III. Диапазон рабочих частот

Это интервал частот, в пределах которого приемник должен обеспечивать нормальный прием полезных сигналов. Приемникп могут быть как с переменной настройкой, обладая широким диапазоном частот (связные, навигационные, радиовещательные), так и фиксированной настройки (радиолокационные, радиотелеметрические, радиоуправления). Общий диапазон частот работы приемников в зависимости от их назначения простирается от десятков кГц до тысяч МГц.

При работе в диапазоне частот, требования к его перекрытию удовлетворяются если приемник может быть настроен на любую частоту заданного диапазона и при этом его основные показатели удовлетворяют тактико-техническим требованиям.

IV. Выходная мощность приемника

Выходная мощность и форма выходного напряжения приемника определяется его целевым назначением и типом оконечного устройства.

Для связных о радиовещательных приемнтков мощность лежит в пределах .

В радиолокационных и телевизионных приемникахь(канал изображения) выходная мощность относительно невелика (милливатты), но напряжение должнл быть достаточным для эффективного управления лучем ЭЛТ.

V. Качество воспроизведения информации

Этот показатель определяется степенью искажения полезного сигнала в прцессе его обработки в приемнике. По аналогии с другими составляющими радиоканала различают частотные, фазовые и нелинейные искажения.

Частотные искажения определяются степенью непостоянства коэффициента усиления приемника для различных модулирующих частот.

Фазовые искажения являются результатом нелинейности фазовых характеристик составных частей приемника. Под этими характеристиками понимают зависимость фазового сдвига выходного напряжения к огибающей входного сигнала от частоты модуляции. Особенно сильное влияние эти искажения оказывают на работу радиолокационных и радионавигационных систем.

Нелинейные искажения в основном вызываются нелинейностью амплитудных характеристик элементов приемника, в результате чего появляются высшие гармоники модулирующего напряжения пр гарионическом законе модуляции.

Степень нелинейности искажений оценивается коэффициентом гармоник по току или напряжению

, гдеамплитуды гармоник модулирующего напряжения на выходе приемника.

VI. Динамический диапазон приемника

Под динамическим диапазоном следует понимать отношение максимального входного сигнала ., при наличии допустимых искажений, к чувствительности приемника

Ограничение по динамическому диапазону в первую очередб определяются нелинейными искажениями, возникающими в результате перегрузок каскадов приемника.

Динамический диапазон приемника лежит в пределах 30 – 60 дб.

Расширение его возможно за счет повышения чувствительности, применения систем автоматического регулирования усиления.

VIII. Устойчивость работы

Устойчивость работы приемника характеризуется:

• отсутствием самовозбуждения;

• допустимым изменением качественных показателей при работе.

IX. Экономичность питания

Особенно важна при питании приемников от автономных источников с ограниченным запасом энергии. В этой связи иногда выгоднее снижать основные показатели приемникп с целью повышения экономичности.

III. Помехоустойчивость радиоприемных устройств

Помехой радиоприему следует считать любое постороннее воздействие, не относящееся к полезному сигналу и рпепятствующее его правильному приему.

Так как помехи определяют чувствительность приемника, то для каждого вида сигнала, каждой схеиы приемника, типа и уровня помехи существует свой пороговый уровень сигнала. Это в свою очередь позволяет получить требуемый уровень входного сигнала на оконечном устройстве. В этой связи для оценки работы различных типов приемников необходимо хзнать характеристики помех.

В зависимости от происхождения помехи помехи подразделяются на естественные и искусственные.

Естественные помехи являюся следствием природных процессов, создающих электромагнитные поля, влияющих как на распространение радиоволн, несущих информацию, так и воздействующих на приемную антенну или отдельные его элементы. К таким помехам относятся:

• Промышленные помехи;

• Атмосферные помехи;

• Космические помехи.

Искусственные помехи создаются за счет работы радиопередающих устройств или других специально организованных устройств.

Все типы помех в зависимости от характера их действия на прием полезных сигналов подразделяютчя на активные и пассивные.

К активным относятся те помехи, которые создают ЭДС помех в антенне или других элементах радиоприемника, другими словами, действующее активно на прием. (атмосферные помехи, промышленные помехи, космические, помехи от радиопередатчиков, собственные шумы приемник).

