СГППУ Экзамен 2022 (1)

Вопросы билетов 2022

Ничошные источники:

1)Википедия (лол)

2)ППУ Никитин (на диске есть pdf версия)

3)Романюк - Аналоговые устройства приемопередатчиков

4)Романюк - Приемопередающие устройства

5)Петров Б.Е., Романюк В.А. - Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах

анлука:(

Автогенераторы

24 Квазилинейная теория транзисторных автогенераторов. Условия, необходимые для возбуждения и устойчивого существования колебаний в автогенераторе.

25 Долговременная стабильность частоты колебаний в автогенераторе. Дестабилизирующие факторы. Три условия, необходимые для получения высокостабильных колебаний.

26 Кварцевые автогенераторы. Кварцевые резонаторы. Причины образования резонансных частот. Механические гармоники.

27 Генератор, управляемый напряжением (ГУН) при помощи варикапа. Механизм работы. Электрические схемы.

28 Фазовый шум в автогенераторах. Спектр мощности шумящего автогенератора. Единицы измерения фазового шума.

29 Диодные генераторы СВЧ.

Синтезаторы частот, основанные на системе ФАПЧ автогенераторов.

30 Функциональная схема системы ФАПЧ автогенератора. Операторный и комплексный коэффициенты передачи системы ФАПЧ. Амплитудно-частотная характеристика и полоса пропускания системы ФАПЧ.

31 Функциональная схема и механизм работы синтезатора частот на базе автогенератора с ФАПЧ. Основные параметры синтезаторов частот.

32 Шумы синтезатора частот, основанного на системе ФАПЧ автогенератора. Влияние на шумовой спектр синтезатора собственных шумов ГУНа, эталонного генератора и фазового детектора. Варианты огибающей шумового спектра при разной ширине полосы пропускания системы ФАПЧ.

Модуляторы

38 Виды фазовой манипуляции: BPSK, DPSK, QPSK. Спектр радиосигнала с фазовой манипуляцией. Схема фазового модулятора цифровыми сигналами.

39 Амплитудно-фазовая модуляция цифровыми сигналами (квадратурная амплитудная модуляция - КАМ). Сигнальное созвездие. Спектр радиосигнала с КАМ.

1. Передатчики и приемники

1

1.1. 1 Назначение, состав и структурные схемы радиопередатчиков. Основные параметры радиопередатчиков. Физические процессы в радиопередающих устройствах.

Передатчики и приемники - это составные части радиотехнических систем, в которых информация передается посредством радиоволн.

Основные процессы в передатчике:

●Генерация высокочастотных электромагнитных колебаний с помощью генератора несущей частоты

●Модуляция колебаний несущей или промежуточной частоты

●Усиление мощности радиосигнала для достижения требуемой дальности радиосистемы

Основные параметры при проектировании:

●Диапазон рабочих частот fmax-fmin

● Долговременная относительная нестабильность частот fmax/f0, где fmax - максимальное отклонение рабочей частоты от номинального значения под действием дестабилизирующих факторов

●Выходная мощность передатчика Pпер

●Промышленный КПД η=Pпер/P0, где P0 - мощность от источников, потребляемая

передатчиком

●Коэффициент внеполосных изменений K=10lg(∑Pвн/Pпер), Pвн - изучение передающей антенны вне рабочей полосы

●Параметры модулирующих видеосигналов: диапазон частот, коэффициенты модуляции и гармоник

блок-схема передатчика

блок-схема передатчика с повышающим преобразователем частоты

1.2. 2 Назначение радиоприемника, его основные параметры. Физические процессы, состав и функциональные схемы радиоприемников.

В радиоприемник поступает ослабленный радиосигнал с помехами. Основные процессы в приемнике:

●Выделение среди помех и различных сигналов конкретного сигнала

2

●Усиление выделенного сигнала

●Выделение (детектирование) из сигнала полезной информации

Состав приемника: усилители, фильтры, преобразователи частоты, гетеродины, демодуляторы, декодеры и др.

