Устройства приема и обработки сигналов: Рабочая программа, задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра радиотехники

УСТРОЙСТВА ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Рабочая программа Задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению

Факультет: радиоэлектроники Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654200 – радиотехника 200700 – радиотехника Направление подготовки бакалавра 552500 – радиотехника САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621. 396. 62 (017) Устройства приема и обработки сигналов: Рабочая программа, задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению. – СПб.: СЗТУ, 2004. – 46 с. Рабочая программа разработана в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654200 – “Радиотехника” (специальность 200700 – “Радиотехника”) и направлению подготовки бакалавра 552500 – “Радиотехника”. Методический сборник содержит рабочую программу, методические указания к изучению дисциплины, тематический план лекций, темы практических занятий, темы лабораторных работ, перечень основной и дополнительной литературы, задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению, тестовые задания. В рабочей программе рассмотрены вопросы теории радиоприема, методы обеспечения основных технических характеристик устройств приема и обработки сигналов.

Рассмотрено на заседании кафедры радиотехники 19 января 2004 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 12 февраля 2004 г.

Рецензенты: кафедра радиотехники СЗТУ (зав. каф. Г.И.Худяков, д-р техн. наук, проф.); А.В. Кривошейкин, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой технической электроники Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения. Составитель Ю.К. Выболдин, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина "Устройства приема и обработки сигналов" является одной из профилирующих и обеспечивает базовую подготовку дипломированного специалиста по направлению 654200 – “Радиотехника” (специальность 200700 – “Радиотехника”) и направлению подготовки бакалавра 552500 – “Радиотехника”. Целью изучения дисциплины является усвоение студентами теоретических основ, принципов построения и методов проектирования устройств приема и обработки сигналов, входящих в состав радиотехнических систем различного назначения. В результате изучения дисциплины студент должен знать: - принципы построения, структуры, основные характеристики и особенности устройств приема и обработки радиосигналов различного назначения; - проблемы и перспективы развития устройств приема и обработки сигналов, сферы применения знаний, полученных при изучении дисциплины. В результате изучения дисциплины студент должен уметь: - выполнять инженерные расчеты основных функциональных узлов, применять современную элементную базу и вычислительную технику при проектировании; - разрабатывать структурные и принципиальные схемы аналоговых и цифровых устройств приема и обработки сигналов. Дисциплина "Устройства приема и обработки сигналов" базируется на знании следующих дисциплин: "Высшая математика", "Физика", "Основы теории цепей", "Радиотехнические цепи и сигналы", "Цифровые устройства и микропроцессоры", "Основы компьютерного проектирования радиоэлектронных устройств", "Устройства СВЧ и антенны", "Статистическая теория радиотехнических систем". Дисциплина "Устройства приема и обработки сигналов" изучается в 9-м и 10-м семестрах. В 9-м семестре учебным планом предусмотрены лекции, практические занятия и лабораторные работы, а из контрольных мероприятий – зачет и контрольная работа. В 10-м семестре – лекции, практические занятия, лабораторные работы, курсовой проект и экзамен.

3

Основная форма изучения материала – самостоятельная работа студента над литературой. По наиболее трудным разделам программы читаются лекции, проводятся консультации. Материалы курса целесообразно изучать в том порядке, в каком они изложены в рабочей программе. Переходить к изучению следующей темы можно лишь после полного усвоения предыдущей. Материал, включенный в рабочую программу, с достаточной полнотой изложен в учебниках [1], [2] и текстах лекций [4], [5]. При выполнении курсового проекта следует руководствоваться методическими указаниями [6] и материалами учебного пособия [3]. Для более глубокого изучения рабочей программы, курсового и дипломного проектирования рекомендуется дополнительная литература [7–26], сведения об используемой в настоящее время элементной базе можно получить в Internet [27–30].

4

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. Содержание дисциплины по ГОС Основные методы приема (супергетеродинный, инфрадинный, прямого усиления, прямого преобразования), методы обеспечения основных характеристик устройств приема и обработки радиосигналов (чувствительность, одно- и многосигнальная частотная избирательность, динамический диапазон по основному и соседнему каналам), системы автоматического регулирования в устройствах приема и обработки радиосигналов, физические принципы построения усилительно-преобразовательного тракта в устройствах приема с малым уровнем собственных шумов, с высокой частотной избирательностью, с низким уровнем перекрестных и интермодуляционных помех, моделирование и проектирование по заданным показателям качества с использованием современной элементной базы, методы экспериментального исследования принципов построения радиоприемников и их функциональных узлов.

1.2. Объем дисциплины и виды учебной работы Виды занятий Общая трудоемкость Аудиторные занятия Лекции Практические занятия (ПР) Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) и другие виды аудиторных занятий Самостоятельная работа Курсовой проект Расчетно-графические работы и другие виды самостоятельной работы Вид итогового контроля

Всего часов 200 64 36 8 20

9-й семестр 86 36 20 4 12

10-й семестр 114 28 16 4 8

136

50

-

-

86 38 -

Зачет

Экзамен

5

1.3. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (Объем 200 часов) 1.3.1. СТРУКТУРЫ УСТРОЙСТВ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ РАДИОСИГНАЛОВ (8 часов) [1], с. 8…36; [2], с. 5...10, 15...20; [4], c. 3...10, 14...16 Назначение, функции и классификация устройств приема и обработки сигналов (УП и ОС), их использование в различных радиотехнических системах. Общие сведения о моделях сигналов, помех и их характеристиках. Особенности приема сигналов в различных диапазонах частот. Структуры и особенности радиоприемных трактов, отличающихся видами частотного преобразования сигналов. Общие сведения о структурах радиоприемников, использующих принципы статистической обработки радиосигналов в условиях действия помех.

Вопросы для самоконтроля 1. Каково назначение устройства приема и обработки сигналов? 2. Дайте характеристику модели сигнала на входе устройства приема и обработки, прошедшего однолучевой канал. 3. Дайте характеристику модели сигнала на входе устройства приема и обработки, образованного пространственно-распределенными рассеивателями. 4. Что такое частотно-селективные замирания принятого сигнала? 5. Составьте структурные схемы радиоприемника прямого усиления и супергетеродинного приемника. Поясните назначение отдельных элементов. 6. Дайте сравнительную характеристику приемника прямого усиления и супергетеродинного приемника. 7. Поясните, почему использование супергетеродинного приемника позволяет улучшить качество приема? 8. Поясните причины появления побочных каналов приема в супергетеродинном приемнике. 9. От каких факторов зависит подавление помехи на частоте зеркального канала? 10. Зачем используется многократное преобразование частоты?

6

11. Изобразите структурную схему приемного устройства с двойным преобразованием частоты. 12. Каковы особенности инфрадинных устройств приема (УП)?

1.3.2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ (6 часов) [1], с.8…36; [2], с.10...15; [4], c.l0...l4 Диапазон рабочих частот, селективность (частотная, пространственная, временная, поляризационная, по форме). Чувствительность. Помехоустойчивость. Динамический диапазон. Допустимые искажения воспроизводимого сигнала. Характеристики ручных и автоматических регулировок. Конструкторско-эксплуатационные характеристики. Системотехнический подход при обосновании требований к УП и ОС различного назначения.

Вопросы для самоконтроля 1. Зачем диапазон рабочих частот устройств приема разбивается на поддиапазоны? 2. Что такое чувствительность, ограниченная усилением? Что такое реальная чувствительность? В каких случаях используются эти характеристики? 3. Каким образом в УП и ОС реализуется частотная, временная, пространственная, поляризационная селективности? 4. Каким образом количественно оценивается частотная селективность устройств приема? 5. Изобразите характеристику, показывающую зависимость частотной селективности УП от абсолютной расстройки. Объясните ход характеристики. Как изменится форма характеристики, если уменьшить затухание одной из резонансных цепей? 6. Зачем используется многосигнальная селективность УП? Как определяется селективность многосигнальным методом? 7. Что такое помехоустойчивость УП и ОС? Чем она обеспечивается? Какие критерии применяются для количественной оценки помехоустойчивости?

7

8. Что такое динамический диапазон УП и ОС? Зачем используется эта характеристика? 9. Каким образом проявляются нелинейные искажения в приемном тракте и как они оцениваются? 10. Чем обусловлены линейные искажения в приемном тракте? 11. Назовите основные регулировки в УП? Зачем они используются? 12. Какие требования предъявляются к конструкторско-эксплуатационным характеристикам УП?

