1.2 Анализ полученных результатов

1. Сравнение значений шумовой температуры анализируемого приемника (T_ПР = 1119.66 K) и антенны (T_A = 250 K) позволяет утверждать, что T_ПР>>T_A. Следовательно, при уменьшении TПР возможно значительное улучшение чувствительности приемной установки. Таким образом, снижение шумов приемника целесообразно.

2. Можно рекомендовать использовать УРЧ с меньшим уровнем собственных шумов. Например, если применить УРЧ с K_{Ш УРЧ} =1 дБ (в анализируемой структуре K_{Ш УРЧ} = 2 дБ), то шумовая температура будет определяться следующими слагаемыми:

K_{Ш УРЧ} = 10 ^1/10 = 1.26

T_УРЧ = (K_{Ш УРЧ} - 1) T₀ = (1.26 -1)∙293 =76.18 K

T_ПР = K.

Следовательно, T_ПР уменьшится и доля шумов УРЧ будет меньше.

Рассчитываем чувствительность для T_{ПР =} 990.13 К

5. Находим коэффициент шума приемника

или 5.29дБ.

T_S = T _А + T_ПР = 250 + 990.13 = 1240.13K.

7. Вычисляем суммарную шумовую мощность на входе приемника, полагая, что ΔF_ЭФ ≈ΔF_Ф = 2500 кГц

P_{Ш S} = k ∙T_S∙ΔF_ЭФ = 1,38 · 10 ^-23 · 1240.13· 2500 = 4.3· 10 ^-17 Вт.

8. Рассчитываем искомое значение чувствительности приемника

P_А0 = q₀ · P_{Ш S} = 7.943 · 4.3· 10 ^-17 = 3,4· 10 ^-16 Вт.

Вычисляем значение чувствительности в децибелах относительно 1 мВт

дБм

и в единицах напряжения

=3,19В = 3.19мкВ.

Вывод: Таким образом, подключение ВУ и УРЧ непосредственно к антенне, а так же использование кабеля с меньшими потерями и УРЧ с меньшим уровнем собственных шумов, позволяет существенно снизить шумы приемника. Дальнейшее уменьшение шумов возможно при снижении потерь в УРЧ. Однако, с учетом того, что T_А = 250 K, это не даст заметного улучшения чувствительности.

2 Анализ избирательности радиоприемного устройства

Индивидуальные данные приведены в таблице 2, 3

Таблица 2 - Индивидуальные данные для задания 2

№ Варианта	Сигнал		Помеха 1		Помеха 2		Помеха 3
	fc МГц	Uса мкВ	fп1 MГц	Uп1A мВ	fп2 МГц	Uп2A мВ	fп3 МГц	Uп3A мВ
04	6.20	85	6.19	110	22.20	70	7.25	30

Таблица 3 - Продолжение таблицы 2

№ варианта	ВУ			УРЧ		ПрЧ		ФСИ
	число контуров	Qкэ	η	Qкэ	Тип настройки	Тип схемы ПрЧ	fпч МГц	ΔFф кГц	Sск дБ/кГц
04	2	55	1.0	55	Верхняя	Балансная	0.7	12	9

2. 2.1 Расчет избирательности радиоприемного устройства

Пусть задана структурная схема супергетеродинного приемника (рис . 1), на входе которого действуют:

сигнал с частотой f_с=6.2 МГц и амплитудой U_сА=85 мкВ;

три помехи с частотами и амплитудами: f_п1=6.19 МГц, U_п1А=110 мВ, f_п2=22.2 МГц, U_п2А=70 мВ, f_п3=7.25 МГц, U_п3А=30 мВ.

В приемнике используется верхняя настройка, т. е. f_пч= f_г – f_с.

Значение промежуточной частоты: f_пч = 0.7 МГц.

Во входном устройстве применен двухконтурный фильтр с K_0ву = 0.4, Q_кэ = 55, η=1.

Резонансный УРЧ имеет К_0урч = 5, Q_кэ = 55.

Преобразователь частоты построен по балансной схеме.

Параметры ФСИ: ΔF =12 кГц, S_ск =9 дБ/кГц, σ_пп = 3 дБ.

1. Рассчитываем частоту гетеродина

f_г = f_с + f_пч = 6.2 + 0.7 = 6.9 МГц.

2. По формуле е (17) определяем частоты каналов (f_кп) приема при q, s< 2, f_г=6.9 МГц, f_пч=0.7 МГц. Результаты расчетов сводим в табл. 4.

Таблица 4 - Результаты расчетов

q	s	fКП, МГц	Примечания
0	1	0.7	Канал на ПЧ	fП = fПЧ
0	2	0.35		2 ∙ fП= fПЧ
1	1	7.6	Зеркальный канал	fП- fГ = fПЧ
1	1	6.2	Основной канал	fг – fс = fПЧ
1	2	3.8		2 ∙ fП - fГ= fПЧ
1	2	3.1		fГ-2 ∙ fП= fПЧ
2	1	14.5		fП-2 ∙ fГ= fПЧ
2	1	13.1		2 ∙ fГ - fП= fПЧ
2	2	7.25		2 ∙ fП-2 ∙ fГ= fПЧ
2	2	6.55		2 ∙ fГ - 2 ∙ fП= fПЧ

Убеждаемся, что один из каналов приема соответствует частоте сигнала (6,2 МГц). Частота зеркального канала f_зк=7.6 МГц, канала на промежуточной частоте f_пч=0.7 МГц. Строим диаграмму (рис. 2), иллюстрирующую расположение f_кп на частотной оси. Каждый канал приема условно показываем в виде "дельта-функции". На самом деле каналы имеют конечную полосу пропускания, зависящую от ΔF_ф. Около каждого канала обязательно показываем соответствующие значения s и q. Чем выше порядок комбинационного преобразования (s+q), тем, в общем случае, меньше интенсивность дополнительного канала приема, что на диаграмме изображаем приближенно высотой "дельта-импульса".

Рисунок 2 - График побочных каналов приема и помех

3. Сравниваем значения частот помех на входе приемника f_п1, f_п2, f_п3 с частотами дополнительных каналов приема. Убеждаемся, что частота fп3 =7.25 МГц совпадает с частотой канала приема при q=2, s=2. Частота f_п1 =6.19 МГц близка к частоте основного канала, поэтому первая помеха возможно окажется опасной из-за неидеальности ФСИ (помеха по соседнему каналу).

Помеха с частотой f_п2 =22.2 МГц не попадает ни в один из каналов приема. Проверка опасности второй помехи с точки зрения многосигнальной избирательности будет проведена ниже.

4. Определяем ослабление 3-й помехи (с частотой f_п3 =7.25 МГц) в отдельных каскадах ВЧ тракта приемника.

Рассчитываем ослабление 3-й помехи во входном устройстве. Для этого, согласно (19), рассчитываем значение обобщенной расстройки, соответствующей f_п3

Определяем с использованием выражения (20) относительный коэффициент передачи ВУ на частоте f_п3

и ослабление помехи

σ_ву 3= -20 lg[γ_ву(f_п3)] = -20 lg(0.0067) = 43.5 дБ

Рассчитываем ослабление 3-й помехи в УРЧ. Так как значения добротностей контуров УРЧ и ВУ одинаковы, то при расчете ослабления помехи в УРЧ принимаем ξ₃ =17.28. Далее определяем

 

σ_урч 3= -20 lg[γ_урч(f_п3)] = -20 lg(0.057) = 24.8 дБ

Ослабление 3-й помехи в преселекторе

Σ_прес 3=σ_ву 3+ σ_урч 3= 43.5 + 24.8 = 68.3 дБ

По табл.2 для балансной схемы определяем дополнительное ослабление в ПрЧ dпрч(fп3) = 0.03, что соответствует

σ_прч3 = -20 lg[d_прч(f_п1)] = -20 lg(0.03) = 30.5 дБ

Ослабление 3-й помехи в ФСИ равно нулю, так как после преобразования частота помехи (при s=2, q=2):

 f_пр3= 2 ∙ f_п3 - 2 ∙ f_г = 2 ∙7.25 - 2 ∙6.9 = 0.7 МГц

точно совпадает с fпч, т. е. с центральной частотой настройки ФСИ. Таким образом σ_ф1=0 дБ.

5. Для 3-й помехи по (28) определяем отношение сигнал-помеха на входе детектора:

 дБ

Анализ полученного результата показывает, что без использования кольцевой схемы преобразователя частоты уровень помехи, прошедшей по дополнительному каналу приема, на входе детектора был бы приблизительно равен уровню сигнала.

6. Определяем по (29) значения напряжения 3-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ:

U_п3урч = U_п3А K_0ву γ_ву(f_п3) = 30∙0.4∙0.0067 = 0.0804 мВ;

U_п3прч = U_п3А K_{0 ВУ} γ_ву(f_п3) K_{0 урч} γ_урч(f_п3)= 30 ∙0.4∙ 0.0067 ∙ 5 ∙0.057= 0.023 мВ.

Напряжение 3-й помехи на входе УРЧ и ПрЧ не превышает 10 мВ, что позволяет не принимать во внимание нелинейное взаимодействие 1-й помехи с сигналом в этих каскадах.

7. Определяем ослабление 1-й помехи (с частотой f_п1 = 6.19 МГц) в отдельных каскадах ВЧ тракта приемника.

Отстройка помехи от частоты сигнала составляет Δf_п1 = | f_п1 – f_с | = 6.19 -6.20 = 0.01 МГц = 10 кГц, что сопоставимо с полосой пропускания ФСИ, следовательно, помеха находится в одном из соседних каналов и через преобразователь частоты пройдет с тем же коэффициентом передачи, что и сигнал, т. е. d_прч(f_п1)=1, σ_{прч 1} =0дБ. Основное ослабление 1-й помехи должен обеспечить ФСИ. В соответствии с (22) записываем:

откуда получаем

кГц

и в соответствии с (23)

σ_ф1 = σ_пп + S_ск ∙Δf_П1 = 3 + 9 ∙4 = 39 дБ

Далее можно сосчитать σ_ву1 и σ_урч1 , однако очевидно, что в нашей задаче они будут очень малы, так как при добротности одиночного контура Q_кэ = 55 его полоса пропускания составляет

 кГц

т. е. помеха с f_п1 попадает в полосу пропускания ВУ и УРЧ. Считаем, что σ_ву1= σ_урч1 =0. Этот вывод подтверждают и построенные ниже (в п. 11) характеристики избирательности ВУ, УРЧ и преселектора.

8. Для 1-й помехи по (28) определяем отношение сигнал-помеха на входе детектора:

дБ

9. 1-я помеха близка к резонансной частоте ВУ и УРЧ, поэтому σ_ву(f_п1) = σ_урч(f_п1) значения напряжения 1-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ составляют:

 U_п1урч = U_п1А K_0ву = 110∙0.4 = 44 мВ;

U_п1прч = U_п1А K_0ву K_0урч = 110∙0.4∙5 = 220 мВ.

Напряжение 1-й помехи на входе УРЧ значительно превышает 10 мВ, поэтому нелинейное взаимодействие сигнала и 1-й помехи в УРЧ возникнет. Напряжение 1-й помехи на входе ПрЧ существенно выше (220 мВ), поэтому при проектировании приемника с учетом требований многосигнальной избирательности следует рассмотреть возможность ее нелинейного взаимодействия с f_п2, f_п3 и f_с.

10. Помеха с частотой f_п2 = 22.2 МГц не попадает ни в один из дополнительных каналов приема и ее уровень после ФСИ будет пренебрежимо мал. Таким образом, можно принять σ_п2→∞.

Это, однако, не означает, что данная помеха не может представлять опасности радиоприему. Проверим, является ли напряжение помехи на входах УРЧ или ПрЧ достаточным для возникновения в этих каскадах нелинейных эффектов, приводящих к блокированию, перекрестной и интермодуляции. Определяем по (19), (20) и (21) значения относительной расстройки и относительных коэффициентов передачи, соответствующих 2-й помехе:

Определяем ослабление 3-й помехи в ВУ, УРЧ и преселекторе:

Σ_{ву 2} = -20 lg[γ_ву(f_п2)] = -20 lg(0.000058) = 84.34 дБ

Σ_{урч 2} = -20 lg[γ_урч(f_п2)] = -20 lg(0.0055) = 45.17 дБ

Σ_{прес 2}=σ_{ву 2}+ σ_{урч 2}= 84.34 + 45.2 = 129.51 дБ

Далее по (29) находим значения напряжения 3-й помехи на входах УРЧ и ПрЧ соответственно:

U_п2урч=U_п2А∙K_0ву∙σ_ву(f_п2)=70∙0.4∙0.000058=0.0016мВ; U_п2прч = U_п2А K_0ву∙σву(f_п2)∙K_0урч∙σ_урч(f_п2) = 70∙0.4∙0.000058∙5∙0.0055= 0.000045мВ.

Эти напряжения существенно ниже 10 мВ и не могут вызвать нелинейных эффектов.

11. Строим характеристику избирательности ВУ, УРЧ и преселектора в целом. Расчет и построение проводим с использованием персонального компьютера (MatLab), запрограммировав расчет по (19) - (21) и (27). Порядок расчета совпадает с приведенным в п. 4. Область изменения аргумента (частоты) выбираем так, чтобы ослабление, создаваемое преселектором, было не менее 60дБ.

Рассчитанные характеристики приведены на рисунке 3,4. Рассчитанные в п. 4, 7, 10 значения ослаблений σ_ву, σ_урч, σ_прес  каждой из трех помех совпадают со значениями функций при f=6.19, 7.25 и 22.2 МГц соответственно.

Рисунок 3 - Характеристика избирательности ВУ, УРЧ и преселектора

Рисунок 4 – Полосы пропускания по характеристикам избирательности ВУ, УРЧ, преселектора

12. По графикам определяем значения полос пропускания

ΔF_ву= 160 кГц, ΔF_урч=108 кГц, ΔF_прес= 96 кГц.