Основные параметры приемников:

●Диапазон рабочих частот f’max-f’min

●Коэффициент шума N=Pшр/Pши, определяющий отношение сигнал/шум, Pшр и Pши - мощности шумов реального и идеального приемника

●Чувствительность - способность принимать слабые сигналы, определяемая минимальным значением ЭДС сигнала на входе приемника, при котором имеет место требуемое отношение сигнал-шум на выходе при отсутствии внешних помех

●Избирательность (селективность) - способность выделять полезный сигнал d=10lg(P(Δf)/Pc), Pc-мощность радиосигнала или d=20lg(Uпоб/Uc), Uпоб -

минимальная амплитуда побочного канала, Uc - минимальная амплитуда радиосигнала

●Динамический диапазон D=10lg(Pmax/Pmin), Pmax и Pmin - минимальная и максимальная мощности на входе

детекторный приемник

приемник прямого усиления

супергетеродинный приемник

Несущая частота понижается в преобразователе частот, состоящем из смесителя и генератора приемника, называемого гетеродином.

1.3. 3 Гетеродинный и супергетеродинный радиоприемники. Их сравнение.

Гетеродинный приёмник

В другом варианте демодулятор радиоприемника выполняется по схеме, так называемого, синхронного детектора. В состав такого приемника включают местный

генератор (LO – Local Oscillator), называемый гетеродином. Схема гетеродинного радиоприемника показана на Рис 1.3-1

3

Рис 1.3-1 Схема гетеродинного приемника Частота колебаний напряжения гетеродина устанавливается равной частоте

сигнала, то есть несущей частоте передатчика. В смесителе частот выполняется перемножение напряжений сигнала и гетеродина. На выходе смесителя появляются колебания напряжений с суммарной и разностной частотой: = (ω ± ωГ)

Колебания суммарной частоты не пропускаются ФНЧ. При равенстве частот сигнала и гетеродина спектр колебаний разностной частоты повторяет спектр видеосигнала и через УНЧ поступает в устройство выделения информации. Основная селекция принятого видеосигнала осуществляется цифровым фильтром в устройстве детектирования.

Супергетеродинный приёмник

Недостатком предыдущей схемы является сложность выделения полезного сигнала.Для

предварительного выделения полезного радиосигнала применяется преселектор, то есть полосно-пропускающий фильтр. Для снижения требований к добротности фильтра сигнал переносится с ВЧ на какую-то промежуточную частоту, на которой может применяться эффективная фильтрация сигнала. Радиоприемник с понижающим преобразователем частоты (down – converter) называют супергетеродином, его функциональная схема показана на рис 1.3-2

Рис 1.3-2 Схема супергетеродинного приемника Супергетеродинный радиоприемник содержит понижающий преобразователь частоты, состоящий из смесителя, гетеродина и фильтра нижних частот. Преобразователь частоты отличается от синхронного детектора тем, что частота колебаний напряжения гетеродина f_г не равна частоте сигнала f_c, (f_г может быть меньше или больше частоты сигнала). Разность между ними называется промежуточной частотой.

Фильтр нижних частот пропускает колебания промежуточной частоты f_пр, которые усиливаются усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и поступают на полосно-пропускающий фильтр, где осуществляется основная фильтрация принимаемого радиосигнала. Промежуточная частота может быть выбрана достаточно низкой, что дает возможность создать фильтр, способный осуществить высококачественную фильтрацию колебаний радиоканала.

Супергетеродинный радиоприемник имеет существенный недостаток. Если на выходе приемной антенны окажется мощный радиосигнал другой радиостанции, частота

которого отличается от частоты гетеродина на промежуточную частоту, но спектр этого сигнала зеркален относительно спектра гетеродина, то на выходе смесителя появятся

4

колебания частоты f_пр. В результате принимаемый радиосигнал может быть не обнаружен. Подобный мешающий радиосигнал называют зеркальным.

Для того, чтобы зеркальный сигнал не попал в последующие каскады радиоприемника, требуется высококачественная фильтрация колебаний, поступающих из антенны, преселектором, который настроен на частоту сигнала f_с. Это возможно, если разница частот между f_с и зеркальной частотой f_з достаточно велика .