1.3.3. ШУМОВЫЕ СВОЙСТВА УСТРОЙСТВ ПРИЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ (8 часов) [2], c.20...31; [4], c.14...24; [7], с.22...27 Источники внутренних линейных шумов радиоприемного устройства, их характеристики и эквивалентные схемы. Шумовая полоса. Активное сопротивление, колебательный контур и антенна как источники тепловых шумов. Номинальная мощность шума. Коэффициент шума. Шумовая температура. Коэффициент шума последовательно соединенных четырехполюсников (линейного тракта приема). Связь чувствительности с коэффициентом шума.

Вопросы для самоконтроля 1. Дайте классификацию основных типов радиопомех. 2. Что такое шумовая полоса УП? 3. Назовите источники внутренних тепловых шумов в УП. 4. Напишите формулу Найквиста для среднеквадратических значений шумового тока и шумовой ЭДС. 5 .Назовите источники дробовых шумов в УП. 6. Изобразите эквивалентную шумовую схему усилительного прибора. 7. Что такое шумовое сопротивление усилительного прибора? 8. Что такое номинальная мощность шума? 9. Дайте определение коэффициента шума четырехполюсника. Зачем используется эта характеристика? 10. Используя определение коэффициента шума, получите выражение для мощности собственных шумов на выходе линейного тракта УП. 8

11. Почему первый каскад УП необходимо выполнять малошумящим? 12.Установите связь между реальной чувствительностью и коэффициентом шума УП.

1.3.4. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ И УСТРОЙСТВА

(8 часов)

[1], с. 178…208; [2], c. 32...38; [4], c. 25...41 Назначение, классификация, схемы и характеристики входных цепей. Эквивалентные схемы приемных антенн. Способы перекрытия диапазона частот. Электронная настройка. Анализ обобщенной одноконтурной входной цепи. Входные цепи при работе с ненастроенными антеннами. Входные цепи при работе с магнитной антенной. Входные цепи при работе с настроенной антенной. Особенности конструкций входных цепей в различных диапазонах волн.

Вопросы для самоконтроля 1. Каково назначение входной цепи УП? 2. Какими параметрами характеризуется входная цепь? 3. Составьте эквивалентные схемы приемных антенн и охарактеризуйте их особенности. 4. Назовите способы перекрытия диапазона частот. Почему настройка с переменной емкостью является более предпочтительной, чем настройка с переменной индуктивностью? 5. Составьте обобщенную эквивалентную схему одноконтурной входной цепи. 6. Получите выражение для коэффициента передачи одноконтурной входной цепи. Какими параметрами характеризуется коэффициент передачи? При каких условиях коэффициент передачи получается максимальным? 7. Что такое настроенная и ненастроенная антенны? 8. Составьте электрические схемы входных цепей с внешней емкостной и автотрансформаторной связью с антенной. Объясните назначение их элементов. Как выбирается связь входного контура с активным элементом? 9. Из каких соображений выбирается связь входного контура с ненастроенной антенной? Получите выражение для коэффициента передачи входной цепи с

9

внешней емкостной связью с ненастроенной антенной и автотрансформаторной связью с последующим каскадом. 10. Получите выражение для коэффициента передачи входной цепи при трансформаторной связи с ненастроенной антенной и автотрансформаторной связью с последующим каскадом. 11. Что такое режим укорочения и режим удлинения? Когда они используются? 12. В чем состоит условие согласования при работе входной цепи с настроенной антенной? 13. Какие основные типы объемных резонаторов и фильтров СВЧ используются в качестве входных цепей? Каковы особенности конструкции входной цепи в диапазоне сантиметровых волн?

1.3.5. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ УСТРОЙСТВ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ (10 часов) [1], с.208…257; [2], c.38...47; [4], с.41...55 Назначение, классификация и характеристики высокочастотных усилителей радио и промежуточной частоты. Типовые схемы резонансных усилителей. Эквивалентная схема каскада усилителя радиочастоты (УРЧ). Общий анализ каскада УРЧ на невзаимном усилительном приборе. Устойчивый коэффициент усиления. Коэффициент устойчивости. Способы повышения устойчивости резонансных усилителей. Коэффициент шума входной цепи и первого каскада УРЧ. Анализ коэффициента передачи каскада УРЧ. Малошумящие усилители диапазона СВЧ, особенности элементной базы и конструкций. Назначение, основные характеристики и схемы усилителей промежуточной частоты (УПЧ). УПЧ с распределенной и сосредоточенной селективностью. УПЧ с одноконтурными каскадами. УПЧ с двухконтурным фильтром. УПЧ с фильтром сосредоточенной селективности (ФСС). ФСС на LС-элементах. Фильтры электромеханические, кварцевые, пьезокерамические, спиральные, на поверхностно-акустических волнах. УПЧ с дискретными и цифровыми фильтрами. Изменение частоты дискретизации. Эффекты квантования в цифровых фильтрах. Варианты реализации дискретных и цифровых фильтров. Нерекурсивные и рекурсивные фильтры. Цифровая обработка во временной области. Цифровая фильтрация в частотной

10

области. Реализация и использование быстрого преобразования Фурье (БПФ). Интегральное исполнение усилителей.

Вопросы для самоконтроля 1. Какими параметрами характеризуются усилители радиосигналов? 2. Каково назначение усилителя радиочастоты? 3. Каково назначение усилителя промежуточной частоты? 4. Составьте электрические схемы резонансного усилителя на полевом и биполярном транзисторах с частотным включением контура. 5. Составьте обобщенную эквивалентную схему резонансного усилителя и получите выражение для резонансного коэффициента усиления. При каких условиях достигается максимум коэффициента усиления? 6. Почему возникает внутренняя обратная связь в резонансном усилителе? 7. Определите условия устойчивой работы резонансного усилителя. Назовите способы повышения устойчивости резонансных усилителей. 8. Как зависит резонансный коэффициент усиления от частоты в различных схемах резонансных усилителей? 9. Получите выражение для коэффициента шума входной цепи и первого каскада УРЧ. Какие меры надо предпринять для его уменьшения? 10. Каковы особенности усилителей, используемых в диапазоне СВЧ? Составьте обобщенную эквивалентную схему малошумящего усилителя. 11. Получите выражение для резонансного коэффициента усиления УПЧ, содержащего N идентичных каскадов. Как изменяется полоса пропускания усилителя при увеличении числа каскадов? 12. Что такое УПЧ с сосредоточенной селективностью? Какие у него преимущества? Дайте характеристику основным типам фильтров сосредоточенной селективности, используемым в РПУ. 13. Какие существуют способы формирования необходимых амплитудно- и фазочастотных характеристик в УПЧ с распределенной селективностью? 14. Какие имеются особенности построения широкополосных УПЧ? 15. Каким образом реализуется дискретизация аналогового сигнала? Изобразите характер спектра дискретизированного сигнала при различном выборе частоты дискретизации. 16. Зачем используется изменение частоты дискретизации?

11

17. Какие нежелательные эффекты возникают при выполнении операции квантования в цифровых фильтрах? Какие меры предпринимаются для уменьшения шума квантования? 18. Что называют быстрым преобразованием Фурье, и какие преимущества при обработке сигналов это преобразование обеспечивает? Каким образом может быть построено устройство БПФ? 19. Какие преобразования производят над сигналом для реализации цифровой фильтрации в частотной области? 20. Какие преобразования производят над сигналом для реализации цифровой фильтрации во временной области?

1.3.6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ (14 часов) [1], с. 257…292; [2], с. 81...109 Назначение, классификация и требования к преобразователям частоты (ПЧ). Общие принципы гетеродинного преобразования частоты. Побочные продукты преобразования. Способы подавления побочных продуктов преобразования. Двойное преобразование частоты. Общая теория преобразования частоты. ПЧ на невзаимных электронных приборах. Диодный преобразователь частоты (коэффициент передачи). Резистивный диодный преобразователь частоты. Емкостной преобразователь частоты. Балансный преобразователь частоты. Преобразователи частоты на интегральных микросхемах. Регенеративное усиление радиосигналов. Параметрические усилители.

Вопросы для самоконтроля 1. Каково назначение преобразователя частоты в устройствах приема? Как происходит процесс преобразования частоты? 2. Какими параметрами характеризуется преобразователь частоты? 3. Почему в супергетеродинном приемнике образуются дополнительные каналы приема? Какие методы используются для подавления помех по дополнительным каналам приема?

12

4. Изобразите структурную схему преобразователя частоты с компенсацией помех зеркального канала. 5. Изобразите электрические схемы преобразователей частоты на диоде, биполярном и полевом транзисторах. Поясните принципы их работы. 6. Составьте обобщенную схему преобразователя частоты. 7. Чем отличаются эквивалентные схемы преобразовательных и усилительных каскадов? 8. В чем сущность метода получения основных характеристик преобразователя частоты? 9. Получите выражение для коэффициента передачи преобразователя частоты. Сравните его с коэффициентом передачи резонансного усилителя. 10. Какие выводы следуют из общей теории преобразования на невзаимном электронном приборе? 11. Как отличается крутизна преобразования от крутизны в режиме усиления? 12. Каковы особенности резистивного диодного преобразователя частоты? Получите выражение для его коэффициента передачи. 13. Каковы особенности емкостного диодного преобразователя частоты? Найдите коэффициент передачи преобразователя. 14. Составьте схему диодного балансного преобразователя частоты. Какие у него преимущества? 15. Какие особенности имеют инфрадинные РПУ? Назовите их преимущества и недостатки. 16. Изобразите схему балансного диодного преобразователя частоты. Какие преимущества он имеет по сравнению с небалансными преобразователями? 17. Какова область применения регенеративных усилителей? Дайте характеристику их основных типов.

1.3.7. ДЕТЕКТОРЫ РАДИОСИГНАЛОВ

(8 часов)

[1], с. 293…341; [2], c. 122...158 Назначение, классификация и требования к детекторам. Амплитудный детектор и его типы. Теория диодного детектора. Режим линейного детектирования. Искажения при диодном детектировании и методы их уменьшения. Детектирование радиоимпульсов. Пиковое детектирование.

13

Детекторы сигналов с фазовой модуляцией: виды, основные характеристики, методы их улучшения. Использование перемножителей в детекторах ФМ сигналов. Детекторы сигналов с частотной модуляцией, частотно-амплитудные, частотно-фазовые, частотно-импульсные, модуляционного типа, с внутренним ограничением. Амплитудные ограничители и их использование при фазовом и частотном детектировании.

Вопросы для самоконтроля 1. Какие требования предъявляются к детекторам радиосигналов? 2. Составьте схемы последовательного и параллельного диодных, амплитудных детекторов. Укажите назначение элементов схем. 3. Поясните принцип действия диодного амплитудного детектора с временной и спектральной точек зрения. 4. В чем сущность метода исследования детекторов AM сигналов? Как уровень сигнала влияет на параметры диодного детектора? 5. Получите выражение для коэффициента передачи амплитудного детектора при аппроксимации вольт-амперной характеристики диода линейно-ломаной. 6. Чему равно и от чего зависит входное сопротивление диодного амплитудного детектора? 7. Каковы причины искажений, возникающих при диодном детектировании AM сигналов? Какими способами можно уменьшить влияние этих искажений? 8. Каковы особенности детектирования импульсных сигналов? 9. Назовите основные параметры фазового детектора. 10. Составьте принципиальную схему балансного фазового детектора. 11. При каком соотношении амплитуд входных напряжений балансного фазового детектора его детекторная характеристика наиболее линейна? 12. Как изменится детекторная характеристика фазового детектора, если одно из напряжений предварительно сдвинуть на угол 90°? 13. Изобразите схемы балансного частотного детектора с двумя расстроенными контурами и с двумя связанными контурами. Сравните их и отметьте сходство и различие. 14. Постройте векторные диаграммы, поясняющие процесс формирования напряжения на диодах балансного частотного детектора со связанными конту-

14

рами, при разных соотношениях между частотой сигнала и частотой настройки контуров. 15. Поясните процесс подавления паразитной амплитудной модуляции в частотном детекторе отношений.

1.3.8. РЕГУЛИРОВКИ В УСТРОЙСТВАХ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ (10 часов) [1], с. 8…36; [2], с. 158...185, 195...197 Виды регулировок в линейной части тракта приема. Ручные и автоматические регулировки. Настройка радиоприемника в диапазоне частот. Сопряжение контуров преселектора и гетеродина. Синтезаторы частоты в гетеродинных трактах. Настройка на заданную частоту, автопоиск сигнала. Программная настройка, “запоминание” избранных каналов приема. Устройства индикации. Дистанционное управление и контроль. Применение микропроцессоров для контроля и управления работой устройств приема и обработки сигналов. Системы с частотной и фазовой автоматической подстройкой частоты, основные виды и характеристики. Типы и характеристики автоматической регулировки усиления, способы регулировки коэффициента усиления. Анализ обратной автоматической регулировки усиления. Регулировка полосы пропускания. Вопросы для самоконтроля 1. Дайте характеристику основных видов регулировок, используемых в линейной части УП. 2. Зачем в супергетеродинном УП используется сопряжение контуров преселектора и гетеродина? 3. Дайте характеристику различным методам синтеза частот. Поясните работу синтезатора частоты с микропроцессорным управлением. 4. Какие преимущества достигаются при использовании микропроцессоров в УП? Какие функции выполняют микропроцессоры в УП? 5. Рассмотрите особенности работы микропроцессора в системе дистанционного управления УП. 15

6. Какое значение, и какие виды индикаторов используются в РПУ? В чем состоит преимущество цифровой индикации? 7. В чем преимущество сенсорного управления в РПУ? Изобразите структурную схему системы сенсорного управления. 8. Зачем в радиоприемнике используется поисковая автоматическая настройка? Изобразите структурную схему тракта УП с поисковой настройкой. Поясните ее работу. 9. Составьте структурную схему УП с частотной АПЧ. Поясните принцип ее работы. 10. Составьте структурную схему типовой фазовой АПЧ. Поясните принцип ее работы и область использования. Чем отличаются частотная и фазовая системы АПЧ? 11. Составьте структурные схемы основных типов АРУ, используемых в УП. Дайте сравнительный анализ вариантов. 12. Изобразите амплитудные характеристики УП без АРУ, при простой, задержанной и усиленно-задержанной АРУ. Изобразите типовую регулировочную характеристику. 13. Какие способы используются для регулировки коэффициента усиления? Приведите примеры электрических схем регуляторов коэффициента усиления и поясните их работу. 14. Каковы структурные схемы и назначение элементов в цепи АРУ? Укажите основные параметры и характеристики обратной АРУ. 15. Поясните сущность переходного процесса возникающего в схеме с обратной АРУ. Какие требования предъявляются к структуре и параметрам фильтра нижних частот в цепи регулирующего напряжения обратной АРУ? 16. Зачем производится регулировка полосы пропускания УП, и какие существуют способы ее регулирования?

1.3.9. УСТОЙСТВА ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ (12 часов) [2], с.273...275, 280...284, 291...294, 297...298; [7], с.245...256, 266...269, 271...287 Общие сведения о приеме непрерывных сигналов. Искажение амплитудно-модулированных сигналов в среде распространения радиоволн. Прохожде16

ние амплитудно-модулированных сигналов через линейный тракт приемника. Блокирование и перекрестная модуляция. Интермодуляционные помехи. Детектирование амплитудно-модулированного сигнала при наличии амплитудномодулированной помехи. Прием однополосных сигналов. Использование метода синхронного приема. Прием сигналов с угловыми методами модуляции. Искажения ЧM при многолучевом распространении радиоволн. Искажения ЧМ сигналов в линейном тракте приемника. Искажения ЧМ при частотном детектировании. Детектирование ЧМ при наличии помехи. Методы повышения помехоустойчивости приема частотно-модулированных сигналов.

Вопросы для самоконтроля 1. Какие искажения возникают на выходе детектора приемника AM сигналов в случае многолучевого распространения радиоволн? 2.Какие искажения вызывает нелинейность фазочастотной характеристики линейного тракта приемника AM сигналов? 3. Какие эффекты возникают при неточной настройке в приемнике AM сигналов? 4. Почему возникает блокирование УП? Что такое перекрестная модуляции? Что такое интермодуляция? Каким образом можно уменьшить искажения, вызванные этими эффектами? 5. Дайте характеристику процессов на выходе амплитудного детектора в случае детектирования AM сигнала при наличии AM помехи. 6. Изобразите структурную схему УП, использующего синхронное детектирование. В каких случаях применяется синхронный прием? Как повысить его эффективность? 7. Поясните, какие преимущества достигаются при использовании AM сигналов с одной боковой полосой. 8. Как надо изменить типовую структуру УП для приема с его помощью сигналов с одной боковой полосой? 9. Каковы особенности построения АРУ в УП с одной боковой полосой? 10. Какие искажения возникают при многолучевом распространении сигналов с ЧМ? 11. Дайте рекомендации по снижению искажений сигналов с ЧМ, обусловленных неидеальностью АЧХ линейного тракта УП.

17

12. Как влияет форма фазовой характеристики линейного тракта УП на изменение модуляции при приеме ЧМ сигналов? 13. Назовите причины нелинейных искажений, возникающих при детектировании сигналов с ЧМ. 14. Поясните пороговый эффект в РПУ с ЧМ сигналами. 15. В чем сущность порогоснижающих методов приема сигналов с ЧМ?

1.3.10. ПОМЕХИ РАДИОПРИЕМУ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ (8 часов) [1], с. 413…462; [7], с. 226...245 Классификация помех. Характеристики электромагнитных помех в диапазоне радиочастот. Флуктуационные помехи. Импульсные помехи. Помехоустойчивость радиоприема как комплексная проблема. Прохождение флуктуационной помехи через линейный тракт и детектор. Прохождение импульсной помехи через УП. Восприимчивость цифровых элементов и вычислительных средств к воздействию помех. Общая характеристика способов защиты радиоприемников от помех. Компенсационные способы подавления помех. Защита радиоприемников от перегрузки помехами. Пространственная селекция сигналов. Селекция сигналов по поляризации. Частотная селекция сигналов. Временная селекция и накопление сигналов. Амплитудная селекция сигналов. Разнесенный прием. Адаптивные методы приема. Вопросы для самоконтроля 1. Приведите классификацию электромагнитных помех и дайте качественную и количественную характеристики их параметрам. 2. Поясните физические процессы, приводящие к возникновению мультиктивных помех в РПУ. 3. Изобразите структурную схему УП, реализующую компенсационный способ подавления помехи. 4. Какие физические принципы использованы при построении компенсатора помехи? 5. Почему возникает проблема защиты УП от перегрузки помехами? 18

6. Какие способы используются для расширения динамического диапазона УП? 7. Каким образом в УП реализуется пространственная селекция сигналов? 8. Каким образом в УП реализуется поляризационная селекция сигналов? 9. Что такое частотная селекция сигналов, и как она реализуется УП? 10. Приведите примеры использования временной селекции сигналов УП. 11. Какие преимущества достигаются при использовании временного накопления сигналов? 12. Каким образом удается подавить импульсную помеху в системе ШОУ? Когда эта система не эффективна? 13. В каких случаях используется разнесенный прием сигналов? Дайте характеристику способам разнесенного приема. 14. Изобразите структурную схему устройства приема, реализующую автовыбор при сдвоенном приеме. 15. Какие преимущества достигаются при использовании адаптивного приема сигналов?

1.3.11. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ (12 часов) [2], с. 210...224, 234...238; [5], c. 3...20 Радиоприем как статистическая задача. Критерии оптимальности построения устройств приема и обработки сигналов. Оптимальный радиоприем в аддитивном, гауссовом, белом шуме. Характеристики операций в алгоритмах оптимальной обработки сигналов. Реализация устройств, выполняющих математические операции в алгоритмах обработки сигналов. Согласованный фильтр как демодулятор. Согласованные фильтры для сложных сигналов. Структурные схемы оптимальных приемных устройств различного назначения.

Вопросы для самоконтроля 1. В чем состоят критерии оптимальности, используемые при построении УП и ОС: максимума апостериорной плотности вероятности и максимума правдоподобия? В чем их различие?

19

2. Запишите выражение для логарифма функционала плотности вероятности помехи в виде белого гауссовского шума. 3. Получите выражение для логарифма функции правдоподобия в случае приема гармонического сигнала длительности Т в смеси с белым гауссовским шумом. 4. Что такое согласованный фильтр? Каковы его свойства? 5. Получите выражения и изобразите графики сигнальных и шумовых функций на выходе согласованного фильтра и корреляционного приемника для сигнала в виде прямоугольного радиоимпульса. 6. Сопоставьте выходные эффекты коррелятора и согласованного фильтра. 7. Получите выражение для передаточной функции фильтра согласованного с одиночным прямоугольным радиоимпульсом. 8. Каким образом можно построить квазисогласованный фильтр для приема одиночного радиоимпульса? 9. Каким образом строят согласованный фильтр для пачки повторяющихся когерентных радиоимпульсов? 10. Изобразите структурную схему оптимального УП точно известного сигнала. 11. Как следует поступать, если в принимаемом сигнале содержатся неизвестные мешающие параметры? 12. Изобразите структурную схему квадратурного корреляционного УП для сигнала с неизвестной начальной фазой и известной амплитудой. 13. Изобразите структурную схему квадратурного корреляционного УП для сигнала с неизвестной начальной фазой и флуктуирующей амплитудой. 14. Изобразите структурную схему оптимального фильтрового некогерентного приемника. 15. Изобразите структурную схему оптимального приемника многоальтернативного различения.

1.3.12. УСТРОЙСТВА ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ ДИСКРЕТНЫХ И ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ (10 часов) [2], с.213…215, 219...221, 263...272; [5], c. 20...45 Спектральные характеристики сигналов цифровой модуляции. Когерентное и некогерентное обнаружение и демодуляция. Демодуляция дискретных 20

сигналов. Демодуляция AM двоичных сигналов. Демодуляция ЧМ дискретных сигналов. Демодуляция ЧМ двоичных сигналов с минимальным частотным сдвигом. Демодуляция ФМ и ОФМ дискретных сигналов. Квазикогерентная демодуляция фазоманипулированных сигналов. Схемы восстановления несущей. Тактовая синхронизация. Демодуляция дискретных сигналов с квадратурной АМ. Разнесенный прием дискретных сигналов.

Вопросы для самоконтроля 1. Что такое демодуляция дискретных сигналов? 2. Каким образом формируются правила принятия решения при демодуляции дискретных сигналов? 4. Дайте сравнительную оценку когерентного и некогерентного методов демодуляции. 5. Как изменяется потенциальная помехоустойчивость приема при переходе от АМ к ЧМ и ФМ? 6. Зачем при передаче дискретной информации используется скремблирование? 7. Запишите правило принятия решения при демодуляции AМ дискретных сигналов с оценкой амплитуды по предыстории. 8. Изобразите структурную схему демодулятора AM дискретных сигналов с оценкой амплитуды по предыстории. 9. Изобразите временные диаграммы при формировании и приеме двоичных сигналов с ФМ, ОФ, ЧМ и ЧМ с минимальным частотным сдвигом. 10. Изобразите структурную схему некогерентного демодулятора ЧМ дискретных сигналов. 11. Какие преимущества достигаются при использовании частотной манипуляции с минимальным частотным сдвигом? Изобразите структурную схему демодулятора таких сигналов. 13. Что такое эффект обратной работы при использовании ФМ дискретных сигналов? 14. Поясните алгоритм и структурную схему относительного кодированиядекодироваия для сигналов дискретной ФМ. 15. Какие существуют методы приема дискретных фазоманипулированных сигналов. Дайте сравнительную оценку методов приема.

21

16. Изобразите структурную схему, реализующую оптимальный алгоритм приема дискретных сигналов с ОФМ? 17. Какие преимущества достигаются при использовании сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией? Изобразите обобщенную структурную схему демодулятора сигналов КАМ. 18. Какие существуют способы создания опорного сигнала при квазикогерентном приеме? Дайте им сравнительную оценку. 19. Изобразите структурную схему квазикогерентного демодулятора Костаса. 20. Запишите правило принятия решения при разнесенном приеме по методу квадратичного сложения ЧМ дискретных сигналов. В чем преимущество такого способа обработки?

1.3.13. УСТРОЙСТВА ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ (12 часов) [1], c .292...308; [16], с.5...28; [17], с. 299...309 Свойства и характеристики шумоподобных сигналов (ШПС). Использование ШПС для повышения помехоустойчивости УП. Ослабление влияния узкополосных и широкополосных помех, борьба с многолучевостью. УП и обработки сигналов на основе схем с корелляторами и согласованными фильтрами. Структурные схемы устройств приема сигналов с прямым расширением спектра. Структурные схемы устройств приема сигналов с программной перестройкой рабочей частоты. Синхронизация при приеме ШПС. Влияние на прием ШПС рассогласования по частоте и задержке.

Вопросы для самоконтроля 1. Какие сигналы называют шумоподобными? 2. Как связаны отношения сигнал/помеха на выходе и входе оптимального приемника ШПС для помехи в виде белого шума? Что такое коэффициент усиления ШПС при обработке?

22

3. Дайте сравнительную характеристику помехоустойчивости при использовании дискретных АМ, ЧМ и ШПС. В каких случаях достигается преимущество при использовании ШПС? 4. Каким образом величина базы сигнала влияет на возможность разделения при приеме различных ШПС? 5. Каким образом при использовании ШПС удается бороться с многолучевостью распространения радиоволн? Что такое “RAKE” приемник? 6. Почему при использовании ШПС достигается хорошая электромагнитная совместимость с другими радиосредствами? Дайте обоснование возможности совместной обработки широкополосных и узкополосных сигналов. 7. Изобразите структурную схему фильтрового УП фазоманипулированного ШПС. 8. Изобразите структурную схему корелляционного УП фазоманипулированного ШПС. 9. Изобразите структурную схему УП ШПС с программной перестройкой рабочей частоты. 10. Какие виды синхронизации используются при приеме сигналов с расширенным спектром? 11. Почему временная синхронизация ШПС выполняется в два этапа? Зачем используется пилот-сигнал? 12. Изобразите структурную схему устройства слежения за задержкой сигналов в УП ШПС с прямым расширением спектра. 13. Каковы особенности построения устройств поиска и отслеживания сигналов в УП ШПС с программной перестройкой рабочей частоты?

1.3.14. РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ (6 часов) [2], с. 299...309; [7], c. 292...308 Радиовещательные приемники. Основные проблемы повышения качества радиоприема. Приемники стереофонического вещания. Радиоприемники магистральной радиосвязи на декаметровых волнах. Радиолокационные приемники и особенности построения их функциональных узлов. Работа приемника и передатчика на одну антенну. Особенности построения приемников радиорелейной и спутниковой связи.

23

Особенности построения приемников систем подвижной радиосвязи. Особенности построения приемников систем беспроводного доступа, использующих технологию расширенного спектра. Радиоприемные устройства телевизионных сигналов. Структурные схемы телевизионных приемников. Особенности построения преселектора, УПЧ, разделения каналов звукового сопровождения и изображения. Особенности приема сигналов в оптическом диапазоне волн. Структурные схемы приемников оптического диапазона волн.

Вопросы для самоконтроля 1. Изобразите структурные схемы радиовещательных приемников AM и ЧМ сигналов. Каковы их особенности? 2. Что такое тюнер? Каковы его схемно-конструктивные особенности? 3. Поясните принцип разделения сигналов в приемнике стереофонического вещания. 4. Изобразите вариант структурной схемы УП магистральной радиосвязи на декаметровых волнах. Каковы особенности УП? 5. Каковы особенности приемных устройств станций цифровой радиорелейной связи? Приведите типовые значения технических характеристик таких устройств. Какие виды модуляции сигнала используются в цифровой радиорелейной связи? 6. Изобразите типовую структурную схему приемного устройства земной станции спутниковой связи. 7. Изобразите спектр телевизионного сигнала. 8. Составьте структурную схему приемника телевизионного вещания. 9. Каким образом в телевизионном приемнике осуществляется разделение сигналов изображения и звукового сопровождения? 10. Как используемые принципы радиолокации отражаются на особенностях структуры радиолокационного приемника? 11. Укажите особенности конструкции высокочастотной части радиолокационного приемника. 12. Укажите особенности регулировок, используемых в радиолокационном приемнике. 13. Каковы особенности приема сигналов в оптическом диапазоне? 14. Изобразите типовые структурные схемы УП оптических сигналов. 24

1.3.15. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ. (4 часа) [7], c. 308...310; [14], c. 7...20; [17], с. 127…149,.240…245, 346…352 Освоение новых диапазонов частот. Использование новых видов сигналов. Расширение областей применения УП и ОС. Перспективы использования цифровых методов обработки сигналов, микропроцессорной техники, переход к функциональной электронике. Повышение надежности. Перспективы автоматизации проектирования УП и ОС и внедрения САПР.

Вопросы для самоконтроля 1. Какие преимущества достигаются при цифровой обработке сигналов? В чем особенность такой обработки, и каковы перспективы ее развития? 2. Каковы перспективы использования микропроцессоров в УП и ОС? 3. Каковы перспективы развития радиоприема через ИСЗ? 4. Охарактеризуйте возможность передачи дополнительной информации по радиовещательному каналу. Каковы перспективы этого направления? 5. Приведите примеры использования известных Вам систем схемотехнического моделирования для проектирования УП и ОС. Каковы перспективы использования САПР для автоматизации проектирования УП и ОС?

25

1.4. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ (36 часов) Темы лекций

Объем, ч

I семестр 1. Назначение и структуры устройств приема и обработки сигналов. 2. Технические характеристики радиоприемника. Классификация помех радиоприему. 3. Источники внутренних линейных шумов радиоприемного устройства. Коэффициент шума радиоприемника. 4. Входные цепи. Назначение и характеристики. Анализ обобщенной одноконтурной входной цепи. 5. Входные цепи при работе, с ненастроенными антеннами. Входные цепи при работе с настроенной антенной. 6. Высокочастотные усилители. Назначение и характеристики. Общий анализ каскада усилителя радиочастоты. 7. Устойчивый коэффициент усиления. Анализ коэффициента передачи каскада УРЧ. Коэффициент шума входной цепи и первого каскада усилителя радиочастоты. 8. Усилители промежуточной частоты. УПЧ с распределенной и сосредоточенной селективностью. Виды ФСС. Общие принципы гетеродинного преобразования частоты. 9. Прохождение амплитудно-модулированного сигнала через линейный тракт приемника. Прием однополосных сигналов. 10.Прием сигналов с угловыми методами модуляции. Методы повышения помехоустойчивости приема частотномодулированных сигналов.

2 2 2 2 2 2

2

2 2

2

II семестр 11. Прохождение флуктуационной помехи через линейный тракт. Прохождение импульсной помехи через устройства приема. Характеристика способов защиты радиоприемников от помех. 26

2

12. Критерии оптимальности построения устройств приема и обработки сигналов. Оптимальный радиоприем в аддитивном, гауссовом, белом шуме. Характеристики операций в алгоритмах оптимальной обработки сигналов. 13. Согласованный фильтр как демодулятор. Согласованные фильтры для сложных сигналов. Структурные схемы оптимальных приемных устройств различного назначения. 14. Демодуляция дискретных сигналов. Демодуляция AM двоичных сигналов. Демодуляция ЧМ дискретных сигналов. Демодуляция ЧМ двоичных сигналов с минимальным частотным сдвигом. Демодуляция ФМ и ОФМ дискретных сигналов. Квазикогерентная демодуляция фазоманипулированных сигналов. 15. Схемы восстановления несущей. Тактовая синхронизация. Демодуляция дискретных сигналов с квадратурной АМ. Разнесенный прием дискретных сигналов. 16. Использование ШПС для повышения помехоустойчивости УП. Ослабление влияния узкополосных и широкополосных помех, борьба с многолучевостью. Устройства приёма и обработки сигналов на основе схем с корелляторами и согласованными фильтрами. 17. Структурные схемы устройств приема сигналов с прямым расширением спектра. Структурные схемы устройств приема сигналов с программной перестройкой рабочей частоты. Синхронизация при приеме ШПС. Влияние на прием ШПС рассогласования по частоте и задержке. 18. Особенности построения радиоприемных устройств различного назначения. Перспективы развития техники приема и обработки сигналов.

27

2

2

2

2

2

2

2

1.5. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (8 часов) Темы практических занятий 1. Расчет основных технических характеристик радиоприемных устройств 2. Сравнительный анализ помехоустойчивости методов модуляции дискретных сигналов

Объем, ч 4 4

1.6. ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (20 часов) Темы лабораторных занятий 1. Исследование входных цепей радиоприемного устройства 2. Исследование усилителя радиочастоты 3. Исследование усилителя промежуточной частоты 4. Исследование преобразователя частоты 5. Исследование детекторов радиосигналов 6. Исследование радиовещательного приемника II класса 7. Исследование методов приема дискретных сигналов

Объем, ч 4 2 2 2 2 4 4

1.7. ТЕМАТИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТА Темы курсовых проектов связаны с разработкой профессиональных и вещательных радиоприемных устройств. Работа над проектом включает следующие этапы: – выбор и обоснование структурной схемы радиоприемного устройства в соответствии с требованиями технического задания, – электрический расчет каскадов радиоприемника, – составление электрической принципиальной схемы радиоприемника, – оформление пояснительной записки.

