Расчет радиолокационного приемника

     Если  каскады согласованы между собой  по входу и по выходу, то К_Р1 = К_{Р1 ном}, Kp₂ = К_{р2 ном}, ... и

                        (7)

     Для типичного супергетеродинного приемника, УТ которого включает ВЦ, УРЧ, ПЧ и УПЧ, из (7) получаем

    ⁽⁸⁾

     Из (8) следует, что шумовые свойства приемника определяются в основном его первыми каскадами, причем не только их шумовыми показателями, но и коэффициентами передачи по мощности, которые должны быть возможно большими. Поскольку обычно Шурч < Ш_ПЧ, а К_{Р УРЧ} »1, включение УРЧ в УТ позволяет существенно снизить результирующий коэффициент шума приемника. Чаще всего К_РПЧ « 1, поэтому в отсутствие УРЧ, когда первым каскадом приемника является ПЧ, заметную роль наряду с его шумами начинают играть шумы УПЧ, к уровню которых в этом случае предъявляются повышенные требования.

     Для оценки шумовых свойств малошумящих  четырехполюсников, у которых коэффициенты шума близки к единице, удобнее использовать эквивалентную шумовую температуру

             (9)

показывающую, насколько должна быть повышена абсолютная температура сопротивления источника сигнала R_Г, подключенного ко входу идентичного, но нешумящего четырехполюсника, чтобы мощность шумов на его выходе равнялась мощности шумов на выходе реального четырехполюсника. Из (9) следует, что Ш=1 + Т_Ш/Т₀, а с учетом (8) эквивалентная шумовая температура супергетеродинного приемника с малошумящим УРЧ (МШУ) на входе при согласовании между его каскадами может оцениваться по соотношению 

     Шумовая температура четырехполюсника в  отличие от коэффициента шума не зависит от шумовой температуры источника сигнала. В этом заключается ее преимущество как меры шумовых свойств. 
 
 
 
 

     1.6. Связь между чувствительностью, коэффициентом шума и шумовой температурой приемника 

Радиотракт  приемника может быть представлен эквивалентным линейным четырехполюсником (рисунок 9) с коэффициентом Усиления по мощности К_Р, ко входу которого подключена антенна с активным сопротивлением R_A, являющаяся источником гармонического сигнала с ЭДС Е_А и шумовой ЭДС в соответствии с (5).

 
 

                 Рисунок 9. 

При этом реальный шумящий УТ до детектора заменен идеальным нешумящим трактом с эквивалентным генератором ЭДС приведенных ко входу собственных шумов Е_{Ш ПР}, обусловленных внутренними шумами УП и тепловыми шумами омических сопротивлений.

     Превышение  сигнала над шумом С/Ш на выходе УТ задается коэффициентом различимости h = Р_{С ВЫХ}/Р_{Ш ВЫХ}, минимально допустимое значение которого h₀ зависит от характера принимаемого сообщения, требуемого качества приема и вида модуляции сигнала.

     Под, реальной чувствительностью приемника  понимают чувствительность, определяемую при заданном отношении С/Ш h₀ на выходе УТ. Поскольку по определению чувствительность — это мощность, при которой на выходе УТ обеспечиваются требуемые Р_{С ВЫХ} и h₀, реальная чувствительность, ограниченная внутренними шумами,

                              (10)

     Пороговая, или предельная, чувствительность определяется уровнем входного сигнала, при котором Р_{С ВЫХ} = Р_{Ш ВЫХ} (h₀ = 1), т.е. Р_{А ОПОР} ⁼ Р_{Ш ВЫХ}/K_Р. Чувствительность РПрУ можно также определять как уровень, равный половине ЭДС генератора испытательных сигналов, при котором отношение С/Ш (измеренное методом «СИНАД», ГОСТ 12252-86) равно 12 дБ.

     Реальную  чувствительность нетрудно выразить через  коэффициент шума приемника Ш_ПР. Полная мощность шумов на входе приемника Р_{Ш ВХ} = Р_{Ш А} + Р_{Ш ПР ВХ} складывается из мощности шумов от согласованной антенны Р_шА = Е²_{Ш А}/4R_А = Т_АП_Ш и мощности собственных шумов приемника (его УТ), отнесенных ко входу, Р_{Ш ПР ВХ} На основании (6)

где Р_{Ш ПР}⁼ kТоП_ш — мощность, отдаваемая эквивалентным источником собственных шумов с ЭДС Е_шпр на согласованный вход приемника (η =1), находящегося при комнатной температуре (Т=Т_о), Отсюда получаем

Мощность  шумов на выходе УТ Следуя (10), получаем

                                                  (11)

     Соотношение (11) удобно для оценки реальной чувствительности приемников СВЧ. На умеренно высоких частотах чувствительность оценивают в единицах напряжения:

                                             (12)

     Из  выражений (11) и (12) можно сделать  вывод о том, какие меры следует  принимать для повышения реальной чувствительности приемников. Прежде всего необходимо снижать коэффициент шума Ш_пр путем использования на входе МШУ и глубокого охлаждения входных цепей и каскадов приемника с применением криогенной техники. Коэффициент различимости h₀ может быть снижен за счет использования помехоустойчивых сигналов и их сложной последетекторной обработки для наилучшего извлечения информации из смеси сигнала и шума. К повышению реальной чувствительности ведет в принципе и сужение шумовой полосы П_ш, связанной с полосой пропускания приемника, определяемой шириной спектра принимаемого сигнала. Однако сузить П_ш без возможности появления искажений удается сравнительно редко, в частности ценой уменьшения скорости передачи информации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.7. Входные цепи радиоприемников 

     Как следует из § 1.1.4, ВЦ называются цепи приемника, связывающие антенну с первым усилительным или преобразовательным прибором, который в дальнейшем будем называть АЭ. Основным назначением ВЦ являются передача полезного сигнала от антенны ко входу первого АЭ приемника и предварительная фильтрация помех на частотах побочных каналов приема, а также интенсивных по уровню помех.

