Глава 1 (лекции по УППС (УПОС))

2018-01-12СтудИзба

Описание файла

Файл "Глава 1" внутри архива находится в следующих папках: лекции по УППС (УПОС), Глава1. Документ из архива "лекции по УППС (УПОС)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "радиоприёмные устройства" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "радиоприёмные устройства" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "Глава 1"

Текст из документа "Глава 1"

Глава 1. Характеристики радиоприемных устройств

1.1 ФУНКЦИИ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

В соответствии с занимаемым в радиоканале местом РПрУ обеспечивают четыре основные функции: выделение (селекция) сигнала; усиление сигнала; ослабление помех, присутствующих на входе; детектирование радиочастотных сигналов – восстановление первичного сигнала, соответствующего передаваемому сообщению.

Основные функции современ­ного РПрУ реализуются путем выполнения других сложных функций, например: частотное преобразование принимаемых радиосигналов с целью перенесения в область частот, где обеспечиваются наи­лучшие условия их обработки; изменение параметров РПрУ для достижения заданного или наилучшего качества его работы (адап­тация) при изменениях электромагнитной обстановки в месте приема, определяемой совокупностью всех помех.



Рис. 1.1. Структурная схема РПрУ

Основные функ­ции РПрУ отражены на обобщенной структурной схеме – рис.1.1. В схеме выделено пять функ­циональных блоков — трактов. В усилительно-преобразовательном тракте (УТ) осуществляется выделение полезных сигналов из всей совокупности поступающих от антенны А помех, не совпадающих по частоте с сигналом, и усиление энергии сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы после­дующих каскадов. В УТ сигнал преобразуется нелинейными элементами и с ним могут производиться не­которые нелинейные процедуры (смещение спектра, ограничение амплитуды и др.), однако принимаемая информация в этом тракте существенно не искажается и по отношению к первичному сигналу его можно считать линейным.

В информационном тракте (ИТ) производятся основная обра­ботка сигнала с целью выделения содержащейся в нем информа­ции (демодуляция) и ослабление мешающего воздействия помех. Важнейшая задача информационного тракта – выделение информации с максимальной достоверностью (оптимальный прием). В составе ИТ предусматриваются оптимальные фильтры, цепи последетекторной обработки, следящие системы час­тотной (ЧАПЧ) и фазовой (ФАПЧ) автоматической подстройки частоты, используемые для демодуляции сигнала, а также для его поиска и сопровождения по частоте, фазе и задержке.

Гетеродинный тракт (ГТ) преобразует частоту собственного или внешнего опорного генератора и формирует сетки частот, необходимые для работы преобразователей частоты в УТ, следя­щих систем и устройств обработки сигнала в ИТ. Зачастую это сложное самостоятельное устройство – синтезатор частот (СЧ), обеспечивающий работу и других подсистем радиосистемы, преж­де всего РПрУ.

Тракт адаптации, управления и контроля (ТАУК) предназначен для управления режимом работы РПрУ (ручного, дистанционного и автоматизированного) и отражения качества его работы на соответствующих индикаторах. ТАУК управляет включением и выключением, поиском и выбором сигнала, адаптацией к изменяющимся условиям работы.

В оконечном устройстве (ОУ) энергия принятого и усиленного сигнала используется для получения требуемого выходного эф­фекта – акустического (телефон, громкоговоритель), оптического (кинескоп, дисплей), механического (печатающее устройство).

Вторичный источник питания (ВИП) преобразует энергию первичного источника, в форму, удобную для использования непо­средственно в РПрУ. ВИП содержит: преобразователи напряжения, выпрямители, фильтры, стабилизаторы напряжения.

Радиоприемные устройства обладают всеми свойствами, ха­рактерными для подсистем сложной системы. Они взаимодейст­вуют с другими элементами радиосистемы (РПдУ, антенной, уст­ройствами управления и контроля и др.), с окружающей средой и оператором. в том, что Отдельные тракты, блоки и узлы РПрУ управляют одними и управляются другими элементами подсистемы – в этом проявляется иерархичность структуры информационных радиосистем. Прием сигналов всегда осуществляется в ус­ловиях воздействия недетерминированных, непредсказуемых по­мех – функционирование приемной подсистемы имеет стохастиче­ский характер.

Структурная схема на рис.1.1 наиболее общая. В конкретных РПрУ отдельные связи между трактами и даже некоторые тракты могут отсутствовать. Отдельные тракты могут выполнять несколько ограниченный набор функций. Упрощение структуры приемного устройства и ограничение функций отдельных трактов снижают полноту реализации возможностей радиоприема. Качество приема и обработки сигналов улучшается при объединении не­скольких РПрУ в радиоприемные системы, управляемые на основе адаптивных алгоритмов. В таких системах каждое РПрУ принимает одну и ту же информацию в различных условиях при­ема (на разных частотах, в пространственно разнесенных точках, с разными антеннами и т. д.) и под управлением компьютера осу­ществляется обработка всех принятых сигналов или выделение сигнала, соответствующего наилучшим условиям приема. В многоканальных систе­мах радиосвязи РПрУ содержат дополнительный тракт раз­деления каналов с оконечными устройствами в каждом канале.

