Построение радиоприемного устройства

Упрощенная структурная схема радиоприемного устройства для радиосистемы передачи информации приведена на рис. 2.4., б), а эпюры, поясняющие работу этой схемы – на рис. 2.15.

Общий принцип радиоприемного устройства заключается в следующем.

Излученное радиопередающей антенной электромагнитное поле (совокупность электрической и магнитной напряженностей как составляющих этого поля), содержащее в себе сообщение летчика (информационный сигнал), но изменяющееся во времени по закону высокочастотного радиосигнала – это поле начинает, удаляясь от радиопередающей антенны, распространяться в пространстве со скоростью :

(2.9)

где: - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме

( = );

- диэлектрическая проницаемость среды распространения

(для вакуума: );

- магнитная проницаемость среды распространения

(для вакуума: );

Через некоторое время распространяющееся в пространстве электромагнитное поле достигает радиоприемной антенны и наводит в ней электрический ток, изменяющийся во времени по закону высокочастотного радиосигнала (излученного радиопередающим устройством). Иными словами, антенна радиоприемного устройства не только принимает из пространства высокочастотное электромагнитное поле, но и преобразует это поле в высокочастотный электрический (в форме электрического тока) радиосигнал.

Поскольку принятый радиосигнал (на выходе приемной антенны) обычно имеет очень небольшую (около ) мощность, то для получения приемлемых показателей качества этот сигнал должен быть усилен. Так как сравнительно надежная регистрация сигнала требует мощности порядка долей или даже единиц ватта, приемник должен обладать весьма значительным усилением (). Это обеспечивается наличием в составе приемника нескольких (достаточно однотипных) усилительных каскадов.

Другим требованием, предъявляемым к радиоприемному устройству, является неискаженность исходной информации (сообщения летчика). Поскольку данная информация закодирована в параметре (амплитуде, частоте) высокочастотного радиосигнала, то вышеуказанное требование неискаженности сводится к выполнению согласования параметров радиоприемного устройства с характеристиками принимаемого высокочастотного радиосигнала.. Подобное согласование осуществляется как в приемной антенне (полоса пропускания антенны обычно больше, чем ширина спектра высокочастотного радиосигнала), так и в усилителе высокой частоты (резонансная частота усилителя совпадает с центральной частотой спектра высокочастотного радиосигнала, а полоса пропускания усилителя выбирается равной ширине наиболее значимой части спектра данного радиосигнала).

Кроме того, в процессе работы радиоприемное устройство должно осуществить операцию выделения информационного сигнала из высокочастотного радиосигнала. Эту операцию выполняет детектор (демодулятор).

Наконец, информационный сигнал следует преобразовать в форму, удобную для восприятия получателя информации – перевести информационный сигнал (существующий в радиоприемном устройстве в виде низкочастотного электрического напряжения), например, в звуковые волны (такую функцию выполняет динамик, иногда называемый громкоговорителем), чтобы работники наземной диспетчерской службы сумели выслушать сообщение летчика.

В связи с этим отметим, что одним из самых важных технических параметров приемника является его чувствительность. Чувствительностью, напомним, называется минимальное напряжение (или минимальная мощность) сигнала на входе приемника, при котором сигнал на выходе приемника обладает заданными показателями качества (например, необходимым уровнем разборчивости речи).

Рассмотрим, с помощью каких радиотехнических и радиоэлектронных средств реализуются те или иные операции, осуществляемые в рассматриваемом радиоприемном устройстве.

А. Приемная антенна.

Краткие сведения о построении и работе приемных антенн изложены в разделе «2.4. Приемо-передающие антенны».

Б. Усилитель высокой частоты.

Устройство и работа усилителя высокой частоты в радиоприемном устройстве аналогичны устройству и работе усилителя высокой частоты в радиопередающем устройстве. При этом входным напряжением для данного усилителя высокой частоты является напряжение , а выходным – напряжение U УВЧ.

В. Детектор (демодулятор).

Детектор выполняет функцию выделения закона (в виде выходного низкочастотного напряжения) изменения (модуляции) того или иного параметра высокочастотного входного напряжения.

В частности, если модуляции ранее была подвергнута амплитуда высокочастотного гармонического напряжения, то для выделения закона такой модуляции необходимо использовать амплитудный детектор. Принципиальная схема простейшего амплитудного детектора изображена на рис. 2.16.

