Радиоприемный тракт

В радиове-
щании радиоприемное устройство (РПУ) предназначено для прие-
ма радиосигналов и их преобразования
в низкочастотные звуковые сигналы.
С помощью приемной антенны в радио-
канале происходит обратное преобразо-
вание энергии электромагнитного поля высокой частоты в энергию электриче-
ского колебания. В результате в цепи
антенны создается электродвижущая
сила (ЭДС) радиосигнала, являюще-
гося источником входного воздействия
для РПУ. Радиоприем сопровождается
действием на радиоканал различных ра-
диопомех, а также искажением сигнала,
что может привести и к искажениям со-
общения. Радиопомехами явля-
ются колебания всех действующих на
РПУ излучений, которые мешают прие-
му полезного сообщения и приводят
к его искажению. Радиопомехи
возникать вне РПУ, т. е. в среде рас-
пространения радиоволн (внешние по-
мехи приему) и внутри его (внутрен-
ние помехи приему). Совокупность всех
помех определяет электромагнит-
ную обстановку (ЭМО) в месте
приема. Искажениями сигнала
являются изменения его характеристик,
приводящие к изменениям и потерям в
передаваемой информации. Внешние
искажения связаны прежде всего с
некоторыми физическими процессами,
сопровождающими распространение
радиоволн: многолучевостью, дисперси-
ей и др. Внутренние искажения обусловлены неидеальностью характеристик РПУ, т. е. отличием данных характеристик от тех, которые не приводят к искажениям передаваемого сообщения.

Радиоприемное устройство содержит 3 составные части: приемную антенну; собственно РПУ, или радиоприемник (в данном случае радиовещательный приемник); выходное (оконечное) устройство (громкоговоритель или акустическая система).

Радиосигнал, несущий полезную информацию, как правило, на входе РПУ не является единственным и доминирующим по уровню мощности. Обычно этот сигнал мал и поступает в смеси с помехами, создаваемыми другими одновременно работающими радиопередатчиками, а также источниками других излучений. Передаваемое сообщение соответствует модулирующему колебанию и в явном виде во входном радиосигнале не содержится. Поэтому в РПУ необходимо осуществить ряд функций: выделение несущего сигнала из смеси его с помехами; выделение модулирующего сигнала, различные преобразования полезного сигнала с целью достижения возможности и удобства его использования.

Функция избирательности (селективности) — выделение полезного сигнала из смеси «сигнал + помеха» в соответствии с определенным различием их физических свойств и характеристик: частотным, когда спектр полезного сигнала смещен (разнесен) по частоте относительно спектров сигналов других радиостанций и прочих помех (такое смещение обычно является неполным, т. к. всегда существуют помехи, которые действуют в полосе частот, занимаемой спектром полезного сигнала); пространственным, когда полезный сигнал принимается приемной антенной наилучшим образом с одного направления прихода радиоволны; поляризационным, когда полезный сигнал имеет поляризацию радиоволны, отличную от поляризации радиоволн помех; амплитудным, когда уровень принимаемого сигнала находится в некоторых заданных пределах.

Частотный критерий различия сигналов в технике радиоприема является наиболее старым, но до настоящего времени находит широкое применение. При этом для различия сигналов в РПУ используются эффекты, свойством которых является отличие отклика избирательной цепи на частоту входного воздействия. К ним относятся прежде всего различные проявления резонанса — резкого возрастания амплитуды установившихся вынужденных колебаний в системе при действии на нее вынуждающей ЭДС (), частота которой совпадает с частотой собственных колебаний (резонансной частотой). Примером простейшей резонансной системы является колебательный контур (рис. 3.3, а), содержащий последовательное соединение емкости С и индуктивности L. Зависимость амплитуды вынужденных колебаний на емкости или индуктивности контура от частоты вынуждающей ЭДС при ее неизменной амплитуде называется резонансной характеристикой (кривой). Резонансная частота . Полоса частот — , в пределах которой не происходит заметного ослабления выходного колебания по сравнению с колебанием на резонансной частоте, называется полосой пропускания резонансной системы. Обычно допустимо ослабление в раз, т. е. (рис. 3.3, б). Тогда полоса пропускания или , где — добротность контура. Этот параметр показывает, во сколько раз амплитуда напряжения на выходе контура на частоте резонанса больше амплитуды входного напряжения : .

Рис. 3.3. Простейшая резонансная система — колебательный контур (а), его резонансная характеристика (б) и идеальная П-образная резонансная характеристика (в): С — ёмкость; L — индуктивность; — вынуждающая ЭДС; — напряжение; — частота собственных колебаний (резонансная частота); — частота вынуждающей ЭДС; П — полоса пропускания.

В РПУ резонансная система настраивается так, чтобы ее резонансная частота совпадала с частотой несущего колебания принимаемого сигнала. Это обеспечит выделение спектра полезного сигнала и подавление сигналов с другими частотами (напр., на рис. 3.3, б). Во избежание подавления составляющих спектра сигнала необходимо, чтобы его ширина не превышала полосу пропускания резонансной системы, т. е. . Поэтому стремятся к идеальным резонансным системам, у которых в полосе пропускания все составляющие спектра сигнала передавались бы одинаково хорошо, а помехи вне этой полосы подавлялись бы до величины, значительно меньшей, чем величина полезного сигнала. Идеальная резонансная характеристика имеет П-образную форму (рис. 3.3, в).

Функция демодуляции (детектирования) — процесс, обратный модуляции в радиопередатчике. Она направлена на выделение модулирующего колебания из колебания радиосигнала высокой частоты, используемого в радиосистеме для передачи полезной информации.

Функция усиления полезного сигнала необходима потому, что его уровень на входе РПУ, как правило, недостаточен для нормальной работы оконечного устройства. Поэтому сигналы приходится усиливать. Вследствие этого в тракт РПУ необходимо вводить эффективные усилительные устройства как для радиосигналов, т. е. по высокой частоте, так и для сигналов модуляции — по модулирующей, более низкой частоте.

Функция частотного преобразования радиосигнала предполагает преобразование области частот принимаемых сигналов в некоторую другую заранее выработанную частотную область, где обеспечиваются наилучшие условия их обработки (усиление простыми и доступными методами, избирательность с требуемыми характеристиками и т. д.). Эта функция осуществляется в частотно-преобразовательных устройствах. В современных РПУ возможно также преобразование вида сигнала, например, перехода от аналогового сигнала к цифровому. Это облегчает обработку полезной информации, подавление помех и повышает тем самым качество приема.

Функция адаптации (приспособления) к изменившейся ЭМО предполагает изменение параметров РПУ с целью обеспечения заданного или максимально возможного в данных условиях приема качества работы РПУ. Необходимость в адаптации связана с изменением характеристик как полезного сигнала, так и помех. Так, даже простейшее РПУ должно адаптироваться к хаотическому или упорядоченному изменению уровня входного сигнала, перестройке РПУ с одного канала приема на другой, где уровни сигналов могут отличаться, к изменению расстояния между источником и потребителем передаваемого сообщения, например, в автомобильном приемнике и т. д. Во всех этих случаях целесообразно обеспечить практически неизменный выходной уровень РПУ в процессе существенного изменения входного сигнала, что достигается адаптивной регулировкой усиления.

Рис. 3.4. Обобщённая структурная схема, отражающая основные функции радиоприёмного устройства: А — антенна; ТРЧ — тракт радиочастот; Д — детектор; ТНЧ — тракт модулирующей (низкой) частоты; ТАУК — тракт адаптации, управления и контроля за работой радиоприёмного устройства; ОУ — оконечное устройство; БП — блок питания.

Обобщенная структурная схема, отражающая основные функции РПУ, приведена на рис. 3.4. Она содержит: тракт радиочастот, где осуществляются функции избирательности, усиления радиосигнала и преобразование его частоты; тракт модулирующей (низкой) частоты; детектор; тракт адаптации, управления и контроля за работой РПУ, где выполняются сбор и накопление требуемой информации о параметрах сигнала и помех, определяются величины параметров РПУ и отдельных звеньев, осуществляются управление этими параметрами и контроль за работой РПУ; блок питания; оконечное устройство.