22344

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РАДИО. ОСНОВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА В РАДИОПРИЕМНОМ ТРАКТЕ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ОСНОВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА В РАДИОПРИЕМНОМ ТРАКТЕ Краткая история возникновения радио Свою историю радио начинает с экспериментов Герца по проверке уравнений Максвелла. Поэтому в радиоприемном тракте необходимо решать задачи: выделения полезного сигнала из смеси его с помехами; выделения модулирующей функции; выделения передаваемой информации из модулирующей функции и ее преобразование к удобному для дальнейшего использования виду. Решение перечисленных задач в радиоприемном тракте осуществляется с помощью следующих функций:...

Русский

2013-08-04

71.5 KB

37 чел.

Лекция 1.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РАДИО.  ОСНОВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА В РАДИОПРИЕМНОМ ТРАКТЕ

Краткая история возникновения радио

  Свою историю радио начинает с экспериментов Герца по проверке уравнений Максвелла. Передатчик Герца состоял из катушки индуктивности, искрового разрядника и простейшей антенны. В качестве приемника использовался резонансный контур с антенной и разрядником. О наличии передачи можно было судить по видимому  искровому разряду в приемнике. Нет нужды говорить, что дальность этой системы вследствие крайне низкой чувствительности приемника была мала (реально в пределах комнаты).

Далее опыты продолжил Маркони. Он использовал тот же передатчик, что и Герц, однако в приемнике  он применил когерер (соhеrеr) изобретенный в 1890 г. Брэнли (Вrаnly). Когерер представлял собой стеклянную трубку, наполненную слегка окисленным металлическим порошком. Сопротивление когерера резко изменялось при воздействии высокочастотного переменного тока. Этот приемный тракт (рис.1.1) позволял  осуществлять прием телеграфных сигналов. На основе когерера в 1895 году А.С. Попов продемонстрировал первое в мире практически значимое радиоприемное устройство.

Работы над совершенствованием когерера (несовершенными контактами) привели к изобретению полупроводниковых диодов на точечных контактах (1901-1904, Воsе). Вследствие своей широкополосности эти системы принимали большое количество помех, что крайне затрудняло их практическое использование. Введение резонансного контура позволило улучшить качество связи. Однако отсутствие достаточного усиления в приемном тракте вынуждало увеличивать мощность передатчиков вплоть до мегаватт (к концу первой мировой войны).

Этот недостаток заставлял непрерывно работать инженерную мысль над совершенствованием приемных трактов. К 1906 году широкое применение нашли приемники на основе диодов с точечным контактом (рис.1.2). Этим же временем датируется первая в мире аудио радиотрансляция. В 1907 году был запатентован первый в мире электронный прибор, способный усиливать сигналы (электронная лампа - триод). Схема простейшего приемника на основе триода приведена на рис.1.3.

В 1912 Э. Армстронг построил регенеративный приемник с использованием триода. За счет использования положительной обратной связи ему удалось существенно повысить чувствительность и селективность приемного тракта.

Рис.1.1 Приемник на основе когерера

Рис.1.2 Приемник на основе полупроводникового диода

Рис.1.3 Приемник на основе триода

Однако на высоких частотах было трудно получить достаточное усиление. Э. Армстронг использовал известный к тому времени гетеродинный принцип (использовавшийся до этого в основном для "озвучивания" телеграфных сигналов) для преобразования высокой частоты в более низкую промежуточную. Он назвал свою систему супергетеродинном (1917), который доминировал в качестве базовой архитектуры в течении всего прошлого столетия (рис.1.4). В то же время, были изобретены нейтродин, рефлексный приемник, сверхрегенеративный приемник, которые при минимальном числе деталей позволяли получать впечатляющие результаты по чувствительности приемного тракта.

Назначение радиоприемного тракта

Радиосигнал, несущий полезную информацию, на входе радиоприемного тракта обычно мал и содержится в смеси с помехами, которые могут многократно превосходить его по мощности. Передаваемое сообщение соответствует модулирующему колебанию и в явном виде во входном радиосигнале не содержится. Поэтому в радиоприемном тракте необходимо решать задачи:

  1.  выделения полезного сигнала из смеси его с помехами;
  2.  выделения модулирующей функции;
  3.  выделения передаваемой информации из модулирующей функции и ее преобразование к удобному для дальнейшего использования виду.

Изучение вопросов выделения передаваемой информации из модулирующей функции выходит за рамки данного курса, так как она обычно решается методами низкочастотной аналоговой интегральной схемотехники, а в настоящее время все чаще с помощью цифровых сигнальных процессоров.