Высокочастотное амплитудно-модулированное напряжение поступает на вход амплитудного детектора и далее, через трансформатор Tр (не пропускающий возможную постоянную составляющую входного напряжения и переводящий уровень входного напряжения в уровень напряжения, необходимого для правильной работы последующей схемы) поступает на вход диода . Положительные полуволны проходят сквозь диод , заряжая конденсатор . Отрицательные полуволны не проходят сквозь диод , создавая на выходе диода паузы во времени, в течение которых происходит разряд конденсатора через нагрузочный резистор . Величины фильтровой емкости и сопротивления выбраны из условия существования на конденсаторе только напряжения составляющей частоты модуляции и невыделения (т.е. получения весьма малого напряжения) составляющей несущей частоты :

<< << (2.10)

Если же модуляции прежде была подвергнута не амплитуда, а частота пришедшего из пространства радиосигнала, то для выделения закона (в виде низкочастотного напряжения) частотной модуляции следует использовать, соответственно, частотный детектор. Принципиальная схема простейшего частотного детектора приведена на рис. 2.17.

Суть частотного детектирования при помощи данной схемы состоит в том, что частотно-модулированное колебание сначала преобразуется в амплитудно-модулированное, которое затем детектируется изложенным выше способом. В простейшем случае преобразование частотно-модулированного напряжения в амплитудно-модулированное выполняется с помощью колебательного контура, резонансная частота РЕЗ ЧМ, которого равна не значению (как задавалось ранее – для усилителей высокой частоты в радиопередающем или радиоприемном устройствах), а одной из величин или , где выбирается несколько большей, чем частота д девиации – для того, чтобы частота расположилась в середине линейного участка амплитудно-частотной хорактеристики колебательного контура. При этом общая конфигурация смещенной амплитудно-частотной характеристики указанного колебательного контура не меняется. Тогда выходное напряжение колебательного контура окажется амплитудно-модулированным (рис. 2.18), причем закон амплитудной модуляции будет повторять закон частотной модуляции.

В рассматриваемом (рис. 2.17) частотном детекторе использованы два колебательных контура ( и ) один из которых настроен на резонансную частоту РЕЗ ЧМ1 , а другой – на частоту

РЕЗ ЧМ2 , и два идентичных амплитудных детектора, включенные навстречу друг другу. Такое включение создает значительно большую протяженность линейного участка амплитудно-частотной характеристики, нежели в схеме, построенной на одном колебательном контуре.

Г. Усилитель низкой частоты.

Устройство и работа усилителя низкой частоты в радиоприемном устройстве аналогичны устройству и работе усилителя низкой частоты в радиопередающем устройстве. При этом входным напряжением для данного усилителя низкой частоты является напряжение , а выходным – напряжение U УнЧ ПРМ..

Д. Динамик (громкоговоритель).

Динамиком (громкоговорителем) называется устройство, преобразующее напряжение низкой частоты в звуковой сигнал, форма которого соответствует форме указанного низкочастотного напряжения. Упрощенная схема построения динамика (громкоговорителя) приведена на рис. 2.19.

Напряжение U УнЧ ПРМ. с выхода усилителя низкой частоты поступает на звуковую катушку, вокруг которой начинает пульсировать низкочастотное магнитное поле. Это поле взаимодействует с полем постоянного магнита, отчего звуковая катушка начинает совершать колебательные движения вдоль оси сердечника. Данные низкочастотные перемещения передаются диффузору, и на выходе диффузора создаются звуковые колебания (сжатия и разрежения воздуха), воспринимаемые оператором наземной диспетчерской службы.

Достоинствами динамиков (громкоговорителей) подобного рода являются малый коэффициент нелинейных искажений и хорошая (горизонтально-гладкая в наиболее часто используемом частотном интервале) амплитудно-частотная характеристика. Для улучшения эластичности и повышения прочности диффузоры изготавливают из плотной бумаги с примесью шерсти и синтетического волокна, а в целях лучшего воспроизведения колебаний крайних областей низкочастотного диапазона применяют гофрированные диффузоры.

Следует отметить, что динамики (громкоговорители) используются не только в наземных пунктах. Большинство самолетов также оснащено звуковоспроизводящими установками. Особые требования (равномерность звукового поля, отсутствие интерференции, предотвращение проникновения в динамики низкочастотных помех от работы другого оборудования, и т.д.) предъявляются к громкоговорящим установкам, расположенным на борту самолетов гражданской авиации. Поэтому громкоговорители в этом случае монтируют с шагом около 1,5 м в багажных полках или в декоративных панелях, перфорированных в зоне расположения рупоров.

Масса громкоговорящей установки составляет несколько килограмм (например, одна из разработок имеет массу 6,8 кг).

Поиск по сайту: