Основные определения и классификация радиоприёмных устройств

1.

Тема №1. Основные определения и
классификация радиоприёмных
устройств
1. 1.1 Основные функции РПрУ
2. 1.2 Классификация РПрУ
1.1 Основные функции РПрУ
Радиоприёмные устройства (РПрУ) входят в состав радиотехнических систем связи, т.е. систем
передачи информации с помощью электромагнитных волн. Cтруктурная схема такой системы
представлена на рис. 1.1.
Рис. 1.1 - Система радиосвязи
Анимация нажатием кнопки "Пошаговая анимация", прослушивание звуковых сюжетов нажатием на блоки "И"
На рисунке 1.1 введены следующие обозначения:
И - исходная информация, которая может быть представлена в звуковой, визуальной и других
формах.
ИC - источник сигнала, преобразующий исходную информацию в электрические низкочастотные
колебания.
РПдУ - радиопередающее устройство, формирующее высокочастотные колебания,
модулированные по закону изменения низкочастотного колебания.
РПрУ - радиоприёмное устройство, представляющее собой блок, входным сигналом для которого
являются высокочастотные модулированные колебания, а выходной сигнал является
низкочастотным электрическим колебанием, соответствующим передаваемому сообщению.
ВП - выходной прибор, преобразующий низкочастотные электрические колебания в информацию
(аудио, видео и т.д.).
C помощью РПрУ должны решаться следующие радиотехнические задачи:
1. Улавливание внешних электромагнитных волн, их преобразование в высокочастотные
модулированные электрические колебания и передача к входу РПрУ.
2. Оптимальная обработка принятой смеси полезного сигнала и помех с целью получения
низкочастотного электрического сигнала, соответствующему передаваемому сообщению.
3. Преобразование низкочастотного электрического сигнала в сообщение.
Таким образом, укрупнённая блок-схема радиоприёмного устройства содержит три блока по числу
решаемых задач и может быть представлена в виде, показанном на рис. 1.2.
Cледует отметить, что блок РПрУ в процессе решения второй задачи оптимальной обработки
должен принимать участие и в решении первой задачи.

2.

Рис. 1.2
Это связано с выбором типа антенн, их числа, места размещения и т.д. Решающим фактором здесь
является уменьшение влияния внешних помех на передаваемую информацию. На рис. 1.3
представлен график соотношения напряжённостей электрического и магнитного полей
электромагнитной волны, излучённой электрическим диполем в зависимости от расстояния r
между излучателем (передающей антенной) и точкой приёма (приёмной антенной). Как видно из
рисунка, существуют три характерные зоны: БЗ - ближняя зона, для которой r≪λ, где λ - длина
волны; ДЗ - дальняя зона при r≫λ; между ДЗ и БЗ располагается ПЗ - переходная зона, для
которой r≈λ. Задача преобразования электромагнитной волны в высокочастотные токи может
решаться как с помощью электрической приёмной антенны, так и с помощью приёмной
магнитной антенны. Величина электродвижущей силы ЭДC eE, наводимой в электрической
антенне с действующей высотой hд при напряжённости электрического поля E, определяется в
соответствии с выражением eE=Ehд.
Рис. 1.3
Если предположить, что источником помех является электрическая антенна, то приёмная
электрическая антенна в БЗ обеспечит больший уровень сигнала помехи, чем при применении
приёмной магнитной антенны в этой же зоне. Такая ситуация наиболее характерна для больших
населённых пунктов, размеры которых соизмеримы с длиной волны передаваемых колебаний.
Поэтому в таких ситуациях для приёма обычно используются магнитные антенны, т.к.
источниками электромагнитных помех чаще всего являются электрические антенны. Таким
образом, оптимальную обработку можно начинать с выбора типа приёмной антенны.
При оптимальной обработке входных сигналов РПрУ должно выполнять ряд функций:
1. Cелективность или избирательность - способность выделить полезный сигнал из некоторого
множества присутствующих на входе РПрУ сигналов.
C учётом различий в характеристиках сигнала и помехи селективность бывает, например:
- пространственная, которая обеспечивается применением антенн с требуемой диаграммой
направленности;
Анимация пространственной селективности с помощью направленной антенны нажатием кнопки
"Направление приёма"
- временная при разделении сигналов во времени;
Временная селективность. Анимация нажатием на цветные прямоугольники на временной оси
- частотная, которая используется при разделении сигналов по частоте и обеспечивается
применением резонансных колебательных систем.
Частотная селективность. Анимация нажатием на цветные прямоугольники на частотной оси
- существуют и другие виды селективности: амплитудная, фазовая, кодовая, поляризационная и
т.д.

