Частотная избирательность и чувствительность радиоприемного устройства

Избирательные свойства приемной антенны и приемника позволяют отличать и выделять полезный радиосигнал на фоне мешающих излучений за счет разности в направлении прихода радиоволн и (или) их поляризации, по занимаемой полосе частот, структуре сигналов и др. Полезный сигнал по частотному признаку выделяется за счет частотной избирательности приемника, которая характеризует его способность ослаблять помехи, отличающиеся по частоте от частоты настройки.

При малых уровнях полезного и мешающего сигналов радиочастотный тракт приемника работает в линейном режиме, и его избирательные свойства характеризует односигнальная частотная избирательность. Она определяется отношением уровня входного сигнала на заданной частоте к его заданному уровню на частоте настройки при неизменном уровне сигнала на выходе радиоприемника и измеряется с помощью одного сигнала, подаваемого на вход приемника, с уровнем, не вызывающем нелинейных эффектов в тракте приема. Методом односигнальной избирательности измеряют параметры (полосу пропускания, коэффициент прямоугольности и др.) основного и побочных каналов приема при работе приемника в линейном или близком к линейному режиме.

В реальных условиях на вход радиоприемника наряду с полезным могут поступать интенсивные мешающие радиосигналы от нескольких радиостанций, что приводит к появлению нелинейных эффектов в тракте приема. В этом случае оценка ЭМС радиоприемника и измерение его параметров (в частности, избирательности), должна производиться при совместном действии на входе двух (или трех) колебаний, соответствующих сигналу и помехам.

Многосигнальная избирательность радиоприемника определяется отношением уровней одновременно поступающих на вход сигналов на одной или нескольких заданных частотах и на частоте настройки приемника при заданном отношении на его выходе суммарной мощности составляющих помехи к мощности полезного сигнала. Она характеризует способность приемника ослаблять действие помех в зависимости от их расстройки в присутствии полезного радиосигнала. Многосигнальные методы измерений параметров приемника позволяют более полно оценить его работу в условиях действия сильных мешающих сигналов, влияние которых приводит к появлению нелинейных эффектов блокирования, перекрестной модуляции и интермодуляции, т.е. к появлению соответствующих нежелательных внеполосных каналов приема.

С помощью односигнальных методов оценивают параметры основного и побочных каналов приема, влияющие на ЭМС радиоприемников при их работе в линейном режиме. Основной канал приема занимает полосу частот, находящуюся в полосе пропускания приемника и предназначенную для приема полезного радиосигнала. К параметрам основного канала относятся: чувствительность, динамический диапазон, частотная избирательность, полоса пропускания, коэффициент прямоугольности, частота настройки, нестабильность частоты гетеродина, отношение сигнал/шум на выходе. Побочные каналы на промежуточной часто­те, на зеркальной частоте, на комбинационных частотах, на субгармониках характеризуют­ся уровнем восприимчивости и частотой.

Чувствительность радиоприемника характеризует его способность обеспечивать при­ем полезного радиосигнала на фоне собственных шумов при отсутствии радиопомех и вос­производить его на выходе с заданным качеством. Количественно этот параметр определя­ется минимально необходимой мощностью (или ЭДС) сигнала в антенне, при которой обес­печивается номинальное значение напряжения или мощности на выходе приемника, при за­данных параметрах модуляции радиосигнала и отношении сигнал/шум на выходе

Различают пороговую и реальную чувствительность радиоприемника. Пороговая чувствительность приемника определяется минимальным уровнем радио­сигнала на его входе при равных уровнях полезного сигнала и собственных шумов на его выходе, т.е. при отношении сигнал/шум по мощности на выходе Р_с/Р_ш = 1 (0 дБ). За порог восприимчивости приемника к помеховым радиоизлучениям в основном канале прие­ма также принимается уровень собственных шумов, т.е. его пороговая чувствительность Р_пор (см. рис. 3.1).

Реальная чувствительность радиоприемника определяется минимальным уровнем ра­диосигнала на его входе, при котором обеспечивается номинальная мощность полезного сигнала на его выходе и заданное превышение уровня мощности сигнала над уровнем шу­мов, т.е. отношение сигнал/шум на выходе радиоприемника должно быть Р_с/Р_ш = α.

Реальная чувствительность приемника в диапазоне выше 30 МГц, ограниченная его собственными шумами, может быть рассчитана по формуле

Р_{c мин} = k T_o B_ш N_ш α ,

а пороговая чувствительность (и порог восприимчивости)

P_{с пор} = k T_o B_ш N_ш

где k – постоянная Больцмана, Т₀ – температура среды, К, В_ш - шумовая полоса частот, Гц, N_ш – спектральная плотность шума, Вт/Гц, α – отношение сигнал/шум.

Частотная избирательность радиоприемника обеспечивает возможность выделения полезного сигнала на фоне помеховых радиоизлучений благодаря различиям в их спектральных характеристиках. График односигнальной частотной избирательности (рис. 3.2) характеризует способность приемника ослаблять действие помехи в зависимости от величины отклонения ее частоты Δf по отношению к частоте настройки приемника (к частоте сигнала) f_о. На графике по оси абсцисс откладывают величину расстройки (Δf), а по оси ординат — величину ослабления S(Δf), дБ,

S(Δf) = 20lg[K(f_о)/K(Δf)],

где K(f_о), K(Δf) — коэффициенты усиления приемника на частоте настройки (f_о) и при расстройке на (Δf).

Рисунок 3.2 - Характеристика частотной избирательности приемника