книги / Радиоприемные устройства.-1

Q

5

Как следует из рис. 6.28, U ^ = й х + (J2 , йд2 = + из . Таким образом,

в симметричной схеме	с одинаковыми элементами |й д 11= |ид21п ри /с = /
На нагрузке диодов в	симметричной схеме напряжения будут одинаковы по

величине и противоположны по знаку. В результате	tA	= 0.
Если частота / с =£ / , то между векторами k	и lfc появляется фазовый
сдвиг, знак которого определяется неравенствами / с		$ / (см. рис. 6.29, в ) .

Тогда |йд11Ф |й д2| и на нагрузке диодов напряжения будут различные, в ре­ зультате чего СА Ф 0.

Исследования показывают, что частотная характеристика детектора (см. рис. 6.28), т. е. его детекторная характеристика, определяется функцией

>/!+ (* +0,5а У. -	V 1 +(I - ОМУ
vKS) =	(6J61)
VO

|=(2ДЛ2)//0 .

автоматическое изменение входного сопротивления влияет на коэффициент усиления транзисторного усилителя на VT: с ростом U усиление падает, с падением Um —возрастает.

Внедрение интегральной технологии позволило создать частотно-фазовые детекторы, не требующие неинтегрализуемых колебательных LC-контуров. Одна из возможных структур такого детектора представлена на рис. 6.31. Для преобразования ЧМ в ФМ служит интегрализуемая линия задержки, фазовый сдвиг в которой пропорционален частоте = Всот . Далее преобразованный таким образом ФМ-сигнал поступает на фазовый детектор любого вида (см. § 6.3), сигнал на выходе которого с определенной точностью повторяет закон изменения фазы, а следовательно, и частоты.

6.4.3. Частотно-импульсные детекторы

Сигнал ЧМ ul (f) в частотно-импульсных детекторах сначала преобразуется в последовательность импульсов с неизменной амплитудой и2( t). Так как час­ тота преобразуемого сигнала изменяется, то и2 (t) имеет вид сигнала с времяимпульсной модуляцией (ВИМ).

Если далее м2( 0 усреднить с помощью ФНЧ, то и x (f) будет повторять закон ЧМ. Структурная схема подобного детектора приведена на рис. 6.32. Для повышения качества работы детектора иногда используют дополнитель­ ную обработку ВИМ: дифференцируют, еще раз ограничивают и т.д.

Сравнение приведенных схем детекторов ЧМ-сигналов позволяет сделать следующие выводы:

1)детектор, в котором используется принцип взаимной расстройки кон-, туров (см. рис. 6.27), имеет высокую крутизну детекторной характеристики, однако он критичен к точности настройки контуров и действию дестабилизи­ рующих факторов. В этом отношении имеет преимущество схема фазового де­ тектора (см. рис. 6,28), однако последняя требует обязательного использова­ ния амплитудного ограничения;

2)дробный детектор характеризуется высокой чувствительностью, не тре­ бует амплитудного ограничения и имеет малые искажения сигнала. Он широко распространен в массовой радиовещательной аппаратуре;

3)схема частотно-импульсного детектора (см. рис. 6.32) не содержит ин­ дуктивных цепей, поэтому удобна для интегрального исполнения. Она облада-

Рис. 6 3 2

16 Зак. 5685

ет линейной детекторной характеристикой, может работать при низких значе­ ниях промежуточных частот, не реагирует на изменение уровня входного сиг­ нала, который однако не должен быть малым.

6.5. Детекторы радиоимпульсных сигналов

Различают два вида детекторов радиоимпульсных сигналов: детекторы от­ дельных радиоимпульсов и детекторы огибающей (пиковые детекторы) последовательности импульсов. В первом случае в детекторе выделяется каж­ дый импульс в отдельности. Если при передаче информации используется бо­ лее сложный закон модуляции, например АИМ или ШИМ, то выделяется ин­ формативный параметр (например, амплитуда, среднее значение импульсной последовательности и т.д.), для чего служит дополнительное устройство* (пи­ ковый детектор, фильтр среднего значения и т.д.).

Второй способ детектирования — пиковое детектирование-проще,чем преобразование отдельных радиоимпульсов, однако последнему часто отдают предпочтение, так как здесь можно осуществить дополнительную обработку сигнала, подавить помеху и т.д.

