АППП Пр9

1.

Практичне заняття №9
Заняття 20. Розрахунок та аналіз
основних параметрів радіоприймальних
пристроїв
Питання заняття
1. Методика розрахунку граничної чутливості
радіоприймального пристрою.
2. Розрахунок та аналіз технічних параметрів
радіоприймальних пристроїв.

2.

Practical lesson N 9
Lesson 20. Calculation and analysis of the
main parameters of radio receiving devices
Question of class
1. Methodology for calculating the
sensitivity of a radio receiving device.
maximum
2. Calculation and analysis of technical parameters of
radio receiving devices.

3. НАВЧАЛЬНА ЛІТЕРАТУРА.

1. Коваль В.М. Пристрої приймання та обробки
сигналів. Навчальний посібник: Ч. 1. Лінійні
каскади приймача. Житомир. Видання ЖВІРЕ,
2005.
2. Приймання та оброблення сигналiв. Методичнi
рекомендацiї курсантам та курсантам для
самостiйної роботи / Укл. В.М. Коваль. - Житомир:
ЖВІ НАУ 2012 р.
3. Коваль В.М. Пристрої приймання та обробки
сигналів. Навчальний посібник: Ч. ІІ. Принципи
побудови приймальних пристроїв РТС. Житомир.
Видання ЖВІРЕ, 2002.

4. Навчальне питання №1

МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ
ГРАНИЧНОЇ ЧУТЛИВОСТІ
РАДІОПРИЙМАЛЬНОГО ПРИСТРОЮ
(Methodology for calculating the
maximum sensitivity of a radio
receiving device)

5.

Гранична чутливість оцінюється таким
мінімальним рівнем радіосигналу на вході, при
якому відношення сигнал/шум на його виході
дорівнює одиниці.
Pc гр kT0 Пш ( К ш пр 1 А )
• де – k 1,38 10
23
Дж
Град стала Больцмана –
фізична стала, що визначає зв'язок між
температурою та енергією;
• - T0 273 t C [ K ] абсолютна температура;
• - Пш шумова смуга перепускання лінійного
каскаду;
• – К ш пр коефіцієнт шуму приймача;
• – А відносна шумова температура антени.

6.

Методика розрахунку граничної
чутливості радіоприймального
пристрою
ЕТАП №1
Розрахунок шумової смуги перепускання лінійного
каскаду радіоприймального пристрою.
В залежності від кількості каскадів в лінійній частині
радіоприймального пристрою шумова смуга перепускання
розраховується за наступними виразами:
а) П ш 1,22 П 0, 707 - шумова смуга перепускання для
одного лінійного каскаду, пов’язана зі смугою пропускання
РПрП за рівнем 0,707 за напругою;
б) Пш П0,707 - для двох;
2
в) П ш П 0,707 - від трьох і більше лінійних каскадів.

7.

ЕТАП №2
Розрахунок коефіцієнту шуму радіоприймального
пристрою.
К ш ПВЧ
Pс .вх Pш .вх
К ш пр
.
К
р вх
Pс .вих Pш .вих
ЕТАП №3
Розрахунок відносної шумової температури антени.
Т
А А
Т0
ТА
Розрахунок відносної шумової температури антени
зводиться до розрахунку шумової температури антени , яка
розраховується за виразом.
Т А Т А Т 0 1 А
де Т Т к Т АТМ nTЗ –
зовнішніх шумів антени;
еквівалентна
температура

8.

А – ККД антени;
Т к – еквівалентна
шумова температура космосу,
характеризує рівень космічних шумів;
Т АТМ – еквівалентна шумова температура атмосфери,
характеризує інтенсивність теплових шумів атмосфери;
TЗ – еквівалентна шумова температура Землі,
характеризує інтенсивність теплових шумів поверхні Землі,
приймається рівним 250 К.
n – середній рівень бічних пелюсток приймальної
антени, через які теплові шуми проходять в приймач.
На практиці n 0 ,1...0 ,.01.
Значення Т к , Т АТМ залежать від частоти, а також від
орієнтації антени за кутом місця, для їх визначення
використовують спеціальні графіки.

9.

Графіки залежності еквівалентної шумової температури
космосу та атмосфери від частоти.

