Muravey_shpora

31. Частотный детектор. Принцип действия.

Частотный детектор (ЧД) входит в состав частотного демодулятора, предназначен для выделения из частотно-модулированного сигнала высокой частоты первичного модулирующего сигнала s(t) в системах связи. Состоит из частотного дискриминатора и амплитудного детектора.

Принцип действия ЧД с преобразованием ЧМ-АМ (AM - амплитудная модуляция) основан на том, что после прохождения ЧМ колебаний через преобразующую (дифференцирующую) цепь на выходе имеет место колебание с AM. При этом закон изменения амплитуды полностью повторяет закон изменения частоты, а последующее амплитудное детектирование позволяет выделить модулирующую функцию s(t).

Структурная схема частотного детектора с дискриминаторами на расстроенных LC­контурах.

Каждая ветвь нагружена на амплитудный детектор. Выходы детекторов объединяются на общей нагрузке. Обычно применяется встречное включение детекторов, при котором реализуются преимущества балансной схемы: компенсация четных гармоник

модулирующего напряжения и постоянной составляющей. В реальном ЧД сигнал дополнительно симметрируется регулировкой переменного резистора RP.

Простыми словами (словами Каспера:) ) сравниваются сигналы каждой из двух ветвей и поэтому выходное напряжение будет равняться разности напряжений на этих

конденсаторах, а значит, будет изменяться пропорционально изменениям частоты входного сигнала.

32. Методы улучшения порогового уровня. Метод приема с обратной связью по частоте.

Из теории помехоустойчивости известно, что			при уменьшении	отношения сигнал/шум на
входе ниже некоторой пороговой	величины	отношение	сигнал/шум резко уменьшается за счет
возрастания шумов. Пороговый	уровень зависит от индекса частотной модуляции. Метод увеличения
девиации частоты позволяет улучшить		отношение	сигнал/шум на	выходе. Однако при этом
пропорционально	увеличивается		ширина спектра ЧМ сигнала, а,

следовательно, ширина полосы пропускания высокочастотного тракта. Это приводит к росту мощности те пловых шумов и соответственно к уменьшению отношения сигнал/шум на входе приемника.Возможности сужения полосы пропускания приемника при заданной Δf ограничены, так как при этом резко возрастают нелинейные шумы и падает уровень сигнала на выходе частотного детектора. Минимальная ширина полосы

определяетсянеобходимостью пропустить две боковые полосы наивысшей модулирующей частоты 2Fв.

Метод приема с обратной связью

Рассмотрим структ

урную схему приемни

ка

представленную на

рис. 5.22.

В отличие от обычн

ого ЧМ приемника здес

ь часть напряжения с вы

хода частотного

детектора через цепь об

ратной связи подается н

а частотно­модулируем

ый гетеродин(генератор, управляемый напряжением ГУН).

Фаза

в

цепи

обратной

связи

подбирается

таким

образом,

чтобы

отклонениечастоты сигнала на входе приемника fc+ Δf и отклонение частоты ГУН

fг+ Δf2

совпадали.

Поскольку

в

смесители

выделяется

разностная

частота,

то

на

его

выходепоявится ЧМ колебание с меньшей девиацией частоты, чем на входе. Это позволяет

сделать

полосу

пропускания

тракта

промежуточной

частоты

более

узкой

и

уменьшить, тем самым, шумовую полосу приемника. Минимальная полоса, как уже отмечалось, необходи мость пропускать две боковые полосы наивысшей модулирующей частоты Fв.

