Основные показатели радиоприемников. Виды принимаемых сигналов

В зависимости от назначения и вида принимаемых сигналов радиоприемники обладают различными показателями (или параметрами). К основным показателям относятся:

1. Выходная мощность. Выходной мощностью радиоприемника называется мощность колебаний в его оконечной нагрузке. Оконечной нагрузкой приемника является оконечное устройство, поэтому необходимая выходная мощность определяется типом оконечного устройства, т.е. телефонами, установкой автоматического управления, ЭВМ и т.п.

Величина выходной мощности Р_ВЫХ (напряжения U_ВЫХ) зависит не только от параметров приемника. При возрастании напряжения на входе приемника растет и выходная мощность. Однако при этом увеличиваются и искажения. Поэтому приемник характеризуется величиной той наибольшей выходной мощности (U), при которой искажения не превышают допустимой величины. Эту мощность (напряжение) называют максимальной неискаженной или номинальной выходной мощностью (напряжением).

2. Чувствительность - это способность радиоприемника принимать слабые сигналы при отсутствии внешних искусственных помех. Численно

чувствительность определяется минимальным значением мощности или напряжения сигнала на входе приемника, при котором на его выходе имеет место сигнал требуемого уровня, обеспечивающий нормальную работу оконечного устройства.

3. Качество воспроизведения сигнала оконечным устройством зависит от отношения мощности сигнала и шума на выходе приемника.

это отношение носит название коэффициента различимости.

4. Избирательность - это свойство радиоприемника,позволяющее отличать полезный радиосигнал от радиопомехи по определенным признакам, свойственным радиосигналу.

В месте расположения приемной антенны радиосигналы, приходящие от различных радиопередающих станций, отличаются частотой несущего колебания, величиной напряженности поля, видом модуляции, направлением распространения и временем прихода. В зависимости от этих признаков различают следующие виды избирательности: частотную, амплитудную, по форме сигнала.

Частотная избирательность радиоприемника является основным видом избирательности. Она количественно характеризует его способность выделять из всех радиочастотных колебаний и радиопомех, действующих на его входе, радиочастотный сигнал, соответствующий частоте настройки радиоприемника.

Величина частотной избирательности авиационных приемников, как правило, не должна быть меньше 60-80 дб.

Такие показатели как полоса пропускания, динамический диапазон помехоустойчивость подробно будут рассматриваться при изучении усилителей радиоприемника.

Виды принимаемых сигналов

Для передачи информации применяют высокочастотные сигналы. Передаваемая информация должна быть тем или иным способом заложена в высокочастотное гармоническое колебание, называемое несущим.

Гармоническое немодулированное колебание записывается аналитически следующим образом:

(2.1)

Его параметрами являются: U_m - амплитуда, ω₀ - частота, φ₀ - начальная фаза.

Такие сигналы не могут содержать какой-либо информации. Они могут лишь свидетельствовать о факте своего существования.

Для передачи информации необходимо как-то изменять параметры электромагнитных колебаний, излучаемых антенной передающего устройства.

Процесс изменения любого из параметров гармонического колебания в соответствии с передаваемой информацией называется модуляцией несущей.

В зависимости от того, какой из параметров несущей изменяется (амплитуда, частота или фаза), модуляция может быть амплитудной (АМ), частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ). Частотная и фазовая модуляции между собой тесно связаны и представляют два вида угловой модуляции. Разновидностью амплитудной модуляции является импульсная модуляция. При импульсной модуляции модулироваться может любой параметр импульсов. В случае одновременного изменения двух параметров гармонического колебания имеет место смешанная модуляция, например амплитудно-фазовая или амплитудно-частотная.

В зависимости от назначения радиотехнической системы и требований к ней выбирается тот или иной вид модуляции сигнала. Наиболее широко применяется амплитудная модуляция в радиосвязи, а в радиолокации и радионавигации - частотная и импульсная.

Амплитудной модуляцией называется такая модуляция несущей, при которой изменяемым параметром является, амплитуда колебаний. Это наиболее простой и распространенный в радиотехнике, способ модуляции несущей. Он заключается в том, что огибающая амплитуды несущего колебания изменяется по закону, совпадающему с законом изменения передаваемого сообщения. При этом частота и начальная фаза высокочастотного колебания остаются неизменными. Аналитическая запись АМ-колебания имеет вид:

	(2.2)
где для упрощения, принято φ0=0

Основным параметром AM сигнала является коэффициент модуляции. Определение этого понятия особенно наглядно для АМ-колебания при гармоническом модулирующем сигнале:

(2.3)

Огибающую модулированного колебания при этом можно представить в виде:

(2.4)

где Ω - частота модуляции, k – коэффициент пропорциональности, ∆U=kS₀ – амплитуда изменения огибающей (Рисунок 2.2).

