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Definición de la sensibilidad del receptor. Aumentando la sensibilidad de la radio

V. Efremov

La revista "Reparación y servicio" considerada anteriormente asuntos Generales construcción de escalas especiales de decibelios y problemas derivados de la transición de valores absolutos a la escala de decibelios y viceversa. Como ejemplo practico Se proporcionó una escala especial, que se usa a menudo al realizar mediciones de señales de baja frecuencia en una carga con una resistencia de 600 ohmios.

En la tecnología moderna de alta frecuencia, la mayoría de los generadores de señales diseñados para probar la sensibilidad de los dispositivos de recepción de radio (RFD) están diseñados para funcionar con una carga combinada de 50 ohmios y para conectar una carga de 75 ohmios a través de adaptadores especiales. El nivel de voltaje de alta frecuencia en la salida del generador se establece en pasos o de manera uniforme, y las escalas de voltaje de salida pueden tener diferentes graduaciones según el tipo de generador. La sensibilidad de los receptores se expresaba anteriormente en microvoltios, y recientemente comenzaron a usar escalas especiales de decibelios para esto. En este sentido, en la práctica, a veces surgen dificultades asociadas con una rápida traducción y determinación de valores numéricos específicos en varias escalas.

La literatura trata sobre dispositivos universales de alta calidad diseñados para probar la sensibilidad de la RPU. Le permiten establecer los niveles de voltaje de RF en la salida y traducir sus valores numéricos a varias escalas automáticamente. Desafortunadamente, la mayoría de las pequeñas empresas que se dedican a la reparación de equipos electrónicos aún no están disponibles. Además, a menudo tienen que utilizar dispositivos que se produjeron hace mucho tiempo, pero que aún cumplen los requisitos técnicos necesarios para las inspecciones periódicas. Dichos dispositivos incluyen, por ejemplo, el extendido generador de señales de alta frecuencia G4-107. El voltaje de salida de este generador a una carga combinada de 50 ohmios en los modos NG y FM se puede ajustar de 1 V a 1 μV y en los modos AM e IM de 0,5 V a 0,5 μV. La regulación se realiza de forma discreta y fluida dentro de cada etapa. El paso del ajuste por pasos es de 1 dB. En este caso, la escala del atenuador escalonado se gradúa en decibeles-voltios (dBV). Este (atenuador) le permite configurar el nivel de voltaje de RF de salida de 0 a -119 dB. Además, utilizando un atenuador externo, es posible reducir aún más el nivel de voltaje en 20 dB, es decir, Lleve el nivel mínimo a -139 dB.

A trabajo practico con un generador y determinando la sensibilidad del receptor de radio, para convertir el nivel de la señal de salida dBV a μV, es necesario utilizar dos tablas especiales, que se dan en la documentación técnica. Al usarlos, existen inconvenientes asociados a la conversión de los valores numéricos de dBV a μV y viceversa, lo cual se nota especialmente en la parte superior de las tablas, donde los valores de voltaje en μV se presentan como números con potencias. Además, en la práctica, casi siempre es necesario utilizar un atenuador externo, ya que la sensibilidad de los radiotransmisores modernos puede ser superior a 1 μV. En este caso, el nivel de la señal de salida del generador estará por debajo de -119 dB. La conversión directa de niveles por debajo de este valor no se proporciona en absoluto en las tablas adjuntas.

Los niveles de la señal de salida en dBV se encuentran en el centro de las tablas. Corresponden a los valores en las unidades indicadas por las flechas, es decir, en mV en la parte superior y en μV en la parte inferior de la tabla. En este caso, para mayor claridad, las filas correspondientes tienen el mismo esquema de color. Se pueden hacer las mismas tablas para otros instrumentos con atenuadores de paso con escalas similares. Los niveles inferiores a 0,1 μV se han redondeado a valores más prácticos.

Como se señaló anteriormente, recientemente en la documentación técnica y en la literatura, el nivel de la señal de RF a menudo se indica en escalas de decibelios. Entonces, la sensibilidad de la RPU se indica en dBμV. El nivel cero en este caso corresponde a la tensión de la señal de RF de 1 μV con una resistencia de carga de 50 Ohm. La transición a los valores del nivel de señal en μV o mV para esta escala se puede realizar de acuerdo con la tabla. 1b.

Una escala especial de dBm se usa ampliamente en mediciones de ingeniería de radio. El nivel cero de esta escala especial corresponde a una potencia de RF de 1 mW disipada en una carga resistiva de 50 ohmios. En este caso, como en los casos anteriores, los niveles de señal por debajo de este valor tendrán signo negativo. Puede expresar el nivel de la señal de RF en dBm utilizando una de las siguientes expresiones matemáticas:

Al realizar mediciones de ingeniería de radio en la práctica, es conveniente convertir el nivel de la señal de RF de μV y mV a dBm utilizando diagramas o tablas especiales. Los diagramas dados en la literatura brindan una representación visual de la relación entre diferentes escalas, pero, desafortunadamente, no permiten determinar el valor numérico exacto del nivel de la señal. Pestaña. 3 está destinado a convertir los niveles de señal de RF, expresados en mV y μV, a dBm o viceversa.

La discreción y los valores numéricos de los niveles presentados en mV y μV corresponden a la tabla. 1, es decir son adecuados para trabajar con el generador G4-107 y otros dispositivos con una escala de nivel similar. En la parte central de la mesa. 3 muestra los valores de los niveles de señal en dBm, cuya traducción se realiza de la misma forma que en las tablas anteriores. Uso práctico tablas dadas, especialmente tab. 1 y 3 no se limitan únicamente a los ejemplos anteriores.

Literatura
1. V. Efremov. Uso práctico de escalas especiales de decibelios. Reparación y servicio, 2000, No. 1. p. 55-56.

