Основной канал приема радиоприемника и его описание
К параметрам ОКП, которые используются при анализе ЭМС, относятся частота основного канала приема и чувствительность РПУ. Кроме того, для оценки степени подавления помехи в радиоприемном устройстве требуется информация о характеристике частотной избирательности РПУ по ОКП.
Центральной частотой основного канала приема является частота настройки РПУ.
Способность приемника обеспечить качественный прием слабых сигналов в отсутствие внешних помех называют чувствительностью приемника. В зависимости от принятого правила количественного определения чувствительности различают несколько видов чувствительности. Наиболее часто используются понятия реальной и пороговой чувствительности. В свою очередь, реальная чувствительность подразделяется на реальную чувствительность, ограниченную шумами, и реальную чувствительность, ограниченную усилением.
Реальная чувствительность радиоприемника, ограниченная шумами, определяется минимальным уровнем радиосигнала на входе приемника, при котором на выходе приемника обеспечивается заданное отношение сигнал/шум и заданный (номинальный) уровень полезного сигнала. В технических характеристиках приемника обычно указывают (если не оговорено особо) чувствительность, ограниченную шумами. Если усиления приемника не достаточно для получения номинального значения уровня сигнала на его выходе, то используется понятие чувствительности, ограниченной усилением.
Реальная чувствительность радиоприемника, ограниченная усилением, определяется минимальным уровнем радиосигнала на входе приемника, который необходим для получения заданного (номинального) уровня сигнала на его выходе.
В ряде случаев используют пороговую чувствительность приемника.
Пороговая чувствительность радиоприемника определяется минимальным уровнем радиосигнала на входе приемника, при котором отношение сигнал/шум на выходе приемника равно единице.
Хотя в определении реальной чувствительности приемника, ограниченной шумами, фигурирует отношение сигнал/шум (S/N) на его выходе, однако, на практике это отношение используется только для приемников амплитудно-модулированных (АМ) сигналов. У профессиональных связных приемников АМ сигналов эта чувствительность соответствует отношению S/N = 10дБ. Для связных приемников с частотной модуляцией (ЧМ) чувствительность определяют минимальным уровнем сигнала, который обеспечивает на выходе определенное значение отношения мощностей (сигнал + шум + искажения)/(шум + искажения), именуемое SINAD: SINAD = (S + N + D)/(N + D),
где S, N, D – соответственно, мощности полезного сигнала, шума и искажений на выходе приемника.
Обычно SINAD задают в децибелах. Чувствительность профессиональных связных ЧМ приемников определяют при SINAD = 12 дБ.
Для цифровых радиоприемников чувствительность определяют минимальным уровнем сигнала на входе приемника, при котором на выходе приемника обеспечивается заданное значение BER – частота ошибок при приеме одного бита информации.
Однако каждому значению SINAD или BER в общем случае можно поставить в соответствие определенное отношение сигнал/шум (S/N) на выходе приемника. Если это отношение известно, то оценку чувствительности приемника можно получить, используя выражение
PR(f0R) = –174 + 10 lg (BR) + NF + (S/N)вых , (8.1)
где PR(f0R) – чувствительность приемника на частоте его настройки, f0R, дБм; BR – полоса пропускания приемника, Гц; NF – коэффициент шума приемника, дБ; (S/N) – отношение сигнал/шум на выходе приемника, дБ.
Выражение (8.1) показывает, что чувствительность РПУ зависит от полосы пропускания приемника. Если в приемнике имеются переключаемые фильтры с разными полосами пропускания, чувствительность приемника должна быть задана для каждого фильтра. Вместо чувствительности часто, особенно для РПУ, работающих на частотах выше 30 МГц, указывают коэффициент шума приемника. Коэффициент шума характеризует изменение отношения сигнал/шум на выходе приемника, (S/N)вых, относительно отношения сигнал/шум на его входе, (S/N)вх. В спецификациях на приемник коэффициент шума указывают в децибелах, т. е.
NF = 10 lg [(S/N)вх/(S/N)вых] = (S/N)вх[дБ] – (S/N)вых[дБ].
В этом случае выражение (8.1) позволяет оценить значение чувствительности для каждого фильтра приемника.
Анализ ЭМС проводится на энергетическом уровне. Это значит, что в процессе анализа работают, как правило, со значениями мощности, а не напряжений и токов. В то же время чувствительность приемника часто указывают в микровольтах [мкВ]. Для перехода к чувствительности в единицах мощности можно использовать выражение
P = –90 + U – 10 lg (R), (8.2)
где P – мощность, дБм; U – напряжение, дБмкВ; R – сопротивление, Ом.
Если U – чувствительность приемника, R – входное сопротивление приемника, то (8.2) позволяет пересчитать чувствительность в децибелы относительно милливатта. Учитывая, что большинство приемников, особенно в диапазонах ОВЧ и выше, имеют входное сопротивление 50 Ом, для этого случая (8.2) можно переписать в виде P = –107 + U, где, по-прежнему, P - в децибелах относительно милливатта, U - в децибелах относительно микровольта.