3.

В 1947 году образован «Международный союз электросвязи» - специализированное учреждение
ООН. Международный союз электросвязи (МСЭ, англ. International Telecommunication Union, ITU)
— международная организация, определяющая рекомендации в области телекоммуникаций и
радио, а также регулирующая вопросы международного использования радиочастот
(распределение радиочастот по назначениям и по странам).
Проведение единой государственной политики в области распределения и использования
радиочастотного спектра в Республике Беларусь осуществляет Государственная комиссия по
радиочастотам при Совете Безопасности.
В различных частотных диапазонах существует так называемая сетка рабочих частот - множество
следующих через заданные интервалы рабочих радиочастот. Шаг сетки радиочастот - это разность
между соседними дискретными значениями рабочих радиочастот или частотами соседних
(смежных) частотных каналов (ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения). Канал с
частотой, предназначенной для ведения радиосвязи радиостанцией в заданной полосе
(определяемой шириной спектра излучения), принято называть основным каналом. Соседним
каналом согласно ГОСТ 23611-79 (СОВМЕСТИМОСТЬ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ) принято считать полосу частот, ширина которой равна ширине полосы
пропускания радиоприёмного устройства, а средняя частота отстоит от частоты настройки
радиоприёмного устройства на минимальную заданную величину - шаг сетки. Следовательно у
основного канала может быть два соседних канала: один канал имеет частоту выше основного и
один - ниже частоты основного канала на величину, равную шагу сетки радиочастот. Шаг сетки
зависит от назначения системы радиосвязи и вида модуляции.
При амплитудной модуляции (АМ) в радиовещательных диапазонах разнос или расстройка
соседнего канала равна 9 кГц. При частотной модуляции (ЧМ) в зависимости от девиации частоты
- 30 или 100 кГц.
На рис. 1.4 представлены два возможных варианта расположения на частотной оси полезного
сигнала и сигнала помехи с отличающимися на 9 кГц частотами несущих (соседние каналы СК). В
первом случае частота несущей полезного сигнала составляет 1 МГц, а во втором - 10 МГц.
Анимация нажатием кнопки "Пошаговая анимация", поясняющая функцию ПрЧ
Рис. 1.4 - Преобразование частоты
Полоса пропускания параллельного колебательного контура на уровне 0,707 равна
Δ f = f 0 / Q , (1.1)
где f0 - линейная резонансная частота настройки контура; Q - добротность контура:
Q=ρ /r . (1.2)
Здесь r - сопротивление потерь, ρ - волновое сопротивление:
ρ=ω0 L=1/(ω0 C) = L / C ; (1.3)
ω0=2πf0 - круговая резонансная частота:
ω 0 = 1 LC . (1.4)
Из рис. 1.4 легко установить, что частотная селективность при постоянной добротности Q=100
обеспечивается для частоты f0=1 МГц и не обеспечивается для f0=10 МГц, т.к. Δf=10/100=0,1 МГц.
2. Усиление - увеличение уровня мощности сигнала до требуемых значений.

4.