2. A. Dubinin. Monitores de servicio IFP-7550. Reparación y servicio, 1999, No. 11, p. 55-56.

3. Generador de señales de alta frecuencia G4-107. Descripción técnica y manual de instrucciones.

4. E. Ed. Un manual de referencia para circuitos de alta frecuencia, M.: Mir, 1990, p. 171.

Uno de los indicadores más importantes de la calidad de la ruta de recepción es la sensibilidad del receptor. La sensibilidad del receptor mide la capacidad del receptor para recibir señales débiles. La sensibilidad del receptor se define como el nivel mínimo de señal de entrada del dispositivo requerido para proporcionar la calidad requerida de la información recibida. Si la sensibilidad del receptor está limitada por el ruido interno, entonces se puede estimar mediante la sensibilidad del receptor real o marginal, el factor de ruido o la temperatura del ruido.

La sensibilidad de un receptor con una pequeña ganancia, en cuya salida prácticamente no hay ruido, está determinada por la fem (o potencia nominal) de la señal en la antena (o su equivalente), a la cual un voltaje dado (potencia ) de la señal a la salida del receptor.

La sensibilidad del receptor está determinada por su ganancia K US. El receptor debe proporcionar amplificación incluso de las señales de entrada más débiles al nivel de salida necesario para el funcionamiento normal del dispositivo, sin embargo, la interferencia y el ruido actúan en la entrada del receptor, que también se amplifican en el receptor y pueden degradar la calidad de su funcionamiento. Además, aparece ruido interno amplificado en la salida del receptor. Cuanto menos ruido interno, mejor calidad el receptor, mayor es la sensibilidad del receptor.

La sensibilidad real del receptor es igual a la fem. (o potencia nominal) de la señal en la antena, a la cual el voltaje (potencia) de la señal en la salida del receptor excede el voltaje (potencia) de la interferencia en un número determinado de veces. La sensibilidad límite del receptor es igual a la fem. o potencia nominal R AP señal en la antena, en la cual en la salida de su parte lineal (es decir, en la entrada del detector), la potencia de la señal es igual a la potencia del ruido interno.

La máxima sensibilidad del receptor también se puede caracterizar por la figura de ruido norte 0 igual a la relación de la potencia de ruido generada en la salida de la parte lineal del receptor por el equivalente de antena (a temperatura ambiente T 0 = 300 K) y la parte lineal, a la potencia de ruido generada solo por el equivalente de antena. Obviamente,

dónde k = 1,38 ∙ 10 –23 J / deg - constante de Boltzmann;

NS NS- ancho de banda de ruido de la parte lineal del receptor, Hz;

R AP- potencia de señal, W.

De (3.19) se puede ver que la potencia de la señal correspondiente a su sensibilidad límite y referida a la unidad de la banda de frecuencia se puede expresar en unidades kT 0:

La máxima sensibilidad del receptor también se puede caracterizar por la temperatura de ruido del receptor. T pr, en el que es necesario calentar adicionalmente el equivalente de antena para que en la salida de la parte lineal del receptor, la potencia del ruido que genera sea igual a la potencia de ruido de la parte lineal. Obviamente,

de donde (3,21)

Una antena real se ve afectada por el ruido externo, cuya potencia nominal es

dónde T A- temperatura de ruido de la antena. Por tanto, la sensibilidad real del receptor es:

Limitar la sensibilidad en

Figura 3.13 - Gráfico de la dependencia de la temperatura relativa del ruido de la antena con la frecuencia

La figura 3.13 muestra que a alta frecuencia, el coeficiente de temperatura de ruido relativo de la antena disminuye y permanece sin cambios, y su función de influencia en la sensibilidad del receptor disminuye.

Usando el paquete MultiSim para calcular el ruido del circuito: factor de ruido versus frecuencia de acuerdo con la fórmula (inoise ^ 2 / (4 * k * T * Rg)) donde el ruido de salida (onoise), convertido a la entrada (inoise = onoise / K (f), donde K (f) es el coeficiente de transmisión de la red de cuatro puertos), esto se divide además por la densidad de potencia espectral del ruido de entrada, que se puede calcular en función de la impedancia de salida del generador Rg.

En multiseme, para ello es necesario utilizar el posprocesamiento de los resultados del modelado de ruido. El postprocesador agrega procesamiento de los resultados del modelado de ruido de acuerdo con la fórmula (db ((inoise_spectrum) /4/1.38e-23/300/50) / 2)

La región de baja frecuencia es muy similar al ruido de parpadeo de un transistor.

Para obtener un gráfico con figura de ruido, primero debe ejecutar: Simulación - Tipo de análisis - Ruidos.

Modelado - Postprocesador - Ficha (Plotter) - Botón (Calcular).

El resultado de la simulación se muestra en la Figura 3.13.

Figura 3.14 - Resultado del cálculo del ruido interno del receptor

Utilizando el paquete MultiSim, estimamos la figura de ruido de la etapa de entrada de la RPRU, proporcionada por los TOR para el proyecto del curso. Evaluemos la sensibilidad del dispositivo.

Solución: démosle una definición de sensibilidad, esta es la capacidad de un receptor de radio para recibir señales de radio de intensidad débil y un criterio cuantitativo de esta capacidad.

Fórmula para evaluar la sensibilidad,

donde es la constante de Boltzmann, es la temperatura absoluta (K), es el ancho de banda de ruido del receptor, dB es la figura de ruido de la RPRU, dB, es la temperatura de ruido relativa de la antena a la frecuencia de la señal.

Determinemos la temperatura relativa de ruido de la antena a una frecuencia de f = 17.6375MHz usando la fórmula:

donde los valores están en MHz.

Sustituyendo los valores numéricos, obtenemos:

Ahora podemos determinar la sensibilidad del receptor:

Concluyamos que la figura de ruido del receptor, según los resultados del cálculo, resultó ser mayor que los valores del ruido externo. Esto se debe a que el factor de ruido del receptor depende de la frecuencia. La sensibilidad depende en gran medida del ruido interno del receptor.

Sensibilidad es una medida de la capacidad de un receptor de radio para recibir señales de radio débiles. Se estima cuantitativamente por el valor mínimo de la EMF de la señal en la entrada del dispositivo receptor de radio, en el que la relación señal-ruido requerida en la salida tiene lugar en ausencia de interferencia externa.

Sensibilidad de radio capacidad radio receptor recibir señales de radio de intensidad débil y un criterio cuantitativo de esta capacidad. Este último en muchos casos se define como el nivel mínimo de la señal de radio en la antena receptora (fem inducida por la señal en la antena y generalmente se expresa en mv o microvoltaje, o la intensidad de campo cerca de la antena, expresada en mv / m), en el que figura en la señal de radio información útil aún se puede reproducir con la calidad requerida (con suficiente volumen de sonido, contraste de imagen, etc.). En los receptores de radio más simples, la sensibilidad depende principalmente del grado de amplificación de las señales en ellos: con un aumento en la ganancia, la reproducción normal de la información se logra con una señal de radio más débil (se considera más alta en este caso). Sin embargo, en receptores de radio complejos (por ejemplo, dispositivos de comunicación), esta forma de aumentar Sensibilidad de radio pierde su significado, ya que la intensidad de las señales de radio útiles en ellos puede resultar comparable a la intensidad de las señales externas que actúan sobre la antena simultáneamente con estas señales interferencia de radio distorsionando la información recibida. Limitante Sensibilidad de radio en este caso se denomina sensibilidad limitada a interferencias; es un parámetro no solo del receptor, sino que también depende de factores externos. En las condiciones más favorables (principalmente al recibir en VHF y longitudes de onda más cortas y especialmente en comunicaciones de radio espaciales), la interferencia externa es débil y el principal factor limitante Sensibilidad de radio, se convierte en el ruido de fluctuación interno del receptor de radio (ver. Fluctuaciones eléctricas ). Estos últimos, en condiciones normales de funcionamiento del receptor de radio, tienen un nivel constante, por lo tanto Sensibilidad de radio limitado por el ruido interno es un parámetro definido; por medida Sensibilidad de radio En este caso, el nivel de ruido interno a menudo se toma directamente, caracterizado por la figura de ruido o temperatura de ruido (ver también Señal de umbral La sensibilidad del receptor es una de sus principales características, que determina la posibilidad de recepción de transmisiones de largo alcance. Cuanto menor sea la sensibilidad, más "largo alcance" será el receptor. Por tanto, en relación a la sensibilidad, suelen utilizar las expresiones mejor-peor en lugar de más-menos, es decir, la mejor sensibilidad es la que se expresa por su valor más bajo. Hay varias definiciones de sensibilidad, y para evitar confusiones, siempre es necesario saber qué sensibilidad está en cuestión. Se han adoptado las siguientes definiciones: sensibilidad de ganancia limitada; sensibilidad limitada por la sincronización; Sensibilidad limitada por el ruido.

Sensibilidad El receptor de radio es un parámetro que le permite evaluar la capacidad del receptor para recibir señales débiles de las estaciones de radio. Distinguir entre la sensibilidad máxima y real del receptor.

Sensibilidad real define el nivel mínimo de la señal de entrada en el que se proporciona la potencia de salida estándar (de prueba) en una relación determinada entre el voltaje de la señal de entrada y el voltaje de ruido. Para los receptores domésticos, la potencia de salida de prueba se considera de 50 o 5 mW, según la clase del receptor. La relación señal / ruido especificada cuando se mide la sensibilidad real del receptor en los rangos LW, SV, KB no es inferior a 20 dB, en VHF, no inferior a 26 dB.

La sensibilidad al voltaje del receptor (para antenas exteriores) se mide en microvoltios. Cuanto menor sea el voltaje, mayor será la sensibilidad del receptor. Cuando se trabaja con una antena interna (incorporada), la sensibilidad se expresa mediante la fuerza mínima campo eléctrico y se mide en microvoltios o milivoltios por metro (μV / mo mV / m).

Máxima sensibilidad es ganancia de sensibilidad limitada. Define el nivel mínimo de señal en el que se proporciona la potencia de salida estándar (prueba) cuando todos los controles del receptor se establecen en las posiciones de ganancia máxima. La sensibilidad de un receptor de radio depende de muchos factores: las propiedades amplificadoras de todas las etapas de la ruta del receptor, el nivel de su propio ruido, el ancho de banda, etc.

Los receptores modernos tienen una sensibilidad muy alta. Por ejemplo, los receptores de gama alta en el rango VHF tienen una sensibilidad de 1 ... 2 μV, y en el rango KB - 5 ... 10 μV.

La sensibilidad a la radio generalmente se expresa en milivoltios por metro (mV / m) o microvoltios (μV). La mayor sensibilidad la poseen los receptores de radio superheterodinos (superheterodinos), en los que, utilizando dispositivos especiales, un heterodino y un mezclador, antes de la detección, la frecuencia de la señal de radio se convierte (reduce) sin cambiar la ley de modulación. La llamada señal obtenida como resultado de la transformación. la frecuencia intermedia se amplifica adicionalmente por ella, después de lo cual es detectada y amplificada nuevamente (por la frecuencia de audio).

La propiedad de un dispositivo receptor de radio, que permite distinguir una señal de radio útil de una interferencia de radio de acuerdo con ciertas características inherentes a una señal de radio, se llama selectividad... De lo contrario, es la capacidad de un dispositivo receptor de radio para separar la señal de radio deseada del espectro de ondas electromagnéticas en el sitio de recepción, reduciendo las señales de radio interferentes.

Distinguir entre selectividad espacial y de frecuencia. Selectividad espacial se logra mediante el uso de una antena que asegura la recepción de las señales de radio deseadas de una dirección y el debilitamiento de las señales de radio de otras direcciones de fuentes extrañas. Selectividad de frecuencia caracteriza cuantitativamente la capacidad de un dispositivo receptor de radio para seleccionar entre todas las señales de radiofrecuencia y las interferencias de radio que actúan en su entrada, una señal correspondiente a la frecuencia del receptor de radio.

La selectividad es un parámetro que caracteriza la capacidad de un receptor de radio para recibir y amplificar una señal de una frecuencia operativa en el contexto de señales "interferentes" de otros transmisores que operan en canales adyacentes (frecuencias). Este parámetro a menudo se confunde o se confunde con el concepto de "inmunidad al ruido". La inmunidad a interferencias es un concepto más amplio que la selectividad. Después de todo, la interferencia puede considerarse tanto la señal de otro transmisor, que irradia constantemente a la frecuencia adyacente, como un rayo de corta duración, en el que se emite un espectro de frecuencias muy amplio. Pero si una señal de banda relativamente estrecha de un transmisor vecino puede ser neutralizada por soluciones de circuitos (selección de frecuencia o filtrado), entonces es prácticamente imposible filtrar una señal de interferencia a corto plazo de banda ancha, y uno tiene que lidiar con la interferencia en otras formas, en particular, utilizando métodos especiales de codificación y posterior procesamiento del componente de información de la señal. Es sobre este principio que se construyen los dispositivos PCM.

