- •Содержание
- •Введение
- •1. Принципы построения радиоприемных устройств, сигналов с амплитудной модуляцией.
- •1.1. Особенности сигналов с амплитудной модуляцией.
- •1.2. Помехи радиоприему.
- •1.2.1. Непреднамеренные помехи.
- •1.2.2. Естественные помехи.
- •1.2.3. Сравнительный анализ.
- •1.3. Принципы построения радиоприемных устройств.
- •1.3.1 Структурная схема
- •1.3.2. Помехоустойчивость рПрУ.
- •1.3.3. Искажения сигнала с ам.
- •1.3.4 Тенденции совершенствования радиоприемных устройств.
- •2. Разработка технического задания.
- •3. Разработка структурной и функциональной схем приемника и выбор элементной базы.
- •3.1 Обоснование выбора структурной схемы.
- •3.2 Проверка разделения диапазона рабочих частот на поддиапазоны.
- •3.3 Предварительный расчет полосы пропускания приемника.
- •3.4. Расчет коэффициента шума проектируемого приемника.
- •3.5. Выбор промежуточной частоты и устройств частотной селекции для преселектора и тракта промежуточной частоты.
- •3.6 Предварительный выбор элементной базы.
- •3.7 Выбор типа и режима работы детектора.
- •3.8 Определение коэффициента передачи преселектора и преобразователя частоты.
- •3.9 Определение необходимого числа каскадов упч:
- •3.10. Расчет числа регулируемых каскадов и фильтра системы ару.
- •3.11. Определение требований к тракту усиления низкой частоты
- •3.12. Устройство цифровой индикации частоты (цич).
- •4. Разработка схемы электрической принципиальной радиоприемного устройства.
- •4.1. Разработка входной цепи.
- •4.2. Разработка фильтра пч.
- •4.3. Разработка усилителя низкой частоты.
- •5. Результирующие характеристики радиоприемного устройства.
- •5.1. Зависимость чувствительности от частоты настройки.
- •5.3.1. Амплитудная характеристика приемника с включенной
- •Измерение многосигнальной избирательности.
- •Измерение многосигнальной избирательности
- •6.2. Измерение чувствительности.
- •6.3. Измерение отношения сигнал/шум при приеме сигналов с ам
- •Заключение
- •Литература
- •Приложение а
- •Приложение б
- •Приложение в.
- •Приложение г
1.2.2. Естественные помехи.
Классификация радиопомех естественного происхождения показана на рис. 1.2.1, б. Под внутренними шумами подразумеваются электромагнитные колебания, возникновение которых обусловлено строением вещества, физической сущностью электрических токов, электронных приборов, качеством и чистотой применяемых материалов для изготовления элементов электронных схем и электронных приборов. Источниками внутренних шумов являются все элементы РЭС. Одним из источников внутренних шумов является тепловое движение электронов. Помехи, возникающие вследствие теплового движения электронов в веществе, называются тепловым шумом. Для оценки действующего напряжения шумов в разомкнутой цепи используют выражение
,
где K = 1,38 • 10"23 Дж/К — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура, К; R — активное сопротивление цепи, Ом; Д/ — полоса пропускания шумов, Гц.
Тепловой шум возникает во всех элементах РПрУ, обладающих активным сопротивлением. Спектральная плотность шумового напряжения постоянна в очень широком частотном диапазоне. Активное сопротивление цепи часто характеризуют номинальной мощностью, которая выделяется в согласованной нагрузке,
Так как в правой части последнего выражения переменной величиной при исследовании шумов в конкретном устройстве является температура, то ее можно считать мерой величины шума.
Дробовой шум возникает в электронных лампах и полупроводниковых приборах. Он обусловлен флуктуациями тока относительно среднего значения, связанными с дискретной природой электрического тока и случайным характером эмиссии электронов (или дырок).
Шумы поверхностного эффекта проявляются в различных электронных устройствах. Физическая природа их различна. Общим характерным свойством этих шумов является обратно пропорциональная зависимость плотности от частоты. Вследствие этого их часто называют низкочастотными шумами.
Низкочастотный шум полупроводниковых приборов, так же, как и резисторов, часто называют избыточным шумом. Источником появления избыточных шумов в композиционных резисторах и угольных микрофонах часто является несовершенство контактов между отдельными сплавленными между собой частицами. Шумы, обусловленные поверхностным эффектом, возникают во всех случаях, когда соединяются два материала, например в контактах переключателей и реле. В связи с этим их называют контактными шумами. Распределение амплитуд шумов поверхностного эффекта подчиняется нормальному закону.