1.2 КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАДИОПРИЕМНИКОВ

Качественные показатели РПрУ определяются электрически­ми, конструктивно-эксплуатационными и производственно-эконо­мическими характеристиками.

Важнейший показатель качества радиоприем­ника — чувствительность характеризует способность принимать слабые сигналы. Количественно чувствитель­ность оценивается минимальной ЭДС в антенне еао (для РПрУ умеренно высоких частот) или номинальной мощностью Рао (для РПрУ СВЧ) модулированного сигнала, при которых на выходе приемника сигнал воспроизводится с требуемым ка­чеством. Требуемое качество зависит от выбранного критерия. Например, задается уровень энергии выходного сигнала, обеспечивающий нормальное функционирование оконечного устройства при определенном отношении мощности сигнала к мощности шумов (С/Ш). Часто выбирается какой-либо из вероятностных критериев.

Чувствительность характеризует качество радиоприем­ника и тех случаях, когда внешние помехи мало влияют на прием, что характерно, например, для приемни­ков со сравнительно малым усилением в УТ, принимающих до­статочно сильные сигналы. При этом чувствительность ограниче­на усилением УТ: чем выше усиление, тем больше уровень сиг­нала на выходе РПрУ и тем легче получить нужное качество приема.

В реальных условиях эксплуатации РПрУ чаще име­ют место ситуации, когда нельзя пренебречь влиянием помех на радио­прием. Если сигнал и помеха сравнимы, то увеличение усиления энергии сигнала в УТ не приводит, очевидно, к росту чувствительности и наименьший уровень сигнала, который может быть принят, определяется фактически только уровнем помех.

Помехи, влияющие на качество приема сигналов, могут быть как внешними, так и внутренними. Внешние помехи имеют индустриальное или природ­ное происхождение. При неудовлетворительной электромагнитной совместимости помехи могут создаваться другими радиосистемами. На выходе РПрУ при­сутствуют также помехи, обусловленные внутренними шумами – флуктуационными процессами в его элементах. В отсутствие внешних помех чувствитель­ность приемника определяется его внутренними шумами. Например, в диапазоне СВЧ уровень внешних помех сравнительно мал и решающее значение имеют внутренние шумы РПрУ. Чувствительность, ограниченную внутренними шумами, количественно оценивают реальной или пороговой чувствительностью, коэффициентом шума или шу­мовой температурой.

Избирательность – способность РПрУ выделять сигнал, ослабляя действие мешающих процессов – помех. Избирательность (селективность) основана на использовании тех или иных различий сигналов и помех: направления прихода и времени действия, поляризации, амплитуды, частоты и фазы.

Пространственная избирательность достигается с помощью остронаправленных приемных антенн или путем электронного уп­равления синтезированной диаграммой направленности фазированной антенной решетки. Поляризационная избирательность реа­лизуется также приемной антенной, настраиваемой на вид поля­ризации волны полезного сигнала. Временная избирательность (при приеме импульсных сигналов) достигается отпиранием при­емника только на время действия сигнала.

Частотная избирательность имеет основное значение для систем радиосвязи, в которых сиг­налы обычно отличаются по частоте и их разделение осуществ­ляется с помощью резонансных цепей и фильтров. При оценке качества РПрУ следует различать од­носигнальную и эффективную частотную избирательность.

Односигнальная избирательность определяется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) фильтров УТ приемника при действии на его входе только одного малого сигнала (или помехи), не вызывающего нелинейных эффектов. Норми­рованной АЧХ УТ называют величину

(f) = K(f)/K0, (1.1)

где K(f) модуль коэффициента усиления (передачи) УТ по на­пряжению на произвольной частоте f ; Ко — резонансный коэффи­циент усиления на частоте настройки приемника f0.

Se

Se [дБ]





Рис.1.2. Характе­ристики односигнальной избирательности

Количествен­но односигнальная избирательность РПрУ – величина, обратная (f)

Se = K0/K(f), (1.2)

– определяет ослабление помехи при заданной ее расстройке f = f f0 относительно f0. Зависимость Se(f) – характе­ристика односигнальной избирательности – рис.1.2, а).

Современные РПрУ характеризуются весьма зна­чительными пределами изменения Se(F), поэтому обычно используется оценка избирательности в децибе­лах:

Se[дБ] = 20lg[K0/K(f)] – рис.1.2, б).

Практический интерес представляют значения избирательности в области частот, на которых в УТ могут попасть помехи. Поэтому избира­тельность РПрУ часто характеризуется рядом численных значе­ний для определенных побочных каналов приема:

Sei = K0/KПi, где KПiкоэффициент усиления (передачи) УТ на частоте помехи fПi i-го побочного канала.