Рассмотрим процессы, происходящие при модуляции синусоидальным напряжением CosΩвt. Напряж

ение сигнала на входе смесителя приемника
, а напряжение на выходе гетеродина	,	(5.16)
где а – коэффициент, зависящий от глубины обратной связи.Напряжение на выходе смесителя
, где ωПЧ = ωг – ωс.Напряжение	на	выходе идеального ЧД будет
пропорционально изменению

мгновенной частоты колебания около ωПЧ, т. е. Часть напряжения продетектированного сигнала uЧДβ (β < 1) поступает на

вход ГУН. Если полагать, что цепь обратной связи не вносит фазовых и частотных искажений, то напряжение на выходе ГУНН

Приравнивая аргументы в (5.16) и (5.19), получаем коэффициент Подставив значение а в (5.17) и продифференцировав аргумент, найдем мгновенную частоту сигнала,

подводимого к ЧД:			Таким образом, при достаточно
большой глубине	обратной связи девиация
частоты может быть уменьшена в (1+βКЧД) раз, тогда мощность тепловых шумов на
входе ЧД определится		полосой пропускания	примерно равной 2Fв, и, следовательно, пороговое
значение сигнала	соответственно уменьшится,		выигрыш ЧМ в пределе составит 1 + Δfm/Fв.

33. Усилители сигналов основной полосы. Основные требования, предъявляемые к усилителям. Принципиальная схема. Параметры.

Основным требованием, предъявляемым к усилителям является получение необходимо усиления при допустимом уровне вносимых искажений. Для группового усиления в многоканальной телефонии такими требованиями являются: 1) линейность амплитудной хар-ки во всей полосемногоканального сообщения. 2) допустимый коэффициент нелинейных искажений, вносимых групповым усилителем, не должен превышать 0.1%. Накладываются жесткие требования на собственные тепловые шумы. 3) Неравномерность АЧХ групповых и видеоусилителей не должно превышать 0.1 дБ в полосе 0…9 МГц.

Высокие требования к стабильности коэффициента усиления, полосе частот и уровню нелинейных искажений можно обеспечить лишь в усилителях охваченных глубокой отрицательной обратной связью.Чтобы коэффициент усиления не зависел от изменения питающих напряжений, цепь обратной связи делают чисто пассивно.

Типичная схема усилителя модулирующих сигналов показана на рис. 5.20 усилитель четырехкаскадный. В первых двух каскадах транзисторы включены посхеме с общим эмиттером (для получения максимального коэффициента усилени я). Неблокированные сопротивления в цепи эмиттера создают глубокую обратную связь по постоянному и переменному току, что повышает стабильность р ежима работы транзистора, повышает входное сопротивление и уменьшает нелине йные искажения. Для коррекции АЧХ в области верхних частот во втором каскаде введена RC­цепь. В третьем и четвертом каскадах транзисторы включены по схеме с общимколлектором, что обеспечивает низкое выходное сопротивление усилителя

. Частьвыходного напряжения с эмиттера выходного каскада подается на эмиттер п ервогокаскада, что еще больше увеличивает глубину отрицательной обратной связ и. Такой усилитель обеспечивает следующими параметрами: коэффициента усиления G≈16 дБ;

размах напряжения на выходе усилителя 1,6 В; полоса пропускания на уровне 0,1д Б от 25 Гц до 10МГц; глубина отрицательной обратной связи 20 дБ; искажения пло ской вершины импульса не более 0,5 %; искажения, вносимые усилителем, характе ризуются отношением сигнал/шум (с учетом визометрического взвешивания) не ме нее 90 дБ; уровень переходных помех в телефонном канале не более 10 пВт.

34. Структурная схема оконечной аппаратуры цифрового ствола.

Схема передающей части:

РГ - регенератор Пк – преобразователь кодов

СУ – согласующее устройство КдКодер Скр – скремблер Фмд – фазовый модулятор

Схема приемной части:

Применена схема автокорялеционного приема.

35. Преобразователь кода. Регенерация и скремблирование. Восстановление тактовой частоты. Накопление ошибок в ЦСП.

Преобразователь кода служит для преобразования одного вида цифровой последовательности в другой. Например, в относительный код. Скремблер (рандомизатор или перемешив

атель) выполняет функцию формирования из исходного сигнала псевдослучайной последовательности, у которой количество нулей и единиц в потоке примерно равн ое. Благодаря скремблированию упрощается процедура выделения тактовой частоты на приемной стороне и обеспечивается на выходе передатчика равномерн ый спектр радиосигнала. Последнее обстоятельство позволяет улучшить электрома гнитную совместимость радиосредств. Канальный кодер служит для повышения по мехоустойчивости системы. Кодирование может быть одноступенчатым (с использ ованием кода Рида­Соломона) и двухступенчатым (сверточное и блочное). За счет внесенной избыточности осуществляется прямое исправление ошибок и, след овательно, улучшается достоверность приема. При наличии кодирования требуемо е значение ОНШ, при котором достигается заданная вероятность ошибки на бит, сн ижается.

