Входные цепи устройств приема и обработки сигналов

3. Входные цепи (ВЦ)  УПиОС

3.1 Определение, назначение, классификация и параметры ВЦ

ВЦ – это устройство, предназначенное для передачи сигнала из антенны в последующие цепи и для предварительного подавления помех.

 С точки зрения теории цепей ВЦ– пассивный линейный 4–х полюсник.

Классификация ВЦ:

1.  По структуре избирательной системы – а). 1–контурные, б). 2–конт., в). многоконтурные, г). на основе ФНЧ, д). на основе сложных частотных цепей, в том числе и с режекторными контурами.

2.  По виду связи 1–го контура с антенной – а) с внешнеемкостной связью, б). С внутриемкостной, г) с индуктивной, д). со смешанной, е). С автотрансформаторной.

3.  По связи  последнего контура избирательной системы со следующим каскадом УПиОС (УРЧ) – а).с полным включением, б). С автотрансформаторным вкл., в). с трансформаторным, д). со связью через емкостной делитель.

4.  По типу элементной базы – а). с резонансным колеб. контуром на сосредоточенных L и C элементах (до десятков МГц), б). С использованием спиральных резонаторов (до сотен МГц), в). Коаксиальных резонаторов (до 1000МГц), г). волновых резонаторов (более 1000МГц), д). полосковых и микрополосковых линий (более 1000МГц), е). С использованием резонаторов на ЖИГ–структурах (сотни ГГЦ).

Параметры ВЦ:

1.  К₀ – резонансный коэффициент усиления

2.  П_ВЦ – полоса пропускания

3.  d_ЗК – избирательность по зеркальному каналу

4.  d_ПП – избирательность поп каналу прямого прохождения

5.  d_СК – соседнего канала

6.  К_п – коэффициент перекрытия диапазонов

7.  К_НР – коэффициент неравномерности коэффициента передачи внутри диапазона

3.2 Принципы работы ВЦ различных частотных диапазонов

ВЦ (на умеренно низких частотах) используют с внешнеемкостной, внутриемкостной, индуктивной и автотрансформаторной связью, а также смешанную связь для устранения недостатков и сочетания достоинств предыдущих.

Рис. 3.1 Внешн емк

Рис. 3.2 Внутри емкостная

Рис. 3.3 Индуктивная

Рис. 3.4 Автотрансформаторная (до 300МГц)

Рис. 3.5 Смешанная

Рис. 3.6. Трансформаторная связь (до 150 МГц)

Рис. 3.7. Зависимость резонансного коэффициента передачи для инд., емк, и смешанной связи от частоты.

Для переключения диапазонов используют p–i–n диоды, настройка внутри диапазона – варикапами.

Для других диапазонов используют:

–  для ДМВ – длинные линии – их достоинства: высокая добротность (1000…10000), высокая степень самоэкранировки, высокая механическая прочность, удобство сопряжения с другими коаксиальными конструкциями;

–  для СМВ и ММВ – фильтрующие цепи на основе объемных резонаторов – их достоинства: высокая добротность, почти идеальная экранировка, стабильность параметров, небольшие размеры, хотя и значительные

–  для СВЧ вместо объемных резонаторов для уменьшения размеров используют микрополосковые линии, но они уступают по экранировке, электр. и механической прочности, имеют большие потери.

3.3 Анализ обобщенной структурной схемы ВЦ

Эквивалентная схема приемной антенны содержит генератор и комплексное сопротивление

Рис. 3.8. Эквивалентная схема антенны

Формулы Е, Z, h

R и Х – частотно зависимые, определяются видом антенны и частотой принимаемого сигнала

Для проволочной антенны, когда    <<   схема выглядит так

Рис. 3.9. Эквивалентная схема проволочной антенны

Тогда w=

Если w<<, то L можно пренебречь

На очень низкой частоте можно пренебречь R (или при малых потерях)

На резонансной частоте (настроенная антенна) остается только R.

3.4 Коэффициент передачи для обобщенной структурной схемы ВЦ

Рис. 3.10. Обобщенная структурная схема ВЦ.

Тогда общий коэфф. Передачи будет К=

Видим что можно назвать коэф.–ты Включения р1=,  р2, Кф, Кд.

Тогда К=

Различают режимы согласования и рассогласования.

Цель согласования – получение максимальной мощности в нагрузке.

А)Условия согласования по входу:

1.  2.

Тогда Рвход макс=   номинальная мощность – максимальная мощность. Которую можно получить на входе ВЦ – только в режиме согласования!!

Для лучшего согласования применяют согласующие трансформаторы.

В реальных условиях 2 не выполняется, тогда мощность отличается от максимальной и существует оптимальный коэф. Включения р1опт:

р1опт=

Б) Условия согласования по выходу

1.  2.

2.  Тогда Рвых макс=

Рассмотрим случай идеальной ВЦ – без потерь.

Тогда Рвх=Рвых  Кр=1 (коэффициент передачи по мощности). Приравниваем Р в условиях согласования и получаем, что Комакс

Видим что для идеальной ВЦ макс К не зависит от способа ее выполнения и определяется сопрот. Ант и нагр.

 В режиме  рассогласования по входу рассматривают 2 случая: работу от низкоомного источника и высокоомного, тогда К будут??? (самостоятельно).

3.5 Избирательные свойства ВЦ

Эквивалентная схема одноконтурной ВЦ для анализа избирательности представлена на рис. 3.10а. Общее выражение для избирательности системы с одним контуром в виде эквивалентного затухания Дэ=

Если Д=   собственное затухание контура, то тогда

Дэ=

В случае максим. Коэф передачи Ко= Комакс, тогда р2=1, а р1=р1опт=

Тогда Дэ при Комакс=    т.е. полоса нагруженного контура в 4 раза больше полосы контура собственного.

Величину Д=  –называют ещй избирательность контура, где   – обобщенная расстройка и определяется   =

Тогда величина Пэ=  – называется экивалентной полосой пропускания ВЦ.

Для анализа рассматривают зависимости Ко/Ко макс и Дэ/Дэ при Комакс на одном графике и в зависимости от отношения коэффициентов включения р1/р1опт.

Рис.3.11. Зависимости……

Анализируя графики можно сделать выводы:

1.  В случае оптимальной связи с антенной полоса пропускания ВЦ возрастает почти в 2 раза по сравнению с полосой ненагруженного контура.

2.  Дальнейшее увеличение связи выше оптимальной нецелесообразно из–за существенного увеличения полосы.