Приемник УКВ-диапазона

Радиоприемным устройством (РПУ) называют такое радиотехническое устройство, которое предназначено для приёма радиосигналов и преобразования их к виду, позволяющему использовать передаваемое сообщение.

Для передачи любого сообщения (речевого, текстового, изображения, цифровых данных и т.д.) с помощью радиоволн служит радиоканал, который соединяет источник и потребитель сообщения. Он содержит радиопередающее устройство, среду, в которой распространяются радиоволны, и радиоприемное устройство.

В радиопередающем устройстве сообщение преобразуется в соответствующий ему модулирующий сигнал. Этот сигнал модулирует высокочастотное колебание. С помощью передающей антенны происходит преобразование энергии радиосигнала, т.е. модулированного высокочастотного электрического колебания, в энергию электромагнитного поля. В виде радиоволн поле распространяется в окружающем антенну пространстве. При этом радиоволна может рассеиваться, поглощаться, отражаться от неоднородностей среды, преломляться и т.д. В результате энергия радиоволны в месте приема оказывается значительно меньше, чем вблизи передающей антенны. С помощью приемной антенны происходит обратное преобразование энергии электромагнитного поля высокой частоты в энергию электрического колебания. В результате цепи приемной антенны создается ЭДС радиосигнала, являющегося источником входного воздействия для РПУ.

Радиоприем сопровождается действием на радиоканал различных радиопомех, а также искажением сигнала. Радиопомехи и искажения сигнала могут привести к недопустимым искажениям в передаваемом сообщении.

Под помехами понимаются все действующие на РПУ колебания, которые мешают приему полезного сообщения и приводят к его искажению.

Радиопомехи могут возникать вне РПУ, т.е. в среде распространения радиоволн (внешние помехи) и внутри него (внутренние помехи). Совокупность всех помех определяет электромагнитную обстановку (ЭМО) в месте приема.

Искажения вне РПУ связаны с физическими процессами, сопровождающими распространение радиоволн: многолучевостью, дисперсией и др. Искажения внутри РПУ обусловлены не идеальностью его характеристик, т.е. отличием характеристик РПУ от тех, которые не приводят к искажениям передаваемого сообщения.

Выделяют три составных части РПУ: 1) приемная антенна; 2) собственно РПУ, или радиоприемник, в котором осуществляется необходимые преобразования сигнала, используемого для передачи соответствующего сообщения; 3) выходное (оконечное) устройство (ОУ), в котором происходит преобразование сигнала в сообщение или обработка сигнала с целью его дальнейшего использования. Это устройство может входить в состав РПУ или быть автономным.

Радиосигнал, несущий полезную информацию, как правило, на выходе РПУ не является единственным и доминирующим по уровню мощности. Этот сигнал обычно мал и содержится в смеси с помехами, создаваемыми другими, одновременно работающими радиопередатчиками, а также источниками различных излучений. Передаваемое сообщение соответствует модулирующему колебанию и в явном виде во входном радиосигнале не содержится. Поэтому в РПУ необходимо осуществить: 1) выделение полезного сигнала из смеси его с помехами; 2) выделение модулирующей функции; 3) различные преобразования полезного сигнала с целью достижения возможности и удобства его использования. Таким образом, РПУ выполняет ряд функции.

Функция избирательности (селективности) - это функция выделения полезного сигнала из смеси «сигнал плюс помеха», в соответствии с некоторым различием их физических свойств и характеристик. А именно: 1) частотным; 2) пространственным; 3) поляризационным; 4) временным; 5) амплитудным и другими.

Функция демодуляции (детектирования) - эта функция РПУ, обратная модуляции в радиопередатчике. Она направлена на выделение модулирующего колебания из колебаний радиосигнала высокой частоты, используемого в радиосистеме для передачи полезной информации.

Функция усиления полезного сигнала обусловлена тем, что его уровень на входе РПУ, как правило, недостаточен для нормальной работы ОУ. Поэтому сигналы приходиться усиливать.

Функция частотного преобразования радиосигнала предполагает преобразование области частот принимаемых сигналов в некоторую другую, заранее выбранную частотную область, где обеспечиваются наилучшие условия их обработки. Эта функция осуществляется в частотно-преобразовательных устройствах.

Функция адаптации (приспособления) к изменяющейся ЭМО предполагает изменение параметров РПУ с целью обеспечения заданного или максимально возможного в данных условиях приема качества работы РПУ. Необходимость в адаптации связана с изменением характеристик, как полезного сигнала, так и помех.

Виды радиоприемных устройств.

Радиоприемные устройства различаются по следующим принципам классификации:

. Области применения: для звукового радиовещания, телевидения, радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоизмерений, радиоастрономии и т.д. Каждой области приложения радиотехники соответствует своя радиосистема и входящее в её состав РПУ.