Импульсный шум связан с производственными дефектами полупроводниковых приборов и интегральных схем. Его можно устранить, улучшив технологию производства. Импульсный шум представляет собой резкие выбросы длительностью от нескольких микросекунд до секунд. Процесс выбросов непериодический. Средняя скорость повторения импульсов колеблется от одного импульса в минуту до не скольких сот импульсов в секунду. Амплитуда импульсов для конкретного полупроводникового устройства стабильна и намного превышает амплитуду тепловых шумов. Плотность распределения мощности пропорциональна 1/f^2.
Шумы генерации и рекомбинации носителей наблюдаются в полупроводниковых приборах. Они обусловлены флуктуацией концентрации носителей, связанных со статистическим характером их генерации и рекомбинации. Ток в полупроводнике можно представить в виде последовательности импульсов, длительность которых определяется продолжительностью существования носителя от момента генерации до момента рекомбинации.
Шумы генерации и рекомбинации носителей широкополосны.
Вторая составляющая помех естественного происхождения (см. рис. 1.2.1, б) представляет собой внеземные шумы и атмосферные помехи. Как следует из названия, источники этих радиоизлучений находятся за пределами Земли и ее атмосферы. Изучением внеземных источников занимается радиоастрономия. Поскольку, рассчитываемое РПрУ работает в диапазоне частот от 80 до 100 кГц, на котором внеземные шумы и атмосферные помехи практически себя не проявляют, эти виды помех мы рассматривать не будем [1, стр. 78.].
Следующая группа помех естественного происхождения связана с распространением радиоволн (см. рис. 1.2.1, б). Эти помехи проявляются в колебаниях уровня принимаемого сигнала (замираниях) и его искажениях.
Замирания, обусловленные отражением и рассеянием радиоволн, происходят вследствие интерференции волн в месте приема. При отражении радиоволн от объектов, положение которых меняется со временем или меняются их конфигурация и электрические параметры, наблюдается так называемая дискретная флуктуирующая многолучевостъ. В месте приема напряженность поля определяется путем интерференции некоторого (сравнительно небольшого) числа приходящих разными путями радиоволн. Вследствие нестабильности условий отражения меняется число приходящих радиоволн, а также фазовые и амплитудные соотношения. Результирующее поле в месте приема испытывает более или менее глубокие колебания амплитуды напряженности поля. Радиопомехи этого вида интенсивно проявляются в диапазонах гектометровых и декаметровых волн. В гектометровом диапазоне напряженность поля сигнала изменяется в десятки раз», а длительность замираний достигает десятков секунд. Различают замирания, возникающие при интерференции земной волны и волны, отраженной от ионосферы, и замирания, возникающие в результате интерференции двух и более пространственных радиоволн, претерпевших отражения от ионосферы. В диапазоне декаметровых волн происходит интерференция нескольких пространственных радиоволн отличающихся углами наклона траектории и временем прихода. В результате интерференции наблюдаются быстрые замирания с распределением амплитуд, близких к распределению Релея. Скорость замирания, под которой подразумевается количество пересечений огибающей сигнала в положительном направлении заданного уровня в течение 1 мин, может быть больше десяти. Причем эта величина зависит от протяженности радиотрассы.
Кроме замираний, возникают искажения сигналов, которые обусловлены не-одновременностью прихода радиоволн. При этом наблюдаются флуктуации группового времени запаздывания и амплитудно-частотные искажения. Для уменьшения искажения следует применять антенны с высоким коэффициентом усиления и использовать разнесенный прием по частоте или в пространстве.
Помехи, обусловленные флуктуациями поглощения радиоволн, проявляются в виде замираний. Причинами флуктуации поглощения радиоволн являются статистическое распределение интенсивности осадков вдоль радиотрассы, колебания коэффициента поглощения при изменении состояния различных слоев атмосферы, флуктуации протяженностей участков радиотрассы в поглощающих слоях и т. п.
Искажения сигналов за счет эффекта Доплера наблюдаются в линиях радиосвязи, использующих рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы или ретрансляцию на искусственных спутниках Земли. В связи с быстрым перемещением турбулентных неоднородностей в ионосфере или спутника происходит допплеровское смещение частоты. В линиях ионосферного рассеяния это смещение проявляется в виде свистов и меняется во времени. Максимальный сдвиг на частоте 50 МГц может составить б кГц. Для борьбы с этими помехами в линиях ионосферного рассеяния для частотной телеграфии рекомендуется применять частотную девиацию свыше 6 кГц. При связи через искусственные спутники допплеровский сдвиг частоты изменяется закономерно и может учитываться заранее.