История развития техники радиоприема
Достиярова А.М.
РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
Учебное пособие
Алматы 2007
УДК 621.397.62 (075.)
Достиярова А.М. Радиоприемные устройства: Учебное пособие по дисциплине «Радиоприемные устройства» (РПУ) разработано в соответствии с рабочим учебным планом специальности бакалавриата 050719 - «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» (РЭТ) в объеме установленных кредитов и академических часов аудиторных занятий и самостоятельной работы студента. Учебное пособие предназначено для бакалавров радиотехнических специальностей. – Алматы: КазАТК, 2007. – 173с.
Учебное пособие обсуждено и одобрено на заседании кафедры «Радиотехника и телекоммуникации» (РТ) факультета «Автоматизации и телекоммуникации» КазАТК от «___»__________2007г. Протокол №___.
Учебное пособие рекомендовано к изданию Учебно-методическим бюро факультета «Автоматизации и телекоммуникации» КазАТК от «___»__________2007г. Протокол №___.
Учебное пособие утверждено Учебно-методическим советом КазАТК от «___»__________2007г. Протокол №____.
В учебном пособии рассматриваются теоретические основы и принципы построения радиоприемных устройств. Наряду с изложением вопросов построения высокочастотного тракта приемника, большое внимание уделяется вопросам помехоустойчивости различных методов приема, стабильности частоты и регулировок в приемнике. Рассмотрены состояние и пути развития радиоприемных устройств систем радиосвязи с использованием современной элементной базы, цифровой техники.
РЕЦЕНЗЕНТЫ: к.т.н., доцент Медеуов У.И., АИЭС
к.т.н., доцент Коньшин С.В., АИЭС
к.т.н., профессор Сабдыкеева Г.Г., КазАТК
ISBN
© АО «Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева», 2007г.
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение | ||
| Радиоприемники, их функции и предъявляемые к ним требования | ||
| 1.1 | Обобщенная структурная схема РПУ | |
| Структурные схемы РПУ | ||
| Основные характеристики РПУ | ||
| 3.1 | Диапазон рабочих частот | |
| 3.2 | Коэффициент усиления и чувствительность | |
| 3.3 | Избирательность и полоса пропускания | |
| 3.4 | Динамический диапазон и выходная мощность | |
| 3.5 | Искажения. Источник шума в РПУ.Способы повышения чувствительности РПУ | |
| Назначение высокочастотного тракта (ВЧТ) РПУ | ||
| 4.1 | Основные характеристики ВЧТ РПУ | |
| 4.2 | Фазовые искажения | |
| 4.3 | Каналы приема сигналов и помех | |
| 4.4 | Выбор полосы пропускания и промежуточных частот в супергетеродинном приемнике | |
| 4.5 | Нелинейные явления в ВЧТ и борьба с ними | |
| 4.6 | Искажения АМ-сигнала в линейном радиотракте | |
| 4.7 | Искажения ОМ-сигналов в приемнике | |
| 4.8 | Искажения ЧМ-сигнала в радиотракте | |
| Входные цепи РПУ | ||
| 5.1 | Назначение и структурная схема входной цепи | |
| 5.2 | Качественные показатели входных цепей | |
| 5.3 | Антенна как источник сигнала | |
| 5.4 | Схемы входных цепей | |
| 5.5 | Входные цепи при работе с ненастроенными антеннами | |
| 5.6 | Входные цепи при работе с настроенными антеннами | |
| 5.7 | Особенности конструкции входных цепей для различных диапазонов волн | |
| Усилители радиочастоты | ||
| 6.1 | Назначение и основные характеристики усилителя радиочастоты | |
| 6.2 | Схемы усилителя радиочастоты | |
| 6.3 | Обратные связи в усилителях радиочастоты | |
| 6.4 | Устойчивость работы усилителя радиочастоты | |
| 6.5 | Искажения в усилителях радиочастоты | |
| 6.6 | Схемы каскадов усилителей радиочастоты | |
| 6.7 | Малошумящие усилители СВЧ | |
| Преобразователи частоты | ||
| 7.1 | Назначение, структурная схема и принцип работы преобразователей частоты | |
| 7.2 | Общая теория преобразования частоты | |
| 7.3 | Частотная характеристика преобразователя | |
| 7.4 | Диодные преобразователи частоты | |
| Тракт промежуточной частоты РПУ | ||
| 8.1 | Назначение и классификация УПЧ | |
| 8.2 | УПЧ с одноконтурными, настроенными на одну частоту каскадами | |
| 8.3 | УПЧ с парами расстроенных каскадов | |
| 8.4 | УПЧ с тройками расстроенных каскадов | |
| 8.5 | Усилитель с двухконтурным фильтром | |
| 8.6 | УПЧ с фильтром сосредоточенной избирательности (ФСИ) | |
| Амплитудные детекторы | ||
| 9.1 | Параметрические (синхронные) АД | |
| 9.2 | Диодные АД | |
| 9.3 | Диодное детектирование радиоимпульсов | |
| 9.4 | Пиковый детектор | |
| Амплитудные ограничители. Виды ограничителей | ||
| Частотные детекторы | ||
| 11.1 | Принцип действия и структурные схемы частотных детекторов | |
| 11.2 | Виды частотных детекторов | |
| 11.2.1 | ЧД с преобразованием отклонения частоты в изменение амплитуды | |
| 11.2.2 | ЧД с преобразованием отклонения частоты в изменение фазового сдвига | |
| 11.2.3 | ЧД с преобразованием ЧМ-колебания в импульсное напряжение с переменной скважностью | |
| Назначение, структурная схема фазовых детекторов | ||
| 12.1 | Виды фазовых детекторов | |
| Регулировки в радиоприемных устройствах | ||
| 13.1 | Назначение и виды регулировок | |
| 13.2 | Регулирование полосы пропускания | |
| 13.3 | Разбивка диапазона частот на поддиапазоны | |
| 13.4 | Регулировка усиления | |
| 13.5 | Ручная регулировка усиления | |
| 13.6 | Автоматическая регулировка усиления | |
| 13.7 | Автоматическая подстройка частоты | |
| Литература |
Введение
История развития техники радиоприема
История развития радиоприемных устройств, как и всей радиотехники, неразрывно связана с именем изобретателя радио Александра Степановича Попова (1859 – 1906).
7 мая 1895 г. в Петербурге А.С.Попов демонстрировал работу «прибора для обнаружения и регистрирования электрических колебаний».
Рисунок 1 – Структурная схема радиоприемника А.С.Попова
Рассмотрим принцип работы этого первенца практической радиотехники. В схему радиоприемника входили: когерер К, батарея Б, электромагнитное реле Р с контактами Кн1, Кн2 и электромагнит М. в качестве выходного устройства использовался электрический звонок, приводимый в действие электромагнитом М.
Когерер представлял собой стеклянную трубку, наполненную металлическими опилками. Под влиянием тока ВЧ, протекающего от антенны А через когерер на землю, опилки слипались и замыкали цепь тока от батареи обмотку реле. Замыкались контакты Кн1и создавалась цепь тока от батареи через контакты Кн1 и Кн2, обмотку электромагнита М на – Б.
Электромагнит протягивал боек звонка, который ударял по чашке Зв. Таким образом воспроизводился принятый сигнал.
Но боек, поворачиваясь около оси О, размыкал контакты Кн2. Цепь тока через обмотку электромагнита М размыкалась. Боек под действием пружины возвращался и ударял по когереру, встряхивая опилки. Их сопротивление увеличивалось, ток через реле Р уменьшался и контакты Кн1 размыкались. Для приведения в действие звонка нужен был новый импульс тока ВЧ.
Функция усиления слабого радиосигнала до импульса, достаточного для приведения в действие электрического звонка, осуществлялась при помощи электромагнитных приборов Р и М.
Избирательными свойствами приемник А.С.Попова не обладал.
Радиоприемным называется устройство, предназначенное для приема сообщений, передаваемых с помощью ЭМВ. РПУ состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства. В приемной антенне под действием электромагнитного поля возникают электрические колебания, которые являются входными сигналами для приемника. В качестве оконечного устройства, воспроизводящего или регистрирующего переданные сообщения, используют громкоговоритель, кинескоп, буквопечатающий аппарат, электронно-вычислительные устройства и т.д. Основными функциями, выполняемыми приемником, являются:
- выделение принимаемых сигналов из множества сигналов других радиостанций и помех (фильтрация по частоте);
- усиление принимаемых сигналов, мощность которых на входе обычно весьма мала;
- детектирование высокочастотных сигналов для выделения переносимых этими сигналами сообщений;
- обработка принимаемых сигналов с целью уменьшения влияния помех.
В современных системах магистральной связи по радиоприемником понимается его высокочастотная часть (от антенны до детектора), в которой сигнал селектируется, усиливается и преобразуется по частоте. Детектор с устройствами обработки сигнала составляют приемную часть модема, которая называется демодулятором или выходным устройством. В оконечном устройстве осуществляется декодирование и регистрация принимаемых сообщений.
РПУ классифицируют по их назначению, диапазону принимаемых частот, виду модуляции и т.д. Различают также приемники ламповые и транзисторные, стационарные и переносные. Во многом от тех и других отличаются приемники, устанавливаемые на движущихся объектах, - автомобильные, самолетные, спутниковые и т.д. По характеру источника питания приемники разделяют на сетевые и батарейные.
Разнообразные типы радиоприемников, применяемых в настоящее время, принято разделять на две основные группы: радиовещательные и профессиональные.
