Назначение и состав приемного устройства примеры преобразователя сигнала в сообщение

Обновлено: 15.05.2024

В современном мире широко применяются различные типы преобразователей сигналов, как в промышленности, так и на бытовом уровне.Такие приборы представлены в большом количестве разных модификаций, в зависимости от их назначения. Попробуем немного разобраться в этом многообразии в данной статье.

Для чего нужны преобразователи сигналов?

Преобразователи сигналов - термин собирательный и включает в себя крайне разнообразные устройства, используемые в многих сферах хозяйства и промышленности. Объединяет такие непохожие по областям применения приборы типы сигналов, которые они преобразуют, собственно на этом критерии и строится классификация. К основным типам сигналов относятся:

звуковые
электрические
температурные
технологического характера

Сам процесс преобразования сигнала может происходить как в рамках одного типа синала, так и между этими типами - ярким примером является преобразователь аналогового сигнала в цифровой.

Аналого-цифровой преобразователь

Данный вид преобразователь передает какой-либо аналоговый сигнал (показатель напряжения, например) в цифровой вид. Один из основных критериев эффективности работы рассматриваемого аппарата — разрядность данных на выходе. Его величина определяет уровень отношения сигнала к шуму. Еще один значимый параметр, характеризующий качество работы такого устройства — скорость формирования выходного сигнала. Оптимальные показатели обеспечивают устройства папллельного типа. В них осуществляется формирование больших потоков сигналов с использованием необходимого количества выводов. Данная особенность функционирования аппарата во многих случаях предопределяет выпуск соответствующих преобразователей, характеризующихся большими габаритами. Кроме того, аналоговые преобразователи сигналов могут иметь достаточно высокий уровень энергопотребления. Однако, с учетом эффективности работы данных устройств, отмеченные их особенности зачастую не рассматриваются как недостатки. Преобразование сигналов с аналоговых в цифровые параллельными устройствами осуществляется достаточно быстро. Обеспечить еще более высокую скорость работы соответствующего типа девайсов можно посредством соединения нескольких устройств, благодаря чему они могут обрабатывать потоки сигналов по очереди.

Альтернативой параллельным преобразователям являются последовательного типа. Обычно они менее энергозатратны, однако менее производительны. Следует отметить, что существуют устройства смешанного типа, сочетающие в себе функции последовательных и параллельных преобразователей. Во многих случаях они являются самыми оптимальными решениями с точки зрения соответствия критериям экономичности и производительности.

Цифро-аналоговые преобразователи

Подобные устройства преобразует сигнал, содержащий цифровой код, в ток, напряжение или же заряд, который передается на обработку в аналоговые модули. Конкретные механизмы данной трансформации зависят от типа исходных данных. Например, если речь идет о звуке, то на входе он обычно бывает представлен в импульсно-кодовой модуляции. Если исходный файл сжатый, то в целях преобразования сигналов могут применяться специальные программные кодеки.

Устройства, в состав которых входят рассматриваемые преобразователи, могут дополняться модулями различного назначения, например усилитель видеосигнала. Он во многих случаях необходим для того, чтобы обеспечить высокое качество картинки при трансформации аналогового сигнала в цифровой. Также усилитель видеосигнала применяется, если нужно осуществить передачу картинки на значительное расстояние.

Ультразвуковые преобразователи

Самым распространенным представителем данной категории является погружной агрегат, который предназначен для передачи в воду или иную жидкую среду ультразвука с определенной частотой. Данное устройство может применяться, к примеру, в целях осуществления очистки различных объектов от загрязнений — в составе ванн, используемых в целях ультразвуковой очистки. Кроме того, ультразвуковой преобразователь может применяться в целях контроля целостности тех или иных конструкций, соединений, проверки объектов на предмет повреждений.

Линейные и импульсные преобразователи

Все преобразователи можно разделить на две категории - линейные и импульсные. Эти критерии отражают два важнейших принципа функционирования преобразователей. Линейные преобразователи могут работать по принципу аналоговой схемотехники, в рамках которого преобразуемые сигналы формируются плавными темпами.

Импульсный преобразователь предполагает более активное представление сигналов как на выходе, так и при внутренней их обработке. Однако в случае если данная операция осуществляется лишь на внутреннем этапе обработки сигналов, соответствующее устройство может формировать фактически те же показатели, что и в случае, когда задействуется линейный преобразователь. Таким образом, понятие линейной либо импульсной обработки может рассматриваться только лишь в контексте принципа действия ключевых аппаратных компонентов прибора соответствующего типа.

Импульсные преобразователи в основном задействуются в тех случаях, когда в составе используемой инфраструктуры предполагается обработка сигналов большой мощности. Это связано с тем, что КПД соответствующих устройств в подобных случаях значительно выше, чем при их использовании в целях обработки сигналов меньшей мощности. Еще один фактор выбора данных решений — задействование трансформаторных или же конденсаторных устройств в составе используемой инфраструктуры, с которыми импульсные преобразователи имеют оптимальную совместимость.

В свою очередь, линейный преобразователь — это устройство, которое применяется в рамках инфраструктуры, в которой осуществляется обработка сигналов небольшой мощности. Либо если есть необходимость снизить помехи, образующиеся вследствие работы преобразователя. Стоит отметить, что КПД рассматриваемых решений в инфраструктуре большой мощности — не самый выдающийся, поэтому данные устройства чаще всего выделяют больший объем тепла, чем импульсные преобразователи. Кроме того, их вес и габариты также существенно больше.

Измерительные преобразователи

Измерительный преобразователь — устройство, которое также может быть представлено в большом количестве разновидностей. Объединяет данные девайсы приспособленность как к измерению, так и к преобразованию тех или иных величин. Общераспространенной можно считать схему функционирования измерительных устройств соответствующего типа, при которой сигнал обрабатывается в несколько этапов. Сначала преобразователь принимает его, затем трансформирует в ту величину, которая может быть измерена, после — трансформирует в некую полезную энергию. Например, если используется аналоговый измерительный преобразователь тока, то осуществляется трансформация электрической энергии в механическую. Конечно, конкретные механизмы применения соответствующих решений могут быть представлены в исключительно широком спектре. Распространено использование измерительных преобразований в научных целях как части инфраструктуры для проведения опытов, исследований.

Измерительные преобразователи входят в состав более сложных устройств — например, системы автоматизации измерений на производстве. Такие устройства делятся на 2 основные группы — первичные и промежуточные.

Первичные преобразователи применяются как датчики. То есть представляют собой преобразователи, на которые та или иная измеряемая величина действует непосредственно. Остальные девайсы относятся к категории промежуточных. Они размещаются в измерительной инфраструктуре сразу после первых и могут отвечать за большое количество операций, связанных с преобразованием, условно классифицируемых на:

измерение физических показателей
различные преобразования масштаба
трансформация цифровых сигналов в аналоговые и наоборот
функциональные преобразования.

Электронно-оптические преобразователи

Объединяет электронно-оптические преобразователи общий принцип работы: он предполагает осуществление преобразования невидимого объекта — например, подсвечиваемого инфракрасными, ультрафиолетовыми или, к примеру, рентгеновскими лучами, в видимый спектр. При этом соответствующая операция, как правило, осуществляется в 2 этапа. На первом невидимое излучение принимается на фотокатод, после чего оно трансформируется в электронные сигналы. Которые уже на втором этапе преобразовываются в видимую картинку и выводятся на экран. В случае если это компьютерный монитор, то сигнал может быть предварительно преобразован в цифровой код.

Электронно-оптические преобразователи традиционно классифицируются на несколько поколений. Устройства, относящиеся к первому, имеют в своем составе стеклянную вакуумную колбу. В ней располагаются фотокатод и анод. Между ними формируется разность потенциалов. При подаче на преобразователь оптимального напряжения внутри его формируется электронная линза, способная фокусировать потоки электронов.

В преобразователях второго поколения присутствуют модули ускорения электронов, вследствие чего усиливается яркость изображения.

В устройствах третьего поколения применяются материалы, позволяющие увеличить чувствительность фотокатода как ключевого компонента электронно-оптического преобразователя более чем в 3 раза.

Резистивные преобразователи

Данные преобразователи приспособлены к изменению собственного электрического сопротивления при воздействии той или иной измеряемой величины. Также они могут осуществлять корректировку углового и линейного перемещения. Чаще всего данные преобразователи включаются в системы автоматизации с датчиками давления, температуры, уровня освещенности, измерения интенсивности различных видов излучения. Основные преимущества резистивных преобразователей:

надежность
отсутствие зависимости между точностью проводимых измерений и стабильностью питающего напряжения.

