Супергетеродинные приемники

В этом приемнике сигналы частоты f_C преобразуются в преобразователе частоты ПЧ, состоящем из местного автогенератора – гетеродина и смесителя частот, в колебания фиксированной промежуточной частоты f_ПР, на которой и осуществляется основное усиление и частотная селекция. Из теории нелинейных электрических цепей известно, что преобразователь частоты основан на применении нелинейного элемента, но преобразователь изменяет только частоту сигнала, не влияя на форму модулирующей функции, т.е. действует в отношении принимаемого сигнала как линейная параметрическая цепь.

При подаче на входы преобразователя сигнала с частотой f_C и от гетеродина с частотой f_Г на выходе его получают колебания с комбинационными частотами. Резонансная цепь на выходе преобразователя настроена на частоту f_ПР, представляющую собой разность или сумму частот f_C и f_Г.

Через выделяемую преселектором полосу частот помимо спектра полезного сигнала, проходят помехи двух или нескольких соседних каналов. Селективные цепи УПЧ выделяют из полосы частот, пропущенной преселектором, более узкую полосу, занимаемую нужным сигналом, и подавляют помехи.

Преобразование частоты обуславливает особенности супергетеродинного приема, которые проявляются прежде всего в образовании побочных каналов приема, влиянии нестабильности частоты гетеродина на настройку, возможности излучения колебаний гетеродина через приемную антенну.

Полоса пропускания приемника, в которой находится спектр сигнала, образует основной канал приема. Частотные полосы, которые примыкают к основному частотному каналу и могут быть заняты спектрами посторонних сигналов, образуют соседние каналы приема. Однако колебания промежуточной частоты могут формироваться не только в результате преобразования сигнала, но и в результате действия помехи. Попав в полосу пропускания тракта промежуточной частоты, эти помехи накладываются на принимаемый сигнал и искажают его. Полосы частот, в пределах которых образуются ложные сигналы, называются побочными каналами приема. Наибольшую опасность представляют зеркальный канал (если f_C = f_Г – f_ПР, то f_З = f_Г + f_ПР) и канал прямого прохождения (на промежуточной частоте f_ПР).

«+»: резонансные цепи тракта промежуточной частоты не нужно перестраивать, что упрощает их конструкцию; благодаря постоянству коэффициента усиления ослабляется зависимость общего коэффициента усиления приемника от частоты настройки;

«-»: появление дополнительных каналов приема.

5. Приемники прямого преобразования: Значение промежуточной частоты принимают равное нулю.

1. 3,4. Качественные показатели РПУ.

Чувствительность, частотная селективность.

1. Диапазон рабочих частот – область частот настройки, в пределах которой обеспечиваются все прочие технические характеристики. f_min….f_max – границы области, в которых приемник можно перестраивать.

Относительная ширина диапазона оценивается коэффициентом перекрытия: k_Д = f_max/f_min. Этот коэффициент показывает во сколько раз можно изменять частоту. Обычно принимают k_Д 2 – 3. Для обеспечения большого k_Д при простоте настройки и сохранении качественных показателей приема диапазон разбивают на поддиапазоны с коэффициентами перекрытия k_{ПД i} = (f_{ПД max} / f_{ПД min})_i.

2. Чувствительность. Чувствительность приемника характеризует его способность принимать слабые сигналы. По мере увеличения чувствительности, мы придем к тому, что не сможем решать задачу помехозащищенности.

А) Чувствительность ограниченная усилением – это минимальный уровень входного сигнала приемника, при котором обеспечивается заданный уровень сигнала на выходе. Эта чувствительность характерна для приемников со сравнительно малым усилением, принимающих сильные сигналы, т.е. в условиях, когда помехи мало влияют на прием. Она определяется при данной мощности на выходе приемника. (Не заходим в область шумов).

Б) Реальная чувствительность – это минимальный уровень входного сигнала, при котором обеспечивается заданный уровень сигнала на выходе и ОСШ на выходе не хуже заданного. (Можем заходить в область шумов).

В) Пороговая чувствительность – это минимальный уровень входного сигнала, при котором ОСШ на выходе равно единице.

Г) Эффективная чувствительность – это минимальный уровень входного сигнала, при котором обеспечивается заданный уровень сигнала на выходе и соотношение (сигнал/(шум + помеха)) не хуже заданного.

