Лекции - Прием и обработка сигналов - файл Конспект лекций 03.11.06.doc

Лекции - Прием и обработка сигналов
скачать (1597.1 kb.)

Доступные файлы (1):

Конспект лекций 03.11.06.doc

6127kb.

03.11.2006 16:48

скачать

содержание

---

Смотрите также:
• Цифровая обработка сигналов. МФТИ, ФРТК [ лекция ]
• Цифровая обработка сигналов и изображений [ лекция ]
• 1-3 [ лекция ]
• Психологические приемы влияния на партнера [ реферат ]
• DSP процессоры [ лекция ]
• Презентация - Простейшие приёмы изобретательства [ реферат ]
• Сигналы и линейные системы [ лекция ]
• Формирование и передача сигналов [ лекция ]
• Введение в цифровую обработку сигналов [ лекция ]
• Борискевич А.А. Цифровая обработка речи и изображений [ документ ]
• Формирование и передача сигналов [ лекция ]
• Анализ и обработка данных методом эмпирической модовой декомпозиции сигналов [ лекция ]

Конспект лекций 03.11.06.doc

ΔU/U(%).Спектр импульсной последовательности имеет линейчатый характер с максимумом на несущей частоте и интервалами между соседними составляющими Δω = Ω. В зависимости от изменения одного из параметров импульсов различают: АИМ, ШИМ, ЧИМ, ФИМ, где соответственно изменяются амплитуда, длительность, частота и момент начала импульса. Практически находят применение три последних метода обладающих, лучшей помехоустойчивостью, но ЧИМ сложно реализуема, а при ШИМ изменяется в процессе модуляции ширина спектра излучаемых частот. В практике радиолокации используются и более сложные виды импульсной модуляции.


Радиовещательные приемники

Радиовещательные приемники предназначены для приема и воспроизведения звуковых монофони­ческих и стереофонических программ радиовещания. В зависимости от условий эксплуатации РПУ подразделяются на стационарные и переносные; по электрическим и электроакустическим параметрам и комплексу потребительских удобств - на четыре группы сложно­сти: 0 (высшую), 1, 2 и 3. Разработка радиовещательных прием­ников, являющихся самым массовым устройством, особенно слож­на и ответственна. Это связано с тем, что такие приемники должны обеспечивать прием сигналов в диапазонах ДВ, СВ, KB, УКВ и ДЦВ с различными видами модуляции: АМ-, ЧМ-, ЧМ-стерео, а в последнее время и АМ-стерео. Кроме того, они должны, имея очень высокие показатели качества, обладать минимальной сто­имостью. К радиовещательным приемникам предъявляют повы­шенные требования по надежности, поскольку ими пользуются не специалисты, а люди различных профессий. Приемники более высо­кой группы сложности имеют более высокие показатели качества. Например, высококачественные стационарные приемники имеют следующие показатели качества: чуствительность при отношении сигнал/шум не менее 26 дБ - не выше 2 мкВ; отношение сигнал/шум при входном сигнале 1 мВ - не менее 60 дБ; селектив­ность по зеркальному каналу - не менее 66 дБ; диапазон воспро­изводимых звуковых частот при неравномерности 14 дБ - не уже 31,5 -15 000 Гц.

Выводы:

1. Современные радиовещательные приемники выполняются по супергетеродинной схеме; для одновременного приема как АМ-, так и ЧМ-сигналов РПУ содержит два отдельных тракта радиочастоты и общий тракт УПЧ.

2. Стереофонические вещательные приемники имеют стереодемодулятор, в котором осуществляется восстановление амплитуды поднесущей частоты, детектирование полярномодулированного колебания, коррекция предыскажений, а также разделение каналов.

3. Повышение качества воспроизведения звуковых программ в радиовещательных приемниках достигается путем примене­ния:

1) ИС и многофункциональных БИС;

2) электронно-варикапной настройки, а также автоматических систем регулиров­ки усиления, настройки и подстройки частоты;

3) цифровых СЧ и индикаторных устройств;

4) керамических, кварцевых и монолитных фильтров;

5) сенсоров и электронных коммути­рующих устройств.

4. Использование цифровой схемотехники, микропроцессо­ров позволило значительно расширить функции в радиовеща­тельных приемниках.


Профессиональные радиоприемные устройства декаметровых волн

^ Особенности КВ радиосвязи.

Коротковолновая радиосвязь играет важную роль в народном хозяйстве. Несмотря на создание радиорелейных, спутниковых и кабельных сетей связи с их большой пропускной способностью, коротковолновая связь сохранят свое значение как одно из основных средств связи. На декаметровых волнах осуществляются магистральная, зоновая и местная радиосвязи; авиационная и морская связи; радиосвязь в системе железнодорожного транспорта и др.