Резистивные датчики температуры

Разновидность резистивных преобразователей, обладающих компонентами, которые имеют чувствительность к изменениям окружающей температуры. В случае если она повышается, то их сопротивление может увеличиваться. Данные устройства характеризуются прежде всего очень высокой точностью. В составе данных устройств присутствуют элементы, изготавливаемые из платины — в этом случае коэффициент сопротивления будет ниже, или меди.

Соответствующего типа преобразователи сигналов широко применяются в быту. Например, распространено включение температурных датчиков, содержащих в своем составе платиновые и медные элементы, в состав: - отопительной инфраструктуры — в целях измерения показателей температуры теплоносителя на тех или иных участках оборудования, а также в отапливаемом помещении.

Реостатные преобразователи

Принцип работы данных приборов основан на измерении электрического сопротивления того или иного проводника при воздействии входного перемещения. Обычно такие устройства включаются в состав делителей напряжения или применяются в качестве составного элемента измерительных мостов. Если говорить о достоинствах, характеризующих реостатные преобразователи, то к таковым можно отнести:

отсутствие реактивного воздействия на подвижные компоненты
высокую эффективность
небольшие габариты
возможность использования в инфраструктуре, работающей как на постоянном, так и на переменном токе.

В то же время резистивные преобразователи соответствующего типа не всегда надежны и во многих случаях требуют от предприятия затрат значительных ресурсов на поддержание функциональности.

структурная схема приемного устройства может быть представлена в следующем виде:

радиоприемное устройство содержит три основных элемента: антенну, радиоприемник и воспроизводящее устройство. Следовательно, радиоприемное устройство должно выполнять следующие операции:

— преобразование электромагнитного поля сигнала (помехи) в электрический сигнал и обеспечение пространственной и поляризационной избирательности полезного сигнала с помощью

— усиление принимаемого сигнала с целью обеспечения качественной работы демодулятора, декодера, схем защиты приемника от помех, решающего и исполнительного устройства;

— демодуляция принятого сигнала с целью выделения информации

(модулирующей функции), содержащейся в полезном сигнале;

— обработка принимаемых сигналов с целью ослабления мешающего

воздействия помех искусственного и естественного происхождения.

Классификация приемных устройств

По назначению радиоприемные устройства делятся на :

В зависимости от места установки профессиональные приемники различают:

Бытовые приемники в зависимости от сложности и качества делятся на классы (I-IV)

По виду принимаемых сигналов различают приемники:

- непрерывных сигналов (различают по виду модуляции -АМ, ЧМ, ФМ, приемники однополосных сигналов)

Приемники дискретных сигналов в свою очередь делятся на:

- приемники импульсной модуляции (импульсно- кодовая модуляция, дельта модуляция и т.д.);

- приемники телеграфии (и зависимости от вида манипуляции сигнала

подразделяются приемники амплитудного, частотного и фазоразностного манипулирования).

3. По диапазону частот различают приемники:

- НЧ (низких частот)(30-ЗООкГц);

- СЧ (средних частот)(300-ЗОООкГц);

- ВЧ (высоких частот)(3-ЗОМГц);

- ОВЧ (особо высоких частот)(30-ЗООМГц);

- УВЧ (ультравысоких частот)(300-ЗОООМГц);

- СВЧ (сверхвысоких частот)(3-ЗОГГц).

4. По схеме построения тракта усиления сигналов до детектора:

- приемники прямого усиления;

- супергетеродинные приемники с однократным, двукратным и много

кратным преобразованием частоты.

Структурные схемы радиоприемных устройств

Приемники прямого усиления

Структурная схема такого приемника может быть представлена следующим образом

В состав приемника прямого усиления входят:

- входная цепь, обеспечивающая связь антенно-фидерной системы с первым каскадом приемника

- усилитель радиочастоты, обеспечивающий необходимое усиление на радиочастоте и частотную избирательность приемного устройства

- усилитель звуковой (видео) частоты. Как правило, этот усилитель обеспечивает основное усиление сигналов.

когда в схеме отсутствует усилитель радиочастоты, такой приемник называется детекторным приемником

Приемники прямого усиления обладают малой чувствительность в силу того, что при малых сигналах амплитудный детектор обладает малым коэффициентом передачи по мощности, что приводит к возрастанию коэффициента шума приемного устройства

Недостатки

- изменение основных параметров радиотракта при перестройке по диапазону, в первую очередь изменяется полоса пропускания радиоприемного тракта. Действительно, полоса пропускания приемника определяется по формуле П=f*d, где f-частота настройки колебательного контура, d-коэффициент затухания колебательного контура (этот показатель слабо зависит от частоты настройки

колебательного контура). Как следует из представленной формулы, с увеличением частоты настройки будет увеличиваться и полоса пропускания.

- если в радиотракте необходимо перестраивать одновременно несколько контуров, то появляются дополнительные трудности, связанные с системой настройки, если требуется получить хорошую избирательность по соседнему каналу;

-на высоких частотах трудно обеспечить высокую избирательность по соседнему каналу при перестройке по частоте в широких пределах.

-трудность получения большого коэффициента усиления на радиочастоте, обычно коэффициент усиления на радиочастоте не превышает 100

Супергетеродинные приемники

состоит из входного устройства, усилителя радиочастоты, преобразователя, усилителя промежуточной частоты, детектора и усилителя звуковой (видео) частоты.

-улучшается избирательность по соседнему каналу;

-упрощается перестройка частоты приемника;

-при перестройке не изменяются основные характеристики приемника;

-высокая чувствительность супергетеродинных приемников обусловлена высоким коэффициентом передачи амплитудного детектора, связанная с тем, что амплитудный детектор работает в режиме детектирования сильных сигналов.

К недостаткам гетеродинных приемников следует отнести наличие побочных каналов приема.

К побочным каналам приема следует отнести:

-зеркальный канал приема на частоте fзер , отстоящий от основного канала приема на удвоенную промежуточную частоту. Если для основного канала

, то для зеркального

-комбинационные каналы приема, обусловленные гармониками частоты гетеродина и сигнала. Они образуются при смешении гармоник сигнала и гетеродина в соответствии с формулой , где m и n – любые целые числа. Интенсивность помех по этим каналам уменьшается с ростом номеров m и n

-интермодуляционные каналы, связанные с взаимодействием двух или нескольких мешающих станций или источников помех

- канал прямого прохождения сигнала на промежуточной частоте. Если помеха имеет частоту , то воздействуя на ПЧ, она проходит без преобразования частоты в канал УПЧ, образуя тем самым канал прямого прохождения сигнала.

Для устранения приема на побочных каналах необходимо применять дополнительные меры. Необходимое подавление зеркального канала осуществляется частотно-избирательными цепями, установленными до преобразователя частоты. Селективность приемника по зеркальному каналу обеспечивает пре селектор. Степень подавления зеркального канала характеризует избирательность

по зеркальному каналу. Для повышения избирательности по зеркальному каналу либо повышают добротность колебательных

систем на входе приемника, либо увеличивают промежуточную

Комбинационные каналы приема устраняются за счет оптимального выбора режима работы гетеродина, при котором обеспечивается малый уровень гармоник и повышение линейности первых

Для устранения приема на промежуточной частоте во входных цепях

устанавливаются фильтры-пробки, настроенные на промежуточную частоту.

Супергетеродинные приемники являются основным типом приемников в радиодиапазоне

Шумы антенны

Эквивалент антенны создает шумы, как всякое комплексное сопротивление и обладает номинальной мощностью шумов kTB, которую всегда рассчитывают для комнатной температуры.

Эти шумы зависят от термодинамического обмена между антенной и окружающей средой, а также от приема антенной внешних электромагнитных колебаний космического происхождения, спектр которых совпадает со спектром тепловых шумов.

ЭДС шумов антенны где полное активное сопротивление, равное сумме сопротивлений излучения и сопротивления потерь, - эффективная шумовая темп ант.

Величина , часто бывает больше, чем фактическая температура антенны. Это показывает, что антенна создаст более сильные шумы, чем соответствующее активное сопротивление Ra.

Отношение к комнатной температуре Т = 300К назывотносительной шумовой температурой антенны . Номинальная мощность шумов антенны

показывает во сколько раз номинальная мощность шумов антенны превышает номинальную мощность шумов ее эквивалента, имеющего комнатную температуру.