36. Модуляторы цифровых систем (на ПЧ и СВЧ). Принцип действия и назначение.

Цифровая модуляция (манипуляция) – процесс преобразования исходных данных в другую форму сигналов, удобных для передачи по радиоканалам связи. Переносчиком цифровых сигналов является ВЧ-несущая. При модуляции изменяется один или несколько параметров ВЧ-несущей под действием изменяющихся уровней цифрового сигнала, поступающего на модулятор.

Структурная схема модулятора:

Сигнал можно представить в виде: Поэтому при модуляции может изменяться U0, частота и фаза. Исходя из изменения параметров, определяется вид модуляции.

При амплитудной модуляции (первый график) – полученный на выходе модулятора сигнал можно

представить в виде: , где с(t) – модулирующий сигнал с амп. ±1. Схема

амплитудного модулятора:

Сигнал с частотой несущей f1 поступает с генератора через циркулятор на диод, на который также поступает цифровой сигнал.

Если считать, что единице соответствует положительная амплит уда ЦС, а нулю отрицательная, то VD1 закрыт при воздействии “1” и открыт при воздействии “0”. На выходе модулятора

(на нагрузке Rн)

будут присутствовать колебания несущей при закрытомVD1 и о тсутствовать при открытом VD1, когда его

внутреннее сопротивление близко к нулю. В режиме открытого диода напряжение несущей отражается от него и через циркулятор поступает на поглощающее сопротивление RБ.

При частотной модуляции сигнал представляется в виде:

Где - девиация частоты несущей относительно

ср. значения В зависимости от знака ЦС частота несущей будет составлять

или .В схеме модулятора (рис. 6.14) с двумя варикапами в частотно задающей цепи ЧМГ значение модулированной несущей равно f1, если амплитуда ЦС отрицательная и f2, если положительная.

При фазовой модуляции сигнал на выходе представляется в виде:

При с(t)=±1, значения фаз радиопосылок скачком меняются от 0 до П и наоборот.

37. Демодуляторы цифровых систем. Принцип действия. Методы восстановления несущей.

Демодуляция АМсигналов осуществляется амплитудным детектором и решаю щим устройством с пороговым уровнем в 0,5U0. Демодуляция ЧМ сигналов может осуществляться по огибающей или по мгновенной частоте. В первом

варианте разделение несущих с частотами f1 и f2производится с

помощью двух полосовых фильтров, настроенных на эти частоты. Затем следует а мплитудное детектирование в каждой ветви. На выходе используется общее решаю щее устройство. Прием по мгновенной частоте осуществляется частотным детекто ром, вслед за которым располагаются ФНЧ и решающее устройство.В этой схеме н еобходимо, чтобы “нуль” частотного детектора был стабилен и соответствовал сре дней частоте ЧМ сигнала.

39. Элементы тракта ПЧ Предварительны й УПЧ предназначен для усиления сигнала, посту пающего с выхода СмПм, и должен

вносить малый уровень теплового шума, обладать высокой линейностью амплитудной характеристики. Динамический диапазон уровней принимаемого сигнала достигает 50 дБ при наибольшем

уровне около 4 ... 6 дБм (в приемниках РСП большой емкости). Из соображений высокой степени защищенности приемника от внешних радиопомех, а так-

же минимальной длины электрического соединения СмПм с ПУПЧ эти блоки представляют собой единую конструкцию, в которой предусмотрены специальные меры по экрани ровке (пружинные контакты на крышках корпуса, фильтры в цепях электропитания, Особенность ПУПЧ состоит в том, что первый каскад для обеспечения минимального коэффициента шума работает на малошу -

мящем ВЧ транзисторе. Для реализации максимального коэффициента усиления обычно выбирается схема с общим эмиттером ОЭ. Это, в свою очередь, вызывает необходимость коррекции спада АЧХ в последующих каскадах (такой спад АЧХ свойствен каскаду

ОЭ в области верхних частот). Транзистор выходного каскада ПУПЧ для упрощения цепей согласования обычно включается по схеме с общим коллектором ОК. В этом случае малое активное выходное сопротивление схемы ОК дополняется до номинального

волнового сопротивления, а сравнительно малая реактивная составляющая (индуктивная) компенсируется емкостью.

Корректор ы групповог о времен и запаздыва -

ния предназначены для выравнивания неравномерности характеристики ГВЗ в заданной полосе частот. Частотно-избирательным элементам приемопередатчика (полосовые фильтры СВЧ в устройствах объединения и разделения радиостволов) присущи неравномерные характеристики ГВЗ, имеющие значительные отклонения на границах полосы пропускания. Такая неравномерность корректируется в тракте ПЧ, что необходимо для уменьшения искажений

сигнала, передаваемого по ВЧ тракту, из-за нелинейности фазочастотной характеристики.

Действие корректоров ГВЗ, используемых в приемопередающей аппаратуре РСП, сводится к формированию такого значения дополняющей неравномерности ГВЗ τк, которое при сложении с характеристикой корректируемого тракта дает в заданной полосечастот сумму τ2=τ1

+τk, причем новая характеристика имеет по стоянную составляющую τ20 и малую неравномерность Δτ(f), меняющуюся в допустимых пределах в этой полосе частот. Например,

для одного интервала РРЛ на аппаратуре КУРС-6 установлены следующие допуски на неравномерность ГВЗ: Δτ(70±8 МГц) 1 нc; Δτ(70±12МГц) 2,5 нc.

Из-за неоднородностей в антенно-фидерных трактах и недостаточно высокого согласования их в конечных точках (устройства объединения и разделения радиостволов антенны) возникают эхо -

сигналы и, как следствие, мелкоструктурные неравномерности АЧХ и ХГВЗ. Такие искажения характеристик не могут быть скомпенсированы описываемыми ниже корректорами ГВЗ.

Фильтр сосредоточенной селекци и предназначен для формирования полосы пропускания приемника, создания высокой избирательности при малых расстройках относительно гра-

ниц полосы пропускания, что необходимо для ослабления радиопомех от соседних радиостволов в многостовольных РСП. Основной особенностью полосовых фильтров широкополосного

тракта ПЧ является то, что эти устройства при большой относи

тельной ширине полосы пропускания П (в РСП при большой емкости П/f n ч 0,4 ... 0,6) должны иметь почти симметричную АЧХ на участке между полосой пропускания

и полосой задержания.

Например, в РРСП КУРС-4 при П 40 МГц по уровню —3 дБ необходимо иметь высокую избирательность на частотах 70± ±28 МГц, что связано с шагом сетки частотного плана .

Это определяет требование симметрии АЧХ в достато чно широкой полосе частот fпч ±Δf: K(fnч+Δf) =K(fпч — Δf)—и, как следствие, симметрию характеристики ГВЗ. Симметричные ПФ с боль-

шой относительной полосой пропускания реализуются на основе специальных методов синтеза цепей. Зависимости ослабления b(f), характеристики ГВЗ до коррекции 1 и после 2 собственным корректором ГВЗ и КГВЗ , приведены на рис. 4.42.

40.ГУПЧ. Принцип действия электроннго аттенюатора.

Главный усилитель ПЧ. На этот усилитель приходится основная доля усиления в тракте ПЧ. При замираниях принимаемого сигнала система АРУ поддерживает постоянным выходное напряжение сигнала ПЧ. Коэффициент усиления ГУПЧ в различных модификациях обычно 45...

