Общие сведения о системах радиосвязи. Электропитание средств связи

1.

Санкт-Петербургский государственный университет
телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Предмет
«Средства и комплексы связи военного назначения»
Тема № 2
«Общие сведения о системах радиосвязи. Электропитание средств
связи»
Занятие 2
«Общее устройство радиоприемных устройств»

2.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ
состав и классификация
1.Назначение,
радиоприемных
устройств.
2.Функции радиоприемника и основные типы структурных
схем.

3.

ЛИТЕРАТУРА
1. Средства и комплексы связи военного назначения.
Радиосвязь: учебное пособие / Р. В. Гордийчук, Г. Ю.
Литкевич, М. С. Проценко, А. В. Пшеничников, А. К.
Сагдеев; СПбГУТ. – СПб., 2017
2. Системы радиосвязи: Тоискин В. С., Петренко В. И.,
Бибарсов М. Р., Мишин Д. Ю. Учебное пособие / Под ред.
В. И. Петренко. – Ставрополь: СВИС РВ, 2010. – 218 с.: ил.
3. Средства и комплексы радиосвязи: Гончаров Д. Г.,
Бибарсов М. Р., Петренко В. И. Учебник / Под ред.
В. И. Петренко. – Ставрополь: СВИС РВ, 2010. – 470 с.: ил.

4.

Учебный вопрос № 1.
Назначение, состав и классификация
радиоприемных устройств

5.

Радиоприемным устройством называется система узлов и блоков, с помощью которых производятся
следующие операции:
- преобразование электромагнитного поля в электрический сигнал и обеспечение пространственной и
поляризационной избирательности (осуществляется при помощи антенной системы);
- выделение полезных радиосигналов из совокупности других (мешающих) сигналов, не совпадающих с ним
по частоте, и помех (осуществляется избира-тельной цепью ИЦ);
- усиление выделенных радиосигналов (при помощи усилителя радиочастоты УРЧ);
- преобразование радиосигнала в первичный электрический сигнал (ПЭС) (выполняется детектором);
- преобразование ПЭС в сообщение и воспроизведение полезной информации.
Исходя из этого, обобщенную структурную схему радиоприемного устройства можно преобразовать к виду:
Структурная схема РПУ
Часть схемы приемника от его входа до детектора называется линейным трактом приема (ЛТП).

6.

Большинство различий в схемных решениях радиоприемников встречается именно в ЛТП.
Например, усиление в тракте может обеспечиваться либо на радиочастоте (без преобразования), либо с
преобразованием частоты. В зависимости от особенностей построения линейного тракта приемника,
детектора, тракта ПЭС можно выделить ряд признаков, позволяющих произвести классификацию
радиоприемных устройств.
Современные радиоприемные устройства различают по ряду классификационных признаков,
определяющих основные технические характеристики аппаратуры.
1. По назначению
радиоприемники делятся
на:
-профессиональные
(связные,
разведывательные,
радиолокационные,
радионавигационные и
др.);
-вещательные.
2. По схеме построения:
-детекторные приемники;
-приемники прямого
усиления;
-супергетеродинные
приемники;
-регенеративные
приемники;
-суперрегенеративные
приемники
3.По виду принимаемого
сигнала:
-приемники
непрерывных
(аналоговых) сигналов;
-приемники импульсных
(дискретных) сигналов;
-универсальные (для
приема непрерывных и
дискретных сигналов).

7.

4. По виду модуляции
принимаемого сигнала на
приемники:
-амплитудномодулированных сигналов;
-частотно-модулированных
сигналов;
-фазомодулированных
сигналов;
-однополосных сигналов;
- импульсномодулированных сигналов.
5. По роду работы:
-радиотелефонные;
-радиотелеграфные
(слухового,
буквопечатающего
приема);
- фототелеграфные
7. По месту установки:
-стационарные;
-возимые - автомобильные,
самолетные, корабельные;
-переносные.
6. По способу перестройки:
-плавные;
-дискретные;
-комбинированные.
8.По системе питания:
-сетевые;
-аккумуляторные или
батарейные;
-универсальные.

8.

Профессиональные приемники СЧ-ВЧ диапазонов в зависимости от
типовых значений ряда параметров (ГОСТ 14663-83) разделяют на несколько
классов. Определяющими для отнесения приемника к тому или иному классу
являются требования по избирательности и частотной точности (относительной
нестабильности частоты гетеродинов).
Таким образом, в подавляющем большинстве случаев профессиональные
приемники представляют собой универсальные широкодиапазонные РПУ,
выполненные по определенному типу структурной схемы.

9.

Учебный вопрос №2.
Функции радиоприемника и
основные типы структурных схем.

10.

На вход радиоприемника поступает совокупность полезного и мешающих сигналов,
наводимых в антенне внешними электромагнитными полями.
Мешающими сигналами являются излучения посторонних радиостанций, излучения
различных промышленных установок (индустриальные помехи) и излучения естественного
происхождения (атмосферные помехи и космические шумы). Электромагнитные излучения,
накладываемые на полезный сигнал, называются аддитивными помехами. Измеренный на
выходе приемника уровень полезного сигнала может быть во много раз меньше суммарного
уровня аддитивных помех. Кроме того, вследствие особенностей среды распространения уровень
полезного сигнала не остается постоянным. Изменения параметров (амплитуды, фазы) сигнала
называют замиранием или мультипликативными помехами.
На своем входе радиоприемник должен сформировать колебание, с заданной степенью
точности воспроизводящее передаваемое сообщение (первичный модулирующий сигнал).
Помехи, воздействующие на вход приемника, препятствуют точному воспроизведению сигнала.
Первой операцией, которую должен выполнять приемник над входной смесью сигналов и помех,
является выделение, фильтрация полезного радиосигнала и подавление помех.

11.

Мера способности выделить полезный сигнал из совокупности сигналов и помех
называется избирательностью приемника.
В зависимости от того, по какому закону осуществляется различие сигнала и помех,
можно выделить пространственную, поляризационную, частотную, амплитудную, фазовую,
статистическую избирательность.
Основным видом избирательности, реализуемым в приемнике, является
избирательность, основанная на различиях сигнала и помех по частоте -частотная
избирательность. Для ее реализации структурная схема приемника должна содержать
резонансные, частотно-селективные системы.
Второй операцией, выполняемой приемником, является извлечение информации из
выделенного радиосигнала, его преобразование в первичный сигнал. Эта операция называется
детектированием и выполняется специальным устройством - детектором.

12.

Простейший приемник, выполняющий над радиосигналом указанные выше операции,
состоит из входной избирательной цепи (одиночного контура), осуществляющего фильтрацию
сигнала, и детектора. Его называют детекторным приемником (рисунок 2). Принципиальная схема
такого РПУ представлена на рисунке 3.
Основные недостатки детекторного приемника:
- слабая избирательность и неспособность принимать слабые сигналы. Слабые сигналы,
подаваемые на вход детектора, преобразуются в первичный сигнал с большими искажениями.
Рисунок 2. Структурная схема детекторного приемника

13.

Для того чтобы искажения были в допустимых пределах, на вход детектора
необходимо подать сигнал вполне определенного уровня, т.е. слабые сигналы необходимо
усилить.
Таким образом, третья операция, проводимая приемником над радиосигналом - усиление.
Усиление может осуществляться как на высокой частоте (до детектора), так и на
низкой частоте (после детектора). Усиление до детектора реализуется с помощью усилителей с
резонансной нагрузкой, которые обеспечивают дополнительную фильтрацию. Изменяя
сопряжено-резонансную частоту контуров в нагрузке усилителей с помощью конденсатора
переменной емкости, можно перестраивать приемник по частоте, выделять необходимые
полезные сигналы в некотором диапазоне рабочих частот.
Рисунок 3. Принципиальная схема детекторного приемника

14.

Уровень принимаемых сигналов на входе приемника может быть различным, а напряжение на входе
детектора должно быть постоянным. Поэтому в приемник обычно вводят регулировку усиления.
Все выше перечисленные операции реализуются в приемниках прямого усиления и в приемниках
супергетеродинного типа.
Структурная схема приемника прямого усиления изображена на рисунке 4. Усиление сигнала
производится непосредственно на частоте принимаемого сигнала вплоть до детектора, т.е. на частоте, которая
воспринимается антенной.
В данной структурной схеме можно выделить основные тракты радиоприемника: принимаемой и
низкой частот.
К основным достоинствам такого приемника можно отнести:
-высокую стабильность частоты настройки;
-отсутствие в схеме различного рода генераторов.
Рисунок 4. Структурная схема приемника прямого усиления

15.

Основные недостатки приемника прямого усиления:
1. Недостаточно высокая избирательность. Основная избирательность в приемнике
прямого усиления осуществляется в тракте принимаемой частоты, элементами которого
являются входное устройство (ВхУ) и усилитель высокой частоты (УВЧ).
Усилитель высокой частоты осуществляет практически все усиление и
избирательность до детектора.
Но в перестраиваемых приемниках невозможно применять сложные фильтры. В
качестве входного устройства и нагрузки резонансных перестраиваемых усилителей
обычно используются одиночные контуры, реже - связанные двухконтурные системы. Как
известно, такие фильтры имеют на высоких частотах широкую полосу пропускания и
весьма пологие скаты, поэтому помехи, лежащие за пределами полосы пропускания и
вблизи основного канала, будут подавляться слабо.
Если же использовать большее количество перестраиваемых избирательных
систем и каскадов УВЧ, то в связи с высокой частотой усиление будет неустойчивым и
возникнут серьезные конструктивные трудности.

16.

2. Неравномерность избирательности при перестройке радиоприемника в
диапазоне рабочих частот. Поскольку полоса пропускания одиночного
колебательного контура определяется выражением
то при изменении частоты настройки контура , изменяется и его полоса
пропускания, что приводит к изменению избирательности приемника. Пример.
При добротности контура =50 на =300 кГц полоса пропускания = 300/50 = 6
кГц, т.е. приблизительно соответствует спектру AM колебания. Но уже на
частоте =1 МГц, полоса при той же добротности будет шире в 3,3 раза (20
кГц), т.е. через этот фильтр пройдут и полезный сигнал, и другие мешающие
сигналы.
.

17.

3. Низкая чувствительность. При перестройке каскадов УВЧ в широком
диапазоне частот резко изменяется их усиление. На высоких частотах
коэффициент устойчивого усиления
невелик и обратно пропорционален
номиналу частоты:
,
(2)
где - крутизна характеристики усилителя; - емкость перехода коллектор-база.
Следовательно, для реализации большого коэффициента усиления
необходимо использовать большое число каскадов усиления.

18.

4. Неравномерность чувствительности во всем ДРЧ из-за резкой
неравномерности усиления в радиотракте. Коэффициент усиления
усилительного каскада УВЧ Кус изменяется при перестройке вследствие
изменения эквивалентного сопротивления нагрузки Rэ:
где:
Учитывая изменение частоты в ходе перестройки, аналогичное изменение
будет претерпевать и эквивалентное сопротивление нагрузки, а
следовательно, и коэффициент усиления.

19.

5. Возможность появления больших нелинейных искажений в случае
малого усиления до детектора, и как следствие - работа в нелинейном
режиме. Эти недостатки можно устранить, если основное усиление и
фильтрацию сигнала осуществлять на некоторой постоянной и более низкой
частоте.

20.

Приемник, в котором частота сигнала преобразуется в некоторую постоянную,
обычно достаточно низкую частоту, называют приемником супергетеродинного
типа. Частоту, в которую преобразуются сигналы, называют промежуточной
частотой.
Схема супергетеродина была предложена в 1918 г. Армстронгом (США), Леви
(Франция), Рауддом (Англия) независимо друг от друга. Первые супергетеродины
были чрезвычайно громоздки и не представляли видимого преимущества по
сравнению с приемником прямого усиления, главным образом из-за плохого качества
ламп. Поэтому после его изобретения усилия ученых направлялись на совершенствование приемника прямого усиления, в частности, за счет использования в
некоторых каскадах усиления регенерации (регенеративные приемники).
Окончательный перелом в сторону супергетеродина произошел в 1931 - 1932 г. в
связи с появлением качественных ламп (пентодов) и быстрым освоением
декаметрового диапазона волн, где преимущества супергетеродина особенно видны.

21.

Схема содержит:
Тракт принимаемой
(высокой) частоты
Тракт низкой частоты
Тракт промежуточной
частоты

22.

Рисунок 5. Обобщенная структурная схема РПУ супергетеродинного типа

23.

При такой схеме недостатки, присущие приемнику прямого усиления, в
значительной мере устраняются.
Достоинства супергетеродина:
Более высокая и постоянная в диапазоне рабочих частот избирательность, так как в
тракте промежуточной частоты на постоянной и достаточно низкой промежуточной частоте
можно использовать сложные избирательные системы (фильтры сосредоточенной селекции
(ФСС), кварцевые). С помощью таких высокодобротных фильтров можно получить
достаточно узкие и неизменные полосы пропускания по аналогии с выражением (1):
∆