зависит от частоты настройки приемника и от ориентации направленной антенны. В диапазоне метровых волн направленные антенны, "нацеленные" на наиболее интенсивные очаги космического излучения, могут иметь, величину ta порядка нескольких десятков. В наиболее благоприятных случаях ta бывает значительно λ принимаемого излучения то влиянием La, Ra можно пренебречь, получаем эквивалентную схему антенны, содержащую последовательно

включенные Еа , Са . Антенны, имеющие такие эквивалентные схемы, обычно используются в диапазонных приемниках умеренно высоких частот и называются ненастроенными антеннами. В диапазоне СВЧ применяются антенны, настроенные на среднюю частоту принимаемых сигналов, поэтому такие антенны называются настроенными и их эквивалентную схему можно представить в виде последовательного соединения Еа ,Ra .Номинальная мощность сигнала в антенне:

Основные качественные показатели:

1. Коэффициент передачи но напряжению, который определяется как отношение напряжения U сигнала на входе активного элемента к величине ЭДС Е генератора, эквивалентного антенно-фидерной системе:

Коэффициент передачи по мощности:

— величина Кр характеризует только рассогласование входа активного элемента с антенно-фидерной системой.

, где Gвх — входная проводимость, g — выходная проводимость антенно-фидерной системы,

Резонансная величина модуля коэффициента передачи по напряжению К₀ — характеризует передачу полезного сигнала, на частоту которого настроено входное устройство. Обычно К₀=1,5. 6 , т.е. большинство входных устройств увеличивают напряжение на входе активного элемента по сравнению с величиной ЭДС антенно-фидерной системы. Но увеличение сигнала достигается за счет трансформации напряжения, а не путем усиления, которое производится активными элементами с дополнительным источником энергии.

2. Полоса пропускания входной цепи, в пределах которой неравномерность передачи составляющих спектра принимаемого сигнала не превышает 3 дб.

3. Избирательность S 1 при заданной расстройке f показывает степень подавления мешающей станции.

4. Диапазон рабочих частот f₀_min. f₀_max , в пределах которого входная цепь обеспечивает настройку на любую рабочую частоту при сохранении предыдущих показателей (коэффициента передачи по напряжению, полосы пропускания и избирательности) в заданных пределах. Коэффициент перекрытия диапазона:

Получение высокого коэффициента передачи по напряжению неизбежно приводит к ухудшению избирательности входного устройства и к увеличению вредного влияния разброса параметров антенны. Поэтому при конструировании входного устройства приходится обращать, основное внимание на некоторые требования, в известной степени жертвуя другими. Решение вопроса о том, какое требование является наиболее важным зависит от условий работы и назначения приемного устройства.

Схемы входных цепей.

Схемы емкостной, индуктивной и индуктивно-емкостной связи входной цепи с антенной нашли широкое применение благодаря тому, что в них подбором величины связи можно добиться наилучших качественных показателей входной цепи.

Рассмотрим характеристики входных цепей трех основных видов при работе приемника с ненастроенной антенной. Под ненастроенной антенной

понимают антенну с произвольными (случайными) размерами, внутреннее сопротивление которой носит, в общем случае, комплексный характер. На низких частотах ( длинные, средние волны), когда размеры антенны значительно меньше длины волны принимаемых сигналов, внутреннее сопротивление антенны имеет почти чисто емкостный характер. Эквивалентная схема входной цепи при емкостной связи с ненастроенной антенной показана на рис. 2а

Емкость связи Ссв берется малой, чтобы изменение параметров антенны не влияло заметно на настройку контура входной цепи. Емкостная связь с антенной характеризуется большой неравномерностью резонансного коэффициента передачи по диапазону.

На рис. 3 приведена эквивалентная схема входной цепи при индуктивной

связи с антенной

в режиме работы с "удлиненной" антенной можно правильным выбором величины емкости связи С св существенно повысить постоянство резонансного коэффициента передачи входной цепи К0 в диапазоне перестройки (рис.5).