El término "selectividad" en la característica de un dispositivo receptor de radio usualmente se complementa con las palabras "en un canal adyacente" y lo caracteriza usando conceptos físicos y cantidades específicas. Normalmente suena así: "la selectividad del receptor en el canal adyacente es de -20 dB a +/- 10 kHz de desafinación". El significado físico de esta extraña frase es el siguiente: si la frecuencia de la señal "interferente" difiere de la frecuencia "operativa" en 10 kHz (mayor o menor), entonces con niveles iguales de las señales "útiles" e "interferentes" en la entrada del receptor, el nivel de la señal "interferente" en la salida del receptor será 20 dB (10 veces) menor que el nivel de la señal "útil". Y si este parámetro es igual a -40 dB, la señal "interferente" se debilitará en un factor de 100, y así sucesivamente. A veces, este parámetro de varios pisos se reemplaza por uno de los componentes: el ancho de banda. El ancho de banda en el ejemplo anterior es de 20 kHz, o +/- 10 kHz en relación con la frecuencia central (que hemos determinado por el número de canal). Explicaremos esto con más detalle con la ayuda de un diagrama espectral. Pero la "inmunidad al ruido" del receptor PPM, desafortunadamente, no puede caracterizarse sin ambigüedades.

En el rango de VHF, la selectividad del canal adyacente se mide en dos valores de la desafinación de la señal interferente: 120 y 180 kHz. Esto se debe a que para un sistema de radiodifusión VHF, el canal adyacente (interferente) más cercano está a 120 kHz de la señal deseada cuando ambas señales tienen la misma modulación en modo común y el canal adyacente más cercano con una modulación diferente está separado de la señal útil de frecuencia. a 180 kHz.

Selectividad de canal adyacente está determinada principalmente por la ruta de frecuencia intermedia y varía ligeramente dentro del rango.

Selectividad de espejo determina la atenuación de una señal interferente por un receptor de radio, que se encuentra a una distancia del doble de la frecuencia intermedia de la recibida. Las propiedades selectivas (selectivas) del receptor de radio en el canal de espejo están determinadas por las propiedades resonantes de los circuitos selectivos hasta el convertidor de frecuencia (circuitos de entrada, UHF).

Selectividad en la frecuencia intermedia determina la atenuación por parte del receptor de una señal interferente, cuya frecuencia es igual a la frecuencia intermedia del receptor. Está prohibido el funcionamiento de estaciones de radio en estas frecuencias. Sin embargo, en algunos casos, los armónicos de las estaciones de radio pueden coincidir con la frecuencia intermedia del receptor. Sin embargo, pueden tener una fuerte interferencia con la recepción de otras estaciones de radio.

La atenuación de la interferencia con una frecuencia igual a la intermedia la realizan los circuitos resonantes de los circuitos de entrada y el amplificador de alta frecuencia. Para atenuar aún más esta interferencia en la entrada del receptor, se incluye un filtro especial, que está sintonizado a la frecuencia intermedia y de ese modo atenúa la penetración de interferencias en los circuitos de entrada del receptor.

La sensibilidad del receptor está determinada por su ganancia K US. El receptor debe proporcionar amplificación incluso de las señales de entrada más débiles al nivel de salida necesario para el funcionamiento normal del dispositivo; sin embargo, la interferencia y el ruido actúan en la entrada del receptor, que también se amplifican en el receptor y pueden degradar la calidad de su funcionamiento. Además, aparece ruido interno amplificado en la salida del receptor. Cuanto menor sea el ruido interno, mejor será la calidad del receptor, mayor será la sensibilidad del receptor.

La sensibilidad real del receptor es igual a la fem. (o potencia nominal) de la señal en la antena, a la cual el voltaje (potencia) de la señal en la salida del receptor excede el voltaje (potencia) de la interferencia en un número determinado de veces. La sensibilidad límite del receptor es igual a la fem. o potencia nominal R AP señal en la antena, en la cual en la salida de su parte lineal (es decir, en la entrada del detector), la potencia de la señal es igual a la potencia del ruido interno.

dónde k= 1,38 ∙ 10 –23 J / deg - constante de Boltzmann;

N w- ancho de banda de ruido de la parte lineal del receptor, Hz;

R AP- potencia de señal, W.

De (3.19) se puede ver que la potencia de la señal correspondiente a su sensibilidad límite y referida a la unidad de la banda de frecuencia se puede expresar en unidades kT 0:

, (3.19)

dónde (3.21)

Una antena real se ve afectada por el ruido externo, cuya potencia nominal es

dónde T A- temperatura de ruido de la antena. Por tanto, la sensibilidad real del receptor es:

Limitar la sensibilidad en

Figura 3.13 - Gráfico de la dependencia de la temperatura relativa del ruido de la antena con la frecuencia

Usando el paquete MultiSim para calcular el ruido del circuito: factor de ruido versus frecuencia según la fórmula (inoise ^ 2 / (4 * k * T * Rg)). Donde el ruido de salida (onoise), recalculado a la entrada (inoise = onoise / K (f), donde K (f) es el coeficiente de transmisión de la red de cuatro puertos) se divide además por la densidad espectral de potencia del ruido de entrada , que se puede calcular en base a la impedancia de salida del generador Rg.

La región de baja frecuencia es muy similar al ruido de parpadeo de un transistor.

Para obtener un gráfico con figura de ruido, primero debe ejecutar: Simulación - Tipo de análisis - Ruidos.

Modelado - Postprocesador - Ficha (Plotter) - Botón (Calcular).

El resultado de la simulación se muestra en la Figura 3.13.