28

2 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1. Радиоприемные устройства / Н.Н Фомин., Н.Н Буга., О.В. Головин и др. Под ред. Н.Н. Фомина. – М.: Радио и связь, 1996. 2. Радиоприемные устройства / Под ред. А.П. Жуковского. – М. Высш. школа, 1989. 3. Проектирование радиоприемных устройств / Под ред. А.П. Сиверса. –М. : Сов. радио, 1976. 4. Андронов И.С. , Выболдин Ю.К. Радиоприемные устройства. Основы теории преселектора: Текст лекций. – Л.: СЗПИ, 1991. 5. Андронов И.С., .Выболдин Ю.К. Устройства приема и обработки дискретных сигналов: Текст лекций. – С. Петербург: СЗПИ, 1993. 6. Радиоприемные устройства: Методические указания к курсовому проектированию. / Сост. И.С. Андронов, Ю.К. Выболдин– Л.: СЗПИ ,1988. Дополнительная: 7. Буга Н.Н., Фалько А. И., Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства / Под ред. Н.И. Чистякова. – М.: Радио и связь, 1986. 8. Радиоприемные устройства / Под ред. В.И. Сифорова– М.: Сов. радио, 1974. 9. Богданович Б.М., Онищук А.Г. Радиоприемные устройства. – Минск.: Высш. школа, 1992. 10. Радиоприемные устройства / Под ред. Л. Г. Барулина. – М.: Радио и связь, 1984. 11. Проектирование радиоприемных устройств / Под ред. М. М. Соколова.– М. : Высш. школа, 1984. 12. Калихман С.Г., Левин Я.М. Радиоприемники на полупроводниковых приборах. Теория и расчет. – М.:Связь,1979. 13. Справочник по учебному проектированию приемоусилительных устройств / М.К. Белкин, В.Г Белинский, Ю.Л. Мазор, P.M. Терещук. – К.: Выща школа, 1988. 14. Побережный Е.С. Цифровые радиоприемные устройства. – М.: Радио и связь, 1986. 15. Сборник задач и упражнений по курсу радиоприемных устройств / Под ред. В. И. Сифорова. – М.: Радио и связь, 1984. 29

16. Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: _Радио и связь, 1985. 17. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. .–М.: Радио и связь, 2000. 18.Аржанов В .А. Устройства приема и обработки сигналов.– Омск, 2000. 19. Авсентьев О С., Хохлов Н .С. Устройства приема и обработки сигналов. Курс лекций. ВВШ МВД, Воронеж, 1998. 20. Устройства приема и обработки сигналов. Сб. задач для студентов спец. 200700 / Под ред. А.И. Стариковского. – М.: МИРЭА, 1996. 21. Забиньков И.М. Специальные вопросы теории и техники радиоприема. Цифровые радиоприемные устройства. Курс лекций для специальности “Радиотехника”. – Минск: Издательство Бел. Гос. Университета информатики и радиоэлектроники.1994. 22. Ржевкин В.А. Приемные устройства радиоэлектронных систем. Учеб. пособие.– СПб: БГТУ, 1993. 23. Бобков А.М. Реальная избирательность радиоэлектронных трактов в сложной помеховой обстановке. – СПб: Абрис, 2001. 24. Сединин В.И., Барсуков М.В. Расчет узлов радиоприемника на аналоговых интегральных микросхемах. Учеб. пособие. – Новосибирск: СибГАТИ, 1997. 25. Парамонов А.А., Куликов Г.В. Цифровые системы и узлы радиоприемных устройств. – М.: МИРЭА, 1997. 26. Васильев В.П. Цифровые фильтры в радиоприемных устройствах. Основы цифровой фильтрации. – М.: МЭИ, 1987. Средства обеспечения освоения дисциплины (ресурсы Internet) 27. http://www.wideband.com 28. http://www.analog devieces.com 29. http://www.motorola.com 30. http://www.intersil.com

30

3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ При выполнении контрольной работы студент должен решить три задачи. Первая задача выбирается по последней цифре шифра из перечня приведенных десяти задач. Вариант задания при решении второй и третьей задач определяется по двум последними цифрами шифра студента. Последняя цифра соответствует номеру столбца, а предпоследняя – номеру строки в таблицах 1–4. Контрольная работа должна быть оформлена в виде пояснительной записки, содержащей методику и результаты расчета, принципиальные схемы ко второй и третьей задачам и необходимые графики. Задача 1 1. Генератор сигналов с выходным сопротивлением 100 Ом подключен к приемнику с входной проводимостью 2 мСм и коэффициентом шума 30. Определить приведенную к входу спектральную плотность собственного шума приемника. 2. Во сколько раз изменится чувствительность радиоприемного устройства, если шумовая температура согласованной с его входом антенны уменьшится в 2 раза и составит 150К. Фидер имеет коэффициент потерь по мощности 2, а блок высокой частоты коэффициент шума 4. 3. На вход приемника подключен эквивалент согласованной антенны. При этом мощность шума на выходе высокочастотного блока оказалась 3,8⋅10-9 Вт. Определить приведенный к входу собственный шум приемника, если коэффициент передачи мощности данного блока 55 дБ, а его шумовая полоса 1,5 МГц. 4. Приемник согласован с генератором сигнала, выходное сопротивление которого 75 Ом. Коэффициент шума приемника 20. В каких пределах может изменяться сопротивление генератора, если допустимое увеличение коэффициента шума 10%? 5. В состав радиоприемного устройства входят антенна, фидер и приемник. Для повышения чувствительности фидер охладили, при этом коэффициент потерь стал равен 2 дБ, а шумовая температура 120К. До какой температуры охлажден фидер? 6. Шумовая температура приемника 160К. Можно ли улучшить чувствительность приемника, введя в его состав усилитель радиочастоты, имеющий 31

шумовую температуру 120К и коэффициент усиления номинальной мощности 4? 7. Усилитель радиочастоты и преобразователь частоты имеют коэффициенты шума соответственно 1,4 и 2,4. Каким должен быть коэффициент передачи номинальной мощности усилителя радиочастоты, чтобы результирующая шумовая температура обоих каскадов была 160К? 8. Приемник, имеющий коэффициент шума 2,6 и полосу пропускания высокочастотного блока 12 МГц подсоединен к согласованной антенне, имеющей шумовую температуру 300К. Определить чувствительность приемника, если отношение сигнал/шум на входе равно 2? 9. Радиоприемник, имеющий чувствительность 3,5⋅10-13Вт и полосу пропускания высокочастотного блока 2 МГц, работает от антенны с шумовой температурой 900К при отношении сигнал/шум на входе 3. Чему равен коэффициент шума приемника? 10. Приемник, имеющий входную проводимость 3 мСм, подключен к генератору сигнала с выходным сопротивлением 75 Ом . Мощность сигнала на входе приемника 4⋅10–13 Вт, его коэффициент шума равен 4, а полоса пропускания 2 МГц. Определить отношение сигнал/шум на выходе приемника. Указания При решении задачи 1 следует предположить, что источник сигнала, используемый при испытаниях приемника и имеющий мощность Pc и , является одновременно и источником шума с мощностью Pш и и, кроме того, шум источника и собственный шум приемника мощность которого Pш соб , некоррелированы. Тогда мощность результирующего входного шума Pш вх определяется суммой Pш вх = Pш и + Pш' соб ,

где Pш` соб =

Pш соб Kp

- эквивалентная мощность собственного шума линейной час-

ти приемника, приведенная к входу, K p =

Pc вых Pc вх

– коэффициент передачи по

мощности, Pс вх , Pс вых – мощности сигнала соответственно на входе и выходе линейной части. При отсутствии согласования мощность шумов источника определяется выражением Pш и = qkTП ш , 32

где q – коэффициент рассогласования, k = 1.38 10 −23 Дж град , T – абсолютная температура, в комнатных условиях Т=300К , П ш – шумовая полоса, которую при решении задач можно считать равной полосе пропускания линейной части приемника, рассчитанной по уровню 0,7 . В этом случае ошибка в вычислении П ш не превышает 10% . Если проводимость источника g и отличается от входной проводимости приемника g вх , то коэффициент рассогласования находится как q=

4g и g вх . (g и + g вх ) 2

Величина Pш` соб определяется соотношением Pш` соб = (Ш − 1)kTП ш

,

где Ш – коэффициент шума линейной части приемника, Ш=

Pс и Pш и Pс вых Pш вых

=

Pш вых K p Pш и

.

Кроме коэффициента шума для оценки шумовых свойств приемника широко используется понятие шумовой температуры Tш . Эти два параметра связаны соотношением Tш = (Ш − 1)T

.

При решении задач также необходимо учитывать, что при последовательном соединении каскадов общие значения коэффициента шума и шумовой температуры рассчитываются по формулам Ш = Ш1 + T = T1 +

q2 Ш 2 − 1 q3 Ш 3 − 1 + + ...; q1 K p1 q1 K p1K p 2

q 2 T2 − 1 q3 T3 − 1 + + ..., q1 K p1 q1 K p1K p 2

где Ш i ,Tшi , K pi , q i – соответственно коэффициент шума, шумовая температура, коэффициент передачи по мощности и коэффициент рассогласования по мощности на входе i-го каскада. Пример. Определить шумовую температуру согласованной с входом 55 приемника антенны, если шумовая полоса высокочастотного блока 5 105 Гц, его коэффициент шума 10, коэффициент передачи по мощности 120 дБ , а мощ--2233 ность шума на выходе ВЧ блока составляет 1.38 10-23 Вт.