     Обычно  ВЦ представляет собой пассивный четырехполюсник, содержащий один или несколько резонаторов, в частности колебательных контуров, настроенных на частоту принимаемого сигнала. Наибольшее распространение получили одноконтурные ВЦ, особенно в приемниках с переменной настройкой. Двух- и многоконтурные ВЦ применяются лишь при высоких требованиях к избирательности.

     На  рисунках. 10 - 12 приведены некоторые  часто встречающиеся схемы одноконтурных  ВЦ. Схемы отличаются способами связи  входного контура с антенной. На рисунке 10. приведены схемы на БТ и ПТ с трансформаторной связью между контуром L_KC_K и антенной. В схемах рисунке 11.  использована емкостная связь входного контура с антенной, а в схемах рисунке 12. входной контур связан с антенным фидером через автотрансформатор.

     Подключение входного контура к АЭ может быть полным или частичным в зависимости  от входного сопротивления последнего. 

 

                          Рисунок 10

                                Рисунок 11. 

                                     Рисунок 12. 

                           Рисунок 13. 

Имеющий малое входное сопротивление  БТ обычно подключается частично, у  ПТ возможно полное включение.

     На  рисунке 13 приведена одна из наиболее распространенных схем двухконтурной  ВЦ. Здесь связь первого контура с антенной - трансформаторная. Связь между контурами - внутриемкостная через конденсатор С_СВ1 и внешнеемкостная через С_СВ2. Двухконтурная ВЦ позволяет получить более близкую к прямоугольной АЧХ, т.е. повысить избирательность.

     Основными электрическими характеристиками ВЦ являются:

     1. Коэффициент передачи напряжения, который определяется отношением  напряжения сигнала на входе  первого АЭ приемника (U_ВХ) к ЭДС в антенне Е_А, а в случае магнитной (ферритовой) антенны - к напряженности поля сигнала.

     2. Полоса пропускания - ширина области частот с допустимой неравномерностью коэффициента передачи.

     3. Избирательность,  характеризующая  уменьшение коэффициента передачи напряжения при заданной расстройке K{f) по сравнению с резонансным значением К₀ и определяемая (2).

     Входная цепь вместе с УРЧ обеспечивает заданную избирательность приемника по зеркальному каналу и по каналу промежуточной частоты, а также общую предварительную фильтрацию помех.

     4. Перекрытие  заданного  диапазона   частот.  Входная   цепь должна обеспечивать возможность настройки на любую частоту заданного диапазона приемника, и при этом показатели (коэффициент передачи, полоса пропускания, избирательность и т.п.) не должны заметно изменяться. Диапазон рабочих частот характеризуется (см. § 1.1.3) коэффициентом перекрытия диапазона k_Д.

     5. Постоянство параметров ВЦ при  изменении параметров антенны и АЭ. Это важно при ненастроенных антеннах, которые вносят в ВЦ активное и реактивное сопротивления. Вносимое активное сопротивление увеличивает потери ВЦ, что приводит к расширению полосы пропускания и ухудшению избирательности. Вносимое реактивное сопротивление приводит к изменению настройки ВЦ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.8. Усилители радиосигналов 

     Усиление  сигналов в приемнике может происходить до преобразователя частоты, т.е. на принимаемой частоте, и после преобразователя - на промежуточной частоте. Усиление на частоте принимаемого сигнала осуществляется с помощью УРЧ. Кроме усиления должна обеспечиваться и частотная избирательность. Для этого усилители содержат резонансные нагрузки или частотно-избирательные элементы межкаскадной связи. Диапазонные УРЧ должны иметь контуры с переменной настройкой. Они чаще всего выполняются одноконтурными. В диапазонах умеренно высоких частот АЭ усилителя служат полевые или биполярные транзисторы в дискретном или интегральном исполнении. Первые каскады приемников рекомендуют выполнять на ПТ, так как при этом реализуются их преимущества: малый коэффициент шума, большое входное сопротивление, высокая линейность усиления. В УПЧ предпочтение отдается БТ вследствие обеспечения ими более высокого коэффициента усиления. На СВЧ помимо транзисторных могут применяться также ППУ и туннельные усилители.

     К основным параметрам резонансных усилителей относятся коэффициент усиления, избирательность, коэффициент шума, искажения сигнала и устойчивость, т.е. способность усилителя сохранять в процессе эксплуатации основные свойства и характеристики. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.9. Преобразователи частоты и параметрические усилители 

     Преобразователи частоты предназначены для переноса спектра радиосигнала из одной области радиочастотного диапазона в другую. Перенос спектра должен происходить без изменения вида и параметров модуляции, т.е. линейно (рисунке 14). 

Рисунок 14. 

     Преобразование  частоты возможно в результате перемножения двух напряжений. Одним из них является принятый сигнал

                               (13)

вторым  — напряжение вспомогательного генератора (гетеродина), формируемое в приемнике,

                                           (14)

     При перемножении напряжений сигнала и  гетеродина появляются комбинационные составляющие частот