Билет №9. Вопрос №1.

Основные функции РПУ: 1) улавливание радиоволн; 2) преобразование принятого радиочастотного колебания в напряжение (или ток), изменяющееся в соответствии с принятым сообщением; для этого требуется осуществить фильтрацию сигнала от помех, его усиление и детектирование; 3) воспроизведение переданного сообщения в виде звука, изображения на экране, записи текста и т. п.

Основные функции РПУ определяют и его составные элементы: антенну, собственно радиоприемник и воспроизводящее устройство. В простейшем, но и наиболее распространенном случае РПУ содержит одну антенну и один приемник. Для этого случая, который называется одинарным приемом (одноканальное РПУ), структурная схема РПУ представлена на рис. 1.3.а. Антенна улавливает радиоволны и преобразует энергию радиоволн в энергию тока той же частоты. Радиоприемник осуществляет преобразование модулированных радиочастотных колебаний в электрический сигнал, отображающий передаваемое сообщение. Так как уровень полезного колебания на входе приемника, как правило, мал (единицы микровольт), то одной из основных функций радиотракта является усиление этого колебания до уровня, необходимого для нормальной работы детектора (примерно 1 В).

В результате воздействия на антенну электромагнитных волн от ряда радиостанций на входе приемника действует много колебаний с различными частотами. Только одно из них полезное, остальные – мешающие. Функция радиотракта, кроме усиления сигнала, – выделить (отфильтровать) полезное колебание и подавить мешающие, что достигается использованием в нем частотно-селективных цепей. При этом усиление полезного сигнала в радиотракте должно обеспечиваться по возможности без его искажений; иначе говоря, радиотракт приемника должен быть линейным устройством. Последующее преобразование радиосигнала с выхода радиотракта осуществляется в детекторе радиоприемника. Детектор является устройством, создающим на своем выходе напряжение, которое изменяется в соответствии с законом модуляции того или иного параметра радиочастотного колебания; то есть на выходе детектора действует модулирующий переданный электрический сигнал. Например, если используется амплитудная модуляция, то напряжение на выходе детектора отслеживает изменение амплитуды входного колебания. В последетекторной части радиоприемника происходит усиление продетектированного сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы воспроизводящего устройства. В некоторых РПУ в этой части осуществляется дополнительное ослабление помех. Воспроизводящее устройство воссоздает при помощи громкоговорителей, электронно-лучевых трубок и т.п. переданное сообщение под действием усиленного продетектированного сигнала.

а) б) в)

Рисунок 1.3 – Структурные схемы РПУ

Радиоприемное устройство может принимать не одно сообщение, а несколько, быть многоканальным. В таких РПУ после детектирования получается групповой сигнал, который несет в себе ряд независимых сообщений. Для разделения этих сообщений по отдельным каналам в РПУ предусматривается разделитель каналов (рис. 1.3.б). При этом могут воспроизводиться как однородные сообщения, так и разнородные (например, звук и изображение в телевизионном приемнике системы видеонаблюдения; телевизионные изображения от нескольких видеокамер в системе защиты или данные от нескольких датчиков защиты).

В состав РПУ может входить несколько антенн и радиоприемников. Это связано с тем, что при реальном радиоприеме в ряде случаев уровень сигнала в антенне РПУ меняется из-за непостоянства условий распространения. При этом говорят о замираниях сигнала. Для борьбы с замираниями применяется сдвоенный, строенный прием и т. д. (рис. 1.3.в). Например, сдвоенный прием обеспечивается с помощью двух антенн и двух радиоприемников. Если антенны разнесены в пространстве на расстояние более десяти длин волн, то замирания сигнала в каждой антенне будут происходить практически независимо друг от друга. При этом в каждый момент времени уровни принимаемого сигнала на выходе приемников различны. Устройство комбинирования сигналов выбирает и подает на воспроизводящее устройство сигнал более высокого уровня (в некоторых случаях это характерно, например, для систем защиты охватывающих значительные территории с плотной застройкой зданиями).

При проектировании приемного тракта необходимо понимать, что они классифицируются по ряду признаков, из которых основными являются: тип схемы (схема прямого усиления, супергетеродинная схема, схема прямого преобразования, цифровой тракт приема); вид принимаемых сигналов (импульсный, непрерывный); чувствительность (тот минимальный уровень сигнала, который радиоприемное устройство может распознать на уровне шумов - внешних и внутернних); стабильность приемника (способность обеспечивать прием полезного сигнала длительное время без ухудшения качества воспроизводимого сообщения и без каких-либо ручных регулировок. Главной причиной частотной нестабильности является изменение частоты гетеродинов, влияние температуры, изменения напряжения питания, старение элементов схемы.); точность частоты настройки на частоту принимаемого сигнала (высокая стабильность и точность установки частоты повышают достоверность принимаемого сообщения); диапазон рабочих частот; избирательность (селективность) по соседнему и зеркальному каналам (характерно для супергетеродинных приемников и означает возможность устройства выделять полезный сигнал при одновременном действии помех), динамический диапазон (диапазон амплитуд входного сигнала, при которых обеспечивается требуемое качество воспроизведения принятого сообщения. Нижняя граница ограничена чувствительностью, верхняя - допустимыми искажениями сигнала), помехоустойчивость (способность приемника обеспечивать нужное качество приема при действии различных видов помех), стоимость и экономичность и т.д. Разнообразие и сложность функциональных схем радиоприемных устройств определяются назначением и кругом решаемых задач. Как правило, радиоприемные устройства строятся по супергетеродинной схеме, которая обеспечивает достаточно высокую чувствительность и избирательность, при этом осуществляет компенсацию помех.

Структурная схема приемника также в значительной мере определяется и видом модуляции сигнала. Для передачи радиосигналов сегодня применяют различные виды модуляции: амплитудную (АМ), фазовую (ФМ), частотную (ЧМ) и их разновидности, более сложные современные цифровые виды модуляции. АМ сигналы широко применяются в системах радиотелеметрии и радиоуправления. Частотная и фазовая модуляции тесно связаны и иногда их вместе относят к так называемой «угловой модуляции». ЧМ хорошо известна как тип модуляции, используемой в СВЧ радиовещательном диапазоне. С применением этого вида модуляции строят радиотелеметрические, телевизионные системы, системы радиоуправления. Если девиация частоты велика по сравнению с модулирующей частотой (в сигнале сохранены самые верхние частоты), получаем «широкополосную ЧМ», являющуюся наиболее предпочтительной, так как при приеме соотношение С/Ш возрастает на 6 дБ при каждом удвоении девиации ЧМ, что делает широкополосную ЧМ предпочтительнее АМ для высококачественных передач. Однако при этом увеличивается ширина полосы канала, поскольку сигнал при широкополосной ЧМ занимает приблизительно , где максимальное отклонение несущей частоты. Сужение полосы пропускания ЧМ тракта может привести к возникновению не только частотных, но и нелинейных искажений. Также известно, что при широкополосной ЧМ амплитуда несущей может быть очень малой, что обуславливает высокую эффективность ЧМ. Это значит, что большая часть передаваемой энергии содержится в боковых частотах, несущих информацию. Выигрыш же в помехоустойчивости обусловлен тем, что помехи искажают в большей степени амплитуду, чем частоту сигнала. При ЧМ амплитуда сигнала не несет полезной информации и поэтому в приемных трактах может быть введено ограничение по амплитуде, а соответственно в радиоприемных устройствах с небольшим динамическим диапазоном принимаемых сигналов система автоматическая регулировка усиления может не применяться.