Figura 3.14 - El resultado de calcular el ruido interno del receptor

Utilizando el paquete MultiSim, estimamos la figura de ruido de la etapa de entrada de la RPRU, proporcionada por los TOR para el proyecto del curso. Evaluemos la sensibilidad del dispositivo.

Solución: démosle una definición de sensibilidad, esta es la capacidad de un receptor de radio para recibir señales de radio de intensidad débil y un criterio cuantitativo de esta capacidad.

Fórmula para evaluar la sensibilidad,

Determinemos la temperatura relativa de ruido de la antena a una frecuencia de f = 17,6375 MHz usando la fórmula:

(3.23)

donde los valores están en MHz.

Sustituyendo los valores numéricos, obtenemos:

Ahora podemos determinar la sensibilidad del receptor:

Sistema AGC

Dependiendo del propósito y grado de versatilidad, el receptor de radio tiene varios controles: para sintonizar la frecuencia de la señal de radio deseada, para hacer coincidir el nivel de la señal de salida y otros parámetros con los requisitos del consumidor de la información recibida. La gestión puede ser manual o automática. El control automático se realiza de acuerdo con los comandos ingresados en el software dispositivo de control; En este caso, las funciones humanas se excluyen o se reducen a encender el dispositivo de control, por ejemplo, presionar una tecla, etc.

Los ajustes automáticos son necesarios para asegurar la recepción bajo condiciones rápidamente cambiantes donde el operador no puede operar con suficiente velocidad y precisión usando los controles manuales. Además, la automatización permite simplificar las funciones del operador o eliminar por completo la necesidad de reparar el equipo receptor.

Las funciones de ajuste se vuelven más complejas cuando es necesario recibir señales complejas en diferentes condiciones de propagación y en entornos de ruido difíciles. Adaptar el receptor a tales situaciones para la reproducción más precisa de la información transmitida es una tarea difícil; el operador lo resuelve mediante sucesivos ensayos, que requieren mucho tiempo y suponen la pérdida de cierta información. Los controladores electrónicos automáticos basados en el uso de microprocesadores de alta velocidad resuelven este problema.

La principal tendencia en el desarrollo de todo tipo de tecnología, incluidas las comunicaciones por radio y la radiodifusión, es la creación de sistemas totalmente controlados y controlados a distancia. sistemas automatizados... En este caso, todos los ajustes necesarios para mantener el equipo en conformidad con las especificaciones deben realizarse automáticamente.

Los ajustes automáticos del receptor más comunes incluyen el control automático de ganancia (AGC) y el control automático de frecuencia (AFC).

El control automático de ganancia asegura que el nivel de señal en la salida del amplificador de frecuencia intermedia se mantenga lo suficientemente alto y estable como para reproducir mensajes de estaciones de radio de varias potencias ubicadas en diferentes distancias y en las condiciones cambiantes de la propagación radioeléctrica. Debido a su simplicidad, AGC se utiliza en casi todas las radios.

Los circuitos AGC pueden incluir los siguientes elementos receptores:

- amplificadores de radiofrecuencia y frecuencia intermedia, adaptados para

ajuste de ganancia cambiando el voltaje de regulación;

- detectores para la obtención de tensiones de control mediante rectificación de señales;

- amplificadores adicionales para aumentar el voltaje de control, si es necesario, para aumentar la eficiencia del AGC;

- circuitos que proporcionan un voltaje umbral para obtener una regulación retardada;

- filtros de paso bajo para la supresión de productos de modulación de señal en circuitos de regulación de tensión.

Los esquemas típicos de AGC simplificados se muestran en la Figura 3.15. En la variante de la figura - 3.15, a el voltaje de regulación se forma rectificando el voltaje de la señal amplificada de la salida del amplificador. El voltaje del detector D se alimenta a través de un amplificador Y adicional y un filtro de paso bajo Ф en la dirección opuesta a la dirección de paso de la señal en el amplificador ajustable. En el lado de salida, actúa sobre las etapas anteriores del amplificador, por lo que dicho ajuste se llama marcha atrás AGC. El amplificador Y también se puede encender antes que el detector D. Si el voltaje en la salida del amplificador regulado es lo suficientemente alto, este amplificador no se usa.

En el circuito AGC inverso, la ganancia se regula cambiando el voltaje de control U reg, que, a su vez, cambia como resultado de cambios en el voltaje de la señal en la salida del amplificador ajustable. Por lo tanto, en el circuito AGC inverso, es inevitable y necesario algún cambio en el voltaje de salida. A la elección correcta de los parámetros del circuito, este cambio no va más allá de los límites permitidos.

En el diagrama de la figura - 3.15, B la tensión de control se genera amplificando y rectificando la tensión de entrada y actúa en la misma dirección "directa" que la señal recibida en el amplificador variable. En consecuencia, tal cadena se llama derecho AGC. A diferencia del AGC inverso, aquí el voltaje de control no depende del voltaje en la salida del amplificador, es decir, Existe la posibilidad teórica de una completa constancia de la tensión de salida. En la práctica, esta posibilidad no se puede realizar. Como se descubrió, la condición para la constancia del voltaje de salida consiste en una ley de cambio estrictamente definida en la ganancia cuando cambia el voltaje en la entrada. En condiciones reales, la ganancia está controlada por circuitos cuyas propiedades dependen de la tensión de control. Esta dependencia es proporcionada por elementos no lineales, pero sus características están determinadas por las características específicas de los complejos procesos físicos que ocurren en ellos y la forma de estas características puede controlarse solo en un grado muy débil.

Figura 3.15 - Diagrama de bloques de la construcción de un AGC "inverso" y características de amplitud de un amplificador sin AGC, con un AGC simple y con un AGC con retardo

Para calcular la acción de AGC y RRU, usaremos el paquete MultiSim.

Figura 3.16 - Diagrama RRU

Figura 3.17 - Diagrama AGC

Los resultados de la simulación se dan en forma de Figuras 3.18, 3.19 y 3.20

Figura 3.18 - Oscilograma de control automático de ganancia

Anotemos los niveles de señal del oscilograma: en la entrada AGC

U en = 988,077∙10 -6 B, a la salida del AGC U fuera = 1.180V.