Идеальная характеристика избирательности – прямо­угольная с полосой пропускания, равной ширине спектра сигнала, в пределах которой Se = 1, а за ее пределами Se . Такая характеристика обеспечивает неискаженное воспроизведение спектра сигнала и бесконечно большое подавле­ние любой внеполосной помехи. Для оценки степени близости ре­альной характеристики избирательности к идеальной использует­ся коэффициент прямоугольности

kп = П / П0,7,

где П0,7 — полоса пропускания УТ на уровне  0,707 (3 дБ) и П полоса на заданном уровне , который выбирается равным одному из зна­чений: 0,1; 0,01; 0,001 и т.д. Для идеальной характеристики kп = 1 – избирательность тем выше, чем ближе коэффициент пря­моугольности к единице. Иногда степень близости реальной харак­теристики избирательности к идеальной оценивают средней кру­тизной ее скатов или ослаблением при заданной расстройке от частоты f0.

1.2.1 Эффективная час­тотная избирательность

В большинстве систем радиосвязи и радиовещания сигнал принимается на фоне одной или нескольких значительных по уровню внеполосных помех, при этом даже незначительная нелинейность УТ приводит к таким эффектам, как перекрестная мо­дуляция, сжатие амплитуды, блокирование, интермодуляция. Пе­рекрестная модуляция проявляется в переносе модуляции помехи на полезный сигнал. Если колебание сигнала модулировано, перекрестная модуляция ухудшает отношение сигнал/помеха (С/П) или делает прием сообщения вообще невозможным. Сжатие амплитуды радиосигнала, т.е. нарушение линейной зависимости между амплитудами сигнала на выходе и входе УТ, наблюдается в режиме большого полезного сигнала и обусловлено уменьшением средней крутизны усилительных приборов (УП) за период под его воздействием. Блокирование полезного сигнала возникает также вследствие уменьшения коэффициента усиления УТ, но уже под действием сильных мешающих сигналов с частотами, отличающимися от частот основного и побочного каналов приема.

Интермодуляция проявляется при воздействии на нелинейный элемент в УТ двух или более процессов с частотами fП1, fП2, fП3, ... — на выходе этого элемента возникает слож­ный спектр интермодуляционных колебаний вида mfП1nfП2 pfП3 ..., где m, p, n — целые числа. Если частоты одной или нескольких составляющих этого спектра совпадают с частотой на­стройки РПрУ или любого побочного канала приема, такие со­ставляющие усиливаются в УТ наравне с полезным сигналом, на­кладываются на него, снижают отношение сигнал/помеха и искажают при­нимаемое сообщение.

В условиях действия сильных помех, приводящих к нелинейным эффектам, наиболее полную характеристику избирательных свойств приемника дает эффективная (многосигнальная) час­тотная избирательность. Для оценки двух- или трехсигнальной избирательности на вход приемника от измерительных генерато­ров подаются соответственно два или три колебания, имитирую­щие сигнал и помехи с определенным соотношением частот и па­раметров модуляции.

Помехоустойчивость – способность РПрУ обеспечи­вать нормальное функционирование в условиях воздействия опре­деленной совокупности помех. Для количественной оценки помехоустойчивости используются различные критерии: вероятностный, энер­гетический, артикуляционный. При приеме дискретных сигналов применяется вероятностный критерий, основанный на определении средней вероятности искажения элементарного сигнала ро, которая зави­сит от превышения сигнала над помехой h. График функции ро(h) называется характеристикой помехоустойчивости, вид кото­рой зависит от типа модуляции сигнала, свойств среды распро­странения электромагнитных волн и других факторов. Для оценки помехоустойчивости приема аналоговых сигналов используется энер­гетический критерий, основанный на измерении отношения мощ­ностей (или эффективных напряжений) сигнала и помехи на выходе РПрУ при заданном отношении С/Ш на входе. Артикуляционный критерий – помехоустойчивость приема речевых сообщений определяется путем эксперт­ной оценки разборчивости передаваемых тестовых текстов.

Реальная чув­ствительность, избирательность и помехоустойчивость, в значи­тельной мере определяют характеристику электромагнитной со­вместимости (ЭМС). Характеристика электромагнитной со­вместимости отражает возможность РПрУ работать как в комплексе с радиоэлектронными устройствами данной радиосистемы (внутрисистемная ЭМС); так и с другими радиосистемами (межсистемная ЭМС). Указанные показателя характеризуют прежде всего восприимчивость радио­приемника к мешающим электромагнитным воздействиям через антенну и по цепям питания, управления и коммутации. Следует отметить, что содержащиеся в РПрУ генераторные, циф­ровые и иные устройства создают узкополосные или широкопо­лосные электромагнитные излучения, которые могут явиться по­мехами для других радиоэлектронных средств. Проблема обеспе­чения ЭМС возникает, например, при размещении РПрУ вблизи РПдУ на подвижных объектах (судах, самолетах, космических аппapaтax) или при работе с общими антеннами.

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5075
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее