Устройства приёма и обработки сигналов: Методические указания к курсовой работе, страница 3

В диапазоне УКВ осуществляется стереофоническое вещание, особенность которого состоит в передаче двух сигналов от пространственно разнесенных микрофонов: левого Uа и правого Uб. Радиовещание ведется в двух поддиапазонах радиочастот: 65,8…73 МГц и 88…108 МГц. Первый из них в дальнейшем будем называть УКВ ЧМ, а второй – FM (Frequency Modulation). Современные системы стереовещания позволяют принимать передаваемую программу как стереофоническим, так и монофоническим приемником. Для этого модулирующий сигнал составляется из двух частей: суммарный сигнал
(Uа + Uб) размещается в интервале частот 0,03…15 кГц, а спектр разностного сигнала (UаUб) осуществляет амплитудную модуляцию сигнала поднесущей частоты, которая в УКВ ЧМ выбрана 31,25 кГц, а в FM-диапазоне – 38 МГц (рис. 3.1).

В радиопередатчике диапазона УКВ ЧМ сигнал поднесущей частоты 31,25 кГц подавляется на 14 дБ. Сформированным спектром низкочастотного сигнала производится частотная модуляция высокочастотного сигнала передатчика. В приемнике низкочастотный сигнал появляется на выходе частотного детектора, после которого он подводится к стереодекодеру.  В нем  суммарный сигнал выделяется фильтром ниж- 

Восстановленный_архив\_recover\спектр.JPG

Рис. 3.1. Спектры модулирующего сигнала
при стереофоническом вещании: а – УКВ ЧМ, б – FM

них частот (ФНЧ), а разностный сигнал – полосовым фильтром, включенным на выходе усилителя. В усилителе восстанавливается сигнал несущей частоты, а затем производится детектирование. После детектирования суммарный и разностный сигналы подводятся к устройству сложения и вычитания сигналов, позволяющему получить на их выходе напряжения каждого из двух микрофонов: Uа и Uб. Усиленные низкочастотными ИМС, эти сигналы подводятся к пространственно разнесенным акустическим системам, звучание которых создает стереоэффект (рис. 3.2, а).

В радиопередатчике диапазона FM сигнал поднесущей частоты 38 кГц после образования АМ спектра подавляется, а вместо него передается гармоническое напряжение с частотой, вдвое меньшей 19 кГц. В стереодекодере ФНЧ выделяет суммарный сигнал, а с помощью двух полосовых фильтров получают сигналы поднесущей частоты, которая затем удваивается, и двух боковых полос разностного сигнала. Оба сигнала объединяются в сумматоре и затем восстановленный спектр разностного сигнала и суммарный сигнал подаются на устройство сложения и вычитания сигналов, образующих на выходе напряжения каждого микрофона: Uа и Uб (рис. 3.2, б).

баВосстановленный_архив\_recover\cnherneh.JPG

Рис. 3.2. Структурные схемы стереодекодеров:

а – УКВ ЧМ и б – FM-диапазоны

Для нахождения полосы пропускания приемника требуется определить доплеровское смещение частоты и запас на нестабильности несущей частоты принимаемого сигнала и частоты гетеродина. Доплеровское смещение частоты сигнала Fд вычисляется на максимальной частоте сигнала в том случае, когда приемник перемещается относительно передатчика с радиальной скоростью Vр, по формуле

.

Если приемник неподвижен, то доплеровское смещение частоты равно нулю.

Отклонение частоты сигнала зависит от нестабильности частоты возбудителя передатчика. Для радиовещательных и связных передатчиков относительная нестабильность частоты мала: .

Нестабильность частоты гетеродина зависит от схемы его реализации. Для гетеродинов, реализованных на основе LC-генераторов, нестабильность не меньше чем 10–4, а в синтезаторах частот не более 10–5…10–6.

Абсолютный уход частоты сигнала Δfс вычисляется на максимальной рабочей частоте fc max

.

Чаще всего в приемниках используются верхняя настройка гетеродина fг = fc + fпр. Абсолютный уход частоты гетеродина Δfc также находится на максимальной частоте гетеродина fг max

.

Полоса пропускания приемника П определяется как сумма частот ширины спектра сигнала S, доплеровского смещения Fд и отклонений частот сигнала Δfc и гетеродина Δfг

.

В диапазоне рабочих частот до 30 МГц полоса пропускания, как правило, незначительно превышает ширину спектра принимаемого сигнала, поэтому система АПЧ обычно не применяется. На частотах выше 30 МГц система АПЧ необходима в случае .

3.4.  Чувствительность приемника. Коэффициент шума

На частотах до 30 МГц чувствительность приемника зависит от уровня внешних помех. Чувствительность приемника ЕА – это минимальный уровень сигнала в антенне, обеспечивающий нормальное функционирование оконечного устройства, при заданном отношении сигнала к шуму на выходе линейной части приемника. Чувствительность приемника должна превосходить в γ = 3…10 раз напряжения помех Uп

ЕА   >  γUп.                                        (3.1)

Напряжение помех Uп в полосе частот П определяется по графикам, приведенным на рис. 3.3, если известны действующая высота антенны hд и напряженность поля внешних помех Еп, отнесенная к полосе частот пропускания шириной 1 кГц,

Uп= Еп2hд2П [кГц].

Действующую высоту антенны hд для несимметричного вибратора высотой h можно определить из соотношения

hд  = (0,5...0,9)h.

Квадрат напряженности поля внешних помех Еп находится как сумма квадратов космических Ек, индустриальных Еи и атмосферных Еа помех, определяемых из графика, приведенного на рис. 3.1,

Еп= Ек2 + Еи2 + Еа2.

Если после вычислений неравенство (3.1) не соблюдается, то следует исключить из суммы атмосферные помехи и заново произвести расчет, а в заключении раздела указать, что достоверный прием при наличии атмосферных помех не гарантируется.

 f, МГцЕпВосстановленный_архив\_recover\уровень.JPG

Рис. 3.3. Уровень внешних помех: 1, 2 – атмосферные днем и ночью;

3, 4 – индустриальные в городе и на селе; 5 – космические

На частотах выше 30 МГц при настроенных антеннах с сопротивлениями 50 Ом или 75 Ом коэффициент шума N находится для полосы частот приемника П, мощности входного сигнала Pвх с учетом постоянной Больцмана k и абсолютной комнатной температуры T0 для γ =
= 3…10.

,

где   ;         .

При N < 20…30 необходимо предпринять меры для получения низкого коэффициента шума. В первую очередь это относится к входной цепи и УРЧ, так как реальный коэффициент шума Nр определяется в основном коэффициентом передачи по мощности входной цепи Kp и коэффициентом шума УРЧ Nурч:

,   при   KУРЧ  > 8…10.

Из формулы следует, что для низкого коэффициента шума приемника следует выбирать УРЧ с низким коэффициентом шума и входную цепь с коэффициентом передачи по мощности, близким к единице.