Радиопередающие и радиоприемные устройства СРТВ. Лекция 3

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 пределы необходимой полосы излучения и могут создать
помехи другим радиостанциям;
− излучение колебаний через антенну.

Типовые значения параметров РПУ СРТВ
Диапазон рабочих частот
Полоса частот передатчика
Количество и номиналы рабочих (несущих) частот
Уровень подавления побочных и внеполосных составляющих − до − 60… − 70 дБ
Стабильность (нестабильность) частоты
− абсолютная
− относительная
Мощность РПУ : малая ≤ 3 Вт; средняя 3…100 Вт; большая 0,1...3 кВт; сверхбольшая > 3 кВт;
Коэффициент полезного действия
на рабочей частоте
составляет 10-5…10-8
0,5…0,8

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.

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

Особенности усилителей мощности РПУ
●
●
●
●
●
Uс
Ес
Е0
Ск
Lк
М
Rн
VT
С1
С2
●
●
●
●
●
●
іа
Ск
Lк
С1
С2
Ес0
-
+
Еа0
+
-
Вход
а)
б)
Iб
Iк
Uк

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.

Основными энергетическими характеристиками ГВВ являются:
Ро = 0,5Iк0Е0; Рк =0,5Iк1Uк; Pвх=0,5Iб1UC ; η = Рк /P0 = 0,5 (Iк1/ Iк0) (Uk/ E0)=0,5
Кр =P к /Pвх=( Iк1Uk)/(Iб1Uc) или
(P к /Pвх)
Iк0 = Imα0, а Iк1 = Im α1 η = 0,5(α1/ α0)( Uk /E0)=0,5
При 0 < θ < 120° и =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 %).
Параметры ГВВ

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

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

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

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

Автогенераторы
R1
R2
С1
V
L
C
А
Б
U
i

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

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

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

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 диапазону частот: декаметровый; метровый; дециметровый; сантиметровый; миллиметровый, субмиллиметровый.
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
Классификация РПрУ
По способу обработки: -корреляционный
-фильтровой
-корреляционно-фильтровой
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)

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 λ > 1 м, когда резонансные цепи РПрУ можно считать системами с сосредоточенными параметрами, чувствительность принято выражаеть в единицах напряжения - микровольтах или милливольтах Uc мин. При λ < 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.
Чувствительность – минимальная мощность или напряжение на входе РПрУ, при которых обеспечивается заданное качество обработки сигнала
Основные параметры РПрУ

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

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

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

Коэффициент шума РПрУ
Кш, КР, Рш
РПрУ
Рс
Рш0
Рс нагр
Рш нагр
Для пассивного четырехполюсника :
Кш1, Рш1,
КР1
Кш2, Рш2,
КР2
Кш3, Рш3,
КР3
Рш0
Рш нагр
Кш12
Кш123

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

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

Помеха по зеркальному каналу
fгет
f
fс
fзерк
fпч
fпч
U

При КрВх≈1
УРЧ
fс
Гетер
ОУ
УПЧ
ВхЦ
См
Д
УНЧ
Коэффициент шума супергетеродинного приемника