Пассивные помехи образуются из-за особенности распространения радиоволн (замирание радиоволн, радиоэхо, взаимная модуляция волн из-за нелинейности свойств среды и т.д.)

В зависимости от структуры ЭДС помехи делятся на гладкие и импульсные.

Условно считают, что для гладких помех превышение максимума ЭДС помехи над средним значением не более 4, для импульсных более 4.

К гладким можно отнести собственные шумы приемника, а к импульсным промышленные и атмосферные помехи.

Атмосферные помехи

Создаются грозовыми рахрядами и электрическими разрядами типа “северного сияния”.

Громовые разряды наводят в приемной антенне напряжения в виде экспотенциальных колебаний. Длительность “грозовых” сигналов колеблется от 0,1 до 3 мсек. Спектральная плотность грозовых разрядов определяется выражением

Поэтому с ростом рабочей частоты радиосигнала действие атмосферных помех уменьшается.

Статистические данные показывают, что в среднем за секунду в атмосфере земли происходит более 100 грозовых разрядов, причем сильных, а электро-магнитные колебания в виде луча распространяются на десятки тысяч км, сохраняя большую интенсивность. Таким образом, на всей земной поверхности существует определенный уровень атмосферных помех, определяемый географическими координатами, временем года и суток. Имея такие данные можно прогнозировать средне-вероятностный уровень атмосферных помех в месте расположения радиоприемного устройства.Для уменьшения влияния атмосферных помех следует повышать рабоую частоту, применять направленные антенны, уменьшать полосу пропускания, применять специальные меры, ослабляющие действие импульсных помех.

Промышленные помехи

Промышленные помехи создаются в процессе работыустановок производственного и бытового назначения, обладающих ценями с быстроменяющимися магнитными полями переменными искрообразующими контактами.

Мощность излучаемых электро-магнитных колебаний у отдельного источника промышленных помех, как правило, невелика и они действуют в пределах нескольких км. Но в населенных пунктах, особенно больших, их бывает очень много, а средний уровень помех получается весьма значительным. В силу импульсивного характера спектральная плотность промышленных помех уменьшается с ростом частотных. Поэтому уже в дм диапазоне уровень этих помех становится меньше уровня собственных шумов приемника.

Во многих случаях приемник и источник промышленных помех питаются от одной централизованной сети, что дает возможность воздействовать помехе по цепям питания, причем на значительные расстояния .

В таких случаях целесообразно подключать источник питания приемника в сеть через специальный фильтр.

Дополнительно между обмотками питающего трансформатора ставится электростатический экран в виде однослойной обмотки с заземленным концом.

Методы борьбы с прмышленными помехами можно разделить на две группы.

I. Ослабление интенсивности помехи в создающем его источнике, когда применяются:

• искрогасящие устройства;

• экранировка частей промышленных установок, излучающих электромагнитные волны;

• использование защитных фильтров;

II. Меры, применяемые в приемнике.

• Удаление приемной антенны от наиболее интенсивных источников помех;

• Экранирование приемника;

• Применение фильтров в цепи питания;

• Уменьшение сопротивления заземления;

• Сужение полосы пропускания;

• Повышение рабочих частот;

• Применение схем, ослабляющих действие импульсных помех.

Космические помехи

Большинство источников космических помех излучают электро-магнитные колебания теплового происхождения. В диапазоне радиоволних интенсивность пропорциональна теипературе источника и его излучающей способности, которая определяется квантовым законом Планка.

Однако, имеют место отступления от этого закона, например, при получении “возбужденного” Солнца, когда превышается уровень излучения “спокойного” Солнца в сотни тысяч раз.

В силу большого числа источников, размещенное в Космическом пространстве, интенсивность Космических плмех характеризуется уровнем общего фона, на который накладываются излучения наиболее близких к Земле точечных источников (в первую очередь Солнце и Луна).

В пределах диапазона радиоволн напряженность фона Космических помех уменьшается практически линейно с ростом частоты.

Для снижения уровня Космических помех используют:

• направленные антенны;

• повышение рабочих частот;

• сужение полосы пропускания;

• применение схем ослабления гладких помех (согласованные фильтры, корреляционные методы приема).

СОБСТВЕННЫЕ ШУМЫ ПРИЕМНИКА

Собственными шумами радиоприемника принято называть те ЭДС и токи, которые образуются в его отдельных элементах за счет электрических флюктуаций и нестабильностей потоков носителей электрических зарядов в электронных приборах. Таким образом источниками собственных шумов приемников являются все активные сопротивления, колебательные контуры и все электронные приборы.