1.4/5 Избирательность

Избирательность по соседнему каналу. Сигналы различных станций, достигающие приемной антенны, наводят в ней э. д. с. той или иной величины, и из всей массы этих сигналов приемник должен выделить только один — создаваемый нужной станцией. О том, как справляется приемник с этой задачей, судят по его избирательности, т. е. избирательность характеризует способность приемника выделять сигналы нужной станции и не пропускать сигналов других, мешающих приему, станций.

1.4. 4 Обеспечение избирательности приемника по соседнему каналу.

На Рис. 1.4-1 изображены две резонансные характеристики — одна (кривая а) для

приемника с худшей и другая (кривая б) для приемника с лучшей избирательностью.

Рис 1.4-1 АЧХ приёмников В первом случае сигнал мешающей станции, частота которой отличается на 10 кгц от

частоты принимаемой станции, создает на выходе приемника напряжение всего лишь в два раза меньшее, чем полезный сигнал. Это значит, что если обе станции будут воздействовать на антенну одинаково, то, настроившись на нужную нам станцию (fприн), мы одновременно будем слышать, хотя и значительно слабее, и передачу мешающей (соседней по частоте) станции.

Вторая кривая говорит о том, что сигналы мешающей станции будут ослаблены уже не в 2, а в 10 раз. Совершенно очевидно, что в этом случае действие помехи будет ощущаться значительно меньше. Это значит, что в первом случае чувствительность приемника для сигналов, отличающихся по частоте от принимаемого на 10 кгц,

уменьшается в 2 раза, а во втором случае — в 10 раз.

По ГОСТ для избирательности установлены такие нормы: у приемников 1-го класса чувствительность при расстройке на 10 кгц должна уменьшаться не менее чем в 200 раз,

5

у приемников 2-го класса — не менее чем в 20 раз и у приемников 3-го класса — не менее чем в 10 раз.

Подавление соседнего канала определяется как отношение коэффициента передачи главного тракта приемника на рабочем канале к его коэффициенту передачи на соседнем канале:

ск = 20 рк

ск

Обычно требования избирательности по соседнему каналу выполняются фильтром основной избирательности главного тракта приема(контурами промежуточной частоты). Часто требования к подавлению первого соседнего канала и к подавлению удаленных каналов различаются. В этом случае избирательность приемника задается маской, пример которой приведен на рисунке 1.4-2

Рисунок 1.4-2. Маска избирательности приемника по соседнему каналу

Подавление сигнала соседнего канала в зависимости от назначения приемника и вида принимаемого сигнала может меняться и в настоящее время в связных приемниках может достигать 80 дБ.

1.5. 5 Обеспечение избирательности приемника по зеркальному каналу.

Рис 1.5-1 Расположение частот по основному и зеркальному каналу

6

Из антенны в приемник могут попасть сигналы двух разных станций, каждая из которых отличается по частоте от гетеродина на одну и туже величину, но частота одной из этих станций будет меньше, а другая больше. Сигналы этих станций, взаимодействуя с колебаниями гетеродина, будут создавать два вида колебаний на одной и той же промежуточной частоте. Эти полученные в приемнике колебания будут создавать сильные взаимные помехи в виде свистов и искажений, нарушающие нормальный прием.

Избирательность по зеркальному каналу обеспечивают контуры высокой частоты. Чем лучше качество высокочастотных контуров и чем больше их, тем сильнее ослабляются помехи по зеркальному каналу.

1.6. 6 Автоматическая подстройка частоты гетеродина в приемнике.

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) — устройство или метод автоматического изменения и удержания необходимой частоты электрических колебаний генератора[1]. Метод заключается в автоматической дополнительной регулировке частоты генератора, по информации о рассогласовании частоты из цепи обратной связи. Тем самым осуществляется отрицательная обратная связь по частоте. Сигнал рассогласования по частоте может вырабатываться дискриминатором по различным характеристикам

сигнала, получаемого в радиотехническом устройстве с использованием текущей частоты генератора заданной частоты и сравнения её с опорной частотой, например, несущей частотой сигнала. Частота генератора может отличаться от необходимой из-за температурного дрейфа номиналов электронных компонентов, входящих в устройство; из-за неточной (например, дискретной) установки частоты генератора; или из-за доплеровского сдвига частот (в системах приёма сигналов со спутников и космических аппаратов).