. Диапазону частот: НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ, УВЧ и СВЧ. Радиовещательные приемники в зависимости от диапазона длин волн бывают ДВ, СВ, КВ и УКВ. Характерно, что РПУ различных диапазонов имеют структурные, схемные и конструктивные отличия, строятся на различной компонентной базе, и поэтому обычно выполняются, как самостоятельные устройства. Однако иногда возможно объединение (частичное или полное) РПУ разных диапазонов.

. Виду принимаемых сигналов: непрерывных и дискретных.

. Виду принимаемой информации: радиотелефонные, кодированных сообщений, телевизионные (прием подвижных изображений), фототелеграфные (прием неподвижных изображений) и др. Иногда в одном РПУ предусмотрен прием информации различных видов (условно «универсальные» РПУ, широко применяемые в радиосвязи).

. Виду модуляции принимаемого радиосигнала: с АМ; ЧМ; и ФМ, которые обобщенно называют угловыми видами модуляции (УМ); АИМ; ШИМ; дельта-модуляции и т.д. Иногда в одном РПУ возможен прием сигналов с различными видами модуляции, однако в этом случае требуется полная или частичная смена приемного тракта и его узлов.

. Условной «дальности действия» РПУ, входящего в определенную радиотехническую систему.

. Месту установки РПУ: стационарные, переносные (носимые), мобильные (на подвижных сухопутных объектах), бортовые (для работы на судах, самолетах, спутниках космической связи, управляемых ракетах и снарядах и т.д.).

. Способу питания: от сети переменного тока, гальванических батарей и аккумуляторов, солнечных батарей, с «универсальным» питанием, т.е. от нескольких источников.

. Способу управления: с ручным, частично или полностью автоматическим, дистанционным, комбинированным управлением.

. Массогабаритным характеристикам и др.

Радиоприемные устройства входят в состав различных радиотехнических систем связи, т.е. систем передачи информации с помощью электромагнитных волн

Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства, предназначенного для воспроизведения сигналов. Радиоприемники можно классифицировать по ряду признаков, из которых основными являются: тип схемы, вид принимаемых сигналов, назначение приемника, диапазон частот, вид активных элементов, используемых в приемнике, тип конструкции приемника.

По типу схем различают приемники детекторные, прямого усиления (без регенерации и с регенерацией), сверхрегенеративные и супергетеродинные приемники, обладающие существенными преимуществами перед приемниками других типов и широко применяемые на всех диапазонах приемников.

Первые радиоприемники были детекторного типа. Сигнал с антенны поступал непосредственно на детектор и далее на наушники. Следующим этапом стало применение усилительных каскадов в цепях высокой частоты. Такие приемники называются приемниками прямого усиления. Приемники, состоящие из последовательно включенных усилителей ВЧ, неудобны по нескольким причинам. Во-первых, отдельные каскады должны быть настроены на одну и ту же частоту, что требует очень точного согласования группы одновременно перестраиваемых LC контуров. Во-вторых, поскольку общая частотная избирательность определяется характеристиками всех усилителей в совокупности, форма полосы пропускания будет зависеть от точности настройки каждого каскада; отдельные каскады не могут иметь столь узкополосную характеристику, как хотелось бы, так как настройка в этом случае была бы практически невозможна. И поскольку принимаемый сигнал может быть любой частоты в пределах принимаемого диапазона, нельзя использовать пьезофильтры для получения нужной формы АЧХ каскадов. Пьезофильтр - это полосовой фильтр на основе одного или нескольких пьезокерамических кристаллов, пропускающий узкую полосу частот (от нескольких сотен Герц и выше) и имеющий крутые спады на границах частоты. Лучшее решение этих проблем дает применение супергетеродинного приема. Структурная схема приемника приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема супергетеродинного приемника.

Основной принцип супергетеродинного приема - преобразование принимаемого сигнала в сигнал фиксированной частоты, называемой промежуточной (ПЧ) и в дальнейшем ее детектировании, т.е. преобразование высокочастотного сигнала в низкочастотный, в том числе и звуковой сигнал. Смысл такого преобразования заключается в том, что на одной частоте просто получить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) требуемой формы. Промежуточная частота может быть выше и ниже частоты принимаемого сигнала. Более высокая ПЧ применяется в радиоприемниках длинноволнового диапазона и в специальных измерительных приемниках. Для УКВ диапазона промежуточная частота принята 10,7 МГц, а для диапазонов ДВ, СВ и КВ 455 (или 465) кГц. Необходимая АЧХ формируется либо многоконтурным фильтром сосредоточенной селекции (ФСС), либо пьезокерамическим фильтром.

