Электронный

учебно-методический комплекс

УСТРОЙСТВА ПРИЕМА

И ОБРАБОТКИ

СИГНАЛОВ

Учебная программа дисциплины Учебное пособие Лабораторный практикум

Автоматизированный лабораторный практикум с применением Internet-технологий

Методические указания по лабораторным работам Методические указания к лабораторным работам № 1–8

Методические указания по курсовому проектированию Методические указания по самостоятельной работе Банк тестовых заданий в системе UniTest

Красноярск ИПК СФУ

2008

УДК 621.396.96 ББК 32.811.3

П44

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Устройства приема и обработки сигналов» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы «Структурная перестройка научно-образовательного центра "Радиоэлектроника"», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин

	Подлесный, С. А.
П44	Устройства приема и обработки сигналов. Версия 1.0 [Электронный ре-
	сурс] : электрон. учеб. пособие / С. А. Подлесный, Ф. В. Зандер. – Электрон.
	дан. (4 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Устройства приема и обработки
	сигналов : УМКД	№ 45-2007 / рук.		творч.	коллектива Ф. В. Зандер). –
	1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или анало-
	гичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памя-
	ти ; 4 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная
	система Microsoft	Windows 2000 SP 4 /		XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe
	Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf).
	ISBN 978-5-7638-1052-3		(комплекса)
	ISBN 978-5-7638-1419-4		(пособия)
	Номер гос. регистрации в ФГУП			НТЦ	«Информрегистр» 0320802416
	от 27.11.2008 г. (комплекса)

Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Устройства приема и обработки сигналов», включающего учебную программу, автоматизированный лабораторный практикум с применением Internet-технологий, лабораторный практикум, методические указания по курсовому проектированию, методические указания к лабораторным работам «Устройства приема и обработки сигналов. Аппаратно-программный комплекс с удаленным доступом “Частотный детектор”», методические указания к лабораторным работам № 1–8, методические указания к самостоятельной работе, контрольно-измерительные материалы «Устройства приема и обработки сигналов. Банк тестовых заданий», наглядное пособие «Устройства приема и обработки сигналов. Презентационные материалы».

Вданном пособии изложены теоретические основы построения устройств приема

иобработки сигналов и сведения об отдельных функциональных узлах и системах автоматического регулирования. Рассмотрены методы ослабления воздействия шумов и помех в радиоприемных устройствах, особенности приема различного вида сигналов. Изложены структуры и технические характеристики устройств приема и обработки сигналов различного назначения, а также тенденции и перспективы развития теории и техники приема и обработки сигналов.

Предназначено для студентов направления подготовки магистров 210200.68 «Радиотехника» укрупненной группы 210000 «Электронная техника, радиотехника

и связь».

©Сибирский федеральный университет, 2008

Рекомендовано Инновационно-методическим управлением СФУ в качестве учебного пособия

Редактор Л. Х. Бочкарева

Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ

Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм.

Подп. к использованию 17.09.2008 Объем 4 Мб

Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

Оглавление
Список сокращений и условных обозначений.....	8
Введение....................................................................	9
1. Общие сведения об устройствах приема
и обработки сигналов.............................................	10
1.1. Определение, назначение, основные функции, классификация УПиОС
и их место в радиосистемах......................................................................................	10
1.2. Общие сведения о моделях сигналов и помех, их характеристики...........	15
1.2.1. Модели сигналов и их характеристики............................................................	15
1.2.2. Модели помех и их характеристики.................................................................	22
1.3. Структурные принципы реализации основных функций УПиОС..............	26
1.4. Характеристики УПиОС........................................................................................	30
2. Внутренние шумы в трактах приема
и обработки сигналов.............................................	38
2.1. Общие сведения о внутренних шумах и источниках их возникновения...	38
2.1.1. Источники возникновения внутренних шумов...............................................	38
2.1.2. Шумы сопротивлений.......................................................................................	39
2.1.3. Шумы параллельного колебательного контура. Эффективная (шумовая)
полоса пропускания частотно-избирательной системы..........................................	40
2.1.4. Эквивалентные шумовые схемы сопротивлений...........................................	43
2.1.5. Шумы приемной антенны.................................................................................	46
2.1.6. Собственные шумы биполярных и полевых транзисторов...........................	47
2.2. Коэффициент шума, шумовая температура и их связь с реальной
чувствительностью радиоприемника.....................................................................	49
2.2.1. Коэффициент шума..........................................................................................	49
2.2.2. Шумовая температура......................................................................................	51
2.2.3. Коэффициент шума и шумовая температура последовательно
соединенных четырехполюсников.............................................................................	52
2.2.4. Связь коэффициента шума и шумовой температуры с реальной
чувствительностью радиоприемника........................................................................	54
3. Функциональные узлы устройств приема
и обработки сигналов.............................................	57
3.1. Выходные цепи.....................................................................................................	57
3.1.1. Определение, назначение, классификация и параметры выходных цепей57
3.1.2. Принципы работы ВЦ различных частотных диапазонов.............................	57
3.1.3. Анализ обобщенной структурной схемы входной цепи.................................	59
3.1.4. Избирательные свойства ВЦ...........................................................................	62