Полоса пропускания приемника определяется как полоса частот, на границах которой на входе детектора коэффициент усиления приемника уменьшается в установленное число раз. Обычно ее определяют на уровне 3 или 6 дБ. Хотя полоса пропускания дает некоторое представление об избирательности приемника, однако этого недостаточно, чтобы использовать этот параметр для анализа прохождения помехи через приемный тракт. Более информативным является коэффициент прямоугольности частотной характеристики или характеристики избирательности. Коэффициентом прямоугольности по уровню a называют отношение полосы пропускания на уровне a дБ к полосе на уровне 3 (или 6) дБ: Πa = Ba/B3, где Πa – коэффициент прямоугольности на уровне a дБ; Ba – ширина полосы пропускания на уровне a дБ; B3 – ширина полосы пропускания на уровне 3 дБ.
В технических спецификациях на РПУ часто приводят значения коэффициента прямоугольности для трактов высокой и промежуточной частот. Последний можно считать коэффициентом прямоугольности линейного (до детектора) тракта РПУ в целом. Для высокочастотного тракта чаще всего Ba определяют на уровне a = 30 дБ, для тракта ПЧ обычно a = 60 дБ.
Коэффициент прямоугольности тракта позволяет построить модель характеристики частотной избирательности этого тракта в виде
(8.3)
Здесь D(Df) – характеристика избирательности тракта, описывающая ослабление в тракте [дБ], соответствующее расстройке Df. Характеристика может быть использована для описания избирательности, как тракта ПЧ, так и преселектора приемника, если известны значения коэффициентов прямоугольности соответствующих трактов.
Выражение (8.3) соответствует случаю, когда полоса пропускания тракта определена на уровне 3 дБ. Из (8.3) следует, в частности, что при Df®¥ D(Df)®¥. На практике обеспечить ослабление выше 100…120 дБ невозможно. Поэтому, если, исходя из (8.3), значение D(Df) получается больше 100 дБ, то обычно его принимают равным 100 дБ.
В тех случаях, когда коэффициент прямоугольности преселектора неизвестен, но известна его полоса пропускания 
на уровне 3 дБ и степень подавления помехи по зеркальному каналу Kзк, дБ, в качестве математической модели избирательности преселектора Dпрс(Δf) может быть использовано выражение
(8.4)
N = (Kзк – 3)/lg (4fпч/), (8.5)
где N – скорость изменения характеристики избирательности, дБ/дек.
Значение N, полученное из (8.5), округляют до ближайшего кратного 20. При отсутствии входных данных значение N чаще всего принимают равным 20 дБ/дек.
Другой подход к построению модели характеристики избирательности тракта ОКП основан на кусочно-логарифмической аппроксимации результатов измерений, когда значения ослабления в тракте известны на нескольких уровнях. В этом случае на участках аппроксимации, лежащих между уровнями, можно положить:
D(Δf) = D(Δfi) + Di lg (Δf/Δfi) для |Δf | > BR/2, (8.6)
Δfi ≤ Δf ≤ Δfi+1 ,
где i – номер участка, на котором рассматривается характеристика D(Δf); Δfi, Δfi+1 – расстройки, соответствующие границам рассматриваемого участка; Di – скорость изменения характеристики избирательности на i-м участке, дБ/дек; D(Δfi) – значение избирательности в начальной точке i-го участка, дБ.
Для расстроек |Δf | ≤ BR/2 полагают D(Δf) = 0 дБ. Если же согласно (8.6), для некоторого Δf получится D(Δf) ≥ 100 дБ, то, как и выше, это значение принимают равным 100 дБ.
На рис. 8.4 изображена характеристика избирательности, соответствующая выражению (8.6). По оси абсцисс используется логарифмическая шкала, что позволяет представить характеристику, состоящей из отрезков прямых.
Выражения (8.3) и (8.6) могут быть использованы для моделирования характеристик избирательности как тракта ПЧ, так и тракта ВЧ приемника.
В тех случаях, когда информация о характеристике избирательности приемника отсутствует, но известна маска спектра полезного сигнала, эта маска может быть использована в качестве модели амплитудно-частотной характеристики (маски) основного канала приема приемника. Графически амплитудно-частотная характеристика представляет собой перевернутую характеристику избирательности. Если обозначить H(Df) амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) тракта, то ее связь с характеристикой избирательности этого тракта можно записать в виде H(Df) = – D(Df) [дБ].
Представленные модели характеристик избирательности, используются в задачах анализа ЭМС РЭС на этапе оценки коэффициента частотной коррекции помех по ОКП. Однако это не означает, что не могут быть использованы другие аналитические описания амплитудно-частотных характеристик или характеристик частотной избирательности трактов РПУ. Основное требование к описаниям подобного рода – адекватное отображение представляемой характеристики и удобство использования при аналитических расчетах.