Решение перечисленных задач в радиоприемном тракте осуществляется с помощью следующих функций:

  1.  избирательности – выделения полезного сигнала из смеси “сигнал+помеха”, в соответствии с некоторым различием их физических свойств;
  2.  демодуляции – выделения модулирующего колебания из колебания радиосигнала высокой частоты;
  3.  усиления полезного сигнала;
  4.  частотного преобразования радиосигнала в область частот, оптимальную для его обработки;
  5.  адаптации к изменяющейся электромагнитной обстановке.

Основные преобразования сигнала в радиоприемном тракте.

Совокупность колебаний, действующих в тракте радиочастоты, образует сложный процесс, который называется групповым сигналом. В общем случае групповой сигнал содержит полезное принимаемое колебание, а также все остальные колебания, являющиеся помехам радиоприему.

Групповой сигнал снимаемый с антенны  1 (рис.1.4) содержит в своем составе помехи, которые могут многократно превосходить полезный сигнал. Для того, чтобы избежать перегрузки входных цепей  и подавить нежелательные каналы приема входной сигнал проходит через цепи предварительной селекции (преселектор  2).

.

Рис.1.4 Упрощенная структурная схема радиоприемного тракта (супергетеродин).

Преселектор является пассивным фильтром, выполненным с использованием индуктивных элементов, емкостей и полосковых линий. Как правило, преселектор является широкополосным по сравнению с шириной канала, и его селективности не достаточно для  выделения желаемого канала приема. После прохождения преселектора оказываются в значительной степени подавлены внеполосные помехи.

Уровенъ полезного сигнала может оказаться сравнимым с уровнем шумов каскадов радиотракта. Для того, чтобы снизить влияние собственных шумов радиоприемного тракта, его входным каскадом как правило является малошумящий усилитель 3 (МШУ (LNA)) радиочастоты. Уровень собственных шумов  МШУ в основном определяет чувствтельность тракта. Коэффициент усиления МШУ выбирается относительно небольшим (5-10 раз). Этому есть несколько причин.

Первая заключается в том, что при большом коэффициенте усиления помеха (которая нередко значительно превосходит по уровню полезный сигнал) может вывести МШУ из линейного режима работы. Это приводит к нежелательному взаимодействию составляющих группового сигнала.

Вторая причина – энергетическая, усиление на высоких частотах требует больших затрат мощности.

Если МШУ выполняется по схеме с резонансной нагрузкой, то усиливаются только те составляющие группового сигнала, которые принадлежат основной полосе приема.

Усиленный МШУ сигнал подается на смеситель 4. Смеситель переносит спектр группового сигнала в (промежуточную) область частот, в которой удобно и энергетически эффективно проводить его дальнейшую обработку. Промежуточная частота определяется частотами входного сигнала и гетеродина 6.

Как правило, промежуточная частота (ПЧ (IF)) лежит гораздо ниже частот основной полосы приема (радиочастоты (RF)). Исключение составляют радиоприемные тракты инфрадинного типа. В зависимости от конкретной архитектуры тракта таких преобразований (и, соответственно, промежуточных частот) может быть несколько. В области промежуточной частоты происходит выделение желаемого канала приема с помощью фильтров основной селекции (ФОС) 5. После ФОС, групповой сигнал содержит главным образом полезный сигнал, а также шумы, лежащие в полосе полезного сигнала, и, возможно, продукты нелинейного взаимодействия составляющих группового сигнала до ФОС.

Основное усиление полезного сигнала достигается в усилителе промежуточной частоты 7. Полезный сигнал усиливается до уровня, достаточного для нормальной работы демодулятора 8, в котором происходит восстановление модулирующей функции.

Общее усиление радиотракта обычно составляет 120-140 дБ. В ряде случаев используется система автоматической регулировки усиления (АРУ(AGC)) для повышения динамического диапазона тракта и оптимизации потребляемой мощности.

7

ГЕТ.2

2

8

ДЕМОДУЛЯТОР

УПЧ2

ФПЧ2

когерер

1

3

4

5

6


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20076. Прямоугольно-координатный компенсатор переменного тока. Условие компенсации 43 KB
  Uax = Uak Upx = Upk Вследствие этого компенсаторы потенциометры переменного тока должны иметь схему более сложную чем компенсаторы постоянного тока. Различают два вида потенциометров переменного тока: Полярнокоординатные в которых отдельно регулируется модель компенсирующего напряжения и отдельно его фаза обычно с помощью фазорегулятора того или иного вида. Цепь имеет два контура: Первый контур тока IР содержит измерительный резистор Ra первичную обмотку катушки взаимоиндуктивности М и амперметр А.
20077. Устройства выборки зазора в винтовых механизмах 8.53 MB
  Устройства выборки зазора в винтовых механизмах. 1корпус 2винт 3двусторонняя цанга 4регулировочная цанга 5стопорный винт При повышенной сложности устройство может применяться как в силовых так и кинематических передачах и работоспособна при высоких скоростях вращения. Выборка осевого зазора между винтом и базой. винт Корпус Упорный подшипник Упорный подшипник служит для снижения потерь при значительных осевых нагрузках на винт.
20078. ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ. БОКОВОЙ ЗАЗОР. МЕРТВЫЙ ХОД. УСТРОЙСТВА ВЫБОРКИ МЕРТВОГО ХОДА 82 KB
  в которых движение передается и преобразуется за счет зацепления зубьев колес. По расположению и форме зубьев прямозубые косозубые и шевронные По назначению силовые кинематические и скоростные . По профилю зубьев в приборостроении нашли применение эвольвентное и часовое зацепление упрощенный профиль. уменьшать число зубьев трибки до z = 6 сохраняя плавность но при этом передаточное отношение перестает быть строго постоянным.
20079. Выявление первичных погрешностей. Методика акад. Н.Г. Бруевича 101.5 KB
  Бруевича Под первичной погрешностью понимают любое отклонение параметров цепи от расчетных приводящих к искажению градуировочных характеристик. Первичная погрешность механизма это отклонение в расстоянии м у кинематическими отклонениями звена это отклонение размеров их формы и расположения. Все первичные погрешности разделяют на 2 категории: скалярные перв.
20080. Выявление первичных погрешностей. Методика проф. Н.А.Калашникова 44.5 KB
  Первичные погрешности делятся на : скалярные направление их действия заранее известно а значение их или модуль заранее предсказать нельзя но оно может быть принято в пределах поля допуска . значение их или модуль любое в пределах поля допуска и направление любое в пределах зоны действия. Они характеризуются неопределенным непредсказуемым направлением действия. Для нахождения значения и характера изменения действующей погрешности необходимо учитывать что воздействие между профилями поверхностей элементов кинематических пар происходит...
20081. Конструирование при циклическом нагружении. Факторы, повышающие и снижающие предел выносливости 101.5 KB
  Уменьшение концентрации напряжений. Если устранить концентраторы напряжений полностью невозможно то следует заменять сильные концентраторы умеренно действующими. Концентраторы следует удалять из наиболее напряженных участков детали и переносить если это допускает конструкция в зоны наименьших напряжений. С целью уменьшения номинальных напряжений целесообразно увеличивать сечения детали на участках расположения концентраторов.
20082. Условия обеспечения качественной и производительной сборки. Исключение неправильной сборки 92 KB
  Исключение неправильной сборки. Для обеспечение правильной и быстрой сборки и разборки конструкций при проектировании нужно учитывать следующие условия: использовать где это возможно взаимозаменяемые детали и узлы; исключать подгоночные работы и и работы по обеспечению взаимного расположения деталей непосредственно при сборке; предусматривать удобный подход инструмента и оснастки используемой при сборке; использовать в конструкциях агрегатный способ сборки т. Так же увеличивается скорость сборки так как сборку узлов и агрегатов можно...
20083. Осевая и радиальная сборка. Особенности, достоинства и недостатки этих схем 420.5 KB
  В конструкциях с продольными и поперечными осями симметрии часто применяют схемы с осевой и радиальной сборки. При осевой сборке все детали устанавливают в осевом направлении при радиальной – в радиальном поперечном. При осевой сборке конструкция корпуса как правило простая удобно производить механическую обработку не сложно уплотнять внутренние полости при герметизации. НЕДОСТАТКИ: конструкция корпуса сложная следовательно механическая обработка более сложная чем в осевой сборке.
20084. Компоновка приборов. Моноблочные и др. конструкции. Схемы компоновки 138 KB
  конструкции. Если в конструкции прибора применен подход на основе функционального разделения на части то в этом случае говорят о блочно модульных конструкциях. Моноблочные конструкции монтируются в едином корпусе и применяют в следих случаях: когда изделие выполняет мало частных функций и разбиение на узлы не целесообразно; для миниатюрных конструкций медицинские зонды; для приборов которые изготавливаются в малом количестве либо имеет небольшой срок службы шариковая ручка. Блочно модульные конструкции – это конструкции которые...