33

Решение. Мощность шума высокочастотного блока равна Pш вых = K p PА + Pш соб . Откуда PА =

Pш вых

− Pш` соб

Kp

.

При согласовании q=1 и мощность шумов источника сигнала, которым является антенна, будет PА = kT А П ш . Используя последние два соотношения и учитывая выражение для Pш` соб , находим значение шумовой температуры антенны TА =

Pш вх kK p П ш

− T (Ш − 1)

.

Вычисляем TА =

1.38 10−2 − 300(5 − 1) = 800К . 1.38 10− 23 1012 5 105

Задача 2 Необходимо рассчитать входную цепь (ВЦ) супергетеродинного приемника при работе с ненастроенной и настроенной антеннами, если задано, что 1) входная цепь одноконтурная, 2) диапазон частот f c min K f c max (табл.1.), 3) промежуточная частота

f п (табл.2.),

4) параметры эквивалента антенны RА , LА , СА , (табл.3) , 5) собственная добротность контура QК (табл.4) , 6) ослабление зеркального канала (ОЗК) σ ЗК (табл.4). При расчете произвести: 1) выбор схемы входной цепи, 2) выбор биполярного (полевого) транзистора в последующем каскаде и определение его параметров, необходимых для расчета, 3) расчет параметров контура и элементов связи входной цепи, 4) расчет резонансного коэффициента передачи напряжения в трех точках диапазона (на минимальной, средней и максимальной частотах), 5) расчет резонансной характеристики на максимальной частоте диапазона. 34

Указания Расчет следует начинать с выбора биполярного (полевого) транзистора последующего каскада и вычисления его входной проводимости G11 и емкости C11. В качестве усилительного прибора рекомендуется выбирать высокочастотные биполярные или полевые транзисторы с граничной частотой f ГР в три и более раз большей максимальной частоты радиосигнала. Транзистор может быть выбран или по любому доступному справочнику или по специальной программе для ЭВМ "Параметры транзисторов", имеющейся в библиотеке файлов кафедры. Если доступен только первый путь, то необходимые параметры рассчитываются в соответствии с рекомендациями, приведенными в [3, 6]. На частотах, используемых при выполнении контрольной работы (табл.1), входная проводимость биполярного транзистора обычно имеет порядок 0,05...0,001 См (для полевого транзистора эта проводимость намного меньше), а входная емкость – порядка десятков пикофарад. Приведем примерный порядок расчета входной цепи.

РАСЧЕТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ ПРИ РАБОТЕ С НАСТРОЕННОЙ АНТЕННОЙ В начале необходимо определить минимальную емкость контура входной цепи C К MIN = C ПК MIN + С L + C M + C П + 0.1С11 , где С ПК MIN = (5K10) −12 , Ф – минимальная емкость переменного конденсатора , С L = (3K 5) −12 , Ф – собственная емкость индуктивности , С M = (5K10) −12 , Ф – ем-

кость монтажа, С L = (3K 5) −12 , Ф – емкость подстроечного конденсатора. Далее при заданном значении σ ЗК следует рассчитать эквивалентную добротность контура Qэ , индуктивность контура LК , его максимальную емкость С К MAX , коэффициенты связи с антенной m1 и усилительным прибором m2 .

После этого рассчитывается резонансный коэффициент передачи на частоте согласования σ зк и на других трех частотах настройки контура входной цепи L

К

. Заканчивается расчет построением АЧХ входной цепи на

частоте f c max При расчете следует обратить внимание на условие физической реализуемости входной цепи, когда эквивалентная добротность Qэ < 35

Qк . Если оно не 2

выполняется, то необходимо снижать заданное подавление по зеркальному каналу σ ЗК .

РАСЧЕТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ С НЕНАСТРОЕННОЙ АНТЕННОЙ Поскольку такие антенны имеют комплексное сопротивление, то они могут вносить в контур входной цепи активные потери, а также расстройку за счет реактивных составляющих. Поэтому связь с антенной выбирают предельно слабой так, чтобы при смене частот и антенн расстройка контура не превышала допустимых значений. Одним из простейших видов входной цепи, предназначенных для решения данной задачи является, входная цепь с внешней емкостной связью с антенной. Расчет такой входной цепи начинается также с определения минимальной емкости контура, которое производится по формуле

C К MIN = C СВ + C ПК MIN + С L + C M + C П + 0.1С11 .

Здесь m 2 – емкость связи с антенной, остальные емкости идентичны расчету С К MIN при настроенной антенне.

Далее при заданном значении f ГР рассчитывается требуемая эквивалентная добротность контура LК , а затем его индуктивность LК и коэффициент связи контура с усилительным прибором m , при этом со стороны антенны контур может быть включен полностью. После этого рассчитывается резонансный коэффициент передачи на трех частотах настройки контура входной цепи f c min , f ср , f c max и строится АЧХ входной цепи на частоте σ ЗК . Задача 3 Необходимо рассчитать усилитель радиочастоты с двойным автотрансформаторным включением контура, если задано, что: 1) нагрузкой усилителя является одиночный колебательный контур, 2) диапазон частот f c min K f c max (табл.1.), 3) промежуточная частота

f п (табл.2.), 36

4) собственная добротность контура QК (табл.4) , 5) ослабление зеркального канала (ОЗК)

σ зк

(табл.4) .

При расчете произвести: 1) расчет резонансного коэффициента передачи напряжения в трех точках диапазона (на минимальной, средней и максимальной частотах), 2) расчет избирательности на максимальной частоте диапазона. Указания Для построения усилителя следует использовать транзистор, выбранный при решении задачи №2 . Индуктивность LК и емкость С К MIN … С К MAX контура нагрузки также были получены при решении предыдущей задачи. В начале из условия обеспечения заданной избирательности УРЧ по зеркальному каналу находятся необходимая эквивалентная добротность контура Qэ и коэффициенты связи контура с усилительным прибором m и последующим каскадом n. Кроме того, определяется резонансная проводимость ненагруженного контура, значение которой в дальнейшем будет использовано для окончательного расчета избирательности УРЧ. Если при расчете окажется, что m > 1, то необходимо положить m = 1. Далее необходимо рассчитать максимальный коэффициент усиления каскада УРЧ K 0 max и устойчивый коэффициент усиления K уст на частоте f c max . Усилитель устойчив, если K 0 max ≤ K уст . При невыполнении этого условия необходимо применять меры для повышения устойчивости усилителя. В том случае, когда

K 0 max

K уст

≤ 2 целесооб-

разно применять пассивный метод повышения устойчивости, т.е. понизить резонансный коэффициент усиления до устойчивого путем изменения коэффициентов связи. Если

K 0 max

K уст

≥ 2 целесообразно использовать каскадное включение

транзисторов, при этом необходимо определить параметры составного транзистора и снова выполнить расчет УРЧ. Далее, используя полученные ранее значения параметров контура и усилительного прибора, необходимо найти реализованные значения эквивалентной добротности Qэ′ и избирательности σ ′зк .

37

После этого необходимо определить резонансный коэффициент усиления УРЧ с новыми значениями коэффициентов связи на трех частотах f c min , f ср , f c max и построить зависимость K 0 = ϕ ( f c ) . Завершая расчет, используя результаты решения задач 2 и 3, определить значение коэффициента передачи преселектора K прес = K вц ⋅ K урч для трех точек диапазона

f c min , f ср , f c max , а также его избирательность на частоте f c max .