Utilizándolos, determinamos la acción del control automático de ganancia cuando cambia el nivel de la señal en la salida:

El valor resultante corresponde a GOST 5651-89: la acción del AGC cuando el nivel de la señal en la salida no cambia más de 10 dB.

Figura 3.19 - Oscilograma de control automático de ganancia

Anotemos los niveles de cambios en la señal de entrada del oscilograma: U en 1 = 988,077∙10 -6 V, U en 2 = 9,999 ∙ 10-3 V.

Utilizándolos, determinamos la acción del control automático de ganancia cuando cambia el nivel de la señal en la entrada:

El valor resultante corresponde a GOST 5651-89: Acción AGC cuando el nivel de la señal en la salida cambia 46 dB.

Figura 3.20 - Oscilograma del control de ganancia manual

Anotemos los niveles de señal del oscilograma: en la entrada

U en = 993.961 ∙ 10-6 V, en la salida U fuera = 4.429 ∙ 10-3 V.

Los usamos para calcular la profundidad del control de ganancia manual en decibelios:

El valor resultante corresponde a la profundidad de la aparamenta según los términos de referencia.

Unidad ADC

El amplificador de la segunda frecuencia intermedia, que suprime las frecuencias del canal adyacente, así como los bloques posteriores del receptor de procesamiento de señales se basan en dispositivos digitales Oh.

Las ventajas de este procesamiento de señales combinado son muchas. Tales ventajas incluyen la selección de una señal útil. Dado que el canal adyacente está muy cerca del canal principal, la selectividad debe ser precisa. Al construir receptores de radio analógicos, es extremadamente importante lograr el resultado deseado y, en algunos casos, incluso es imposible.

El uso de dispositivos digitales resuelve este problema con facilidad.

Transformación señal continua en formato digital, solo es posible con el uso de un convertidor de analógico a digital (ADC).

Los requisitos para estos dispositivos son tan grandes como para otros dispositivos. Un gran requisito también conduce a la capacidad de bits del ADC. Cuanto mayor sea la profundidad de bits del ADC, mayor será la calidad de recepción, pero para el procesamiento de la señal es necesario potente procesador, lo que a su vez conduce a un aumento del consumo energético. Por lo tanto, para lograr el resultado deseado, se utiliza un cierto compromiso entre la capacidad del ADC y el procesador.

Pero para el funcionamiento del ADC, es necesario un cierto valor de voltaje, que es el umbral. Este valor El voltaje se describe en el requisito de ADC como dígito menos significativo(LSB) (bit menos significativo (LSB)) que cada ADC tiene el suyo.

Como regla general, los ADC de 8-14 (o incluso más) bits se utilizan en los receptores de radio modernos. Cuando se diseña un receptor de infrarrojos de alta precisión con tecnología de radio definida por software, generalmente se utilizan ADC de alto bit. Uno de los convertidores de analógico a digital más populares es el AD9644, fabricado por Analog Devices. El ancho de bits de este ADC es 14 y el valor LSM es 1.8 V.

El proceso de conversión de señal se lleva a cabo en dos etapas. La primera etapa es el muestreo de tiempo de la señal continua. u (t)... Como resultado, obtenemos una secuencia de lecturas de pulsos seguida de un paso Δ t.

La segunda es la etapa de digitalización de cada muestra. El rango de posibles valores de voltaje ( u mínimo, u máximo)dividido por METRO longitud de los intervalos

Δ u =(u max - u min)/METRO(2.24)

cada. La cantidad Δ tu se llama cuantificación paso a nivel . Además, los intervalos están numerados METRO- en dígitos numéricos de abajo hacia arriba, comenzando con el dígito 0.

Determinemos la frecuencia de muestreo de acuerdo con el teorema de Kotelnikov:

F k = 2∙F en, (2.25)

F k = 2∙17,725∙10 6 = 35,45∙10 6 cuentas / s.

Ahora encontramos la cuantificación paso a nivel usando los valores U max = 4.249 ∙ 10-3 V, U min = -4.249 ∙ 10-3 V.

u máx - u mín = (4.249 ∙ 10-3 + 4.249 ∙ 10-3 V) = 8.5 ∙ 10-3 V,

Elegimos el valor M igual a 16384, ya que 2 14 = 16384:

Δu = 8,5 ∙ 10-3 / 16384 = 5,19 ∙ 10-7.

De acuerdo con la especificación técnica de este convertidor de analógico a digital, determinamos el valor del bit menos significativo. El LSM para este ADC es 1.8 V. Es decir, para el funcionamiento normal tanto del ADC como de todo el sistema en su conjunto, es necesario aumentar el voltaje en la entrada de la antena al menos hasta el nivel del LSM.

Presupuesto de ganancia de ADC: el voltaje de resolución mínimo en la entrada de ADC, que se amplifica en el preselector y el amplificador de FI. El valor de voltaje en la entrada del preselector es 1 mV. Calculemos el presupuesto de ganancia de ADC:

K = 1.8 / 1 ∙ 10-3 = 1330 veces = 31.55 dB.

Conclusión

En este trabajo se realizó un cálculo que permitió seleccionar y justificar el diseño diagrama de bloques Dispositivo receptor de radio según los datos iniciales del encargo técnico. El cálculo de la eléctrica diagrama esquemático UHP del dispositivo receptor y del propio receptor.

Este receptor superheterodino de señales moduladas en amplitud en los resultados de la simulación cumple con los requisitos especificados en los términos de referencia del proyecto del curso.

Bibliografía

1. Diseño de receptores de radio. Editado por A.P. Sivers. Libro de texto para universidades. - M., Sov. Radio, 1976 - 488 p.

2. Bakeev D.A., Durov A.A., Ilyushko S.G., Markov V.A., Parfyonkin A.I. Recepción y procesamiento de información. Curso de diseño de dispositivos para recibir y procesar información: Libro de texto. - Petropavlovsk-Kamchatsky: KamchatGTU, 2007 .-- 151 p.

3. Rumyantsev K.E. Recepción y procesamiento de señales: Libro de texto para estudiantes. más alto. Instituciones educativas / - M.: Centro editorial "Academy", 2004. - 528s.