Радиовещательные приемники предназначены для приема звуковых и телевизионных программ. Радиовещательные приемники, предназначенные для приема звуковых программ, согласно стандарту, работают в диапазонах длинных (150 – 408 кГц), средних (525 – 1605 кГц), коротких (4 – 12 МГц) и ультракоротких (65 – 73 МГц) волн. В диапазонах ДВ, СВ и КВ вещание ведется с помощью АМ, причем верхняя частота модуляции FВ составляет около 5 кГц, а интервал между несущими частотами соседних станций не должен быть меньше D¦ск=10 кГц. В диапазоне УКВ применяется широкополосная ЧМ с максимальной девиацией частоты D¦m=50 кГц. В этом диапазоне осуществляется высококачественное монофоническое и стереофоническое вещание при верхней частоте модуляции порядка 10 – 15 кГц. Интервал между несущими частотами соседних радиостанций, обслуживающих одну и ту же зону, не должен быть меньше D¦ск=250 кГц.
Для передачи сигналов изображения используется АМ с частично подавленной одной боковой полосой частот (FВ=6 МГц), а для передачи звукового сопровождения – ЧМ (D¦m=75 кГц, FВ=12 кГц). Полоса частот телевизионного сигнала составляет около 8 МГц.
Профессиональные приемники, используемые для приема непрерывных или дискретных сигналов (телефонных или телеграфных), называют связными. К профессиональным относятся также приемники для радиолокации, радионавигации, радиотелеметрии и т.д. Они классифицируются по следующим основным признакам:
- по методу построения схемы различают приемники прямого усиления, регенеративные, сверхрегенеративные и супергетеродинные;
- по диапазону волн принимаемых сигналов приемники разделяются на ДВ, СВ, КВ, УКВ и др.;
- по виду принимаемых сигналов приемники делятся на телефонные, телеграфные, телевизионные, локационные и т.д.;
- по способу модуляции принимаемых сигналов различаю приемники, предназначенные для приема сигналов с амплитудной, частотной, фазовой и импульсной модуляцией;
- по степени подвижности приемники могут быть стационарные или подвижные (корабельные, самолетные, танковые и т.п.);
- по протяженности «линии» связи различают приемники предназначенные для работы на магистральных линиях связи и на линиях средней и малой протяженности.
Радиочастотный спектр - это объединенные по определенному правилу в диапазоны частот полосы частотного спектра, классификация которых по частоте и длине волны представлена в таблице.
При организации и планировании частотных каналов радиоспектр следует рассматривать как природный и ограниченный ресурс.
Особенности природного ресурса (свойства):
1) неистощимость;
2) многократность применения;
3) глобальная доступность;
4) неоднородность (неравномерность отдельных участков).
Области применения:
1) длинные волны– радиовещание и связи на большие расстояния;
2) средние– радиовещание и связи, на флоте и в авиации
На l = 600 м– «SOS»;
3) диапазон КВ- магистральные линии радиосвязи;
4) дециметровый и более короткие волны– связь с космическими объектами;
5) метровые и дециметровые волны– телевидение, радиовещание, местной связи и навигации на аэродромах, при связи с подвижными объектами в городах;
6) сантиметровые– радиорелейные линии, радиолокационные системы, системы связи с космическими объектами.
| Номер диапазона | Обозначение полосы | Диапазон частот | Название диапазона волн | Волны |
| Очень низкие частоты (ОНЧ) | 3 – 30 кГц | Мириаметровые | 100 – 10 км | |
| Низкие частоты (НЧ) | 30 – 300 кГц | Километровые (длинные – ДВ) | 10 – 1 км | |
| Средние частоты (СЧ) | 300 – 3000 кГц | Гектометровые (средние – СВ) | 1000 – 100 м | |
| Высокие частоты (ВЧ) | 3 – 30 МГц | Декаметровые (короткие – КВ) | 100 – 10 м | |
| Очень высокие частоты (ОВЧ) | 30 – 300 МГц | Метровые | 10 – 1 м | |
| Ультравысокие частоты (УВЧ) | 300 – 3000 МГц | Дециметровые | 100 – 10 см | |
| Сверхвысокие частоты (СВЧ) | 3 – 30 ГГц | Сантиметровые | 10 – 1 см | |
| Крайне высокие частоты (КВЧ) | 30 – 300 ГГц | Миллиметровые | 10 – 1 мм | |
| –– | 300 – 3000 ГГц | Децимиллиметровые | 1 – 0,1 мм |
В настоящее время существует большое число радиотехнических систем различного назначения. Основными из них являются системы:
Радиосвязи и вещания
Телевизионные системы
3) радиолокационные системы (РЛС)– устройство обнаружения отражающих радиоволны объектов (самолетов, кораблей) в отсутствие видимости.
4) радионавигационные системыпредназначены для определения местоположения объектов на земном шаре или в космосе путем приема сигналов от двух или более разнесенных радиопередатчиков, координаты которых заранее известны.
5) радиотелеметрические системы предназначены для дистанционного измерения различных физических величин на удаленном объекте.