Тема 3. Основные характеристики рпу

Всякое РПУ должно удовлетворять определенным требованиям, которые позволяют использовать приемник по его прямому назначению. Технические требования, предъявляемые к радиоприемникам различных назначений, содержат следующие основные показатели: чувствительность, избирательность, искажения принимаемых сигналов, динамический диапазон, диапазон рабочих частот, выходная мощность и мощность источников питания, качество воспроизведения, стабильность и надежность работы, электромагнитная совместимость. При выборе этих параметров нужно исходить из назначения и условий работы приемника.

3.1 Диапазон рабочих частот

Диапазон рабочих частот – область частот, в пределах которой РПУ может плавно или скачком перестраиваться с одной частоты на другую без существенного изменения качества воспроизведения сигнала.

Выполнение требования по перекрытию заданного диапазона частот характеризуется крайними частотами того участка спектра электромагнитных колебаний, на частотах которого должен осуществляться прием сигналов. При этом перекрывается диапазон частот от минимальной частоты f_мин до максимальной f_макс.

Способность приемника обеспечить прием сигналов в заданном диапазоне оценивается перекрытием диапазона.

Ширина рабочего диапазона может оцениваться крайними частотами fмин и fмакс и коэффициентом перекрытия диапазона:

.

В случае разбивки диапазона на несколько поддиапазонов, каждый из них характеризуется минимальной и максимальной частотами f_пд1мин, f_{пд1макс}, f_пд2мин, f_{пд2макс} и т.д., а также коэффициентами перекрытия:

Если настройка приемника на частоту принимаемого сигнала осуществляется при помощи резонансных контуров, перекрытие заданного диапазона частот зависит от диапазона изменения их индуктивности или емкости.

Прием сигналов в заданном диапазоне должен обеспечиваться определенной чувствительностью и избирательностью в пределах всего диапазона.

Наряду с диапазонными существуют РПУ, работающие на одной постоянной (фиксированной) частоте.

При проектировании приемника коэффициент перекрытия поддиапазона выбирают не более . Такое ограничение величины обусловлено конструктивными возможностями переменных конденсаторов, с помощью которых перестраивается частота приемника.

Максимальная и минимальная емкости переменного конденсатора находятся в соотношении

.

При этом условии коэффициент перекрытия поддиапазона не может превзойти величины

.

В действительности величина оказывается меньше, т.к. колебательный контур неизбежно шунтируется так называемой схемной емкостью , обусловленной собственной емкостью катушки индуктивности, емкостью монтажных проводов и т.д. С учетом этого коэффициент перекрытия поддиапазона определяется формулой

.

3.2 Коэффициент усиления и чувствительность

Чувствительностью радиоприемника называется его способность обеспечивать нормальный прием при малой величине ЭДС или мощности сигнала в антенне. Под нормальным приемом понимают такой, при котором обеспечивается установленный режим работы оконечного аппарата.

Чувствительность оценивается минимальной величиной ЭДС или мощности сигнала в антенне, при которой осуществляется нормальный прием, и измеряется в микровольтах или милливаттах. Следовательно, чем меньше ЭДС полезного сигнала в антенне, при котором получается нормальный прием, тем выше чувствительность.

В зависимости от назначения приемника величина чувствительности может быть от десятых долей микровольт до единиц милливольт или в пределах 10^-9 – 10^-19 Вт. Иногда чувствительность выражают в децибелах относительно одного ватта или милливатта.

Получение высокой чувствительности связано в основном с усилительными свойствами приемника и практически может быть реализовано только при условии, что уровень собственных шумов на выходе приемника меньше уровня сигнала.

Величина допустимого превышения уровня сигнала над уровнем шумов устанавливается в зависимости от характера принимаемых сигналов.

Представим структурную схему РПУ в виде рис.7

Антенна представлена в виде эквивалентного генератора с ЭДС Е_А, наводимой полем принимаемого сигнала, а внутреннее сопротивление генератора R_А равно сумме сопротивлений излучения и потерь антенны. Сам радиоприемник разделен на две части – линейную и нелинейную. В состав линейной части включены все усилительные и избирательные элементы, стоящие до детектора.