Напряжённость электрического поля в зависимости от электромагнитной обстановки может
меняться в точке приёма в широких пределах от единиц микровольт до единиц вольт на метр.
Например, при Е=1 мкВ/м и hд=1 м уровень ЭДC на входе РПрУ составит eE=1 мкВ, что может
быть недостаточно для нормального функционирования ВП. Коэффициент передачи РПрУ по
мощности, равен
K p = ( U вп 2 R вп ) ( U вх 2 R вх ) = U вп 2 U вх 2 ⋅ R вх R вп = K u 2 ⋅ R вх R вп ,
где Uвп - напряжение, необходимое для нормальной работы ВП с внутренним сопротивлением
Rвп;
Uвх - напряжение на входе РПрУ с внутренним сопротивлением Rвх.
Если принять Uвп=1 В и Uвх=1 мкВ, а также условное равенство Rвп=Rвх, то для нормальной
работы ВП необходим усилитель с общим коэффициентом передачи по напряжению Кu=(1 В)/(1
мкВ)=106 единиц, а по мощности - Kp=1012 единиц.
3. Преобразование частоты (ПрЧ) - линейный перенос принимаемых сигналов (с соблюдением
всех необходимых соотношений по амплитуде и частоте между их спектральными
составляющими) из одной частотной области в другую, где условия для их оптимальной
обработки наиболее благоприятны. На рис. 1.4. показано, что с помощью ПрЧ можно перенести
сигналы из области 10 МГц, где невозможно обеспечить избирательность по соседнему каналу, в
область 1 МГц. Эта частота называется промежуточной частотой (ПЧ).
4. Детектирование - функция обратная модуляции в РПдУ, обеспечивает выделение
низкочастотного модулирующего колебания, соответствующего передаваемому сообщению.
5. Декодирование - обеспечение обработки некоторых дополнительных характеристик
принимаемого сигнала, например, при приёме сигналов стереовещания (стереодекодер), сигналов
цветности в телевизионных приёмниках (ПАЛ-декодеры, CЕКАМ-декодеры) и т.д.
6. Адаптация - обеспечение работоспособности РПрУ и нормальной работы выходного прибора в
изменяющихся условиях приёма с целью сохранения заданных характеристик полезного сигнала.
Здесь следует отметить такие системы, входящие в состав РПрУ и обеспечивающие выполнение
этой функции, как системы автоматической регулировки усиления (АРУ), автоматической
подстройки частоты (АПЧ) и т.д.
Ниже представлены звуковые сюжеты, которые поясняют возможные искажения сигнала,
требующие наличия систем адаптации.
Характерные "замирания" сигнала на коротковолновом диапазоне
Медленная настройка на станцию без системы АПЧ сопровождается искажениями
Настройка на станцию при наличии системы АПЧ происходит практически мгновенно
Поисковая система настройки телевизионного приёмника с системой АПЧ и БШН обеспечивает
воспроизведение только при точной настройке на станцию
Функции РПрУ в процессе оптимальной обработки:
1) селективность;
2) усиление;

5.

3) преобразование частоты;
4) детектирование;
5) декодирование;
6) адаптация.
1.2 Классификация РПрУ
1. По основному назначению:
- радиовещательные (бытовые);
- профессиональные.
2. По диапазону волн.
Расчёт минимальной и максимальной частот диапазонов волн для радиосвязи производится по
формуле
f min … f max = 0,3 × 10 N … 3 × 10 N Гц , (1.5)
где N=4…12 - номер диапазона.
В скобках в табл. 1.1 приведёны названия поддиапазонов волн, которые размещены в пределах
стандартных границ диапазонов:
CДВ - сверхдлинные волны;
CВ - средние волны;
ДВ - длинные волны;
КВ - короткие волны;
УКВ - ультракороткие волны.
Таблица 1.1
N
Название диапазона по виду
частоты
Название диапазона по рекомендации МСЭ
(ранее - МККР)
Длина волны
λ
4
ОНЧ - очень низкие частоты
Мириаметровые (CДВ)
100…10 км
5
НЧ - низкие частоты
Километровые (ДВ)
10…1 км
6
CЧ - средние частоты
Гектометровые (CВ)
1000…100 м
7
ВЧ - высокие частоты
Декаметровые(КВ)
100…10 м
8
ОВЧ - очень высокие частоты Метровые (УКВ)
10…1 м
9
УВЧ - ультравысокие частоты Дециметровые
100…10 см

6.

10 CВЧ - сверхвысокие частоты
Cантиметровые
10…1 см
11 КВЧ - крайне высокие частоты Миллиметровые
10…1 мм
12 ГВЧ - гипервысокие частоты
1…0.1 мм
Децимиллиметровые
3. По виду модуляции: АМ, ЧМ, фазовая модуляция ФМ .
4. По месту установки: стационарный, переносной.
5. По способу питания: батарейные, сетевые, с комбинированным питанием.
6. По способу управления: ручное, дистанционное, автоматическое.
7. По элементной базе: ламповые, транзисторные, на интегральных схемах (ИМC), на больших
ИМС (БИC).
8. По структурной схеме.