Система управления использованием радиочастотного спектра, цели и задачи радиоконтроля в этой системе

                                   (5.14)

то вследствие искажений в смесителе образуется помеха от k - ой гармоники сигнала.

Для основного  канала приема смещению по частоте  входного сигнала на некоторый тестовый шаг Δf соответствует такое же смещение по частоте выходного сигнала на величину Δf. При этом знак смещения зависит от конкретного положения гетеродина относительно принимаемого сигнала для данной частоты настройки. Для зеркального канала в этом случае смещению по частоте входного сигнала на некоторый тестовый шаг Δf соответствует обратное смещение по частоте выходного сигнала на величину минус Δf (см. рис. 5.8 и 5.9). Этот свойство используется для различения сигналов основного и зеркального каналов приема,

Для побочных комбинационных каналов, побочных каналов  на частотах, в целое число раз  меньше частот настройки РПУ, промежуточных  частот, зеркальных частот смещению по частоте входного сигнала на некоторый  тестовый шаг Δf соответствует смещение по частоте выходного сигнала на величину кратную Δf пропорционально значениям и знакам коэффициентов m и n (соответственно порядку комбинации).

Коэффициенты  передачи в полосах основного  канала, побочного канала на зеркальной и промежуточной частотах не зависят  от уровня входного сигнала (при условии, что тестовые сигналы достаточно малы и режим перегрузки не возникает). При этом изменению уровня входного сигнала на некоторую тестовую величину ΔU соответствует адекватное изменение уровня выходного сигнала приемника на такую же   величину  ΔU.

Коэффициенты  передачи в полосах побочных комбинационных каналов, побочных каналов на частотах в целое число раз меньших  частоты настройки РПУ, промежуточных  и зеркальных частот зависят от уровня входного сигнала. При этом изменению  уровня входного сигнала на некоторую  тестовую величину ΔU соответствует неадекватное изменение уровня выходного сигнала приемника на величину kΔU, где k — множитель, зависящий от величины входного сигнала и уровня его гармоник, вида нелинейности преобразователя, величины и знака тестового воздействия ΔU.

Таким образом, существует множество сигналов на разных частотах, преобразуемых в колебания  одной и той же ПЧ, в общем  случае количество этих сигналов бесконечно. Из этого множества только один сигнал является полезным, остальные соответствуют  паразитным каналам  приема,   поэтому ослабления  побочных каналов  и  канала прямого прохождения  должны жестко регламентироваться в  технических требованиях   к  РПУ.

В англоязычной литературе для обозначения промежуточной  частоты используется сокращение IF (Intermediate Frequency — промежуточная частота), для обозначения гетеродина (местного генератора) — L0 (local  oscillator).

Избирательность или селективность приемника  — его способность отделять полезный сигнал, на который настроен приемник, от мешающих сигналов, поступающих  через антенную цепь. В большинстве  случаев уровень помех в приемной антенне превышает уровень полезного  сигнала, что подчеркивает особую важность данной характеристики приемника. Способность приемника отделять полезный сигнал от мешающих основана на использовании отличительных признаков полезных и мешающих сигналов — направления прихода излучений и времени действия, амплитуды, частоты и фазы. Первый признак используется при пространственной селективности, которая реализуется с помощью антенн с острой диаграммой направленности. Второй отличительный признак позволяет осуществить временную селективность, которая сводится к отпиранию приемника только на время действия полезного сигнала. Различие в амплитудах, частотах и фазах полезного и мешающих сигналов положено в основу соответственно амплитудной, частотной и фазовой селективности. Основное значение имеет частотная селективность. Это объясняется тем, что в системах радиосвязи сигналы отличаются по частоте, и их разделение можно осуществить с помощью резонансных цепей и фильтров. Различают два вида селективности:   односигнальную и реальную,

Односигнальная  избирательность определяется АЧХ  фильтров радиотракта приемника без учета нелинейных явлений при действии на входе только одного сигнала (либо полезного, либо мешающего). Количественно односигнальная избирательность оценивается отношением уровня испытательного сигнала на частоте помехи к его значению на частоте полезного сигнала при неизменной настройке и одинаковым выходном напряжении или отношением, показывающим, во сколько раз усиление радиотракта или отдельного каскада приемника для полезного сигнала больше усиления для мешающего сигнала,

Измерение односигнальной избирательности используется для определения рабочих характеристик  на достаточно малых уровнях входного радиосигнала, что позволяет избежать влияния нелинейных процессов (например, вызванных перегрузкой) на результаты измерений. Цепи автоматической подстройки (частоты, усиления и т.п.) во время  этих измерений  отключаются.

Если  в технических требованиях на приемник не оговорены частоты на которых должна измеряться избирательность, то ее следует измерять на  крайних частотах настройки   и в середине  каждого поддиапазона.

Рис. 5.12. Структурная схема измерения односигнальной избирательности.

 

Для снятия кривой селективности односигнальным методом пользуются структурной схемой, приведенной на рис. 5.12.

Обобщенная  методика снятия кривой селективности  заключается в следующем. Настраивают  приемник РПрУ и генератор сигналов (ГС) на нужную частоту. Устанавливают уровень выходного сигнала и величину ослабления вспомогательного аттенюатора такими, чтобы отсутствовали нелинейные явления при приеме испытательного сигнала на частоте настройки. Фиксируют уровни выходного U_H (как нормальный уровень выходного сигнала приемника) и входного U₁ сигналов приемника. Затем повышают частоту ГС на некоторую величину Δf. После этого увеличивают сигнал ГС до уровня, при котором уровень выходного сигнала приемника вновь станет нормальным U_н. Фиксируют уровень входного сигнала приемника U₂ во второй точке измеряемой кривой. Измерения повторяют, увеличивая расстройку Δf  ГС до необходимого значения. Затем такими же ступенями изменяют расстройку ГС в область частот, меньших, чем частота настройки приемника.

По полученным данным строят кривую селективности (рис. 5.13). По ней определяют полосу пропускания, коэффициент прямоугольности кривой избирательности, ослабление по соседнему каналу. Для больших расстроек определяют селективность по зеркальному, прямому и комбинационным каналам. Ослаблением сигнала на побочных каналах называется отношение уровня входного радиосигнала на частоте побочного канала, необходимого для получения заданного уровня выходного сигнала, к уровню полезного радиосигнала, необходимого для получения такого же выходного сигнала. Характеристика частотной избирательности по побочным каналам приема при этом определяет зависимость уровня восприимчивости по побочным каналам приема от частоты испытательного сигнала. Полосой пропускания П называется полоса, ограниченная двумя частотами, на которых ослабление уровня сигнала не выходит за пределы заданной величины.

Крутизна  скатов частотной характеристики приемника  зависит от сложности фильтров селекции в линейном тракте приема и показывает скорость уменьшения коэффициента передачи за пределами полосы пропускания. Крутизна скатов может измеряться в децибелах  на герц или в децибелах на октаву или декаду (октава — изменение  частоты в два раза, декада —  в десять раз)

Достаточную информацию о селективности при  измерении одно-сигнальным методом можно получить на основе рассмотрения разности частот, соответствующих ослаблениям сигнала на 20, 40, 60, 80 и 100 дБ, начиная с граничных частот полосы пропускания.   Если полученные таким образом величины ослабления близки для нижней и верхней сторон полосы пропускания, то можно указывать только их среднее значение.

     

Рис. 5.13. Кривая селективности радиоприемника.

 

Лекция №6 н.

Внутренние шумы и чувствительность приемника.

Собственное сопротивление антенны, ее тепловой шум и шумы входных цепей радиоприемника являются факторами, влияющими на чувствительность радиоприемника — т.е. способность  приемника обеспечивать прием слабых радиосигналов. Основное влияние имеет  шум, возникающий во входных каскадах радиоприемника, поскольку он усиливается  в той же степени,  как и полезный сигнал.

Как известно, каждый проводник, имеющий сопротивление, создает электрические флуктуации — шум во всем частотном спектре. Этот шум обусловлен тепловым движением  носителей электрического заряда. Случайное  тепловое движение носителей заряда в проводнике вызывает случайную  разность потенциалов на его концах. Эта разность потенциалов колеблется около среднего значения, равного  нулю, а ее средний квадрат пропорционален абсолютной температуре. Этот шум называют тепловым. Величина шума зависит от омического сопротивления проводника, его температуры и ширины полосы передаваемого сигнала. Среднеквадратическое напряжение теплового шума, В, определяется  из выражения

,                                                    (5.15)

где k - постоянная Больцмана, k = 1, 38٠10^-23 Дж/К; Т - температура, К; В - ширина полосы, Гц; R - сопротивление, Ом,

Приемник  является устройством, состоящим из множества активных и пассивных  элементов, обладающих активным сопротивлением, Линейная часть радиоприемника от входа  до детектора характеризуется безразмерным коэффициентом шума F, который показывает во сколько раз отношение мощностей сигнала и шума на входе Рс/Рш больше отношения мощностей сигнала и шума на выходе Р_С.Вых/Р_ш.вых [2]:

.                                       (5.16)

В настоящее  время принято использовать коэффициент  шума, выраженный в децибелах. В идеальном  нешумящем приемнике коэффициент шума F = 1 (О дБ), так как сигнал и шум усиливаются в одинаковое число раз. В реальных приемниках коэффициент шума увеличивается из-за внутренних шумов, в результате чего мощность шумов на выходе возрастает, а выходное отношение сигнал-шум уменьшается.

Выходную  мощность Рш.вых можно представить в виде двух слагаемых: Р_ШG обусловленного усилением шума источника, и Рвн, обусловленного внутренними, собственными шумами, где G — коэффициент усиления по мощности приемника. Тогда (2.16) можно преобразовать к следующему виду:

                  (5.17)

 

Для того чтобы можно было сравнивать различные  приемники по шумовым свойствам, в качестве входного шума Рш используют стандартное значение мощности теплового шума резистора R при Т = 293 К:

                                 (5.18)

Иногда  используют другое значение температуры  — 299 или 300 К, при этом числовое значение Рш изменяется несущественно.

Чувствительность  радиоприемника, оцениваемая лишь значением  мощности сигнала Рс, при которой обеспечивается прием сигнала, учитывает лишь усилительные свойства радиоприемника. Может показаться, что путем увеличения усиления можно осуществлять прием любых сколь угодно слабых сигналов. На самом деле приемник с большим усилением неизбежно усиливает и свои внутренние шумы, которые и ограничивают его чувствительность.

Отношение мощности сигнала к мощности шумов  на выходе линейной части приемника  характеризует отношение сигнал-шум, иногда называемое коэффициентом различимости,

                                 (5.19)

Предельная  чувствительность приемника равна  минимальной мощности входного сигнала  на входе Рс = Р_Спр при коэффициенте различимости   q = 1,   при этом

                       (5.20)

Таким образом, предельная чувствительность приемника  пропорциональна  коэффициенту  шума.

Уверенный прием полезного сигнала обеспечивается при значительном превышении мощности полезного сигнала Р_С.ВЬ1Х над шумом Р_Ш.ВЫХ, т.е. при коэффициенте различимости q > 1. Реальная чувствительность приемника оценивается минимальной мощностью входного сигнала Рс, при котором достигается заданный коэффициент различимости q > 1, т.е.

 

                   (5.21)

Рис. 5.14. Эквивалентная схема для определения чувствительности РПУ

Получим расчетную формулу для определения  реальной чувствительности радиоприемного устройства. Полагая, что источник имеет внутреннее сопротивлением Rи, как показано на рис. 5.14, мощность шума на входе приемника

                  (5.22)

Для того чтобы максимальная мощность отдавалась в нагрузку, должно выполняться условие  равенства внутреннего сопротивления  источника и сопротивления нагрузки тогда

                                   (5.23)

Полагаем, что шумы имеют тепловое происхождение и определяются формулой (5.15), тогда реальная чувствительность приемника