Для радиосвязи на дальние расстояния используют волны, отражающиеся от ионосферы в процессе распространения и позволяющие устанавливать связь при относительно небольших мощностях передатчиков. Однако дисперсность, неоднородность и нестабильность отражающих слоев ионосферы делают связь в декаметровом диапазоне неустойчивой. Для обеспечения устойчивости связи необходимо знать максимальную частоту, при которой волны, отражаясь от ионосферы, обеспечивают работу радиолинии с наибольшей надежностью. Такую частоту называют максимально применимой (МПЧ). Поскольку слой F2, от которого в основном происходит отражение радиоволн, наиболее часто подвержен ионосферным возмущениям, при сеансе радиосвязи возможны изменения МПЧ. Для КВ канала является характерным замирание сигнала на входе приемника. Под замирающим сигналом подразумевают сигнал с флуктуирующими параметрами.



Рис. 1 Функциональная схема профессионального РПУ


В профессиональном РПУ (Рис. 1) можно выделить следующие основные функциональные блоки:

- главный тракт приема (ГТП)

- синтезатор частот (СЧ)

- блок управления (БУ)

- выходные устройства (ВУ)

- блок питания (БП)

Задача ГТП - осуществлять предварительную селекцию, усиление и преобразование сигнала. Синтезатор вырабатывает гетеродинные напряжения с нужными частотами. Выходные устройства обеспечивают оптимальную или близкую к ней обработку принимаемого сигнала. Тип ВУ определяется видом прини­маемого сигнала. Блок упра­вления осуществляет функ­ции управления и контроля за работой приемника как с местного пульта ПУ, так и на расстоянии. На ПУ по­ступает информация о со­стоянии РПУ: рабочей частоте настройки, ширине полосы пропускания, параметрах цепи АРУ, типе демодулятора и т.д. Профессиональные КВ РПУ принимают различные виды телеграфных и телефонных сигналов. Для магистральной радиосвязи отведен диапазон частот 1.5 – 30 МГц, однако в ряду РПУ диапазон принимаемых частот несколько отличается от рекомендованного, особенно из-за расширения в область частот ниже 1.5 МГц. Для большинства профессиональных КВ приемников коэффициент шума составляет 7 – 10 дБ; типовые нормы на ослабление побочных каналов – 100 – 120 дБ. Стабильность синтезаторов частот, используемых в РПУ, составляет .

Синтезаторы выполняются с шагом установки частоты 1, 10 или 100 Гц. Иногда допускается дополнительная плавная перестройка в пределах дискретного шага. При работе приемника в автоматизированных системах связи большое значение имеет время настройки на требуемую рабочую частоту, под которым понимают интервал между сигналом к настройке и сигналом готовности приемника к приему в эксплуатационном режиме. Допустимое время настройки во многом определяет выбор системы настройки приемника, а следовательно, и основные конструктивные решения.

Наименьшее время настройки (10 … 100 мс) реализуется при электронной настройке.

Выводы:

1. В профессиональных РПУ используется двойное или тройное преобразование частоты, часто с наддиапазонной первой промежуточной частотой. Для расширения динами­ческого диапазона и повышения реальной селективности в преселекторе применяются аттенюаторы, ультралинейные УРЧ, балансные преобразователи частоты на полевых транзисторах, кольцевые преобразователи на диодах Шоттки.

2. Основная селекция обычно обеспечивается в тракте второй промежуточной частоты с помощью переключаемых квар­цевых и монолитных фильтров.

3. В профессиональных РПУ, как правило, производится автоматическая электронная настройка на требуемую частоту. Напряжения с частотами гетеродинов вырабатываются высокостабильным синтезатором частот. Наряду с элект­ронной плавной перестройкой входных цепей широко использует­ся фильтровой способ настройки.

4. Микропроцессор является одним из основных узлов современного профессионального РПУ. Он выполняет функции контроля и управления.

5. В профессиональных РПУ широко внедряются методы цифровой обработки сигнала; РПУ обладают широкими возможностями управления и контроля, как с местного пульта, так и на расстоянии с помощью дистанционного управления, как по проводам, так и с помощью служебной радиосвязи.