65 дБ, стабилизация выходного напряжения в диапазоне изменений входного сигнала ПЧ, достигающем 50 дБ, составляет ±1 дБ и менее. Главный УПЧ современных РСП представляет собой многокаскадный широкополосный усилитель на транзисторах или на гибридноинтегральных схемах, причем между усилительными каскадами включены электронные аттенюаторы

регулировки усиления ЭА. При регулировке усиления таким способом отсутствует воздействие на электрический режим работы усилительного каскада, что приводит к малым изменениям АЧХ и АХ усилителя. Структурная схема и диаграмма уровней ГУПЧ радиорелейной аппаратуры приведены на рис. 4.43.

Сплошной линией обозначена диаграмма уровней при напряжении сигнала ПЧ на входе усилителя, соответствующем началу работы системы АРУ (0,6 мВ). В этом состоянии все ЭА дают наименьшее ослабление сигнала. Штриховой линией обозначена ди-

аграмма при номинальном напряжении сигнала ПЧ на входе усилителя (100 мВ). Для получения минимума тепловых шумов, вносимых усилителем в передаваемый сигнал, при допустимой нели-

нейности АХ выбирают оптимальное соотношение между коэффициентами усиления первого и второго каскадов и ослаблением, вносимым ЭА.

Электронные аттенюаторы регулировки усиления в широкополосных УПЧ построены на pin-диодах и представляют собой переменный делитель напряжения. При подаче постоянно го прямого смещения на pin-диод его дифференциальное сопротивлениеRд на высоких частотах становится практически активным, т. е. Rд эквивалентно переменному резистору, сопротивление которого можно изменять в зависимости от прямого тока I пр . На рис. 4.44 п риведена зависимость RД от Iпр. Свойство ЭА сохранять высокую линейность АХ достигается при соотношении амплитуды переменной составляющей тока через диод Im и постоянной составляющей Iпр I m /I пр<5 . Если соотношение выполняться не будет, Рис. 4.44 pin-диод начинает проявлять нелинейные свойства (происходит нежелательное детектирование сигнала, появляется нелинейность АХ усилителя).

41. ОУПЧ и МУПЧ.

Мощный УПЧ предназначен для создания необходимого для работы смесителя передатчика уровня сигнала ПЧ и представляет собой устройство, непосредственно связанное с СмПд. На вход МУПЧ сигнал ПЧ подается с выхода приемника (с блока ОУПЧ) или АРзС (на ОРС и УРС). Коэффициент усиления МУПЧ зависит от принципа построения СВЧ части передатчика. Например, в аппаратуре РРСП второго поколения без УСВД-Пд необходимо развить на входе СмПд действующее напряжение сигнала ПЧ 10 ... 20 В, а в передатчиках, имеющих на выходе УСВЧ,

достаточно иметь 1 ... 3 В. Основными требованиями, предъявляемыми к МУПЧ, являются высокая степень линейности АХ, малая неравномерность АЧХ в широкой полосе частот.

Усилители сигналов основной полосы частот УОП. Требования, предъявляемые к УОП, сводятся к обеспечению заданного усиления в основной полосе частот с малым уровнем вносимых искажений. Это прежде всего определяется высокой линейностью амплитудной характеристики усилителя. Коэффициент нелинейных искажений при максимальном уровне сигнала не должен превышать 0,1%. Другим требованием к УОП является малая

неравномерность АЧХ в основной полосе частот. Полоса пропускания по уровню 0,5 дБ лежит в границах 25 Гц... 10 МГц.

Приемник радиоствола, схема которого дана на рис. 4.3, состоит из малошумящего усилителя МШУ сигнала СВЧ, полосовогофильтра, преобразователя частоты, в который входят смеситель СмПм и гетеродин ГтПм приемника, и усилителя сигнала ПЧ УПЧ. Сигнал ПЧ образуется смешиванием сигнала с частотой fпм с высокостабильным кoлебанием ГтПм. (В аппаратуре РРСП, разработанной до 1980 г., МШУ не устанавливался.) В тракте ПЧ гетеродинного приемопередатчика осуществляются следующие основные функции: автоматическая регулировка усиления, компенсирующая изменения уровня принимаемого

сигнала в среде распространения радиоволн; корректирование искажений частотных характеристик передачи, вносимых различными элементами тракта ПЧ и СВЧ; амплитудное ограничение ЧМ сигнала (только в РСП с ЧРК).