Сигнал с антенны попадает в высокочастотный тракт, включающий преселектор (входной полосовой фильтр и усилитель высокой частоты), а также гетеродин со смесителем. УВЧ не только усиливает сигнал, но и фильтрует его в заданной полосе. Усиленный ВЧ-сигнал поступает в смеситель. После смесителя сигнал (с точностью до амплитуды) имеет вид cos2п(fн+fг)t+cos2п(fн-fг)t, что соответствует модулированным сигналам на несущих fн+fг и fн-fг. Разностную составляющую - промежуточную частоту (ПЧ) fпч=fн-fг - выделяют полосовым фильтром и в дальнейшем работают именно с ней.

Сигнал ПЧ фильтруется и усиливается, после чего сигнал попадет на частотный детектор - ЧМ-демодулятор. После демодуляции низкочастотный сигнал усиливается в усилителе звуковой частоты и далее поступает на устройства воспроизведения.

Профессиональные радиоприёмные устройства часто выполняются по супергетеродинной схеме с двукратным преобразованием частоты. Это позволяет: увеличить избирательность по зеркальному каналу, увеличить избирательность по соседнему каналу благодаря применению низкой второй промежуточной частоты, получить устойчивое усиление. Но при этом значительно усложняется схема и конструкция приёмника и появляются дополнительные побочные каналы приёма.

Рис. 2. Схема супергетеродинного приемника с двукратным преобразованием частоты

Недостатками двойного преобразования частоты являются: а) наличие дополнительных побочных каналов приёма; б) значительное усложнение схемы и конструкции приёмника.

По назначению различают приемники связные, радиовещательные, телевизионные, радиорелейных и телеметрических линий, радиолокационные, радионавигационные и другие. Связные радиоприемники чаще всего служат для приема одноканальных непрерывных сигналов с АМ (с несущей и боковыми полосами), ОБП (однополосной) и ЧМ или дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией, частотной или фазовой. Радиовещательные приемники (монофонические) принимают одноканальные непрерывные сигналы с АМ на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах. Приемники черно-белых телевизионных программ принимают непрерывные сигналы с АМ и частичным подавлением одной боковой полосы частот и звуковые сигналы с ЧМ. Приемники цветных телевизионных программ принимают также сигналы, создающие цветное изображение. Приемники оконечных станций радиорелейных и телеметрических линий обычно предназначены для приема и разделения каналов многоканальных сигналов с частотным и временным уплотнением.

Приемники промежуточных станций радиорелейных линий (наземных и спутниковых) отличаются от приемников оконечных станций тем, что в них не происходит разделения многоканальных сигналов.

Импульсные радиолокационные приемо-передающие станции обычно излучают зондирующие радиоимпульсы с фиксированными периодами следования, длительностью импульсов, амплитудой и несущей частотой. Приемники таких станций служат для приема части энергии зондирующих сигналов, отраженной от целей. Отраженные сигналы могут быть импульсными или непрерывными, причем информация о целях может содержаться в изменении во времени амплитуды (или отношения амплитуд) и частоты (или спектре) сигналов.

Согласно рекомендации МККР (Международного консультативного комитета по радио) спектр радиосвязи делится на диапазоны. Наиболее широко распространенные приемники работают в диапазоне 30 кГц - 300 ГГц (на волнах 10 км - 1мм).

В качестве активных элементов каскадов приемников, работающих на частотах 30 кГц - 300 МГц, используются полупроводниковые приборы и электронные лампы. Предпочтение отдается полупроводниковым приборам благодаря их преимуществам (малые габаритные размеры и масса; низкие напряжения и токи питания; большой срок службы и механическая прочность).

К основным показателям приемного устройства относят чувствительность, избирательность (селективность), верность воспроизведения сообщения и стабильность. Особым показателем приемного устройства, дополнительно определяющим возможность совместной работы радиоприемных устройств различного назначения, является уровень радиопомех, создаваемых радиоприемным устройством.

Приемники конструктивно выполняются из отдельных (навесных) активных и пассивных элементов с печатным или объемным монтажом или из готовых интегральных микросхем, представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целые приемники.

    Еще статьи по теме

    Разработка системы связи и автоматизированной системы оперативного управления гарнизона пожарной охраны
    Эффективность борьбы с пожарами зависит от надежно организованной системы связи. Связь в пожарной охране служит для приема сообщений о пожарах; управления подразделениями в пути следования и при работе на пожаре; вызова с ...

    Проектирование учебного демонстрационного стенда Цифроаналоговый преобразователь с подключением к компьютеру через порт USB
    стенд цифроаналоговый преобразователь Под информацией в широком смысле принято понимать различные сведения о событиях в общественной жизни, явлениях природы, о процессах в технических устройствах. Она содержатся в нашей речи, ...

    Главное меню

    © 2018 / www.techsolid.ru