Радиолокационные приемники

^ Назначение и структурные схемы

Радиолокационные приемники (РЛП) являются составной частью радиолокационных станций (РЛС), предназначенных для обнаружения, определения координат и параметров движения удаленных объектов (целей) путем приема отраженной от них электромагнитной энергии. В зависимости от структуры радиолокационного сигнала различают два вида РЛС: с импульсными и непрерывными сигналами. В импульсных РЛС передатчик периодически излучает кратковременные зондирующие импульсы (ЗИ) с гармоническим либо с частотно-модулированным ВЧ-заполнением, которые отражаются от объекта и принимаются РЛП в промежутках между ЗИ. В РЛС с непрерывным излучением используются немодулированные и ЧМ-колебания.

Приемники импульсных РЛС. В импульсных РЛС (рис. 1) передатчик излучает в направлении объекта короткие СВЧ-радиоимпульсы, которые после отражения от объекта поступают на вход приемника с временным сдвигом Δt = 2R/c. Где R - расстояние до объекта. По значению Δt можно судить о расстоянии R до объекта; узкая диаграмма направленности антенны РЛС позволяет определять угловое направление на объект. Система синхронизации (СС) вырабатывает синхроимпульсы (СИ), которые вызывают срабатывание импульсного модулятора (ИМ). Импульсы со стабильным периодом повторения от ИМ запускают мощный импульсный передатчик (П), генерирующий короткие радиоимпуль­сы. Эти радиоимпульсы через антенный переключатель (АП), осу­ществляющий автоматическое переключение антенны с передачи на прием и обратно и обеспечивающий защиту входа приемника от больших уровней импульсного сигнала на выходе передатчика, излучаются в пространство в направлении объекта. Отраженный от объекта радиоимпульс принимается антенной и через АП передает­ся на вход РЛП. Поскольку передаваемые и принимаемые радиоим­пульсы разнесены во времени, в РЛС можно использовать общую антенну для передатчика и приемника. Сигнал с выхода АП усиливается малошумящим УРЧ, преобразуется в ПрЧ в сигнал проме­жуточной частоты, детектируется в детекторе радиоимпульсов (ДР), усиливается видеоусилителем (ВУ) и подается на устройство индикации (УИ), работа которого синхронизируется от СС. В УИ регистрируется время Δt между переданным и принятым импуль­сами. В качестве УИ обычно используют электронно-лучевую труб­ку. Для автоподстройки частоты гетеродина (Г) применяют двухканальную АПЧ. В приемнике РЛС по схеме рис. 1. предусмотрена, обычная программная и быстродействующая АРУ.




Рис. 1 Структурная схема приемника импульсной РЛС


РПУ систем мобильной связи

В зависимости от условий эксплуатации в соответствии с ГОСТ 16019-70 радиостанции делятся на девять групп. К пятой группе относятся мобильные радиостанции, предназначенные для работы на речных судах, а также на судах смешанного плавания и устанавливаемые во внутренних помещениях. Отдельно, самостоятельно РПУ в системах мобильной связи не применяется, а выполнено в едином корпусе совместно с радиопередающим устройством, так как отдельные узлы и блоки радиостанции работают как на прием, так и передачу. В радиостанциях подвижной связи используются как симплексный, так и дуплексный режим работы. Симплексным режимом работы является режим, при котором передача и прием возможны попеременно в каждом из двух направлений. Дуплексным режимом работы является режим, при котором передача и прием возможны одновременно в обоих направлениях. Для симплексного режима работы переключение радиостанции с приема на передачу и наоборот осуществляется с помощью тангенты или автоматически от голоса абонента.

В настоящее время в речном флоте широко используются портовые радиостанции типа «Кама-П» и судовые типа «Кама-С». В системе речной связи используется 11 каналов (с 1 по 5 симплексные каналы в диапазонах 300.0-300.2 МГц, с 6 по 11 – дуплексные каналы в диапазонах 300.25-300.5 МГц и 336.25-336.5 МГц). Связь с абонентами АТС ведется на дуплексном канале через радиостанцию типа «Кама-П» при помощи диспетчера портовой радиостанции. Возможно дистанционное управление радиостанцией типа «Кама-П» с вынесенного до 100 м пульта управления или телеуправление – при расстояниях до 10 км по телефонному каналу. В случае телеуправления используются дополнительные блоки (шифратор, дешифратор и стандартные телефонные усилители ИТУМ). Радиостанции типа «Кама» соответствуют речному Регистру, а по электронным параметрам ГОСТ 12252-70.

Дальность связи обеспечивается до 20-30 км. Чувствительность приемника при отношении сигнал/шум 20 дБ – 2 мкВ. Выходная мощность приемника – 1 Вт. Рвых РПДУ – 30 Вт.

Антенна – вертикальный вибратор. ДН – круговая. Разнос частот между каналами 50 кГц. Тип модуляции – ЧМ.

