Радиопередающие и радиоприемные устройства СРТВ. Лекция 3

1.

Лекция 3
Радиопередающие и радиоприемные устройства СРТВ
1. Радиопередающие устройства (РПУ) СРТВ
2. Радиоприемные устройства (РПрУ) СРТВ

2.

Структурная схема РПУ
Функции передатчика :
− получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и мощности;
− модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом;
− фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых выходят за
необходимой полосы излучения и могут создать
помехи другим радиостанциям;
− излучение колебаний через антенну.
Синтезатор
частоты
Задающий
генератор
Промежут.
усилитель
Усилитель
мощности
пределы
Антенна
Модулятор
Устройства
электропитания
Выходная
цепь

3. Типовые значения параметров РПУ СРТВ

Диапазон рабочих частот
f p f p max f p min
Полоса частот передатчика 2 f nep
на рабочей частоте
Количество и номиналы рабочих (несущих) частот
f p f nep
f1... f N
Уровень подавления побочных и внеполосных составляющих − до − 60… − 70 дБ
Стабильность (нестабильность) частоты
− абсолютная
− относительная
f н
f н / f 0
составляет 10-5…10-8
Мощность РПУ : малая ≤ 3 Вт; средняя 3…100 Вт; большая 0,1...3 кВт;
сверхбольшая > 3 кВт;
Коэффициент полезного действия
пер Рпер / Р0
0,5…0,8

4.

Стабильность частоты. По международным нормам отклонение от
номинала частоты РПУ для радиосвязи на гектометровых волнах не должно
превышать 0,005 %; для радиовещательных передатчиков отклонение
частоты в этом диапазоне не должно превышать 10 Гц. На декаметровых
волнах допустимая нестабильность частоты передатчиков мощностью более
0,5 кВт равна 15∙10-7, что соответствует в диапазоне от 4 до 30 МГц
абсолютному отключению частоты от 6 до 45 Гц.

5.

Функциональная схема РПУ
Модулятор
fстаб
Возб.
ПФ
Смеситель
к антенне
fпч
МУПЧ
fсигн
Перед.
сигнал
ПФ
УМ
fгет
fнес(р)
Блок
гетер.
Фидер
Рпер

6.

Особенности усилителей мощности РПУ
Iк
а)
Uс
Ск
VT
Iб
Uк
Ес
Rн
Lк
С2
С1
~
М
●Е
0
іа
Ск
Вход
б)
С1
С2
Ес0
+
- Еа0 +
Lк

7.

Режимы работы ГВВ
Линейный режим усилителя мощности радиочастоты при θ = 180° называется
режимом первого рода (они соответствуют классу А в апериодических
усилителях). В режиме колебаний первого рода ГВВ применяют крайне редко
из-за невысокого КПД, не превышающего 50 %.
Нелинейный режим обеспечивается при θ < 180° (режим второго рода).
При этом форму импульсов анодного (коллекторного) тока характеризуют
амплитуда Iam и угол отсечки θ.

8.

Параметры ГВВ
Ia0
I a1
1
i a t d t
0
2
1
i a t d t
0
i a t cos td t
0
sin cos
I m 0 I m
1 cos
2 sin 2
I m 1 I m
2 1 cos
Основными энергетическими характеристиками ГВВ являются:
Ро = 0,5Iк0Е0;
Кр =P
или
0,5
0,4
к
Рк =0,5Iк1Uк;
/Pвх=( Iк1Uk)/(Iб1Uc)
Pвх=0,5Iб1UC ;
η = Рк /P0 = 0,5 (Iк1/ Iк0) (Uk/ E0)=0,5
K p ( dB) 10 lg (P к /Pвх)
η = 0,5(α1/ α0)( Uk /E0)=0,5
Iк0 = Imα0, а Iк1 = Im α1
0
1
2
При 0 < θ < 120° и
0,3
0,2
2
1
0,1
0
90
3
180
0
а
30
60
90
б
120
150
=const
полезная мощность падает с
уменьшением θ, а
и, следовательно, η
растет
На практике выбирают θ ≈ 90°. При этом полезная мощность меньше максимально
возможной на 7 %, а η выше почти в 1,2 раза (η ≈ 73 %).

