ, ОБ, ОК); различаются
только параметры (1.8) и (l.9).
В полевых транзисторах наблюдаются тепловые шумы в токо
проводящем канале, дробовые шумы затвора и тепловые шумьt
ВХОАНОЙ проводимости.
ТепJJОВЬ1е шумы в ТОК'ОПJIО'В�дящем ка!!Nlле харааtтер11'З')'Ются шумовым со-
111ротН'В\11ением
Rm=(0,6...0,75) /S,
(1.12)
't1де S - крутШ11На характерll'Стики.
ДробовыА W}'1М за11вора вначителыно м�ьше теплового шума вхО1ДJноА про
- в о.1.имости, .и его обычно не уч,и,rЬЮ1ают. Относительная шумовая темпе�ратура
входной ПIJ)Ов-оди,м-ос11и Gвх полевого транзистора
fвr.�1.
(1.13)
-Эквивален
'
Гная wу,моrвая сх.ема полевого тра111зистора совпащает с рис. ,J.7, ме
Иш и lш .вх ооределяются выражениями (1.1)0) и ,(1.11) s учетом (1.12) и (1.13).
Такая же схема и у электро/llНОЙ лампы. У трехэлектрод1ной лампы, на1Прнмер,
Rш = (2...3)/S и l<tвх<б.
Коэффициент 111ума. Источник сигнала, используемый при
испытании приемника, является и источником шума, характери
:зуемого выражением (1.4) или (1.5). Максимальную мощность ис
·точник отдает в согласованную нагрузку; это номинальная мощ
,ность
Рв.яом = Е�/4Rи
=
l;/4G8 •
(1.14)
Б соответствии с (1.4)·,
' (1.5)', (1.14) номинальная мощность шу
мов источника не зависит от сопротивления источника:
Рв.ш.яом = k Т П.
(1.15}:
При отсутствии согласования мощность шумов от источника
Ри.ш.вом
=
ТJkТП.
(1.16)
Здесь ТJ=Р/Рном - коэффициент рассогласования.
Для оценки шумовых свойств источника сигнала используют
отношение средней мощности сигнала к средней мощности шумов.
В четырехполюснике, через который проходит сигнал от источни
ка, отношение сигнал-шум ухудшается вследствие добавления
собственных шумов четырехполюсника. Шумовые свойства четы
рехполюсника характеризуется коэффициентом шума, который по
казывает, во сколько раз уменьшается отношение сигнал-шум на
выходе по сравнению с отношением сигнал-шум на входе:
Ш=
(1.17)
где к,;,=Р с .вых/Ре .и - коэффициент передачи по мощности. Произ
. ведение КРР ш .и представляет собой мощность шумов на выходе от
:источника сигнала. Отсюда видно, что коэффициент шума опреде
.ляется отношением полной мощности выходных шумов к ее части,
создающейся за счет шумов от источника сигнала. Поэюму (1.17)
можно записать так:
'24
Ш = Рm.и Кр+РшсоО=I+
РW,И Кр
(1.18),
где Р ш.со6 - мощность собственных шумов на выходе четырех
полюсника.
Понятием коэффициента шума можно пользоваться лишь длm
линейного устройства; в приемнике - это тракт до детектора_
Коэффициент шума пассивного четырехполюсника (например, ан
тенного фидера) при согласовании его с источником сигнала и.
нагрузкой определяется коэффициентом передачи по мощности
Ш= l/Кр.
(1.19}
При потерях в пассивной цепи КР< 1, Ш> 1.
Для сравнения шумов с сигналом на выходе удобно относить.
все шумы ко входу, полагая, что сам приемник не шумит, а лишь..
усиливает входные шумы. Из (1.18) шумы четырехполюсника, от
несенные ко входу,
Pw.ox = Рш.соб/Кр = (Ш-1) Рш.и
(1.20)
или с учетом (1.16)
Рш.вх
= (Ш-1) rikT П.
(1.21)·
Найдем коэффициент шума линейного тракта из последова
тельно соединенных четырехполюсников, например усилителей;
(рис. 1.8). Каждый четырехполюсник характеризуется коэффици
ентом передачи по мощности KPt и коэффициентом шума Шi, Пред
положим, что коэффициенты рассогласования Т]1, Т]2, ... , Т] n на сты
ках четырехполюсников известны. Corласно (1.17).
Ш=
·
1 + (tl Рw.выхi)/ Рш.и.вых•
(1.22}
где Р ш.н.вых
=
Рш .нКР,К Р, ... KPn - мощность шумов от источника
сигнала. С учетом (1.16)
рш.и.вых = ТJ1kтпКР, КР, к
.
..
(1.23►,
Мощность шумов первого четырехполюсника на выходе в соответ
ствни с (1.21)
Рm.вых, = (Ш1 -1) Т]1kTПКР, КР, КР,
..
.
(1.24).
Шумы каждого последующего· четырехполюсника усиливаютсw
всеми каскадами, кроме предыдущих. Поэтому аналогично (1.23)
Рш.вых1 = (Ш2-1) f/2kT П КР, КР, КР.
..
.
,
Рш.вых1 = (Шз-1) '1']3kTПКР, КР. КР, .. . ,
(1.25),
......
1
1
1
Kpt
Кр2 1
1 Кр11
Ун1
1
1
Rн
1
1
1
/и
1Шt
Ш21
1Ш11
1
11
1
1
1·
�
i�
Р■с. 1.8
25