Для морского флота используется система УКВ радиосвязи на базе аппаратуры типа Порт-2, Корабль-2, Корабль-3 работающей в диапазоне 156-162 МГц на 26 каналах с разносом по частоте между соседними каналами 50 кГц. На малотоннажных судах используются радиостанции типа «Катер», для лоцманской службы радиостанции типа «Лоцман».

Система УКВ радиосвязи для морского флота используется для переговоров непосредственно между судоводителями, диспетчерами различных береговых служб, а также пассажирами и командами судов с абонентами городской телефонной сети. Работа ведется на 78 рабочих каналах (из них 55 – международных и 23 национальных). Дальность связи обеспечивается между базовыми и судовыми радиостанциями до 30 миль.

Радиостанции типа «Рейд» имеют 78 каналов связи (35 – дуплексных и 43 - симплексных) в диапазоне 156-158 МГц с разносом по частоте 25 кГц для связи между судами в море.

Радиостанция типа «Причал» малогабаритное, питание от батарейки. Диапазон 156.3-158 МГц, число каналов – 4.


Входные цепи РПУ

Входная цепь представляет собой колебательную систему, связанную с антенной и первым каскадом приемника элементами связи (рис. 1), где 1 – элемент связи с антенной,2 – колебательный контур, 3 – элемент связи с первым каскадом собственно РПУ.


Рис. 1 Структурная схема входной цепи РПУ


Входная цепь предназначена для предварительного осуществления частотной избирательности и наилучшей передачи энергии принятого радиосгнала из антенны на вход первого каскада радиоприемника. Входное устройство выполняет роль согласующего трансформатора сопротивления антенны и входного сопротивления первого каскада. При согласовании этих сопротивлений на вход первого каскада поступает наибольшая мощность принятого сигнала.

Элементы связи ослабляют влияние антенны и входного сопротивления первого каскада на настройку и добротность колебательного контура, а, следовательно, и на избирательность входной цепи. Используемые виды связи с антенной следующие: непосредственная (рис. 2-а), индуктивная (рис. 2-б), емкостная (рис. 2-в), комбинированная (рис. 2-г).



а) б) в) г)

Рис. 2 Схемы связи входной цепи с антенной


Основные характеристики входной цепи:

- коэффициент передачи по напряжению –

где,

– входное напряжение

– Э.Д.С. в антенне

- коэффициент передачи по мощности где,

– входная мощность

– мощность в антенне

- коэффициент избирательности показывает, во сколько раз коэффициент передачи на резонансной частоте входной цепи больше его значения при расстройке входной цепи на Δf, где

т.е.

В приемнике прямого усиления входная цепь осуществляет избирательность по соседнему каналу при частотной расстройке

Δf = 9 кГц, а в супергетеродинном приемнике – по зеркальному каналу при и на частоте, равной .

- коэффициент перекрытия диапазона .

Полосы пропускания входной цепи определяют на уровне 0.707 от максимального значения коэффициента передачи по напряжению .

Коэффициенты непостоянста параметров входной цепи при перестройке РПУ в пределах рабочего диапазона для коэффициента передачи по напряжению, полосы пропускания и избирательности соответственно равны:



где ; и и ; и - параметры в начале и в конце рабочего диапазона. Эти коэффициенты по возможности должны быть ближе к 1, чтоб основные параметры РПУ изменялись незначительно. Коэффициент передачи входной цепи по напряжению зависит как от связи с антенной , так и от связи с первым каскадом . Коэффициент передачи будет максимальным при согласовании антенны с контуром. Условие согласования выполняется тогда, когда приведенная проводимость антенны равна сумме проводимостей контура и приведенной входной проводимости первого каскада РПУ, т.е. входной проводимости первого каскада с учетом коэффициента включения .



- проводимость антенны

- проводимость контура

- входная проводимость.

Отсюда находится оптимальный коэффициент включения антенны, обеспечивающий режим согласования.



Следовательно



Из этого выражения видно, что m1и m2 находятся в числителе и в знаменателе и, следовательно, оказывают на коэффициент передачи двоякое влияние. Это значит, что выбор, например коэффициента оптимальным образом определяет значение коэффициента и наоборот.

Избирательность входной цепи определяется его резонансной характеристикой, форма которой зависит от эквивалентной добротности входного контура (зависящей в свою очередь от вносимых и из антенны и из входа первого каскада проводимостей).