Рассмотрим детектирование радиоимпульсов. Основная задача такого де­ тектирования — достаточно точное воспроизведение формы импульса. На рис. 1.16, б показаны характерные искажения импульса на выходе радиотрак­ та, в том числе детектора. Заметим, что искажения плоской части (выбросы) в детекторе проявляются лишь на весьма высоких частотах, когда в его схеме начинают проявляться паразитные индуктивности компонентов. В связи с этим остановимся на двух параметрах искаженного в детекторе импульса — времени нарастания tH и времени спада t

Анализ детектирования радиоимпульса (в отличие от приема непрерыв­ ных сигналов) требует изучения переходного процесса. Этот процесс протека­ ет в различных элементах моделей приборов, используемых при детектирова­ нии, но в основном он определяется зарядом Сн конденсатора в нагрузке де­

тектора, например, диодного вида (см. рис. 6.7).

Строгий анализ переходного процесса можно осуществить, исследуя не­ стационарное решение системы уравнений детектора (6.10)—(6.12). Однако это решение может быть выполнено только в численном виде. Поэтому обыч­ но анализируются отдельные частные причины переходного процесса в схеме детектора.

В отличие от стационарного режима работы1(см. рис. 6.9) в переходном режиме происходит постепенное изменение величины автоматического смеще­ ния U_, (рис. 6.33, а) и, следовательно, угла отсечки 0 , что приводит к нара­ станию входного сопротивления детектора R в функции времени до значе­ ния /?н/2 или/?н/3 в зависимости от типа детектора (рис. 6.33, б) . Вместе с из­ менением в происходит изменение шунтирования колебательного контура в УПЧ до детектора: в начале шунтирование велико, а затем падает, так как

угол в постепенно	уменьшается. Вследствие этого скорость изменения напря­
жения на контуре	будет разной. В начале переходного процесса эта скорость
велика , так как	контур с сопротивлением R шунтируется низкоомным со­

противлением и имеет широкую полосу. Однако по мере увеличения /?вх по-

Q

\

	^вхуст
'f	Qycm
	>»»
	t

лоса пропускания контура уменьшается и скорость изменения напряжения на нем падает.

Л.С. Гуткиным получено выражение для t с учетом указанных факторов:
5C(R + 2/G „		)	cos в
			-------- —
V 3	22д'		1+Д	/Л вх .уст
Время спада Гс равно	f	«	2,3ДнСн и практически определяется только
процессом разряда конденсатора Сн				через сопротивлшие /?н ,так как после

прекращения действия импульса на входе детектора (см. рис. 6.7) диод за-* пирается.

Для уменьшения tH и tQ следует соответствующим образом уменьшать постоянную времени цепи заряда конденсатора т , т. е. выбирать достаточно малые величины R H и Сн . Однако при слишком малых Сн падает коэффици­ ент передачи детектора из-за деления входного высокочастотного сигнала между емкостью Сн и паразитной емкостью детекторного диода С . Поэтому,

начиная с некоторой емкости				=	(5-10) С		, следует уменьшать величину
R	^	, что также сказывается на к	вх	и К		(см.	п. 6.2.3).	_
		г»		_ дти

Для пикового детектора постоянную времени т следует выбирать боль­ шой, что приводит иногда к отказу от резистора R (в качестве последнего ис­ пользуется обратное сопротивление полупроводникового диода).

Дополнительные трудности возникают при детектировании коротких ра­ диоимпульсов. Это объясняется тем, что частотный спектр огибающей корот­ кого радиоимпульса оказывается близок к частоте несущего колебания. По­ следнее затрудняет их разделение. Кроме того, на короткое время импульса приходится малое число периодов высокочастотного колебания, в результате чего переходный процесс заряда конденсатора Сн может к концу действия им­ пульса оказаться незавершенным.

Рис, 634

Уменьшить влияние указанных факторов можно с помощью двухтактных детекторов (рис. 6.34), в которых заряд конденсатора происходит с частотой, в два раза превышающей частоту заряда обычного однотактного детектора, а также более качественной фильтрации на основе LC-фильтров или активных фильтров нижних частот, имеющих большую крутизну среза АЧХ. В результа­ те достигается качественное разделение близких составляющих частот несуще­ го колебания и спектра огибающей импульса.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ И ПОВТОРЕНИЯ

6.1. Какие требования предъявляются к детекторам радиосигналов? 6.2. В чем суш* ность методов исследования детекторов АМ-сигналов? 6.3. Как уровень сигнала влияет на параметры диодного детектора АМ-сигналов? 6.4. Начертите схемы детекторов сигналов с

AM, укажите назначение элементов. Что определяет выбор их величин? 6 3 . Как умень­ шить линейные и нелжейные искажения в детекторе АМ-сигналов? 6 .6 . В чем отличия ко­ герентного и некогерентного детекторов АМ-сигналов? 6.7. Поясните принципы детекти­ рования сигналов с ФМ. 6 .8 . Какие факторы определяют линейность детекторных харак­ теристик для сигналов с ФМ и ЧМ? 6.9. Начертите схемы ЧМ- и ФМ-детекторов. Укажите назначение их элементов. 6.10. Почему дробный детектор ЧМ-сигналов может работать без амплитудного ограничителя? 6 .1 1 . Укажите области применения детекторов ЧМсигналов различных видов. 6.12. Что определяет искажение радиоимпульсного сигнала в

детекторе. Как уменьшить это искажение? 6.13. Перечислите особенности детектирования радиоимпульсов с малой длительностью.