9.

Параметры ГВВ
iа
iа
а)
t
iа
iа
t
б)
t
в)
г)
Рк Р0 Ра η
η
Р0
Рк
Ра=Р0 - Рк
Ра
Rэкр
Rэ
t

10.

Автогенераторы
2 К 1
+
U _
d 2u
du
2
2
0 u 0,
2
dt
dt
rк
Lк
C
rk
2L k
0
u ( t ) Ue t cos 0 t.
1
LkCk
Для генерации колебаний необходимо выполнить условия,
которые нужны, во-первых, для появления колебаний - баланс
фаз и, во-вторых, для поддержания возникших колебаний баланс амплитуд.
а)
Uвх
Усилитель
К
I
С
VT
И
б)
Е
Uз Lсв
_●
Ес +
М
Uос=βUвых
iL
Цепь ОС
β
iC Uк
С
L
в)
Rэк
К=│К│е
јφ
β=│β│е јψ
βUвых = Uвх = Uвых/К
βК = 1
│β││К│= 1
φ+ψ = 0, 2π,…
Uвых

11.

С1
L3
С1
L3
VT
L2
L2
б)
а)
VТ
автотрансформаторная
индуктивная
L1
С3
VT
в)
С2
емкостная

12.

Автогенераторы
Ср
Rп
● _
● +
L
С
m
С1
VT
Е
L
Выход
С2
VT
Выход
Rс
а)
Е
Rс
б)

13.

Автогенераторы
R1
V
С1
R2
i
L
C
А
Б
U

14. Кварцевая стабилизация частоты

Rк
Lк
а)
С0
ZQ
С1
Ск
Z кв
L3
С3
VT
VT
С2
б)
в)

15.

Кварцевый автогенератор
С5
R1
VT
С1
С3
С4
С2
L
П
R2
R3
●_
Е
●+

16.

Структурная схема радиоканала телерадиовещания
радиосигнал + помеха
радиосигнал
Датчик
звука и (или)
изображения
РПрУ
РПУ
Помеха
Оконечное
устройство

17.

Классификация РПрУ
По назначению: - профессиональные (связные, радиолокационные, радионавигационные,
телевизионные, радиомониторинга и др.);
- широковещательные.
По виду сигнала:
- РПрУ простых сигналов (база сигналов Вс=1);
- РПрУ сложных сигналов (Вс >1).
По способу обработки: -корреляционный
-фильтровой
-корреляционно-фильтровой
По диапазону частот:
декаметровый; метровый;
дециметровый; сантиметровый;
миллиметровый, субмиллиметровый.
По методу передачи сигналов вещания: -аналоговые
-цифровые
По виду модуляции: АМ; ФМ; ЧМ; ОБП-АМ, КАМ и т.д.
По схемной реализации: - детекторные (прямого детектирования)
- прямого усиления
- супергетеродинные
- прямого преобразования (гомодинные или гетеродинные)
- с положительными ОС (регенеративные и суперрегенеративные)
- SDR (Software Defined Radio)
Основные функции РПрУ: избирательность (выделение полезного сигнала);
усиление
(до уровня, необходимого для нормальной работы ОУ); преобразование (для
обеспечения повышенной избирательности и устойчивого усиления); выделение закона
модуляции либо измерение параметров сигнала

18.

Основные параметры РПрУ
Чувствительность – минимальная мощность или напряжение на входе РПрУ, при
которых обеспечивается заданное качество обработки сигнала
Предельная чувствительность – минимальная мощность Рс мин или напряжение Uc
мин на входе приемника, при которых отношение сигнал/шум на выходе линейной части
РПрУ равняется единице (Pc/Pш=1 или Uc/Uш=1);
Реальная (пороговая) чувствительность – минимальная мощность или напряжение на
входе приемника, при которых обеспечивается заданное качество приема (заданное
отношение сигнал/шум на выходе линейной части РПрУ).
При длине волны > 1 м, когда резонансные цепи РПрУ можно считать системами с
сосредоточенными параметрами, чувствительность принято выражаеть в единицах
напряжения - микровольтах или милливольтах Uc мин. При < 1 м – в единицах мощности
Рс мин.
Реальная чувствительность радиовещательных приемников находится в пределах 50...300
мкВ в зависимости от класса качества.
Чувствительность приемников спутникового
телевидения может составлять
10-14...10-15 Вт. Для радиовещательных приемников с
ферритовой антенной используется понятие чувствительности по напряженности поля. Она
имеет значение от 0,3 до 5 мВ/м.