Для повышения избирательности следует уменьшать вносимые проводимости, ослабляя связь контура с антенной и входом первого каскада, т.е. уменьшать коэффициенты и . Но уменьшение и ведет к уменьшению коэффициента передачи входной цепи по напряжению (т.е. выбирать их надо оптимальными). При всех видах связи входной цепи с антенной антенна вносит в колебательный контур входной цепи активные и реактивные (емкостное или индуктивное) сопротивления.

Вносимое активное сопротивление ухудшает добротность контура, а вносимое реактивное сопротивление вызывает расстройку контура и при изменении частоты эта расстройка также изменяется.

При этом изменяются избирательность и полоса пропускания входной цепи. Чтобы не допустить ухудшения избирательности уменьшают связь с антенной. Из-за влияния антенны на входную цепь коэффициент передачи входной цепи при ее перестройке будет изменяться по диапазону (см. рис. 3).




Рис. 3 Зависимость коэффициента передачи входной цепи от вида связи с антенной.


При индуктивной связи с антенной коэффициент передачи убывает с ростом частоты настройки (f). Коэффициент передачи по диапазону желательно иметь постоянным.

Для этого применяют индуктивно-емкостную связь с антенной. (Прямую связь не используют практически никогда). Пример использования приведенных проводимостей для расчета коэффициента передачи.




Рис. 4 Эквивалентные схемы с индуктивной связью


Для схемы с индуктивной связью: (выборки из теории цепей)



М – коэффициент взаимоиндукции










Все аналогично, поэтому приведем только конечные выражения.


Рис. 5 Эквивалентная схема с емкостной связью





Усилители радиочастоты

К УРЧ относятся каскады, осуществляющие усиление сигнала на радиочастоте и обеспечивающие частотную избирательность. В состав УРЧ входит электронный прибор и избирательная система, как нагрузка электронного прибора. Связь избирательной системы с выходом усилительного прибора и входом следующего каскада выполняется с помощью цепей связи (и ).

Для повышения чувствительности приемника УРЧ должно обладать малыми собственными шумами и большим коэффициентом передачи по мощности. УРЧ совместно с входной цепью должны обеспечивать избирательность приемника по зеркальному каналу, каналу промежуточной частоты, а также по отношению к сильным помехам, вызывающим нелинейные эффекты. УРЧ должны также обеспечивать защиту антенны от проникновения в нее колебаний гетеродина, которые могут создавать помехи соседним РПУ. УРЧ характеризуется такими параметрами как:

- коэффициент усиления по напряжению и мощности,

- полоса пропускания,

- избирательность.

Искажения сигналов в усилителях вызваны характеристиками избирательных цепей и нелинейностью характеристик усилительных приборов. Устойчивость работы усилителя - это способность его сохранять постоянство основных параметров при изменении условий эксплуатации. Принципиальная схема УРЧ с общим эмиттером и двойной автотрансформаторной связью приведена на рис. 1.



Рис. 1 Принципиальная схема УРЧ с общим эмиттером и автотрансформаторной связью.


На заданную частоту колебательный контур настраивается конденсатором переменной емкости . Питание коллекторной цепи осуществляется от источника питания по последовательной схеме питания.

Резонансный коэффициент усиления равен:



S – крутизна проходной характеристики транзистора:



Из формулы (1) видно, что в пределах одного поддиапазона (L = const) резонансный коэффициент усиления пропорционален частоте настройки усилителя и с увеличением частоты растет (рис. 2).





Рис. 2 Зависимость коэффициента усиления () УРЧ от частоты настройки


Небольшая нелинейность изменения коэффициента усиления объясняется нелинейностью зависимости добротности контура от частоты. При переключении поддиапазона индуктивность контура изменяется скачком, поэтому скачком изменяется и коэффициент усиления. Выровнять коэффициенты усиления при смене поддиапазонов можно, подобрав в каждом поддиапазоне коэффициент включения усилительного элемента в контур . Тогда коэффициенты усиления в начале каждого поддиапазона будут одинаковыми (сплошные линии на рис. 2).

Принципиальная схема УРЧ с трансформаторным включением контура в коллекторную цепь приведена на рис. 3.



Рис. 3 Принципиальная схема УРЧ с трансформаторной связью.


Физические процессы в схеме протекают аналогично процессам как в схеме с автотрансформаторной связью. Отличие в том, что переменный ток сигнала в выходной цепи протекает через катушку . В результате в катушке контура наводится Э.Д.С. и на контуре создается усиленное напряжение входного сигнала. Эквивалентная схема усилительного каскада с трансформаторной связью представляет собой систему двух связанных контуров. Первый контур образован индуктивностью связи и входной емкостью, включающей емкость монтажа и емкость катушки связи:

---

Скачать файл (1597.1 kb.)

Поиск по сайту:  

---