Розрахунок смуги пропускання
Характеристики радіоприймача повинні бути якомога більшою мірою узгоджені з характеристиками спектра сигналу. Смуга пропускання, форма АЧХ і ФЧХ в межах смуги і прилеглих областях повинні задовольняти вимогам збереження параметрів сигналу в межах допустимих спотворень.
Для неспотвореного прийому смугу пропускання П високочастотного тракту приймача зазвичай вибирають рівній реальної ширині ПСспектра сигналу з деяким запасом DfЗАП. залежать від частотної точності радіолінії
де DfЗАП - запас смуги на можливі відходи частоти передавача і частоти настройки приймача. Якщо приймач або передавач системи зв'язку встановлений на рухомому об'єкті, що переміщається з високою швидкістю, то необхідно враховувати доплеровское зміщення DfД частоти сигналу Fс:
де DfД = FС u / C, u - радіальна швидкість переміщення передавача щодо приймача, км / с; C = 300 000 км / с - швидкість поширення радіохвиль.
Для радіомовних приймачів зазвичай вважається допустимою підстроювання при прийомі, при цьому смуга пропускання високочастотного тракту вибирається рівної реальної ширині ПС спектра сигналу.
У професійних системах зв'язку запас по смузі необхідний для встановлення зв'язку без пошуку і ведення зв'язку без підстроювання (якщо не використовується АПЧ). При виборі запасу по смузі враховуються також вимоги до стійкості і до ступеня автоматизації зв'язку. При прийомі з пошуком і підстроюванням розбіжність частот передавача і приймача усувається оператором, при цьому DfЗАП = 0.
У той же час смугу пропускання ВЧ тракту зазвичай прагнуть зменшити до мінімально можливої, оскільки зі зменшенням смуги підвищується чутливість і вибірковість приймача, але при цьому відповідно підвищуються вимоги до стабільності частоти гетеродина. Для вирішення цієї суперечності в відносно нескладних приймачах використовують систему АПЧ, а в професійних приймачах для підвищення стабільності частоти гетеродина використовують цифрові синтезатори частоти.
У загальному випадку відхилення проміжної частоти приймача за рахунок нестабільності частот
де dС. dГ - відносні нестабільності несучої частоти сигналу і частоти гетеродина приймача; dН = 3 * 10 -3. 10 -2 - похибка настройки приймача по його шкалі; dпр = 3 * 10 -4. 3 * 10 -3 - відносна похибка і нестабільність проміжної частоти приймача.
Для приймачів з подвійним перетворенням
Відносна нестабільність частоти гетеродина з плавною перебудовою, виконаних на транзисторах, звичайно лежить в межах 10 -4. 10 -3. з кварцовою стабілізацією - близько 10 -5. якщо вжити заходів для підвищення стабільності частоти (стабілізація напруги живлення, термокомпенсация, термостатирование), значення dГ може бути зменшено в 10. 100 раз. Для радіомовлення dС = 10 -7. 10 -5; в сучасних системах радіозв'язку з синтезаторами частоти dС досягає значень 10 -7. 10 -9; для систем радіозв'язку зазвичай dС = dГ.
У деяких випадках доводиться додатково враховувати можливість відходу частоти через нестабільність джерел живлення, кліматичних і механічних впливів.
Для виключення погіршення якості прийому смугу пропускання приймачів вибирають ширше реальної ширини спектра сигналів на DfЗАП = 2DfПР. Зазвичай вважається допустимим розширення смуги за рахунок нестабільності частот радіолінії на (0.1. 0.2) ПС. Якщо запас по смузі виявляється порівняємо або більше ширини спектра сигналів, його можна істотно зменшити, використовуючи систему автоматичного підстроювання частоти гетеродина; необхідна смуга пропускання приймача при цьому відповідно зменшується
де капч - коефіцієнт АПЧ. У системах з частотною АПЧ (ЧАПЧ) капч = 5. 20, причому нижня межа відповідає найпростішим, а верхня - досить складним системам ЧАПЧ. Якщо прийняти допустимим розширення смуги на (0.1. 0.2) ПС. то коефіцієнт автопідстроювання
У системах з фазової АПЧ (ФАПЧ) залишкова расстройка дорівнює нулю, при цьому П = ПС.
При виборі смуги пропускання ППР преселектора діапазонного приймача без АПЧ додатково вводять запас на неточність сполучення DfНС налаштувань контурів преселектора і гетеродина:
При виборі смуги пропускання радіомовних приймачів необхідно також брати до уваги вимоги ГОСТ, що встановлює норми на допустимі спотворення спектра сигналу, які проявляються на верхніх звукових частотах через нерівномірність АЧХ як ВЧ, так і НЧ трактів приймача. У технічному завданні на проектування задається допустиме ослаблення на краях смуги пропускання
де Fmax - максимальна частота в спектрі модулюючого сигналу.