Рисунок 2.2

Отношение m=∆U/U_m называется коэффициентом модуляции.

Из Рисунка 2.2 видно, что величина m не должна превышать 1, так, как при этом ∆U>U_m, что приведет к искажению передаваемой информации. При коэффициенте модуляции m=1 максимальная мощность в 4 раза больше, чем мощность в режиме несущей частоты, а минимальная мощность равна нулю. При m=0,5 мощность на выходе усилителя при модуляции меняется в девять раз, что является существенным недостатком этого вида модуляции. Переписывая выражение (2.2) с учетом (2.3) и (2.4), получим:

(2.5)

Раскрыв скобки в уравнении (2.5), получим:

(2.6)

Из выражения (2.6) видно, что колебания, промодулированные по амплитуде одной гармоникой, содержит три гармонических высокочастотных колебания. Первое - немодулированное несущее частоты ω₀ с амплитудой U_m. Второе и третье колебания - с частотами (ω₀+Ω) и (ω₀-Ω) имеют амплитуды, равные 0,5U_m.

Эти частоты называют боковыми частотами. Исходя из формулы (2.6) AM-колебание можно наглядно представить в виде частотного спектра. Этот спектр строится в прямоугольной системе координат, причем по оси абсцисс откладываются частоты, а по оси ординат - амплитуды составляющих модулированного колебания (Рисунок 2.3).

Рисунок 2.3

Частотная и фазовая модуляции. При частотной модуляции амплитуда высокочастотных колебаний остается постоянной; в соответствии с передаваемым сообщением изменяется его частота (Рисунок 2.4). Уравнение для мгновенного значения напряжения несущего колебания имеет следующий вид:

Здесь принято, что начальная фаза колебания равна нулю.

При неискаженной частотной модуляции изменение частоты модулированного сигнала (это изменение называют отклонением или девиацией частоты) ∆ω_max должно быть пропорционально амплитуде модулированного сигнала. Если модулирующий сигнал изменяется по гармоническому закону, т.е. в соответствии с выражением (2.3), то угловая частота модулированного колебания изменяется следующим образом:

(2.7)

Рисунок 2.4

Тогда уравнение частотно-модулированного колебания можно записать так:

(2.8)

Определим Фазу частотно-модулированного колебания. Фаза определяется интервалом от частоты по времени. Следовательно, с учетом выражения (2.7) закон изменения фазы частотно-модулированного колебания будет иметь вид:

(2.9)

Величина (∆ω_maxsinΩt/Ω) называется девиацией фазы и при частотной модуляции пропорциональна девиации частоты и обратно пропорциональна частоте модулирующего сигнала. Отношение ω_max/ω называется индексом частотной модуляции, обозначается m_f и представляет собой максимальное отклонение фазы при частотной модуляции. Уравнение частотно-модулированного колебания (2.8), выраженное через индекс модуляции будет иметь вид:

(2.10)

Рассмотрим фазово-модулированные сигналы. При гармоническом модулирующем сигнале с частотой Ω выражение 2.3) сигнал фазовой с модуляцией можно представить следующим образом:

(2.11)

Запишем мгновенное значение фазы такого сигнала:

(2.12)

Мгновенное значение частоты сигнала определяется как производная фазы по времени:

(2.13)

Произведение ∆φ_maxΩ называется индексом фазовой модуляции, обозначается символом m_φ и представляет собой наибольшее отклонение частоты при фазовой модуляции.

Выражения (2.10) и (2.13) определяют связь между частотной и фазой сигнала. Наличие такой связи говорит о том, что у сигнала с частотной модуляцией кроме частоты изменяется также фаза и наоборот. Но надо помнить, что при частотной модуляции фаза меняется не по закону управляющего колебания, а по закону интеграла от него, а при фазовой модуляции частота сигнала изменяется не по закону управляющего колебания, а по закону его производной. Такая жесткая связь между частотной и фазовой модуляциями обусловила введение общего для них названия — угловая модуляция.

Импульсная модуляция широко применяется в радиолокации, радионавигации и в многоканальной радиотелефонной связи. При ИМ сигнал передается в виде пачек радиоимпульсов, параметры которых меняются в соответствии с изменениями полезного сигнала.

В системах радиолокации широкое применение получала ИМ с огибающей импульсов прямоугольной или близкой к ней формы. В системах передачи управляющих сигналов и передачи информации импульсы, модулирующие высокочастотные колебания, могут быть в свою очередь промоделированы по одному или нескольким параметрам:

- по амплитуде - амплитудно-импульсная модуляция (AИM);

- по длительности (ширине) импульса – (ДИМ/ШИМ);

- по фазе следования – ФИМ;

- ИМ, при которой информация заключена в расстановке - коде импульсов в группе, называется кодово-импульсной (КИМ).