4. Podlesny S. A. - electrónico tutorial/ Dispositivos para recibir y procesar señales - Krasnoyarsk: IPK SFU, 2008

5. GOST 5651-89 Equipo receptor de radio doméstico

Alguna dispositivo electronico, y más aún tan complejo como un receptor de radio estéreo, para que un fabricante tenga el derecho legal de venderlo, debe cumplir una larga lista de requisitos especiales. Sin embargo, solo un subconjunto de los parámetros enumerados en la hoja de especificaciones generalmente está disponible para el comprador. Entre ellos se encuentran siempre y en primer lugar: la sensibilidad, luego la selectividad, la relación señal / ruido, la distorsión no lineal y varios otros. Por estas razones, una persona que compra un receptor AV multicanal, un sintonizador clásico o una radio de automóvil, para no lamentar la calidad de la recepción más tarde, debe abordar la evaluación de su futura adquisición completamente armada.

Sensibilidad

Dependencias de la señal de salida, el ruido y la separación estéreo en el nivel de la señal de entrada

La sensibilidad caracteriza la capacidad de un receptor de radio para recibir una señal de radio débil. Esta es la señal de entrada mínima que producirá el nivel de salida deseado en condiciones específicas, generalmente la relación señal / ruido. Al mirar la tabla de parámetros en las instrucciones, llama la atención que los fabricantes brinden datos sobre la sensibilidad con el mayor detalle: se pueden dar hasta cinco de sus valores con comentarios que determinan las condiciones de medición. Aquí tanto la sensibilidad máxima como la sensibilidad en los modos prima "estéreo" y "mono". Cual es el mas importante? ¿Qué buscar primero? La consecución de qué valor puede servir de garantía Alta calidad¿recepción? ¿O tal vez todo es del maligno?
Por lo general, el valor de sensibilidad está necesariamente presente, que, por analogía con GOST, se puede llamar el máximo, denotado como sensibilidad utilizable (algunas compañías en las versiones en ruso de las instrucciones lo llaman sensibilidad real) e indica que el valor se obtuvo cuando se midió de acuerdo con el estándar IHF. Esta norma americana especifica los parámetros y condiciones para medir los receptores de señales de FM, y es de acuerdo con sus requisitos que se dan los valores de sensibilidad, expresados en dBf. Ya hemos escrito que dBf, o en la ortografía rusa dBf, es un valor relativo que determina la sensibilidad en decibelios en relación con el voltaje correspondiente a un femto-vatio a una carga de 75 ohmios. En realidad, el femtovatio en sí: la potencia es insignificante, 10-15 menos que un vatio, es decir, 1 dividido por 1,000,000,000,000,000 (millones de billones). Para mayor claridad de explicación, presentamos un nomograma que le permite comparar fácilmente los valores de sensibilidad en μV y dBf.
Para comprender por qué difieren los valores de sensibilidad, pasemos a la segunda figura, que muestra la dependencia de la señal de salida, el ruido y la sección transversal del nivel de la señal de entrada. Por supuesto, estos son gráficos de un receptor real y gráficos similares para otros modelos pueden diferir en valores numéricos, pero la naturaleza de las dependencias siempre se conserva.
Algunos fabricantes simplemente establecen las condiciones de medición con precisión (por ejemplo, 3% de distorsión y 26dB SNR) que con mayor frecuencia cumplen con los requisitos de esta norma de EE. UU. Esta sensibilidad caracteriza la capacidad del receptor para recibir una señal débil, que de ninguna manera puede considerarse como una fuente musical, sino solo para recibir mensajes de voz. Además, y esto casi nunca se especifica en características técnicas esa es la sensibilidad al recibir una señal mono. En nuestro gráfico, esta sensibilidad corresponde al valor A. En realidad, puede escuchar música solo con una relación señal / ruido significativamente más alta, y esta sensibilidad también se da (aunque no todos los fabricantes, sugerimos que el lector atento decida por qué), indicando por separado sus valores para señal mono y estéreo. En las instrucciones en inglés, lo llaman calmar la sensibilidad o simplemente la sensibilidad. A veces, las mediciones se realizan con una relación señal / ruido de 46 dB, a veces - 50 dB. En el gráfico, sus valores para una relación señal / ruido de 50 dB están marcados para señales mono (B) y estéreo (C). Tenga en cuenta que cuando se alcanza la relación señal-ruido requerida (50 dB) en el caso C, todavía no hay prácticamente separación estéreo. En realidad, un dispositivo receptor con características similares comenzará a recibir bien una señal estéreo a un nivel de entrada de más de 45 dBf. La recepción de señales estéreo de alta calidad es siempre de gran interés. V mejores modelos La sensibilidad de los sintonizadores (estéreo, relación señal-ruido 50 dB) no excede los 17 µV (36,1 dBf), y en los modelos de masa para un receptor de alta calidad, esta sensibilidad no debe exceder los 28-30 µV. Algunos fabricantes que se dirigen al mercado europeo de habla alemana citan la sensibilidad medida según el estándar alemán (DIN) y, debido a algunas diferencias en las condiciones de medición, sus valores en este caso son 10–15 µV más altos.

Relación señal / ruido

Como ya quedó claro a partir del análisis de la sensibilidad, la relación señal / ruido en la salida del receptor de radio depende del nivel de la señal recibida. A niveles bajos, el ruido generalmente puede suprimir la señal, es decir, hacerse más grande que él. Ésta es una de las características de la recepción de señales de FM. Por lo tanto, las descripciones dan la relación señal / ruido para una señal suficientemente fuerte (generalmente alrededor de 65 dBf), cuando ya ha alcanzado su valor máximo. Para una señal mono es de unos 70 dB, para un estéreo suele ser 5 dB menos. Los mejores modelos pueden alcanzar un valor de esta relación 3-5 dB más alto.