38

Таблица 1 f c min

Диапазон частот

f c max

, МГц

шифр

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

0,15 0,4

25 26

2,8 3,6

1,9 3,1

26 27

92 100

26 27

8,4 9,2

2,0 3,0

0,5 1,6

2

0,5 1,6

27 28

3,6 4,8

2,5 3,8

24 25

84 92

1,6 2,8

2,2 3,5

2,5 3,8

6,5 7,3

3

6,5 7,3

28 29

4,8 5,9

2,6 4,0

22 23

58 66

2,2 3,5

17,4 18,2

20 30

65,8 73

4

9,4 10

29 30

2,5 3,8

2,0 3,0

18 19

48,5 56,5

80 85

92 100

2,8 3,7

65,8 73

5

11,7 12,1

48,5 56,5

1,8 3,0

26,5 27

15 16

9,4 10

0,15 0,4

24 25

2,0 3,0

24 25

6

15,5 16,2

58 66

7,5 8,5

57 62

11 12

11,7 12,1

24 25

0,15 0,4

18,7 19,2

92 100

7

18,7 19,2

76 84

3,0 4,5

7,6 8,4

9,4 10

18,7 19,2

92 100

80 85

7,6 8,4

65,8 73

8

22,7 23,2

84 92

12 13

8,4 9,2

6,5 7,3

26 27

17,4 18,2

2,2 3,5

3,0 4,5

9,4 10

9

24 25

92 100

17,4 18,2

75 80

0,5 1,6

22,7 23,2

2,2 3,5

1,6 2,8

84 92

11,7 12,1

0

26 27

1,6 2,8

2,2 3,5

80 85

0,1 0,4

24 25

8,4 9,2

26 27

92 100

65,8 73

39

Таблица 2 Промежуточная частота шифр

1

2

1

0,465

0,9

2

0,465

3

3

4

f п , МГц

5

6

7

8

0,465 0,465

1,9

38

6,8

0,465

0,465 0,465

0,9

0,465 0,465

1,9

31,5

0,465 0,465

0,465 0,465

0,465

0,9

0,465 0,465

1,9

38

0,465

0,9

1,9

10,7

4

0,465

0,9

0,465 0,465

0,9

38

10,7

31,5

0,465

8,6

5

0,465

1,9

0,465

1,9

0,9

1,7

0,465

1,9

0,465

6,8

6

0,465

31,5

0,465

38

0,9

0,9

6,8

0,465

0,9

31,5

7

0,465

31,5

0,465

0,9

0,9

1,9

38

8,6

0,465

10,7

8

0,465

31,5

0,465

0,9

0,465

1,9

0,465 0,465

9

0,9

31,5

0,465

38

0,465

6,8

0,465 0,465

38

0,9

0

0,9

0,465 0,465

8,6

0,465

6,8

0,465

38

10,7

40

1,9

9

0

0,465 0,465

Таблица 3 RA , Ом

Параметры эквивалента антенны:

C A , пФ LA , мкГ

шифр

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

400 20 300

25 50

100 75

70 90 40

300

75

300

25 200

100 120 20

250 80 200

2

300 250 20

25 75

75 100

70 90 40

300

75

50 50 20

50 50 50

100 120 20

50

3

250 200 20

75

80 80

70 40 90

300

75

50 20 50

25 200

300

75

4

150 100

75

40 60

70 40 90

300

75

300

75

50 200

300

5

100 100

75

150 25 85

300

25 20

75 50

250 120 100

300

50 200

300

41

Продолжение таблицы 3 RA , Ом

Параметры эквивалента антенны:

C A , пФ LA , мкГ

шифр 1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

6

75 100

75

60 150

300

25 20

75 50

300

220 150 35

25 250

75

7

75 100

75

100 60 30

200 200

25 15

75 50

75

300

25 200

300

8

25 75

75

300

200 200

90 150

300

25 200

220 35 150

75 20 150

40 85

9

25 75

75

300

75

250 120 100

300

150 150 20

220 150 35

75

40 85

0

25 75

200 100 20

300 200 15

75

250 120 100

300

50 50

300

75

75

42

Таблица 4 Ослабление зеркального канала не менее σ зк раз (верхняя цифра) Собственная добротность контура Qк

шифр 1

2

3

(нижняя цифра) 4 5 6 7

1

140 60

8 150

20 80

27 90

10 100

55 100

2

34 60

10 150

15 80

22 90

10 100

3

12 90

9 150

12 80

17 70

4

10 100

5 150

19 80

5

5 120

13 140

6

7 120

8

9

0

60 150

12 110

22 70

35 60

50 100

30 85

20 80

20 75

10 70

13 100

80 100

23 85

10 120

10 110

25 100

22 70

8 100

30 100

20 110

25 150

20 90

20 100

10 90

10 100

13 120

15 90

20 100

15 95

10 120

40 100

30 150

10 90

50 100

18 120

14 90

25 100

10 95

20 120

40 100

7

6 120

25 150

16 80

20 90

20 150

18 90

80 150

20 120

12 100

25 100

8

5 120

20 140

5 100

15 90

5 120

10 90

5 100

5 75

20 90

9 90

9

11 150

25 140

5 120

20 100

15 80

20 90

10 95

12 100

22 120

15 90

0

10 150

15 120

10 90

15 100

16 110

15 90

10 110

15 120

25 130

25 100

43

4. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Задание 1 Что представляет собой амплитудная характеристика приемника? 1. Зависимость коэффициента усиления от частоты. 2. Зависимость коэффициента усиления от амплитуды входного сигнала. 3. Зависимость выходного напряжения сигнала от входного. 3. Зависимость выходного тока от напряжения на нагрузке. Задание 2 Зачем в приемнике используется регулировка полосы пропускания? 1. Для повышения чувствительности приемника. 2. Для повышения помехоустойчивости приемника. 3. Для расширения динамического диапазона приемника. 4. Для более точной настройки приемника на заданную частоту.

Задание 3 Назовите основные параметры входной цепи. Варианты ответа: 1. Чувствительность, коэффициент усиления , коэффициент шума. 2. Коэффициент передачи , коэффициент шума, избирательность, диапазон частот 3.Коэффициент полезного действия, собственное затухание, коэффициент связи. 4. Неравномерность АЧХ, нелинейность ФЧХ, полоса пропускания. Задание 4 Зачем во входной цепи увеличивают количество контуров? 1. Для улучшения чувствительности приемника. 2. Для расширения динамического диапазона приемника. 3. Для повышения избирательности приемника. 4. Для улучшения равномерности АЧХ. Задание 5 Назовите основные параметры усилителя радиочастоты. 1. Коэффициент шума, коэффициент усиления, избирательность. 44

2. Неравномерность АЧХ, нелинейность, коэффициент усиления. 3. Коэффициент полезного действия, стабильность частоты настройки, диапазон частот. 4. Динамический диапазон, коэффициент полезного действия, коэффициент усиления. Задание 6 Как влияют внутреннее сопротивление антенны и входное сопротивление усилителя радиочастоты на входную цепь? 1. Уменьшают затухание цепи. 2. Увеличивают коэффициент передачи напряжения. 3. Увеличивают коэффициент перекрытия по частоте. 4. Увеличивают затухание, вносят дополнительную расстройку. Задание 7 Чем вызвано изменение коэффициента усиления усилителя радиочастоты при его перестройке по диапазону частот? 1. Изменением добротности контура. 2. Изменением усилительных свойств активного элемента. 3.Изменением эквивалентного сопротивления контура. 4. Изменением устойчивого коэффициента усиления. Задание 8 Каково назначение преобразователя частоты? 1.Понижение частоты сигнала. 2. Подавление зеркального канала и гармоник гетеродина. 3. Ослабление зеркального и соседнего каналов приема. 4. Перенос спектра принимаемого сигнала на промежуточную частоту. Задание 9 1. Каково назначение усилителя промежуточной частоты? 2/ ослабление зеркального канала приема и усиление сигнала. 2. Увеличение отношения сигнал/шум. 3. Обеспечение работы АРУ. 4. Ослабление соседнего канала приема и основное усиление.

45

Задание 10 Что представляет собой детекторная характеристика амплитудного детектора? 1. Зависимость коэффициента детектирования от частоты. 2. Зависимость выходного сигнала от частоты. 3. Зависимость тока диода от амплитуды детектируемого напряжения при отсутствии модуляции. 4. Зависимость тока диода от амплитуды напряжения частоты модуляции.

46

Содержание Предисловие…………………………………………………………………….…. 3 1. Содержание дисциплины………………………………………………………5 1.1. Содержание дисциплины по ГОС ………………………………………..…..5 1.2. Объем дисциплины и виды учебной работы. ……………………………......5 1.3. Рабочая программа …………………………………………………………...6 1.4. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения.. ……………………………………………………………………..26 1.5. Темы практических занятий.…………………………………………………28 1.6. Темы лабораторных работ……………………………………………………28 1.7. Тематика курсового проекта………………………………………………….28 2. Библиографический список юю……………………………………………..…29 3. Задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению……………………………………………………………………..31 4. Тестовые задания ………………………………………………………………..44ё

Подписано в печать Б кн.-журн. Тираж 100

Редактор Т.В. Шабанова Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97 Сан.-эпид. 2004. Формат 60x80 1/16. П.л. 3,00. Б.л. 1,5 РТП РИО СЗТУ. Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско–полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186,Санкт-Петербург,ул. Миллионная,5

47