Диапазон рабочих частот

f _{0 max}, f_{0 min},в пределах которого входная цепь обеспечиваетнастройку на любую рабочую частоту при сохранении предыдущих показателей (коэффициента передачи по напряжению, полосы пропускания и избирательности) в заданных пределах. Диапазонные свойства обычно характеризуются коэффициентом перекрытия диапазона

K пер	f 0 max	(6)
f	0 min

Кроме перечисленных параметров в зависимости от назначения ра-диоприемного устройства к входным цепям предъявляются и другие важные требования, среди которых, в первую очередь, можно отметить требования обеспечения минимального коэффициента шума, минимальной нелинейности частотно-избирательных цепей с электронной перестройкой частоты и т.д. Иногда предъявляются требования слабого влияния разброса параметров антенны на работу входного устройства. Это требование объясняется тем, что многие приемники должны допускать работу от различных антенн, параметры которых могут значительно отличаться от средних значений.

Перечисленные требования в значительной степени противоречивы. Так получение высокого коэффициента передачи по напряжению неизбеж-но приводит к ухудшению избирательности входного устройства и к

Виды полосковых линий.

В диапазоне СВЧ широко применяются полосковые линии передачи, представляющие собой металлические плоские проводники (полоски определенных размеров и формы), расположенные на диэлектрике (подложке).

Различают несимметричные (1), симметричные (2), щелевые (3) и Компланарные (4) полосковые линии (Рис. 19).

Симметричные полосковые линии имеют хорошую экранировку. На рисунке 4.20 показан пример выполнения входной цени на полосковых линиях. Колебательный контур образован емкостью С и индуктивностью замкнутого отрезка полосковой линии.

(28 вопрос тоже) Многозвенные полосковые фильтры СВЧ удобнее реализовать в интегральном исполнении на параллельно-связанных короткозамкнутых или разомкнутых отрезков полосковых линий. К недостаткам подобных фильтров можно отнести заметные потери в полосе пропускания, невысокую предельную селективность, сложность реализации узких полос пропускания. Во многом устранить отмеченные недостатки удается во входных цепях, использующие полосовые фильтры на основе более компактной многопроводной структуры.

Примеры реализации таких структур показаны на рисунке 4.21. На

рисунке показаны фильтры решетчатого (а) и гребенчатого (б) типов.

Особенностью этих структур полосовых фильтров является формирование в них частотных областей с бесконечным затуханием вблизи полосы пропускания. Это позволяет обеспечить заданную селективность, например, по зеркальному каналу при меньшем числе резонаторов в фильтре и тем самым уменьшить потери в его полосе пропускания.

Понятие радиоприемного устройства. Основные операции радиоприемного устройства??

Радиоприемным устройством-называется совокупность элементов,

структурная схема приемного устройства может быть представлена в следующем виде:

— демодуляция принятого сигнала с целью выделения информации

(модулирующей функции), содержащейся в полезном сигнале;

— обработка принимаемых сигналов с целью ослабления мешающего

воздействия помех искусственного и естественного происхождения.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

В начале этой статьи давайте разберемся, что представляет собой радиоприемник - как он появился, что принимает и как принимает.
Началу радиотехники мы обязаны русскому ученому Александру Степановичу Попову, который 7 мая 1895 году сделал доклад на заседании Русского физико - химического общества о своем изобретении и осуществил первую радиосвязь.
Для любой радиосвязи необходимо иметь радиопередатчик, создающий электрические высокочастотные колебания излучающие в пространство, а так же радиоприемник для приема и преобразования этих высокочастотных колебаний.