В проводниках электроны находятся в непрерывном движении, интенсивность которого растет с повышением температуры. При движении электроны в результате столкновений друг с другом или с атомами вещества изменяют направление движения и скорость. Каждое передвижение электрона в промежутке между столкновениями можно рассматривать как элементарный импульс тока. В сумме все подобные импульсы и создают шумовое напряжение. С учетом малости времени между столкновениями электронов, длительность элементарных импульсов флюктуационного напряжения будет примерно той же вели­чины.

С учетом того, что спектр прямоугольного импульса малой длительности бесконечно широк, а амплитуды его составляющих в интервале частот практически равны, получается спектр частот элементарных импульсов практически в пределах всего диапазона современной радиотехники ().

Известно, что шумовое напряжение с равномерным спектром от нуля до бесконечности принято называть «белым» шумом. Однако, в приемниках с учетом ограничений по полосе пропускания шумы отличаются от «белого».

ШУМЫ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Квадрат действующего значения шумового напряжения активного сопротивления R, величина которого не зависит от частоты может быть определен из выражения

где k– постоянная Больцмана;

T– абсолютная температура;

- граничные частоты полосы пропускания, в пределах которой измеряется шумовое сопротивление.

При комнатной температуре (T= 290°K)

мкВ

Таким образом при R= 10кОм идействующее шумовое напряжение будет 1.25мкВ, т.е. оно соизмеримо с величиной входного сигнала приемника.

Реально полная шумовая мощность активного сопротивления равна сумме мощностей отдельных составляющих. При фиксированной величине Rквадрат суммарного шумового напряжения будет равен сумме квадратов отдельных составляющих, что и определяетквадратичную зависимостьшумового напряжения от полосы пропускания.

При частотно зависимом сопротивлении при изменении действующего значения шумового напряжения от 0 до∞

ШУМЫ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА

Действующее значение шумового напряжения параллельного колебательного контура можно вычислить, представляя контур эквивалентным комплексным двухполюсником.

Для вычисления среднего квадрата действующего значения шумового напряжения параллельного колебательного контура справедливо выражение, используемое для активного сопротивления, если в него подставить R_эвместоRf₂-f₁.

- эффективная полоса пропускания.

При относительно малых расстройках

(- полоса пропускания на уровне 0.707).

В общем случае для различных схем усилителей с частотно избирательными свойствами

(значение Bдается в таблицах). Для большинства схем резонансных усилителей можно принимать

ШУМЫ ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ

Напряжение собственных шумов приемной антенны можно определить по аналогии с активным сопротивлением

Однако. Реально из-за восприятия флюктуационных колебаний из окружающей среды шумы ненаправленной антенны превышают величину, определяемую данным выражением. В таком случае необходимо учитывать температуру T_A, при которой расчетное значение шумового напряжения будет соответствовать реальной величине

принято называть относительнойтемпературой антенны. Для направленных антеннt_Aсущественной зависит от ориентации максимума диаграммы направленности в пространстве и от диапазона рабочих частот. Для остронаправленных антеннt_Aможет быть меньше 1.

ШУМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

Причиной возникновения шумов в лампах являются следующие факторы:

• Непостоянство эмиссии катода;

• Нестабильность распределения электронного потока между электродами;

• Создание шумовых токов в цепи сетки из-за инерционности электронного потока.

Если два первых фактора действуют одинаково на всех частотах, то третий оказывает существенное влияние в диапазоне УКВ.

За счет непостоянства эмиссии катода анодный ток лампы совершает небольшие колебания и, проходя по нагрузочному сопротивлению, создает на нем флюктуационное напряжение.

Шумовая составляющая тока диода в зависимости от режима работы определяется следующими выражениями:

1. При отрицательном напряжении на аноде

2. При положительном напряжении на аноде и отсутствии режима насыщения

3. При отрицательном напряжении на аноде в режиме насыщения

Где e– заряд электрона;

I_s– ток насыщения;

- безразмерный коэффициент. Для оксидных катодов.

Шумовые свойства усилительных ламп принято определять величиной эквивалентного шумового сопротивления. Под шумовым сопротивлением принято понимать такое активное сопротивление, которое, будучи включенным на вход идеальной не шумящей лампы, создает в ее анодной цепи шумовое напряжение реальной шумящей лампы. Для триода ,S– крутизна характеристики в рабочей точке.

Чем больше в лампе электродов с положительным потенциалом, тем больше ее шумы. Это объясняется хаотичностью распределения электронного потока между электродами. Даже при постоянстве эмиссии катода анодный ток пентода имеет колебания.

Шумовое сопротивление катода можно определить из выражения

С учетом того, что флюктуация эмиссии катода и перераспределение электронов между электродами не зависят от частоты, управляющего сигнала, то и R_шне зависит от частоты, однако в УКВ диапазоне за счет флюктуации наводимых сеточных токов, являющихся следствием инерционности электронного потока, величинаR_шбудет зависеть от частоты.

ШУМЫ ТРАНЗИСТОРА

Шумы транзистора являются следствием следующих факторов:

• Наличие активных проводимостей между электродами (тепловые шумы);

• Флюктуация эмиттерного и коллекторного токов (дробовой шум);

• Перераспределение токов между электродами;

• Наличие специфических процессов (мерцательные шумы), изменение структуры кристаллической решетки.

Наибольшие тепловые шумы в транзисторе создаются распределенным сопротивлением базы r_б. В этой связи величина квадрата действующего значения теплового шумового напряжения определятся как:

Флюктуации токов, создающих дробовые шумы, вызывают шумовое напряжение:

Шумовое напряжение за счет перераспределения токов оценивается по формуле:

где - коэффициент усиления по току;

- обратный ток коллектора;

- сопротивление коллектора;

- токи коллектора и эмиттера.

Мерцательные шумы наиболее сильно проявляются на низких частотах и практически не оказывают влияния на частотах выше 20кГц. Причина этих шумов – изменение структуры кристаллической решетки под воздействием неосновных носителей.

КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА

Чувствительность приемника зависит не только от уровня собственных шумов, пересчитанных ко входу, но и от превышения мощности полезного сигнала над мощностью собственных шумов. Поэтому важным показателем является отношение . Так как шумы предыдущих каскадов усиливаются вместе с сигналом, то по мере удаления от входа приемника это отношение уменьшается, в связи с чем шумовые свойства линейной части приемника удобно оценивать коэффициентом шума, под которым понимают частное от деления отношений с/ш по мощности на входе и выходе четырехполюсника:

и который показывает во сколько раз изменяется отношение с/ш в данном четырехполюснике. Преобразовав данное выражение, получаем:

K_p– коэффициент усиления четырехполюсника по мощности.

Использование коэффициента шума для оценки шумовых свойств подходит только для линейных элементов, когда его значение одинаково для полезного сигнала и шумов. В последнем выражении представляет собой часть мощности выходных шумов, которая обусловлена усилением входного шума.

Таким образом коэффициент шума четырехполюсника можно определить как отношение полной мощности выходных шумов к ее части, созданной в процессе усиления входного шума.

Используем это понятие для определения коэффициента шума пассивного четырехполюсника. P_{ш вх}подается на вход четырехполюсника от эквивалентного генератора шума. У пассивного четырехполюсника из-за потерь на активных элементахK_p<1. Считаем, что входные и выходные цепи согласованы с соответствующими сопротивлениями, а шумы учитываются в полосе, что обеспечивает максимальную мощность в нагрузке

не зависящую от R_ш.

На вход четырехполюсника поступает такая же мощность шумов , поэтомупри согласовании по входу и выходу коэффициент шума пассивного четырехполюсника обратно пропорционален его коэффициенту усиления по мощности. С учетом того, чтоK_p<1,N>1.

Физически это означает, что при прохождении сигнала и шумов через пассивный четырехполюсник отношение сигнал\шум уменьшается. Это объясняется тем, что реальный четырехполюсник обладает потерями и является пассивным по отношению к сигналу. К шумам же он активен, ибо его сопротивления генерируют шумы. Значит в режиме согласования на входе пассивного четырехполюсника создается добавочная шумовая мощность, равная P_{ш вх}, потерянной в четырехполюснике. Это говорит о том, что коэффициент передачи шумов по мощностиK_шр=1.

КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА И МОЩНОСТЬ ШЕМОВ АКТИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА.

С учетом мощности собственных шумов коэффициент шума можно представить как

- мощность собственных шумов на выходе. В режиме согласования на входе, следовательно

В общем случае при наличии на входе некоторого рассогласования

где - отношение мощности фактически передаваемой от источника сигнала к ее значению при согласовании, которое фактически.

Так как приемник практически представляет определенное число последовательно соединенных каскадов, важно знать вес каждого каскада в формировании собственных шумов, используя понятие коэффициента шума. Считаем, что Iкаскад характеризуется коэффициентом шумаN_i, коэффициентом усиления по мощностиK_pi, коэффициентом рассогласования по мощностиq_i. Кроме того каждый каскад включает в себя два четырехполюсника: активный, эквивалентный электронному (полупроводниковому) прибору, и пассивный (колебательный контур) усилителя.

Полагаем, что резонансные кривые, включая и контура на входе, имеют прямоугольную форму и одинаковую полосу пропускания . Исходя из сказанного мощность шумов на входеIкаскада будет

Пройдя через все каскады усиления, выходная мощность шумов входного каскада равна

Мощность собственных шумов на выходе Iкаскада будет

Усиленная последующими каскадами на выходе усилителя она определяется

Аналогично можно представить мощность шумов на выходе усилителя от i-го каскада

Следовательно, коэффициент шума многокаскадного усилителя представляется выражением

Подставляя в данное выражение значения выходных мощностей отдельных каскадов, получим, что

Отсюда видно, что коэффициент шума схемы с последовательным соединением элементов в первую очередь определяется шумовыми свойствами первых элементов. При этом желательно иметь по возможности большее коэффициенты усиления по мощности.

ШУМОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА ЧЕТВРЕХПОЛЮСНИКА

Наряду с коэффициентом шума оценку шумовых свойств каскадов и всей линейной части приемника можно проводить по шумовой температуре, особенно при наличии согласования по входу и выходу.

Заменив в выражении для мощности собственных шумов

получаем

Входной шумовой температурой четырехполюсника является такая T, до которой следует нагреть шумовое сопротивление, включаемое на его входе, чтобы при согласовании оно отдало шумовую мощностьP_{ш вх}, равную собственным шумам четырехполюсника, пересчитанным на его вход. В связи с тем, что при согласовании шумовая мощность передаваемая от источника не зависит отR_выхисточника, то иT_шне меняется при изменении параметров источника сигнала.

Принимая все коэффициенты рассогласования близкими к 1, уравнение входной шумовой температуры Tмногокаскадной схемы будет

Умножив части уравнения на K_p, получаем уравнение для выходной шумовой температуры.

T_{ш вых}это понимается температура, до которой следует нагреть выходное сопротивление четырехполюсника, чтобы при согласовании он отдавал в нагрузку реальную шумовую мощность. На практике больше используют понятиеT_{ш вх}, особенно при оценке свойств малошумящих усилителей.

Зная коэффициент шума линейной части приемника Nи требуемое превышение мощности сигнала над мощностью шума на выходе

можно определить чувствительность приемника. При этом надо учитывать коэффициент передачи по мощности антенно-фидерного тракта K_pф.

При согласовании антенны и фидера мощность шумов, передаваемая из антенны будет

Мощность шумов на входе линейной части

Мощность собственных шумов на выходе линейной части приемника

Полная мощность шумов на выходе линейной части приемника

Подставив в последнее выражение значения мощностей, окончательно получаем

Пусть мощность сигнала на выходе антенны, соответствующая чувствительности приемника будет P_A0, тогда с учетом превышения

В этом случае чувствительность

Следовательно для повышения чувствительности радиоприемного устройства необходимо иметь максимально возможный коэффициент передачи по мощности тракта, связывающего антенну со входом приемника. Это условие выполнимо при уменьшении длины фидера. В этой связи возможно выделение первых каскадов приемника в отдельный блок и размещение его непосредственной на антенне.

Вторым условием повышения чувствительности является уменьшение коэффициента шума т эффективной полосы пропускания линейной части приемника.

При сопротивлении излучения приемной антенны , реальная чувствительность приемника по напряжению будет равна

Входная шумовая температура фидера

Входная шумовая температура линейной части приемника

Поскольку P_A0есть входная мощность фидера, то условно можно считать коэффициент передачи антенны равным 1.K_PA=1.

Шумовая температура схемы в составе антенны, фидера и линейной части приемника

С учетом T_{ш вх}мощность шумов на входе фидера. Из этого следует, что чувствительность, выраженная черезT_шбудет

или, подставив значение T_ш

Чувствительность по напряжению

Таким образом для повышения чувствительности приемника важно максимально снижать потери фидера, иметь минимальный коэффициент шума или шумовую температуру первого каскада и наибольший коэффициент усиления по мощности.

ВХОДНЫЕ ЦЕПИ ПРИЕМНИКОВ

В общем виде для приемной антенны справедлива эквивалентная схема в виде активного двухполюсника с ЭДС E_Ана входе, которая характеризует свойства антенны преобразовывать часть энергии электромагнитного поля принимаемого сигнала в электрическое напряжение.

Величина ЭДС зависит от напряженности поля принимаемого сигнала в месте расположения приемника, конструкции антенны, определяющей ее действующую высоту или эффективную площадь, а также от соотношения несущей частоты принимаемого сигнала с диапазоном рабочих частот антенны.

К примеру для обычных проволочных антенн, или штыревых антенн, включая метровый диапазон

,

где h_g– действующая высота антенны;

E– напряженность поля принимаемого сигнала в месте расположения антенны.

Антенны СВЧ диапазона как правило имеют определенную площадь различной конфигурации, в пределах которой воспринимается энергия электромагнитного поля. Эти антенны принято характеризовать эффективной площадью А_эф. При этом сигнал на входе приемника удобно оценивать мощностьP_А.

В большинстве случаев для СВЧ диапазона антенна непосредственно настроена на частоту сигнала, что делает возможным считать z_A=r_Aи согласовывать это сопротивление со входным сопротивлением первого каскада.

При согласовании антенны со входом первого каскада мощность сигнала, передаваемая из антенны

Полное активное сопротивление антенны

,

где - сопротивление излучения;

- сопротивление потерь.

По известному сопротивлению излучения антенны определяется ЭДС сигнала на входе приемника

При нарушении согласования, мощность сигнала и ЭДС уменьшаются.

В процессе работы параметры антенн могут меняться, с учетом этого и для отсеивания ЭДС помех между антенной и первым каскадом ставится входная цепь. Основными ее функциями являются:

1. Возможно лучшая передача энергии полезного сигнала от антенны

2. Возможно большее ослабление ЭДС помех

При расширении диапазона рабочих частот выполнение этих функций осложняется.

В общем случае входная цепь представляет собой пассивный четырехполюсник, включающий в себя различное число электрических контуров, настроенных на фиксированные частоты или перестраиваемых в пределах диапазона рабочих частот.

Основными параметрами ВЦ являются:

• Величина резонансного коэффициента передачи и его постоянство в рабочем диапазоне;

• Избирательность;

• Диапазон рабочих частот;

• Степень расстройки контуров антенной;

• Простота схемы и настройки;

• Эксплуатационная надежность.

1. Коэффициент передачи это отношение амплитуды напряжения сигнала, подводимого на вход первого каскада к ЭДС, наводимой полем сигнала в антенне.

при настройке контуров ВЦ на частоту сигнала.

2. Избирательность Определяется формой и шириной резонансной характеристики. Избирательность будет тем выше, чем уже характеристика и ближе к прямоугольной форме, но она в тоже время должна обеспечивать пропускание основной части энергии наиболее широкополосного полезного сигнала.

3. Диапазон рабочих частот определяется назначением радиоприемного устройства. Нормально контура входной цепи должны перестраиваться во всем диапазоне рабочих частот приемника при постоянстве всех других параметров.

4. Расстройка контуров ВЦ происходит вследствие непостоянства реактивных сопротивлений при изменении параметров антенны. В случае сильной расстройки существенно понижается коэффициент передачи и избирательность.

5. Простота настройки определяется количеством контуров во ВЦ и числом ручек управления перестройкой.

6. Эксплуатационная надежность определяет способность ВЦ работать в течение определенного срока с вероятностью отказа не более заданной.

Перечисленные параметры ВЦ находятся во взаимной связи друг с другом, поэтому не рекомендуется произвольно задавать численные показатели по каждому из них.

Входные цепи можно классифицировать по:

• Числу контуров;

• Виду связи первого контура с антенной;

• Методу настройки контуров в диапазоне рабочих частот;

• Характеру связи между контурами;

• Конструктивному выполнению контуров.

В широкодиапазонных приемниках, как правило, применяют одноконтурные ВЦ, т.к. более сложные цепи весьма трудно перестраивать в широком диапазоне.

Сложные входные цепи используются в приемниках, работающих на фиксированной частоте или в узком диапазоне и при необходимости высокой избирательности.

В зависимости от вида связи контура ВЦ с антенной используются следующие схемы простых ВЦ.

Схема с внешнеемкостной связью с антенной

Схема с трансформаторной связью

Схема с внутриемкостной связью с антенной

Схема с автотрансформаторной связью с антенной

Схема с индуктивно-емкостной связью

Тип колебательного контура и вид связи в первую очередь определяется требуемым значением коэффициента передачи и чувствительностью приемника.

Один из вариантов двухконтурной входной цепи представлен на рисунке.

Энергия принятого антенной сигнала определяется величиной коэффициента взаимной индукции между L_свиL₁. Оба контураL₁C₁иL₂C₂настроены на частоту сигнала и связаны друг с другом внутриемкостной связьюC_св. Использование системы связных контуров приближает их резонансную кривую к прямоугольной по форме, что в свою очередь повышает избирательность.

Однако, коэффициент передачи при использовании одинаковых контуров будет в два раза меньше, чем одиночного контура. Коэффициент связи для данной схемы при C₁=C₂=Cопределяется выражением

При перестройке ВЦ за счет изменения емкости изменяется, уменьшаясь с ростом частоты. По этой причине при неизменной по диапазону рабочих частот эквивалентной добротности контуров связь между контурами будет меняться

,

где - параметр связи.

Последнее приведет к изменению формы резонансной кривой и ширины полосы пропускания.

Во входных цепях приемников дм и см диапазонов входные цепи строятся на основе каоксиальных линий или объемных резонаторов.

Одноконтурные входные цепи с фиксированной настройкойв настоящее время применяются, как правило на СВЧ, что и определяет тип резонансных систем.

В метровом диапазоне ВЦ строятся на катушках индуктивности и конденсаторах. С учетом собственных емкостей активных элементов и емкости монтажа, с учетом индуктивностей вводов ‘LC’ колебательные контура можно применять до частот порядка 250МГц.

Важную роль играет величина коэффициента связи. При трансформаторной связи антенны с контуром коэффициент связи

Однако этот коэффициент для различных типов катушек имеет предельную величину. Для однослойных катушек равного диаметра, расположенных рядом . При размещении обмотки связи на одном каркасе с катушкой контура. Помещение внутри катушки магнитного сердечника повышаетдо.

При использовании внутриемкостной связи для уменьшения влияния емкости конденсатора связи на частоту необходимо выполнить условие C<<C_св, что уменьшает.

Таким образом видно, что в каждом конкретном случае коэффициент связи не может превышать определенной конструктивно осуществленной величины, что не позволяет всегда добиться оптимальной связи с целью увеличения коэффициента связи.

Одноконтурные ВЦ с переменной настройкой.

Перестройка контуров ВЧ части приемника как правило осуществляется одним органом управления. В этом случае за счет разброса параметров элементов отдельные контуры оказываются расстроенными друг относительно друга. В несколько отличных условиях находится контур входной цепи. Связанный, как правило, с ненастраиваемой антенной цепью. При этом в него вносится отличное от других контуров реактивное сопротивление. Кроме того для увеличения коэффициента передачи необходимо увеличивать сопротивление связи, что в свою очередь увеличит расстройку контура ВЦ по отношению к другим контурам с ухудшением избирательности и коэффициента усиления ВЧ приемника.

Делать антенный контур настраиваемым от общей ручки настройки практически нецелесообразно, т.к параметры антенны достаточно сильно меняются по диапазону.

Входная цепь с индуктивной связью контура с антенной.

Изменение режима работы системы связных контуров определяется величиной вносимого сопротивления. С учетом расстройки антенного контура и, пренебрегая при этом активной составляющей вносимого сопротивления, получаем

множитель в квадратных скобках можно рассматривать как эквивалентную индуктивность, вносимую антенной во входной контур.

- коэффициент связи., где- полная индуктивность антенного контура.