При проектуванні задана величина ослаблення розподіляється по окремих трактах приймача: преселектор, ППЧ, детектор, УНЧ:
причому частотні спотворення в преселекторе необхідно враховувати тільки в діапазонах ДВ і СВ, в діапазоні КВ ними можна знехтувати. Тому на КВ для підвищення вибірковості смугу пропускання преселектора можна робити настільки вузькою, наскільки це можливо за конструктивними можливостям і міркуванням про отримання достатнього посилення.
ГОСТом 5651-89 встановлені наступні норми допустимих частотних спотворень:
при прийомі АМС в діапазоні fс <250 кГц sП =sДОП =18 дБ, в диапазоне fС> 250 кГц Sдоп = 14 дБ;
при прийомі ЧМС в діапазоні fс> 250 кГц Sдоп = 14 дБ.
При прийомі АМ сигналів загальна нерівномірність кривої вірності (частотні спотворення) складається з неравномерностей ВЧ тракту, детектора, УНЧ і гучномовця. При розподілі нерівномірності по каскадах приймача бажано мати Sвч = S пр + sУПЧ = 9. 13 дБ, sУПЧ ³ 6 дБ - для отримання більшого ослаблення сигналів сусідніх каналів і поліпшення стійкості кривої вірності (Sвч. S пр. SУПЧ - нерівномірності ВЧ тракту, преселектора і ППЧ відповідно). Чим більше допустиме значення sУПЧ. тим легше (при меншій кількості контурів) забезпечити в ППЧ необхідну вибірковість по сусідньому каналу.
При прийомі ЧМ сигналів мінімальна смуга лінійного тракту визначається не частотними, а нелінійними спотвореннями (через нелінійність ФЧХ). До нерівномірності АЧХ лінійного тракту приймача ЧМС пред'являються більш жорсткі вимоги: S пр + sУПЧ £ (3. 6) дБ, оскільки нерівномірність АЧХ супроводжується нелинейностью фазової характеристики, що призводить до нелінійних спотворень при прийомі ЧМС. Для приймачів УКВ ЧМ мовлення згідно ГОСТ 5651-89 П = 120. 180кГц. Тому для приймачів ЧМС задані в ТЗ частотні спотворення розподіляються між детектором, УНЧ і гучномовцем.
При розподілі частотних спотворень по трактах необхідно пам'ятати, що чим менше допустимі спотворення в преселекторе або в ППЧ (при заданих значеннях вибірковості), тим складніші фільтри потрібно буде використовувати для отримання необхідної форми АЧХ. Орієнтовно S пр £ 1. 3 дБ (до 4. 8 дБ при fс <250 кГц), sУПЧ £4. 8 дБ, sАД £1. 2 дБ, sУНЧ £1. 5 дБ. Возможна компенсация завала (подъема) верхних или нижних частот спектра принимаемого сигнала в одних каскадах приемника подъемом (завалом) этих же частот в других каскадах.
У деяких приймачах потрібна змінна смуга пропускання, причому вимоги по вибірковості виконують при вузькій смузі, а вимоги по нерівномірності - при широкій. Вузькою смугою пропускання вважають смугу, при якій якість відтворення не нижче допустимого.
У високоякісних радіомовних приймачах АМС для зменшення частотних спотворень в преселекторе (при збереженні високої вибірковості по дзеркальному каналу) застосовують у вхідних ланцюгах ДВ і СВ діапазонів двоконтурні смугові фільтри.
Реальна ширина спектру сигналу залежить як від виду модуляції, так і від виду переданого сигналу і визначається наступним чином. Реальна ширина спектру амплітудно-модульованих сигналів
сигналів з односмуговою модуляцією з ослабленою або повної несучої
сигналів з односмуговою модуляцією з пригніченою несучої
де Fmax. Fmin - максимальна і мінімальна частоти в спектрі модулюючого сигналу; mЧМ = Dfm / Fmax - максимальне значення індексу частотної модуляції, Dfm - девіація частоти. При узкополосной ЧС (mЧМ <<1) ПС » 2 Fmax. при широкополосной ЧМ (mЧМ>> 1) ПС »2Dfm + 2 Fmax.
Реальний спектр телеграфного сигналу, який необхідно передати по каналу зв'язку, повинен включати (в залежності від методу реєстрації) від однієї до трьох. п'яти гармонік частоти маніпуляції FМАН. Тому максимальна частота, яку повинен пропустити канал зв'язку, визначається з умови
де t0 - тривалість елементарного імпульсу; В = 1 / t0 - швидкість телеграфування, Бод; а = 2. 3 при реєстрації методом укороченого контакту, а = 1 при реєстрації інтегральним способом.
Реальна ширина спектру телеграфних сигналів при амплітудної маніпуляції (А1)
при амплітудної тональної маніпуляції (А2)
при частотної маніпуляції
де FМАН = 1 / 2t0 - частота маніпуляції; F0 - частота тону; D = 10. 100 - задається ослаблення спектра на межах смуги; mЧМ = Dfm / FМАН - коефіцієнт модуляції, Dfm - девіація частоти, що дорівнює половині розносу частот маніпуляції.
Якщо приймач призначається для прийому сигналів з різною шириною спектра, то смугу пропускання визначають для кожного типу сигналу і вибирають велику з них, або перемикають смугу при зміні виду роботи.