Рисунок 7 – Структурная схема РПУ

Линейной эту часть называют потому, что амплитуда сигнала здесь мала и изменение мгновенных значений его происходит в пределах настолько малого участка характеристики, что нелинейность его не проявляется.

В состав нелинейной части входят детектор и усилитель электрического сигнала с его фильтрами. Здесь амплитуда сигнала обычно значительно больше, чем в додетекторной части. Поэтому необходимо учитывать нелинейность характеристик соответствующих элементов.

На выходе приемника включена нагрузка R_н, эквивалентная входному сопротивлению воспроизводящего устройства.

Реальная чувствительность оценивается той наименьшей ЭДС сигнала в антенне Е_Аор (или мощностью Р_сор), при которой обеспечивается нормальная выходная мощность P_N при заданном соотношении сигнал/шум на выходе приемника.

Под нормальной выходной мощностью понимают величину, равную 10% номинальной мощности. Иногда оговаривается нормальное напряжение, величина которого соответствует нормальной мощности на заданном сопротивлении нагрузки:

Заданное соотношение сигнал/шум на выходе приемника определяется видом принимаемого сигнала. Для некоторых случаев необходимое соотношение мощности сигнала к мощности шума приведено в таблице 1.

Таблица 1

Вид сообщения	(Рс/ Рш)вых	Вид сообщения	(Рс/ Рш)вых
Радиотелеграфия Прием на слух Буквопечатание	- 0,5 – 4 9 – 100	Радиолокация Радиотелефония Радиовещание	0,5 – 10 3 – 10 50 – 1000

Иногда соотношение сигнал/шум задается по напряжению.

Тогда

где U_с, U_ш, Р_с и Р_ш – напряжения и мощности сигнала и шума соответственно на выходе радиоприемника.

Реальная чувствительность Е_Аор (или Р_сор) неудобна для сравнения радиоприемников с различными трактами усиления электрического сигнала и воспроизводящими устройствами. Кроме того, реальная чувствительность зависит от режима работы детектора и от субъективных свойств оператора, воспринимающего сигнал на выходе приемника. Поэтому, введена предельная чувствительность Е_Аоп (или Р_соп), которая характеризует только линейную часть радиоприемника. Определяется предельная чувствительность наименьшей ЭДС радиосигнала Е_Аоп в антенне или мощностью Р_соп, при которых на выходе линейной части соотношение сигнал/шум равно единице

Так же, как ЭДС, мощность сигнала в антенне должна быть независимой от нагрузки, характеризовать только источник сигнала.

Номинальная мощность источника ЭДС – максимальная мощность, которую источник может отдать в нагрузку (иногда ее называют располагаемой мощностью, мощностью, которой источник располагает). Номинальная мощность отдается источником в нагрузку при согласовании – равенстве активных составляющих и компенсации реактивных составляющих внутреннего сопротивления источника ЭДС и сопротивления нагрузки.

Определяя мощность, отдаваемую источником ЭДС в нагрузку при R_и =R_н, легко показать, что номинальная мощность источника .

Следовательно,

.

При всех других условиях мощность, отдаваемая в нагрузку, будет меньше номинальной.

Использование для оценки чувствительности приемника номинальной мощности сигнала в антенне позволяет учесть не только его усиление от входа приемника до выхода, но влияние того, как мощность от антенны передается ко входу приемника.

Из определения номинальной мощности вытекает и определение коэффициента усиления номинальной мощности К_нр – отношение номинальной мощности на выходе приемника (или любого четырехполюсника) к номинальной мощности источника сигнала.

В случае, когда радиосигналы на входе РПУ достаточно большой величины и не требуется большого их усиления, чувствительность приемника ограничивается усилением его линейного тракта.

Для нормального протекания процесса детектирования на вход детектора должен быть подан сигнал определенной амплитуды U_mc=U_{m вх дет}. Если известна величина коэффициента усиления линейной части тракта приемника К_о, настроенной на частоту _о, равную несущей частоте принимаемого сигнала _с, то наименьшая ЭДС сигнала в антенне, соответствующая чувствительности приемника,

.

Обычно Е_Ао задается в действующих значениях, а U_{вх дет} - в амплитудных. Этим объясняется введение коэффициента в знаменатель формулы.