Конспект содержит материалы, излагаемые в лекционном курсе, с необходимыми рисунками и схемами

Приемники
Предназначены для приема сигнала из линии связи и выделения из него полезной составляющей.
Основные характеристики радиоприемников:
– диапазон частот;
– чувствительность – минимальный уровень сигнала в антенне, который может быть обработан приемным трактом. Измеряется в мкВ. Чувствительность приемника для телеметрии должна быть не хуже 20 мкВ. Для сравнения: чувствительность приемника армейской переносной радиостанции Р-126 не более 2 мкВ, чувствительность бытового радиоприемника «Океан» около 40 мкВ. Во многих случаях чувствительность измеряют в относительных единицах: дБм (dBm) или дБмкВ (dBμ) как 20lg(U/U₀), где за нулевой уровень принят уровень сигнала 0,22 В (dBm) или 1 мкВ (dBμ).
– избирательность – способность приемника выделять нужный сигнал на фоне посторонних сигналов в той же частотной области. Измеряется в дБ как относительный уровень основного сигнала и смещенного относительно него на ±250 кГц (в случае ЧМ). Избирательность приемника для телеметрии должна быть не менее 20…60 дБ (в зависимости от назначения). Для сравнения: избирательность приемника армейской переносной радиостанции Р-126 не менее 120 дБ, чувствительность бытового радиоприемника «Океан» около 40 дБ.
В основном приемники строятся по двум схемам.
1) приемник прямого усиления (рис. 92).

Рис. 92. Структура приемника прямого усиления

Основные элементы приемника:

УВЧ – усилитель высокой частоты для усиления сигнала, наводимого в антенне А;
Д – детектор для выделения из модулированного сигнала полезной составляющей;
УНЧ – усилитель низкой частоты для усиления полезного сигнала U_вых.
Приемник имеет простую конструкцию, но низкую избирательность. Для увеличения чувствительности требуется увеличивать число настраиваемых каскадов УВЧ, что усложняет конструкцию. В телеметрии такие приемники используются для обнаружения биообъектов.
2) супергетеродинный приемник (рис. 93).

Рис. 93. Структура супергетеродинного приемника

Здесь ПЧ – преобразователь частоты, предназначен для переноса входного сигнала в другую частотную область. Состоит из гетеродина Г и смесителя См. Смеситель производит вычитание из частоты входного сигнала f_вх частоты гетеродина f_г. Результатом является сигнал промежуточной частоты f_пч = f_вх – f_г, которая постоянна при любой f_вх. При перестройке приемника на другую частоту настраивается УВЧ и гетеродин, остальные элементы перестраивать не требуется, что упрощает конструкцию и повышает избирательность. Промежуточные частоты стандартизованы, например, в диапазоне коротких волн f_пч = 465 кГц, в диапазоне УКВ f_пч = 10,7 МГц.

Разновидностью супергетеродина является приемник прямого преобразователя, в котором смеситель одновременно является детектором, и на выходе преобразователя частоты сразу выделяется полезный сигнал.
На практике часто используются передатчики и приемники в интегральном исполнении или в виде микросборок. Например, передатчик RT-4 (Telecontrolli, Италия) – микросборка размером 10,16 х 17,78 мм, работает на частотах 303,8…433,92 МГц, выходная мощность +7…+10 dBm (5…10 мВт); приемник RR-30 (Telecontrolli, Италия) – микросборка размером 8,9 х 25,4 мм, принимает сигнал на частотах 300…450 МГц, чувствительность –105 dBm (1,26 мкВ), избирательность 65 дБ; приемопередатчик ADF7020 фирмы Analog Devices – микросхема для приема-передачи цифровых данных в формате RS-232С на частотах 433…464 МГц и 862…928 МГц, выходная мощность передатчика до +13 dBm (20 мВт), чувствительность приемника –106,5 dBm (1 мкВ).



Антенны [21]
Антенна – система проводников для приема или излучения радиоволн. Любая антенна может работать как на прием, так и на передачу.
Основные характеристики антенн:
1) частотная характеристика – зависимость уровня излучаемого или принимаемого сигнала от частоты;
2) диаграмма направленности – зависимость уровня излучаемого или принимаемого сигнала от направления, изображается в виде графика в полярных координатах;
3) коэффициент направленного действия (КНД) – показывает во сколько раз нужно увеличить мощность передатчика при переходе от направленной к ненаправленной антенне, чтобы уровень сигнала в заданной точке пространства остался неизменным.
Основные типы антенн перечислены ниже.
1. Штыревая (объемный вибратор) – вертикально расположенный проводник длиной λ/4 (λ – длина волны). Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости представляет собой окружность, в вертикальной – половину восьмерки (рис. 94).



а) б) в)
Рис. 94. Штыревая антенна (а) и ее диаграммы направленности – в горизонтальной плоскости (б)
и в вертикальной плоскости (в)

Так как антенна является ненаправленной, ее КНД = 1.

2. Рамочная антенна. Имеет вид квадратной или круглой рамки. Диаграмма направленности неравномерная (рис. 95), максимум излучения в направлении вдоль рамки.



а) б)
Рис. 95. Рамочная антенна (а) и ее диаграмма направленности в горизонтальной плоскости (б)


Коэффициент направленного действия КНД = 1,5.
3. Симметричный вибратор (диполь). Состоит из двух симметрично расположенных проводников. Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости показана на рис. 96.



а) б)
Рис. 96. Диполь (а) и его диаграмма направленности в горизонтальной плоскости (б)


Коэффициент направленного действия КНД = 1,64.
4. Двойной диполь (кардиоидная антенна). Если за активным диполем (подключенным к передатчику или приемнику) расположить такой же пассивный (его называют рефлектором), один из лепестков диаграммы направленности подавляется, и диаграмма приобретает форму кардиоиды (рис. 97). Аналогичную диаграмму можно получить, расположив рефлектор позади штыревой антенны.
Коэффициент направленного действия КНД = 5.



Рис. 97. Диаграмма направленности двойного диполя

5. Волновой канал. Ели в двойном диполе перед активным вибратором расположить несколько пассивных вибраторов (директоров), они вытянут диаграмму направленности и увеличат КНД (рис. 98). Здесь КНД = 5n, где n – число директоров плюс активный вибратор. Антенна используется на УКВ.

Рис. 98. Волновой канал и его диаграмма направленности


6. Параболическая антенна. Активный вибратор установлен в полюсе параболического рефлектора. Антенна используется на частотах порядка нескольких ГГц. КНД зависит от кривизны рефлектора.