Первый передатчик А.С.Попова был искровым, в котором в антенне А (излучающем проводе) ( рис.1 ) возбуждались затухающие колебания при помощи искрового разрядника Р , питаемого от трансформатора Т . При замыкании телеграфного ключа К по первичной обмотке трансформатора протекал прерывистый ток и индуктировал ток высокого напряжения во вторичной обмотке. Когда заряд антенны достигал пробивного напряжения разрядника, происходил колебательный разряд, который излучал электромагнитную энергию в пространство.
Радиоприемник А.С.Попова ( рис.2 ), применявшийся для приема сигналов искрового передатчика, использовал простейшее устройство - кохорер ( К ). Это устройство состояло из стеклянной трубки с стальными опилками, к которым с противоположных концов трубки подведены контактные электроды.
Кохорер, обладающий малой проводимостью, резко увеличивает проводимость при воздействии электромагнитных волн, принятых на антенну А . Это позволяет сработать реле Р и включить батарею Б на телеграфный аппарат Морзе М , который записывает сигналы на ленту, и одновременно приводит в действие молоточный прерыватель П . Он встряхивает опилки в трубке кохерера, тем самым, уменьшая проводимость кохерера, готовит его к приему следующего сигнала.
Вскоре кохерер и телеграфный аппарат были заменены кристаллическим детектором и телефоном, существенно повысившим чувствительность радиоприемника и позволившими принимать сигналы радиопередатчика "на слух". Но первые детекторные радиоприемники уже построенные по схеме с антенным и промежуточными настраиваемыми контурами были сложными и громоздкими аппаратами. Профессиональные детекторные радиоприемники имели габариты, соответствующие современному 100 ваттному ламповому передатчику.
И по прошествии более ста лет после изобретения радиоприемника современное радиоприемное устройство так же состоит из антенны, радиоприемника и оконечного аппарата ( рис.3 ).

Назначение приемников.

Классификация приемников

Радиоприемные устройства классифицируют по ряду признаков, которые определяют технические характеристики аппаратуры.
1. По назначению радиоприемники делятся на:
- профессиональные (связные, разведывательные, радиолокационные, радионавигационные и др.);
- вещательные.
2. Приемника по схеме построения (рис.5):
- детекторные;
- прямого усиления;
- супергетеродинные;
- регенеративные;
- суперрегенеративные.
Регенеративные приемники в наше время почти не используются, и структурная схема его здесь не приводится.

3.Приемники по виду принимаемого сигнала:
- непрерывных (аналоговых) сигналов;
- импульсных (дискретных) сигналов;
- универсальные (для приема непрерывных и дискретных сигналов).
4. По виду модуляции принимаемого сигнала на приемники:
- амплитудно - модулированные;
- частотно - модулированные;
- фазомодулированные;
- однополосные;
- импульсно - модулированные.
5. По роду работы:
- радиотелефонные;
- радиотелеграфные (слухового, буквопечатающего приема);
- фототелеграфные и др.
Профессиональные приемники могут быть комбинированными, предназначенными для приема различного рода радиосигналов.

6. По диапазону принимаемых частот:

7. По способу перестройки:
- плавные;
- дискретные;
- комбинированные.
8. По месту установки:
- стационарные;
- возимые - автомобильные, самолетные, корабельные;
- переносные.
9. По системе питания:
- сетевые;
- аккумуляторные или батарейные;
- универсальные.

Радиоприемным устройством называют систему узлов и блоков, предназначенных для выделения полезных радиосигналов из совокупности поступивших от приемной антенны электрических колебаний, усиления и преобразования сигналов к виду, необходимому для нормальной работы оконечных устройств. Сложность и многообразие различных радиотехнических систем, в которых используются приемные устройства, привели к развитию различных ветвей этой области радиоэлектроники. Так в зависимости от назначения приемные устройства могут входить составными структурными элементами в системы радиолокации, радиосвязи, телевидения, радионавигации, телеметрии, телеуправления, радиоразведки и т. д.

Вид принимаемых сигналов и характер переносимой ими информации в значительной степени зависят от назначения радиотехнической системы. В общем случае приемные устройства должны быть построены соответствии с видами и параметрами сигналов [1]. По диапазону рабочих волн различают приемные устройства, работающие во всех освоенных частотных диапазонах. Освоение определяется степенью развития элементной базы антенных, передающих и приемных устройств.

Необходимость получения большого количества информации за ограниченное время привела к тому, что радиотехнические системы используют сигналы с широким спектром. Это обусловило преимущественное использование ультракоротковолнового и микроволнового диапазонов волн.

Несмотря на многообразие областей применения, и возможного различия типов приемных устройств по перечисленным признакам классификации, все радиоприемные устройства связывают общность построения структурных электрических схем, которая вытекаетиз совпадения основных функций, выполняемых ими независимо от назначения приемных устройств и характера принимаемых сигналов. Как известно [2], по схемному построению приемные устройства бывают трех типов: детекторные, прямого усиления и супергетеродинные. Поскольку при осуществлении всех видов избирательности, с точки зрения обработки сигналов на фоне помех, осуществляются операции когерентного накопления сигналов, когерентной компенсации коррелированных помех то наиболее универсальной схемой является схема супергетеродинного приемного устройства. В таком приемном устройстве реализуются все методы вычисления модульного значения корреляционного интеграла [3].