7. УПРАВЛЕНИЕ РАДИОПРИЕМНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ

7.1. Общие сведения

Цель управления РПУ — изменение его характеристик для обеспечения наилучшего приема сообщения. Поэтому в радиоприемный тракт вводят соот­ ветствующие регулировки.

К основным функциям РПУ относятся усиление полезного сигнала и выде­ ление его из ряда других сигналов и помех. Поэтому управление РПУ осу­ ществляется в виде первой основной регулировки —частотной настройки на сигнал принимаемой радиостанции. Из-за влияния на настройку дестабилизи­ рующих факторов, а также возможности неточной настройки РПУ пользовате­ лем эту регулировку целесообразно дополнить частотной подстройкой.

Регулировка усиления - вторая основная регулировка в РПУ —необходи­ ма при его перестройке со станции на станцию из-за возможного различия уровней входных сигналов. В результате перестройки большие уровни могут превысить пороги мешания соответствующих каскадов РПУ, что приводит к нелинейному поражению приема* (см. in. 2.1.4). Естественно также желание пользователя иметь на выходе РПУ малое различие уровней сигналов разных радиостанций, хотя на его входе эти уровни могут отличаться в сотни и тысячи раз. Входной сигнал может отличаться также временной нестабильностью (ре­ гулярного или хаотического характера) из-за изменения расстояния между ра­ диопередающим и радиоприемным устройствами в случае радиоканала между подвижными объектами, а также вследствие замирания сигнала в процессе его распространения.

Регулировки, направленные на оптимизацию характеристик РПУ, необхо­ димы прежде всего для улучшения отношения С/П. Различают следующие ви­ ды регулировок.

Регулировки характеристик, связанных с избирательными свойствами приемного тракта, достигаются изменением полосы пропускания ТПЧ или пре­ селектора, а также их АЧХс целью подавления (режектирования) особо мощ­ ных помех.

При расширении полосы пропускания приемного тракта в ТПЧ уменьша­ ется искажение спектра принимаемого сигнала, однако увеличивается мощ­ ность полосных помех и шумов. Поэтому компромиссным выбором регули­ руемой полосы пропускания ТПЧ можно получить наилучшее для данной ЭМО качество приема сообщения. Например, при приеме сильного сигнала местной радиостанции полосу ТПЧ следует расширить, так как отношение С/П на входе РПУ в этом случае велико, а широкая полоса пропускания обеспечивает неис­ каженное воспроизведение всего спектра модулирующих частот. И, наоборот, прием слабых сигналов дальних радиостанций требует сужения полосы пропус­ кания, при этом уменьшается влияние шумов, а также других помех и улучша­ ется отношение С/П.

Наличие в групповом случае в преселекторе РПУ особо мощных внеполос­ ных помех (см. гл. 2) может привести к нелинейному поражению приема. Поэтому подавление помех в преселекторе с помощью настраиваемых режекторных фильтров или их адаптивная компенсация позволяет его устранить или уменьшить.

Регулировка чувствительности в соответствии с величиной принимаемого сигнала, а также характером и величиной помех достигается изменением коэф­ фициентов передачи активных и пассивных звеньев прежде всего в преселек­ торе РПУ.

Как было показано в п. 2.1.3, для улучшения чувствительности РПУ необ­ ходимо повысить усиление его первых каскадов. Однако при этом в большей степени усиливаются и помехи, что может привести к нелинейному поражению приема полезного сигнала. Если при этом уровень полезного сигнала на входе РПУ намного превышает значение реальной чувствительности, то без ущерба для качества приема можно ухудшить чувствительность РПУ, уменьшив коэф­ фициенты передачи входного устройства и первых его каскадов соответствую­ щей регулировкой. При этом возрастает порог мешанияРПУ (см.п. 2.1.4) и обеспечивается защита тракта от нелинейного поражения. Таким образом, ре­ гулировка чувствительности с учетом уровней сигнала и помех может сущест­ венно влиять на качество приема.

Помимо регулировок, связанных с изменением характеристик и парамет­ ров отдельных блоков РПУ, возможны регулировки, обусловленные измене­ нием структуры РПУ. Так, один и тот же радиоприемник может быть предна­ значен для приема сигналов с различными видами модуляции, что требует со­ ответствующего изменения структуры.