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-3-

ОГЛАВЛЕНИЕ
3.1.5. Одноконтурная ВЦ с внешнеемкостной связью с ненастроенной
антенной.......................................................................................................................	65
3.1.6. Одноконтурная ВЦ с индуктивной связью с ненастроенной антенной.......	65
3.1.7. Одноконтурная входная цепь со смешанной связью с ненастроенной
антенной.......................................................................................................................	67
3.1.8. Выбор величины коэффициента связи между антенной и контуром ВЦ.....	68
3.1.9. Прохождение сигналов и помех через ВЦ......................................................	69
3.1.10. Коэффициент шума ВЦ..................................................................................	70
3.2. Усилители радиосигналов ..................................................................................	72
3.2.1. Определение, назначение, основные параметры и классификация
усилителей радиосигналов........................................................................................	72
3.2.2. Принципы работы и схемы УРС......................................................................	74
3.2.3. Обобщенная эквивалентная схема УРС и его коэффициент передачи......	76
3.2.4. Резонансный коэффициент усиления и полоса пропускания УРС (на
примере УРС с ОЭ) .....................................................................................................	77
3.2.5. Избирательные свойства УРС.........................................................................	78
3.2.6. Максимальный коэффициент усиления при произвольной полосе
пропускания УРС с ОЭ................................................................................................	80
3.2.7. Максимальный коэффициент усиления при заданной полосе
пропускания.................................................................................................................	81
3.2.8. Устойчивость УРС.............................................................................................	82
3.2.9. Коэффициент шума каскада резонансного усилителя с ВЦ на входе........	87
3.2.10. Искажения сигналов в УРС............................................................................	89
3.3. Усилители промежуточной частоты..................................................................	92
3.3.1. Определение, назначение и основные параметры УПЧ...............................	92
3.3.2. Принцип работы и схемы УПЧ.........................................................................	93
3.3.3. Коэффициент передачи и избирательные свойства УПЧ с LC-
фильтрами................................................................................................................	98
3.3.4. Искажения в УПЧ.............................................................................................	100
3.3.5. Переходные процессы в УПЧ........................................................................	102
3.4. Малошумящие усилители диапазона СВЧ.....................................................	105
3.4.1. Определение, назначение, параметры, классификация малошумящих
усилителей.................................................................................................................	105
3.4.2. Особенности транзисторных СВЧ-усилителей.............................................	107
3.4.3. Усилители на туннельных диодах.................................................................	109
3.4.4. Параметрические усилители..........................................................................	110
3.4.5. Шумовая температура двухконтурного отражательного ПУ......................	112
3.5. Преобразователи частоты................................................................................	113
3.5.1. Определение, назначение, классификация и основные параметры ПЧ..	113
3.5.2. Принцип работы и схемы ПЧ в умеренно высоком диапазоне..................	114

3.5.3.Прямое и обратное преобразование частоты. Эквивалентная схема ПЧ 120

3.5.4.Коэффициент преобразования и коэффициент шума ПЧ

на транзисторах.........................................................................................................	123
3.5.5. Искажения сигналов в ПЧ...............................................................................	125

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-4-

ОГЛАВЛЕНИЕ
3.5.6. Особенности верхнего и нижнего преобразования и коэффициенты
перекрытия по диапазону.........................................................................................	129
3.6. Детекторы амплитудно-модулированных, импульсных и дискретных
сигналов.......................................................................................................................	130
3.6.1. Определение, назначение, классификация и основные параметры
амплитудных детекторов..........................................................................................	130
3.6.2. Принципы работы и схемы АД.......................................................................	132
3.6.3. Эквивалентная схема амплитудного детектора и его коэффициент
передачи....................................................................................................................	137
3.6.4. Параметры детектора в режиме детектирования больших и малых
сигналов.....................................................................................................................	139
3.6.5. Искажения сигналов в диодных детекторах.................................................	142
3.6.6. Частотные искажения при детектировании..................................................	145
3.6.7. Воздействие на амплитудный детектор двух сигналов с различными
несущими частотами.................................................................................................	146
3.6.8. Совместное действие сигнала и шума на АД...............................................	148
3.6.9. Синхронный (когерентный) амплитудный детектор.....................................	155
3.6.10. Детекторы импульсных сигналов................................................................	155
3.7. Амплитудные ограничители.............................................................................	158
3.7.1. Определение, назначение, классификация и основные параметры
амплитудных ограничителей....................................................................................	158
3.7.2. Принцип работы и схемы АО.........................................................................	161
3.7.3. Прохождение сигналов и помех через АО....................................................	163
3.8. Частотные детекторы........................................................................................	167
3.8.1. Определение, назначение, классификация и основные параметры
частотных детекторов...............................................................................................	167
3.8.2. Принципы работы и схемы ЧД.......................................................................	169
3.8.3. Определение выходного напряжения и полосы пропускания частотных
детекторов.................................................................................................................	177
3.8.4. Искажения сигналов в частотных детекторах..............................................	180
3.8.5. Прохождение сигнала и шума через частотный детектор.	Пороговые
свойства частотных детекторов...............................................................................	180
3.9. Фазовые детекторы ...........................................................................................	185
3.9.1. Определение, назначение, классификация и основные параметры
фазовых детекторов.................................................................................................	185
3.9.2. Принципы работы и схемы фазовых детекторов.........................................	186
4. Устройства управления УПиОС........................	196
4.1. Системы автоматической регулировки усиления........................................	196
4.1.1. Определение, назначение, классификация и основные параметры систем
автоматической регулировки усиления..................................................................	196
4.1.2. Принципы работы и схемы АРУ ....................................................................	200
4.1.3. Описание работы АРУ в статическом и динамическом режимах.
Определение времени установления переходных процессов и выбор постоянной
времени фильтра......................................................................................................	202
Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие	-5-

ОГЛАВЛЕНИЕ
4.1.4. Влияние флуктуационных помех на искажения АМ-сигнала в усилителе с
АРУ.............................................................................................................................	206
4.2. Системы автоматической подстройки частоты УПиОС непрерывных и
импульсных сигналов...............................................................................................	207
4.2.1. Определение, назначение, классификация и основные параметры системы
автоматической подстройки частоты......................................................................	207
4.2.2. Принципы работы и схемы АПЧ....................................................................	207
4.2.3. Величина остаточной расстройки и время установления переходных
процессов в системе АПЧ.........................................................................................	210
4.2.4. Определение полосы захвата и удержания систем АПЧ............................	211
4.2.5. Особенности систем ФАПЧ............................................................................	212
4.2.6. Особенности систем ЧАПЧ приемников импульсных сигналов..................	213
5. Помехи радиоприему и методы борьбы
с ними....................................................................	216
5.1. Способы борьбы с флуктуационными помехами с помощью
оптимальных методов приема................................................................................	216
5.1.1. Характеристика внешней флуктуационной помехи и совместное
воздействие сигнала и помехи на УПиОС..............................................................	216
5.1.2. Общие понятия теории оптимальных методов приема...............................	217
5.1.3. Вероятность ошибочного приема и критерии оптимальности....................	218
5.2. Методы и устройства оптимального приема и обработки сигналов.......	219
5.2.1. Корреляционные методы приема..................................................................	220
5.2.2. Оптимальная и квазиоптимальная фильтрация..........................................	224
5.3. Помехоустойчивость оптимального приема.................................................	228
6. Устройства приема и обработки различных
видов сигналов .....................................................	232
6.1. Устройства приема амплитудно-модулированных сигналов....................	232
6.2. Радиоприемные устройства сигналов с частотной модуляцией.............	242
6.3. Радиоприемные устройства сигналов с амплитудной манипуляцией....	246
6.4. Радиоприемные устройства сигналов с частотной манипуляцией.........	252
6.5. Радиоприемные устройства сигналов с фазовой манипуляцией............	258
6.6. Радиоприемные устройства сигналов с импульсной модуляцией..........	262
7. Особенности УПиОС различного назначения268
7.1. Приемные устройства наземных радиорелейных линий связи..............	268
7.2. Тропосферные радиорелейные линии связи...............................................	269
7.3. Приемные устройства систем спутниковой связи.......................................	269
7.4. Приемные устройства спутниковых радионавигационных систем........	273
8. Тенденции и перспективы развития теории и
техники приема и обработки сигналов..............	278
Библиографический список................................	283
Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие	-6-

ОГЛАВЛЕНИЕ
Основной.....................................................................................................................	283
Дополнительный........................................................................................................	283
Приложение ..........................................................	286
Основные этапы развития техники радиоприема..............................................	286

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-7-