19.

Частотная избирательность РПрУ
Uвх
а)
fп1
fс
fп2
f
fп1
fс
fп2
f
fс
fп2
f
Uвых
б)
Uвых
в)
fп2

20.

Резонансная характеристика приемника
К
К0
2Δf
fс
Se = К0/Кп
fп2
Кп
SeдБ = 20 lgSe = К0дБ - КпдБ
f
Q = f0 / 2Δf

21.

Динамический диапазон
Рвых
Кр
Рвых макс
Рвых мин
Рвх мин
D = Рвх макс / Рвх мин
Рвх макс Рвх
Рвх макс
Рвх
DдБ = 10 lg(Рвх макс/Рвх мин) ~ 60…110 дБ

22.

Коэффициент шума РПрУ
Кш
РПрУ
Рс
Рш0
Рс нагр
Кш, КР, Рш
Рш нагр
( Рс / Рш )вх
Р
1 ш
( Рс / Рш )вых
К Р Р ш0
Для пассивного четырехполюсника : К шпас
Кш 1
КР 1
Рш0
Кш1, Рш1,
КР1
Кш2, Рш2,
КР2
Кш12
Кш3, Рш3,
КР3
К ш12 К ш1
Рш нагр
Кш123
К шN К ш1
Рш 0
1
К Р Рш 0 К Р
Кш 2 1 Кш3 1
К шN 1
...
К Р1
К Р1 К Р 2
К Р1К Р 2 ...К Р ( N 1)
К ш123 К ш1
Кш 2 1
К Р1
Кш 2 1 Кш3 1
К Р1
К Р1 К Р 2

23.

Структурные схемы РПрУ СРТВ
ВхЦ
Д
УНЧ
fс
ОУ
fмод
а) Приемник прямого детектирования
Тракт радиочастоты
ВхЦ
УРЧ1
УРЧN
Д
УНЧ
fс
ОУ
fмод
б) Приемник прямого усиления

24.

Структурные схемы РПрУ СРТВ
ВхЦ
УРЧ
См
УНЧ
fс
ОУ
Гетер
а) Приемник прямого преобразования
Тракт радиочастоты
ВхЦ
УРЧ
См
fс
УПЧ
Д
УНЧ
ОУ
Гетер
Преобразователь
частоты
б) Супергетеродинный приемник

25.

Помеха по зеркальному каналу
U
fпч
fс
fпч
fгет
fзерк
f

26.

Коэффициент шума супергетеродинного приемника
( Pc / PШ )вых
ВхЦ
( Pc / PШ )вх
УРЧ
См
УПЧ
Д
УНЧ
fс
ОУ
Гетер
Кш
( Pc / Pш ) в х
( Рс / Рш ) в ых
К шВх 1 / К РВх
К шУРЧ 1 К шСМ 1
К шУПЧ 1
К ш К шВх
...
K pВх 1
К рВх
К рВх K рУРЧ К рВх К рУРЧ К рСМ
При КрВх≈1
К ш К шУРЧ
К шПЧ 1 К шУПЧ 1
...
К рУРЧ
К рУРЧ K рПЧ

27.

SDR – программно определяемое радиооборудование
(Software Defined Radio)
Оборудование SDR – это элементы беспроводной сети, режимы работы
и параметры которой могут быть изменены или расширены
уже после изготовления элементов с помощью программного обеспечения
Обработка сигнала с использованием
загружаемого программного обеспечения
МШУ
АЦП
Устройство
разделения
трактов (ASM)
Цифровой тракт
(Бейсбенд тракт)
(Baseband)
УМ
ЦАП
РЧ блок
Загрузка программного обеспечения,
осуществляющего управление оборудованием