Selectividad

Al recibir radio, es necesario seleccionar solo la señal requerida y suprimir todas las que interfieren. Las señales de las estaciones de radio vecinas pueden ser perjudiciales. El amplificador de frecuencia intermedia (IF) es responsable de recibir la señal requerida y suprimir a los extraños en el receptor, y en modelos modernos el filtro de cerámica IF es específicamente responsable de esta selección. Ningún filtro de este tipo es ideal, es decir, uno que transmita todas las señales en la banda de paso absolutamente sin distorsión y suprima por completo la interferencia fuera de ella. Siempre hay un cierto rango de frecuencia en el borde (cuando es más, cuando es menos), en el que los componentes del espectro de la señal recibida ya están atenuados, pero la interferencia no se suprime lo suficiente. En teoría, el espectro de la señal de FM es muy amplio y el valor generalmente aceptado de un ancho de banda de filtro de FI de aproximadamente 400 kHz es una compensación entre la calidad de la señal recibida (ver más abajo sobre distorsión armónica) y el número de señales de radio. estaciones que pueden caber en la sección de transmisión del rango sin interferir entre sí. La selectividad, cuyo significado se da en la descripción, indica cuánto se atenúa la señal no deseada en relación con la recibida. Un buen valor es más de 50 dB cuando la frecuencia de la señal interferente es 300 kHz menor y mayor que la frecuencia de la señal deseada. A veces, para aumentar el efecto, los fabricantes dan el valor de la selectividad al desafinar a 400 kHz, y luego el valor es de 10 decibelios más.

Distorsión no lineal

El nivel de distorsión armónica en un receptor de FM depende no solo del circuito de las etapas de salida de baja frecuencia, sino también en gran medida del ancho de banda en la frecuencia intermedia. En receptores serios, puede ser variable (la mayoría de las veces conmutada) para proporcionar un compromiso en el caso de recepción de señal débil, entre distorsión y nivel de ruido aceptable. Se cree que para lograr un bajo nivel de distorsión, la sección lineal de la característica del detector de frecuencia, que convierte la señal de FM en sonido, debe ser de al menos 1 MHz. Si ahora comparamos esto con el ancho de banda de FI, quedará claro por qué el nivel de THD para dispositivos que son bastante decentes en otros parámetros puede alcanzar el 0,8% (en modo de recepción estéreo). En los mejores receptores, el valor THD no supera el 0,1% para una señal mono y el 0,15 para una señal estéreo.

Separación de canales

En las páginas de la revista ya hemos hablado de algunos de los parámetros que determinan la calidad de recepción de las transmisiones estéreo, pero lo más importante para la correcta reproducción de un panorama estéreo es lograr la necesaria separación de canales. Nuestro gráfico muestra que la separación, como otros parámetros, depende del nivel de la señal recibida. Además, también depende de la simetría de la ruta de frecuencia de FI. El valor de 40 dB es prácticamente el límite y, según las ideas de los años 50, cuando se desarrollaron los sistemas de radiodifusión estéreo, es bastante suficiente. Tenga en cuenta que incluso la medición de moduladores estéreo no proporciona más separación. A veces, para asegurar el funcionamiento de un decodificador estéreo con una relación señal / ruido baja, se utilizan circuitos especiales, tanto automáticos como manualmente, para reducir artificialmente la separación en altas frecuencias. Dichos dispositivos se denominan MEZCLA ALTA. Esto le permite reducir el ruido a un nivel aceptable y perder relativamente poco en un panorama estéreo.

Otros parámetros

A menudo en descripción técnica dar el valor del desnivel respuesta frecuente señal de salida en el rango de 30 Hz - 15 kHz y supresión de FI. Para los receptores modernos, la planitud de ± 1 dB se puede considerar buena, aunque hay modelos con un corte de hasta 3 dB en los bordes del rango. La cancelación de la interferencia es interesante porque la posible interferencia en esta frecuencia afecta más fuertemente la calidad de la recepción. Un ejemplo. Hace unos veinte años, de vuelta en la Unión Soviética, apareció a la venta un receptor de una conocida empresa japonesa, fabricado según un esquema con dos frecuencias intermedias. Este esquema proporciona una mejor selectividad para canales de recepción alternativos. Sin embargo, debido al hecho de que la primera frecuencia intermedia (alta) correspondía exactamente a la frecuencia en la que la estación de radio Mayak estaba transmitiendo en el rango de VHF en Moscú, solo la recibió aquí ...

La parte de recepción de radio en los equipos modernos es aparentemente simple hasta el límite: una unidad de alta frecuencia y un par de microcircuitos.

Todo lo anterior se aplica a la recepción en la banda FM (o VHF). Para las bandas AM (ondas medias y largas), la radiodifusión en la que puede considerarse solo informativa, generalmente no se dan más de dos o tres parámetros: sensibilidad, selectividad y relación señal / ruido. Si la sensibilidad se mide en los terminales de entrada de la antena, su valor se da en μV. Sin embargo, con mayor frecuencia, dado que casi todos los receptores y sintonizadores estacionarios modernos están equipados con una antena de bucle, los valores en μV / m (microvoltios por metro) se indican específicamente para ello. Los valores típicos son 300 - 400 µV / my para la entrada de antena eléctrica 30–40 µV. La selectividad en el canal adyacente (con la transmisión de AM, esto es una desafinación de solo 9 kHz) rara vez excede los 30 dB, y los receptores de masa tienen valores de 3-5 dB menos. Al mismo tiempo, la relación señal / ruido alcanza un valor bastante aceptable de 50 dB con un nivel de señal de solo 100 μV / m.
Desafortunadamente, tenemos que admitir que los receptores analógicos se desvanecen cada vez más en un segundo plano y, por lo tanto, se simplifican significativamente. Por lo general, esta es una placa separada como parte del receptor (ver foto), que contiene una unidad de entrada de RF y un par de microcircuitos universales(ver foto). Por supuesto, dicho conjunto también proporciona todo el procesamiento (amplificación, detección y decodificación) Señal analoga pero la calidad, como podemos ver, sufre. Nuestras observaciones muestran que con cada nueva generación de receptores AV, los fabricantes gastan cada vez menos dinero en sus receptores. A menudo, los nuevos receptores tienen parámetros un poco peores y menos funciones. Por otro lado, los dispositivos para recibir radio digital todavía se producen en forma de bloques separados, y para sus salidas digitales en últimos modelos muchos receptores AV ya tienen una entrada adicional (óptica o coaxial) etiquetada como DAB.