10.

ЕТАП №4
Розрахунок граничної чутливості
радіоприймального пристрою
Pc гр kT0 П ш ( К ш пр 1 А )
ВИСНОВОК
Існуюча методика дозволяє розраховувати граничну
чутливість радіоприймального пристрою з врахуванням
внутрішніх та зовнішніх факторів впливу на нього.
З даного виразу слідує зі збільшенням шумової смуги
пропускання приймача збільшується його гранична
чутливість, що призводить до зменшення дальності
прийому при незмінних інших параметрах.

11. Навчальне питання №2

Розрахунок та аналіз технічних
параметрів радіоприймальних
пристроїв
(Calculation and analysis of
technical parameters of radio
receiving devices)

12.

Задача №1
Провести аналіз щодо можливості застосування
радіоприймальних пристроїв, для ведення радіомоніторингу
в зоні проведення ООС, за граничною чутливістю приймача.
Якщо відома мінімальна потужність сигналу від ДРВ на вході
РПрП Рс.вх.= 10-14 Вт.
Варіант
Назва
1
P-375
2
AR-5000A
3
SR-2200
Вигляд

13.

Початкові дані:
коефіцієнт передачі вхідного кола за потужністю Крвх;
коефіцієнт шуму підсилювача високої частоти КшПВЧ;
смуга перепускання РПрП П0,707 ;
кількість каскадів приймача m;
коефіцієнт корисної дії антени ηа;
еквівалентна шумова температура атмосфери ТАТМ;
еквівалентна шумова температура космосу ТК;
температура роботи 17 С;
рівень бічних пелюсток антени у напрямку Землі n.
1
Варіанти
2
3
Кр вх
1
2
1
Кш пвч
9
6
1,1
П0,707 кГц
660
5,5
50,2
m
3
2
1
Ƞа
0,8
0,85
0,9
Татм, °К
10
20
20
Тк, °К
n
1
0,1
2
0,1
2
0,07
Параметри

14.

Розв’язок:
1. Знаходимо коефіцієнт шуму радіоприймального
пристрою
К шпвч
К ш пр
К рвх
2. Для розрахунку відносної шумової температури антени
А , яка визначається
ТА
А
Т0
необхідно розрахувати шумову температуру антени
Т А Т А Т 0 1 А
де, Т Т к Т АТМ nTЗ
3. Розрахуємо шумову смугу перепускання РПрП, якщо
відома смуга перепускання РПрП
П ш П 0, 707
П ш 1,22 П 0, 707
П ш П 0, 707
2
4. Розраховуємо граничну чутливість приймача
Pc гр kT0 Пш ( К ш пр 1 А )

15.

Результати розрахунків:
Параметри
Варіанти
1
2
3
Т∑,К
36
47
39,5
Та,К
86,6
83,45
64,55
Кшпр
9
3
1,1
Рс гр, Вт
2,19×10-14
1,26×10-16 1,02×10-16

16.

Назва
P-375
AR-5000A
SR-2200
Вигляд
Р сгр
P вх
не здатен, оскільки
Рс гр. приймача
більша за необхідну
2,19×10-14 Вт
1,26×10-16 Вт
1,02×10-16 Вт
Здатність
виконати завдання
10-14 Вт
здатен, оскільки
Рсгр. приймача менша
за необхідну
здатен, оскільки
Рс гр. приймача менша
за необхідну

17. Висновок:

З проведеного аналізу видно, що для виконання
поставлених завдань зоні дії ООС можливо застосовувати
радіоприймальні пристрої AR-5000A та SR-2200.
Чим краща гранична чутливість радіоприймального
пристрою тим краще приймач, оскільки від здатен приймати
більш слабкі сигнали.

18.

Задача №2
Визначити вплив різних пристроїв на коефіцієнт шуму
РПрП за параметрами елементів, що наведені у таблиці
Параметри
Кр вк
Кр ПВЧ
Кр ПЧ
Кш ПВЧ
Кш ПЧ
Кш ППЧ
1
0,8
100
2
1,2
5
10
Варіант
2
0,8
200
6
5
8
16
3
0,8
300
10
10
12
22

19.

Структура супергетеродинного РПрП
А
Вхідне
коло
ПВЧ
ПЧ
ППЧ
Д
ПНЧ
Споживач

20.

Загальний вираз для розрахунку коефіцієнт шуму РПрП Кш пр
К ш 2 1 К ш3 1
К шn 1
К ш пр К ш1
,
К р1
К р1 К р 2
К р1 К р 2 К р n 1
1. Розрахунок впливу на коефіцієнт шуму Кш пр вхідного
кола та ПВЧ
К ш пр К ш вк
К ш ПВЧ 1
К р вк
1
К ш вк
К р вк
К ш ПВЧ
К р вк
,

21.

2. Розрахунок впливу
перетворювача частоти
Кш
пр
3. Розрахунок впливу на коефіцієнт шуму Кш
підсилювача проміжної частоти
пр
К ш пр К ш вк
К ш пр К ш вк
коефіцієнт
К ш ПВЧ 1
К ш ПВЧ 1
К р вк
на
К р вк
шуму
К ш ПЧ 1
К р вк К р ПВЧ
К ш ПЧ 1
К р вк К р ПВЧ
,
К ш ППЧ 1
К р вк К р ПВЧ К р ПЧ
,

22.

Таблиця результатів по варіантах
Параметри
Кш пр ВК
Кш пр ВК та ПВЧ
Кш пр ПЧ
Кш пр ППЧ
1
1,25
1,5
1,55
1,606
Варіант
2
1,25
6,25
6,338
6,353
3
1,25
12,5
12,546
12,555

23.

Висновки
1. На коефіцієнт шуму РПрП найбільший вплив
оказують перші елементи.
2. Мінімізації коефіцієнта шума РПрП можливе за
рахунок застосування та малого коефіцієнта шума
вхідного кола та великого коефіцієнта передачі за
потужністю у ПВЧ.
3. Інші елементи вносять менший вклад у
коефіцієнт шума РПрП. До перетворювача частоти та
підсилювача проміжної частоти не ставляться
вимоги щодо забезпечення великого значення
коефіцієнта передачі за потужністю чи малого
коефіцієнта шума.

24.

Задача №3
Провести
порівняльний
аналіз
забезпечення
радіозв'язку із застосуванням переахованих типів
радіостанцій за ідеальних умов (у вільному просторі),
якщо відомі гранична чутливість радіоприймального
пристрою Рсгр. та коефіцієнт розрізнення, який забезпечує
прийом сигналів із заданою якістю виявлення.
Радіоприймальні пристрої
SR-2200 : Рсгр =1,02·10-16 Вт, q=10;
Радіостанція Vertex Standart VX 451 :
Рсгр=12·10-14 Вт, q=10.

25.

Розв’язок:
1. Знаходимо порогову чутливість радіоприймального
приймача
1 2
Рс пор q Рс гр
2
SR-2200
Рс пор q Рс гр 0 ,5 10 2 1,02 * 10-16
5,1 10 15 Вт
VX 451 Р с пор q Р с гр 0,5 10 2 12 10-14 6 10 12 Вт
2. Знаходимо в скільки разів відрізняється дальність дії
РПрП за рівних умов для SR-2200 та VX 451
Д Pc пор1 / Pс пор 2
6 10 12
5,1 10
1176
34
,
3
15

26.

Задача №3 (на с/п)
Дати порівняльний аналіз радіоприймальних пристроїв
за коефіцієнтом перекриття частотного діапазону, що
наведені в таблиці.
Розв’язок:
Розрахувати коефіцієнт перекриття діапазону:
Kд
f 0 max
f 0 min

27.

Діапазон довжин хвиль
Назва
КХ
УКХ
Основні ТТХ
Коефіцієнт
перекриття
частотного діапазону
Діапазон робочих частот
1,0 ... 30,0 МГц
30
Радіоприймач «ВОСХОД»
+
Радіоприймач Р-399А
+
Діапазон робочих частот
1,0 - 31,99 МГц
32
+
Діапазон робочих частот
1.5 - 33.5 МГц
22,3
+
Діапазон робочих частот
25 - 3000 МГц
120
РадіоприймачР-313М2
+
Діапазон робочих частот
100-425 МГц
4,25
РадіоприймачР-375
+
Діапазон робочих частот
20-500 МГц
25
РадіоприймачAR-5000
+
Діапазон робочих частот
0,01-3000 МГц
300000
РадіоприймачPR-100
+
Діапазон робочих частот
9 кГц - 7,5 ГГц
83333
РадіоприймачР-250
Радіоприймач SR-2200
ВИСНОВОК:
Чим більший коефіцієнт перекриття частотного діапазону
радіоприймального пристрою тим ширше його діапазон робочих
частот.

28. ВИСНОВКИ

1. На даному практичному занятті закріпили вивчений матеріал,
щодо якісних показників радіоприймального пристрою.
2. Розглянули методику розрахунку граничної чутливості
приймача.
3. Навчилися розв'язувати практичні задачі, щодо розрахунку
основних показників якості радіоприймального пристрою.

29.

Задача 4.
Розрахувати коефіцієнт шуму наступних
приймальних пристроїв:
1) без ПВЧ;
2) з ПВЧ на транзисторі;
3) з ПВЧ з неохолодженим параметричним
підсилювачем (Т=90 К);
4) з ПВЧ з охолодженим параметричним
підсилювачем (Т=77 К).
ВК
ПрЧ
ППЧ
Д
ВК
ПВЧ
ПрЧ
ППЧ
(1)
Д
(2,3,4)

30.

Крвк=0,8;
Кш пвч=3 (ЛБХ);
Кш пвч (неохолоджений параметричний підсилювач)=1,5;
Кш пвч (охолоджений параметричний підсилювач)=1,1;
Кр пвч (для всіх типів приймачів)=100;
Крпрч=0,2;
Кшпрч=8;
Кшппч=6.

31.

Вираз для коефіцієнта шуму приймача визначається
за виразом
ВК
ПВЧ
ЗМ
ППЧ
Д
Вихід
Гет.
К ш К швк
К ш пвч 1
К р вх.к
К ш прч 1
К р вх.к К р пвч
К ш ппч 1
К р вк К р пвч К ш прч
К шпрч 1
К шппч 1
К швк К шпвч
К
К
К
р пвч
рпвч рпрч

32.

У наведеному виразі враховано, що вхідне коло- це пасивний
елемент, для якого
.
К ШВК 1
К Р ВХ .К
.
Аналіз цього виразу показує, що для зменшення Кш
необхідно
1. Зменшувати Кшвк , тобто збільшувати його коефіцієнт
передачі К Р ВХ .К .
2. Зменшувати коефіцієнт шуму ПВЧ К ПВЧ
3. Збільшувати коефіцієнт підсилення ПВЧ за потужністю
К Р ПВЧ
.
При великому значенні КР ПВЧ в дужках можна враховувати
лише перший добуток і вираз коефіцієнта шуму буде
матиме вигляд
К ш К швк К шпвч

33.

Відомо: Крвк=0,8;
Кш пвч=3 (транзистор);
Кш пвч (неохолоджений параметричний
підсилювач)=1,5;
Кш пвч (охолоджений параметричний
підсилювач) =1,1;
Кр пвч (для всіх типів приймачів)=100;
Крпрч=0,2; Кшпрч=8; Кшппч=6;
Пш=1МГц;
відносна шумова температура входу γпр=0,26.

34.

Розрахунок
Формули для розрахунків
:
К ш.прч 1
1
К ш.в ар.1
К ш.прч
К рв к
К р.прч
К ш.прч 1
1
К ш.в ар.2,3, 4
К ш.пв ч
К рв к
К р.пв ч
;
К ш.ппч 1
К р.пв ч К р.прч

35.

Висновки:
1. На загальний коефіцієнт шуму РПрП найбільше
впливає ПВЧ, вплив наступних каскадів ПрЧ
(ПрЧ, ППЧ) на загальний коефіцієнт шуму
незначний.
2. Для зменшення загального Кш необхідно
використовувати ПВЧ з малим значенням Кш пвч.
3. Охолодження ПВЧ з параметричним
підсилювачем зменшує загальний Кш приблизно в
1,5 рази.