Чувствительность измеряется: на частотах до 100 МГц – 1ГГц: мВ, мкВ; на более высоких частотах: мВт, мкВт. Или P_ВХmin = -120 дБ/мВт = 1 мВт*10e-12. Чувствительность также определяется в виде шумовой температуры: T_Ш = 300 К.

Для приемников со встроенной антенной: E_ВХ = 5 мВт/м – напряженность поля, при котором обеспечивается уровень входного сигнала, ОСШ и т.д.

3. Частотная селективность (избирательность). (Полезный сигнал и помеха отличаются друг от друга своими характеристиками).

Односигнальная частотная селекция - величина, определяемая коэффициентом передачи приемного тракта в зависимости от частоты входного сигнала при отключенных автоматических регулировках и уровня входного сигнала, не вызывающим проявления нелинейных эффектов.

У супергетеродина есть основной канал, зеркальный, промежуточный и т.д. Наша задача выделить основной канал и подавить остальные:

Пользоваться этой зависимость сложно, поэтому пользуются цифрами, которые характеризуют отдельные области:

Полоса пропускания – полоса частот, в окрестности рабочей частоты, в пределах которой неравномерность коэффициентов передач не превышает заданную величину:

Уровень, на котором определяется полоса пропускания может быть (неравномерность коэффициента передачи):

D = 0.2 – 0.5 дБ – для сотовой связи.

D = 6 дБ – связная аппаратура.

Избирательность по соседнему каналу – подавление сигнала на соседней частоте. Это выполняют ФСС – фильтры сосредоточенной селекции.

Селективность по соседнему каналу – соотношение между коэффициентами передачи на рабочей частоте к коэффициенту передачи при заданной расстройке, обычно равной шагу между соседними станциями.

Коэффициент прямоугольности: K = Df_З / Df. Df_З – полоса пропускания по заданному уровню. Df – полоса пропускания приемника.

- коэффициент прямоугольности. Он показывает будет ли нашфильтр обеспечивать селективность по соседнему каналу.

Селективность по дополнительным каналам – соотношение коэффициента передачи на основной частоте к коэффициенту передачи канала на зеркальной частоте.

4. Верность воспроизведения сообщения – уровень искажений, вносимых приемником при обработке сигналов. Это способность приемника в отсутствии помех воспроизводить на выходе с заданной точностью закон модуляции входного сигнала. Количественно верность оценивают изменением формы выходного сигнала по отношению к модулирующей функции, т.е. искажениями. Различают линейные и нелинейные искажения.

Линейные искажения обусловлены инерционностью элементов приемного тракта и не сопровождаются появлением в спектре новых составляющих; они не зависят от входного сигнала и глубины модуляции. Искажения могут быть амплитудными и фазовыми; первые проявляются в изменении соотношения амплитуд спектральных составляющих, вторые – в неравенстве времен запаздывания этих составляющих.

5. Помехозащищенность – способность РПУ выполнять свои функции при действии помех. Помехи могут попадать в основной канал приема (внутриканальные помехи) или находиться вне его (внеканальные помехи). Внеканальные помехи ослабляются с помощью частотной селекции. Подавление внутриканальных помех, 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 помехоустойчивые виды модуляции, корректирующие коды и специальные способы обработки сигналов в приемнике.

6. Динамический диапазон – диапазон граничных уровней входного сигнала, при котором обеспечиваются все прочие технические характеристики. Минимальная граница – чувствительность приемника. Максимальная граница – определяется проседанием технических характеристик. При увеличении амплитуд сигналов возникает перегрузка тракта радиочастоты, сопровождающаяся искажениями сигналов. Отношение максимально допустимого напряжения входного сигнала к чувствительности приемника характеризует его динамический диапазон . Чтобы расширить динамический диапазон, используют электронные приборы с большим линейным участком ВАХ и автоматическую регулировку усиления.

7. Параметры ручных и автоматических регулировок:

- регулировка усиления, предотвращающая перегрузку и обеспечивающая нормальный режим работы оконечного устройства;

- регулировка полосы пропускания, позволяющая ослабить помехи из соседних каналов приема;

- автоматическая подстройка гетеродина;

- управление ориентировкой антенны или коммутация антенны с различными диаграммами направленности;

- коммутация антенн с различной поляризацией.

8. Конструктивные параметры. Эти характеристики включают стабильность параметров и показателей, эргономичность, надежность, ремонтопригодность, энергетическую экономичность, массо-габаритные показатели, стоимость, мобильность и др.