Различают ручные и автоматические регулировки в РПУ. Ручные регули­ ровки осуществляются пользователем непосредственно или дистанционно, т.е. с помощью пульта управления, связанного с РПУ проводным или радиокана­ лом. Автоматические регулировки должны удовлетворять некоторым за­ данным алгоритмам. Они производятся без вмешательства пользователя, что дает возможность не только упростить и облегчить управление РПУ, но и осу­ ществить такое изменение его характеристик, которое практически нельзя вы­ полнить с помощью ручного регулирования. Примером является работа РПУ в радиоканале с ’’прыгающей связью”, т. е. быстрым одновременным автомати­ ческим переходом радиоприемного и радиопередающего устройств с одной частоты на другую.

Иногда одна и та же регулировка может осуществляться как вручную, так

иавтоматически, например регулировка усиления, настройка ит.д,

Взависимости от способа воздействия на регулируемый узел РПУ разли­ чают непосредственное управление и управление с помощью промежуточного преобразования. В первом случае пользователь с помощью манипуляций меха­ ническими приводами соответствующих органов (ручек, кнопок, клавишей) управляет регулируемыми узлами: конденсаторами переменной емкости, по­ тенциометрами, переключателями и др. Во втором случае осуществляется про­ межуточное преобразование механического воздействия в напряжение или ток, которые управляют электронным узлом —вырикапом, ключом и Др. Тем

самым достигается та же конечная цель, что и при непосредственном управле­ нии, однако существенно повышается надежность работы РПУ, улучшаются его массогабаритные характеристики.

Для удобства иногда используют так называемое сенсорное упра^а^ие РПУ, кощ а пользователь легким касанием участка обозначенного поля управ­ ления приводит в действие регулировки определенного вида, например, пере­ ключение поддиапазонов, изменение громкости, тембра звучания и т.д.

Возможны также и другие способы промежуточного преобразования при управлении РПУ: 1) с помощью речевых команд пользователя (управление "с голоса’*), что требует введения в систему управления блока распознавания речи; 2) по уровню освещенности экрана телевизионного РПУ внешним све­ товым потоком с целью оптимизации яркости свечения телевизионного экра­ на и т.д.

В процессе функционирования РПУ и регулирования его характеристик необходимо отображение соответствующей информации. Это достигается ис­ пользованием различных индикаторов: механических (шкал, указателей), электрических (обычно стрелочных миниатюрных микроамперметров) или электронных (светодиодных, жидкокристаллических, матричных и др.). В по­ следнее время наметилась тенденция отображения различной информации о работе РПУ на экране дисплея. В этом случае виды получаемой пользователем информации могут быть существенно расширены. В нее входят не только точ­ ные значения некоторых функциональных характеристик приема (номера под­ диапазона, частоты настройки, вида принимаемого сигнала, значения полосы пропускания тракта и т.д.), но и характеристики сигнально-помеховой ситуа­ ции (уровень полезного сигнала, вид его модуляции, распределение особо мощных помех в преселекторе РПУ по частоте и уровню, мощность групповой помехи в преселекторе и т.д.), а также критерии качества приема (отношение С/Ш и т.д.). Таким образом, в РПУ широко используются новые потребитель­ ские удобства, делающие их эксплуатацию более доступной и легкой.

Реализация ряда указанных регулировок существенно облегчается благо­ даря внедрению в технику радиоприема микропроцессоров и представления сигналов в цепях измерения и управления в цифровой форме. Поэтому наибо­ лее совершенные системы регулировок современных и перспективных РПУ работают на основе микропроцессорной цифровой техники. Последняя позво­ ляет существенно дополнить и расширить ряд функциональных возможностей РПУ путем сбора и обработки информации, например о неисправностях его узлов, соответствии параметров паспортным величинам (тестирование и самокалибровка РПУ), дать указания пользователю о наивыгоднейших режимах работы РПУ для текущей или будущей ЭМО на основании прогноза по резуль­ татам анализа условий приема в прошедшем времени, а также дополнитель­ ной априорной информации и т.д.

Использование микропроцессоров облегчает внедрение в технику РПУ программного управления. К нему относятся: включение (выключение) РПУ, а также выбор отдельных радиоканалов по определенному временному графи­ ку, автоматический выбор программ определенного вида и тд.

7.2.Настройка радиоприемных устройств

7.2.7.Виды и элементы настройки

При изучении возможных способов настройки колебательных контуров в заданном диапазоне частот (см.п.3.3.1,§ 3.5) отмечалось, что наибольшее при­ менение нашла емкостная настройка в пределах поддиапазона. Такая настрой­ ка может быть плавной,когда колебательный контур настраивается на любую частоту рабочего поддиапазона, и дискретной, когда настройка осуществляет­ ся на определенные частоты с допустимым разносом этих частот, т.е. шагом на-

Рис. 7.1

6

N>

O