может иметь любой знак в зависимости от соотношения частоты сигнала и собственной частоты антенны.

Для данного вида связи предельно допустимая величина коэффициента связи определяется выражением

,

где - затухание контура,- полное активное сопротивление контура.

С учетом диапазонности работы колебательного контура, следует учитывать минимальное значение коэффициента .

При f_A<<f_минкоэффициент передачи зависит от частоты. В этом режиме ток в антенном контуре уменьшается с ростом частоты, а сопротивление связи увеличивается. При этом ЭДС, наводимая во входном контуре мало меняется в рабочем диапазоне. Практически

Коэффициент связи выбирается в сравнении с оптимальной величиной

обычно берут

Входная цепь с внешнеемкостной связью с антенной.

В связи с тем, что в диапазонных входных цепях из-за расстройки контура антенной не представляется возможным применять сильную связь, то емкость конденсатора связи на КВ не превышает единиц пФ, а на ДВ она порядка 10-20пФ. Это значении значительно меньше, чем эквивалентная емкость антенны C_A, поэтому на рабочих частотах антенная цепь имеет емкостной характер и это сопротивление значительно больше индуктивного сопротивления антенны

Номинальное относительное изменение для концов диапазона будет при

Общее выражение коэффициента передачи одноконтурной входной цепи

,

где x₀– сопротивление связи между контурами:

- трансформаторная связь,

- внешнеемкостная связь,

- внутриемкостная связь,

- автотрансформаторная связь.

С учетом отмеченного для рассматриваемой входной цепи

- коэффициент связи.

Если в рабочем диапазоне ток антенного контура и сопротивление связи возрастают с ростом частоты, что определяет квадратичный рост коэффициента связи.

При f_A, лежащим в диапазоне рабочих частот ток контура максимален на частотеf_A, а сопротивление связи линейно растет с частотой. В этой связиK_cимеет максимум наf_Aи спады наf_минf_макс.

С некоторым допущением можно считать .

С учетом изложенного коэффициент передачи ВЦ с внешнеемкостной связью

Следовательно коэффициент передачи рассматриваемой ВЦ пропорционален квадрату частоты.

МЕТОДЫ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ ВО ВХОДНЫХ ЦЕПЯХ

Недостатком супергетеродинного приемника является фактически безпрепятственное прохождение с частотой близкой к промежуточной. Для подавления этой помехи во входных цепях ставят специальные фильтры. Схемы таких фильтров рассмотрим на примере ВЦ с трансформаторной связью.

В данном случае фильтр в виде последовательного колебательного контура включен параллельно катушке связи и настроен на промежуточную частоту. Таким образом, для токов промежуточной частоты сопротивление фильтра мало, поэтому ЭДС сигнала ПЧ, наводимая в L_св, мала.

Для уменьшения шунтирования L_свна частоте полезного сигнала добротность контура фильтра должна быть высокой, что делает более узкой его резонансную кривую.

Затухание фильтра должно удовлетворять неравенству

,

где f_б– граничная частота рабочего диапазона кf_пр.

При выполнении этого неравенства ослабление фильтра по ПЧ будет порядка

Другой разновидностью схемы подавления будет параллельный контур, включенный последовательно катушке связи.

Для токов ПЧ сопротивление фильтра равно его эквивалентному сопротивлению

Токи ПЧ в L_свбудут минимальными. Для ослабления влияния фильтра на рабочую частоту его добротность должна быть высокой

Максимальное ослабление частот ПЧ дает следующая схема

На L_свподается сумма напряжений с фильтра иR_ф. Токи, протекающие вL_св, создают ЭДС, компенсирующую влияние помехи на входной контур. Чем больше сопротивление фильтра по сравнению с сопротивлениемL_сви чем выше добротность фильтра, тем меньше будет ослабление полезного сигнала.

В радиолокационных системах, работающих в импульсном режиме, используется одна передающая антенна. Это требует защиты входа приемника от сигнала передатчика, проходящего непосредственно через волноводные цепи, соединяющие антенну с приемником и передатчиком.

С учетом работы данных систем в см и дм диапазонах длин волн для развязки входного и выходного устройства используются два метода:

1. Применение специальных разветвителей – циркуляторов, затрудняющих непосредственное прохождение сигнала от передатчика к приемнику;

2. Включение газовых разрядников в волноводном тракте между антенной и входом приемника.

31