Каноничным примером является ФАПЧ

1.7. 7 Система автоматической регулировки усиления в приемниках.

АРУ Википедия

АРУ учебник Никитин (оригинал есть на диске)

1.8. 8 Монолитные микроволновые интегральные схемы (ММИС) приемо-передающих устройств. Выбор полупроводниковых материалов и структур активных элементов для получения наибольших частот и выходных мощностей.

Вики МИС

7

2. Теоретические сведения

2.19 Активные элементы в каскадах приемопередатчиков. Определение понятия «активный элемент». Эквивалентные схемы биполярных и полевых транзисторов. Характеристики и основные параметры

транзисторов.

Пассивные и активные элементы цепей Активные элементы трансиверов используются в качестве усилителей, АРУ и т.д.

Упрощенная эквивалентная схема транзистора

Эквивалентная схема биполярного транзистора

Искать в (3)

Транзистор – не только активный, но и нелинейный элемент. Его основные нелинейные свойства определяются переходной характеристикой: зависимостью выходного тока от входного напряжения I_Г(u_б). В

8

эквивалентной схеме учтены еще три нелинейных элемента: емкость эмиттерного p – n перехода С_эп , емкость коллекторного перехода С_к и сопротивление рекомбинации R_рек открытого эмиттерного n-p перехода. Кроме того, в схему включены сопротивления потерь электромагнитной энергии в базе R_б, эмиттере R_э и коллекторе R_к, а также индуктивности выводов

L_б , L_(э ,) L_к.

Эквивалентная схема полевого транзистора с барьером Шотки (текст

искать в (3) по описанию рисунка)

2.210 Линейные и нелинейные устройства в приемопередатчиках (определение). Две основные особенности нелинейных устройств по сравнению с линейными. Достоинства и недостатки линейных и

нелинейных устройств.

Линейные и нелинейные элементы Радиотехнические устройства бывают линейными и нелинейными. Линейное

устройство состоит только из линейных элементов (или может содержать нелинейные

элементы, работающие в режиме малых амплитуд колебаний). Если в устройстве имеется хотя бы один нелинейный элемент и амплитуду колебаний нельзя считать малой, то устройство является нелинейным. Нелинейное устройство имеет две особенности, отличающие его от линейного:

1)на выходе нелинейного устройства могут быть колебания тех частот, которых не было на входе,

2)численные значения параметров нелинейных устройств зависят от амплитуды (или мощности) входных колебаний.

2.311 Квадратурное представление радиосигнала.

9

дигтех точка ру

2.412 Шумы в каскадах приемопередатчиков. Шумовое напряжение резистора, мощность шума резистора, согласованного с последующим каскадом. Коэффициент шума и шумовая температура усилителя. Коэффициент шума усилителя, приведенный к его входу. Коэффициент шума пассивных

четырехполюсников. Шум каскадного соединения радиоустройств.

Скляр 5 глава Тепловой шум

коэффициент шума + каскадное соединение Шумовая температура и мощность шума резистора (эта максимальная мощность,

т.е. доступная при согласовании) Большая статья про Кш

Кш усилителей

Кш пассивных систем обратно пропорционален потерям:

Кш=L (дБ)

3. Усилители мощности

3.1 13 Усилители мощности. Состав усилителя, назначение элементов. Основные характеристики и параметры усилителя.

Искать в (3) по тексту Усилитель мощности (УМ) – это четырехполюсник, на вход которого поступают

электромагнитные колебания частоты f мощностью , а на выходе мощность колебаний

>при сохранении частоты – рис. 2. 1.

3.214 Режимы работы транзистора с отсечкой выходного тока и гармоническим выходным напряжением. Классы усилителей. Величина угла отсечки для получения максимальной а) выходной мощности, б) коэффициента усиления мощности, в) коэффициента

полезного действия.

Режимы работы транзистора Классы УМ Искать в (3) по тексту

2.4.5.Классификация режимов работы транзистора в усилителе

3.315 Напряженность режима работы транзистора. Сравнение выходной мощности и КПД транзистора, а также, рассеиваемой мощности в недонапряженном и перенапряженном режимах работы. Способ установления и изменения напряженности режима. Условие существования граничного режима работы.

10