В процессе обработки сигнала супергетеродинное приемное устройство позволяет осуществлять операции согласованной фильтрации и корреляционной обработки в их различных сочетаниях.

Обобщенная структурная схема приемного устройства приведена на рис. 1.1.

Приемное устройство включает два канала обработки: фильтровой и корреляционный.

При одинаковой базе сигнала [1, 3] в энергетическом отношении каналы равноценны, однако спектрально-временное преобразование сигнала в каналах отличается.

Усилитель высокой частоты совместно с входным устройством обеспечивает малошумящее усиление входного сигнала и предварительную частотную избирательность сигнала.

Преобразование сигналов в приемном устройстве может быть трех видов:

изменение частот спектра радиосигнала с сохранением закона модуляции, называемым преобразованием частоты сигнала. Это I преобразование происходит в преобразователе частоты, состоящем из смесителя (См) и гетеродина (Г);

изменение формы спектра радиосигнала при неизменной длительности с полным или частичным устранением модуляции в выходном сигнале. Такое преобразование осуществляется в корреляционном детекторе, состоящем из перемножителя и интегратора. На один из входов перемножителя подаются колебания обобщенного гетеродина (ОГ);

детектирование радиочастотного сигнала с целью выделения напряжения или тока, изменяющегося по закону модуляции несущей частоты. Это осуществляется в блоке детекторов (БД), включающем амплитудный (АД) или фазовый детектор (ФД).

Поскольку при выполнении перечисленных преобразований всегда изменяется частота или спектр обрабатываемого сигнала, очевидно, что технические устройства, осуществляющие их, должны содержать нелинейные электрические цепи, или цепи с переменными параметрами.

Характер преобразований показан на примере импульсного немодулированного сигнала.

На рис. 1.2,а, б, в показаны соответственно входной сигнал U_B_х и его спектр, сигнал и спектр после преобразования частоты и сигнал (спектр) U_d(G_d), полученный в результате амплитудного детектирования высокочастотных колебаний.

Таким образом, при фильтровой обработке сигналов (верхний канал) в блоке промежуточной частоты (БПЧ) происходит когерентное накопление и сжатие сигналов по длительности. Кроме того, в БПЧпроисходит основное усиление сигналов в главном усилителе промежуточной частоты (ГУПЧ).

При корреляционной обработке сигналов (нижний канал) происходит когерентное накопление и сжатие сигналов по спектру [2].

После блока детекторов сигнал поступает в блок низкой частоты, состоящий из некогерентного накопителя (НН) и усилителя низкой частоты (УНЧ), или в блок цифровой обработки, включающий в себя аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП) и систему цифровой обработки сигналов (ЦОС).

После этого сигнал подается на оконечное устройство, в котором решаются задачи обнаружения, измерения и индикации.

Распределение усиления между блоками приемного устройства производится таким образом, чтобы нелинейные элементы, осуществляющие перемножение и детектирование сигналов, работали возможно более эффективно и избирательность приемного устройства была бы для сигнала данного вида максимальной.

В блоках приемника до детектора при прохождении сигналов, как правило, сохраняется линейная зависимость между их огибающими на входе и выходе. Поэтому приемный тракт до детектора называется линейным радиотрактом, или линейной частью приемника. Линейная часть приемного устройства осуществляет когерентную обработку принимаемого сигнала.

Технические характеристики и параметры дают возможность оценить количественно и качественно электрические свойства и конструктивные особенности приемных устройств.

1.1. Требования к основным параметрам приемных устройств

К основным параметрам, по которым формулируются технические требования к приемникам, относятся чувствительность, избирательность, динамический диапазон. Они влияют на электромагнитную совместимость радиотехнической системы, в которой используется приемное устройство.

Чувствительность характеризует способность приемника выполнять свои функции при слабых сигналах.

Количественно чувствительность оценивается минимальным уровнем сигнала, наведенным в антенне, при котором обеспечивается заданное качество обработки информации в приемном устройстве.

Различают предельную и пороговую чувствительность.

Их связывает отношение сигнала к шуму на выходе линейной части приемного канала [2]:

Читайте также: