Caracteristicile generale

Definirea caracteristicilor unui receptor radio se face în funcţie de specificul acestuia. În general, receptoarele de comunicaţii au o arhitectură de tip superheterodină. Pe lângă acestea mai există receptoare radio folosite în războiul radioelectronic pentru monitorizarea unor benzi largi de frecvenţe, cu o probabilitate foarte mare de detecţie a emisiunilor radio. Aceste două tipuri foarte diferite de receptoare vor avea şi performanţe diferite, deşi, din punct de vedere funcţional, ele îndeplinesc aceleaşi tipuri de sarcini. În cele ce urmează vom face referire la caracteristicile generale ale receptoarelor, printre care se numără cele menţionate mai jos.

Gama frecvenţelor de lucru – reprezintă acea gamă de frecvenţe în limitele căreia receptorul trebuie să îndeplinească toate cerinţele date în lista de caracteristici.

Ecartul de frecvenţă defineşte rezoluţia pe care o oferă dispozitivul de stabilire a frecvenţei de lucru în gama de frecvenţe pe care o acoperă receptorul.

Stabilitatea frecvenţei determină eroarea de reglare a frecvenţei de lucru, în orice condiţii de temperatură, altitudine, umiditate sau stabilitate pe termen lung. Aceasta se dă, de obicei, în părţi pe milion (ppm sau 10-6) din frecvenţa de lucru pe care dorim să o stabilim.

Sensibilitatea este dată de nivelul minim al semnalului necesar la intrarea receptorului pentru ca la ieşire să obţinem nivelul specificat al semnalului şi raportul (semnal+zgomot)/zgomot sau rata erorii de bit impuse, când semnalul de la intrare este modulat la valoarea standard specifică tipului de modulaţie cu care se lucrează. De exemplu, pentru receptoarele radio militare, în regim vocal, pentru o modulaţie de amplitudine se foloseşte un semnal de intrare modulat cu un semnal de 1 kHz, la un indice de modulaţie de 30%, iar valoarea raportului de tensiuni (semnal+zgomot)/zgomot, la nivelul specificat al semnalului de ieşire, trebuie să fie egal cu 3 (10 dB). În cazul unei modulaţii de frecvenţă de bandă îngustă, se foloseşte un semnal de intrare modulat cu un semnal de 1 kHz, cu deviaţie de frecvenţă nominală de 3 sau 5 kHz (în funcţie de specificaţiile proiectantului) iar valoarea raportului de tensiuni (semnal+zgomot)/zgomot, la nivelul specificat al semnalului de ieşire, trebuie să fie egal cu 10 (20 dB).

Modulaţia. Această caracteristică a receptorului se referă la tipul sau tipurile de semnale modulate pe care receptorul trebuie să le demoduleze. Receptoarele radio software sunt receptoare multimod,

putând demodula orice tip de semnal ce se foloseşte pentru realizarea comunicaţiilor în gama de frecvenţe în care lucrează (MA, MF, FSK etc.).

Lărgimea de bandă a semnalului modulator. Aceasta se referă la lărgimea benzii de bază a semnalului informaţional. Pentru aplicaţii militare, banda de bază a semnalului vocal este definită, de regulă, între 300 şi 3.400 Hz, iar pentru radiodifuziune, pentru semnale MA - între 300 şi 4.000 Hz, iar pentru semnale MF - între 200 şi 15.000 Hz. În cazul unor receptoare pentru transmisiuni de date, de regulă nu se specifică banda de bază a semnalului modulator, cu excepţia cazului în care acestea pot recepţiona şi semnale analogice.

Viteza datelor recepţionate este specificată pentru un receptor, în măsura în care, de la acesta se doreşte nu numai demodularea semnalului recepţionat ci şi transmiterea impulsurilor de ceas de sincronizare pentru interfaţa de ieşire. De regulă se specifică o anumită plajă a valorilor vitezei datelor recepţionate.

Distorsiunile. În cazul receptoarelor destinate recepţiei semnalelor analogice, în special pentru cele de radiodifuziune cu modulaţie de frecvenţă, distorsiunile reprezintă o caracteristică importantă, deoarece acestea influenţează fidelitatea reproducerii informaţiei. Receptorul, desigur nu poate reda un semnal mai bun decât cel recepţionat, dar nu trebuie nici să-l degradeze. În condiţiile în care la intrare avem un semnal puţin distorsionat, se pot face măsurători asupra semnalului de la ieşire, în vederea evaluării distorsiunilor armonice sau de frecvenţă ce apar după demodulare şi amplificare în joasă frecvenţă.

Impedanţa de ieşire este specificată în funcţie de destinaţia receptorului. Sistemele de comunicaţii între avioane, de obicei, operează cu o impedanţă de ieşire de 150 sau 300 ohmi, în timp ce un receptor de radiodifuziune stereo este proiectat să funcţioneze pe o impedanţă de ieşire de 8 ohmi. Receptoarele radio pentru transmisiuni de date pot avea drivere cu circuite integrate la ieşire. Oricum, de la caz la caz, trebuie specificate particularităţile privind impedanţa de ieşire a receptorului.

Puterea de ieşire este o altă caracteristică ce variază în funcţie de destinaţia receptorului. Receptoarele stereo performante pot avea o putere de ieşire chiar de câteva sute de watt-i, pe când receptoarele pentru comunicaţii radio militare nu oferă mai mult de câteva sute de miliwatt-i, cel mult un watt, permiţând chiar distorsiuni armonice de până la 10%.

Gama dinamică la intrare reprezintă gama dinamică a semnalelor de radiofrecvenţă cu care poate opera un receptor, astfel încât raportul semnal/zgomot de la ieşire să fie cât mai puţin alterat. De exemplu, la intrarea unui receptor radio nivelul semnalului se poate mări chiar cu 100 dB peste nivelul sensibilităţii acestuia, în timp ce rata erorii de bit maximă se menţine la valoarea de 10-3. Pe de altă parte, la receptoarele de radiodifuziune la care semnalul de intrare poate varia rapid cu

dB peste nivelul sensibilităţii, raportul semnal/zgomot nu se modifică cu mai mult de 1 dB. În cazul receptoarelor radio militare, gama dinamică a semnalelor de intrare poate depăşi uneori 140 dB.

Impedanţa de intrare de RF este, de obicei, de 50, 75 sau 300 de ohmi, în funcţie de impedanţa liniei de transmisiune folosită pentru interconectarea cu antena. Receptoarele de televiziune folosesc cablu coaxial de 75 de ohmi sau linii bifilare cu impedanţa de 300 de ohmi. În afara televiziunii se folosesc, de regulă, cabluri coaxiale de 50 de ohmi şi, ocazional, de 90 de ohmi.

VSWR-ul la intrare (factorul de undă staţionară) este specificat în cazul receptoarelor pentru a limita neadaptarea dintre acesta şi antenă sau cablul de interconectare cu antena. O alternativă a acestei caracteristici o reprezintă specificarea puterii reflectate la intrare. De obicei, VSWR-ul admis este mai mic de 2:1, iar puterea reflectată de 10 dB. În cazul receptoarelor de bandă îngustă sau a celor cu aplicaţii critice din punct de vedere al adaptării la intrare, VSWR-ul admis este de 1,1:1 sau 1,2:1, iar puterea reflectată de 20 dB.

Selectivitatea liniară reprezintă un mod simplu de a evalua răspunsul unui receptor la semnale cu frecvenţe diferite de cea pe care el este acordat. De dorit ar fi ca acest răspuns să fie nul. Selectivitatea specifică cu cât atenuează receptorul un semnal cu o frecvenţă aflată la un anumit dezacord faţă de frecvenţa de lucru, în raport cu răspunsul acestuia la un semnal cu frecvenţa egală cu frecvenţa de acord. De exemplu, o specificaţie privind selectivitatea receptorului poate fi: atenuarea semnalului cu frecvenţa aflată la un dezacord de kHz faţă de frecvenţa de acord să fie de cel puţin 60 dB. Selectivitatea liniară a unui receptor este determinată atât de proprietăţile selective ale traseului analogic, ce poate conţine preselectorul şi traseul de frecvenţă intermediară, cât şi de cele ale traseului digital.

Un caz particular privind selectivitatea receptorului îl constituie atenuarea pe canal alăturat, canal aflat la un ecart de frecvenţă specific tipului de modulaţie a semnalului recepţionat (de exemplu, în radiodifuziune, kHz pentru semnale MA, kHz pentru semnale

MF, iar în aplicaţii militare cu modulaţie de frecvenţă de bandă îngustă kHz). Atenuare canalului alăturat, în receptoarele radio analogice,

este asigurată în traseul de frecvenţă intermediară, utilizând amplificatoare selective cu circuite oscilante sau filtrele trece bandă, iar în receptoarele radio software – în traseul digital, folosind filtre digitale cu performanţe mult superioare filtrelor analogice. Receptoarele radio militare analogice oferă o atenuare a canalului alăturat cu cel puţin 70 dB, folosind filtre electromecanice sau cu cuarţ. În cazul receptoarelor comerciale, din considerente de cost, filtrele utilizate (de tip LC, piezoceramice sau cu undă acustică de suprafaţă) asigură o atenuare a canalului alăturat între 40 şi 60 dB. În receptoarele radio software se poate asigura uşor o atenuare de 80 dB a canalului alăturat.

Toate aceste caracteristici sunt specifice oricărui tip de receptor radio, indiferent de arhitectura acestuia. Pentru receptoarele radio superheterodină, datorită apariţiei canalelor suplimentare de recepţie, se impun caracteristici suplimentare, cum ar fi atenuarea pe canalul direct şi atenuarea pe canalul imagine. După cum am văzut în paragraful anterior, aceste caracteristici sunt asigurate de circuitele selective dispuse înaintea mixerului (adică în preselector) şi prin alegerea corespunzătoare a metodei de recepţie şi a valorii frecvenţei intermediare. De exemplu, în receptoarele radio militare analogice pentru gama HF se foloseşte dubla schimbare de frecvenţă şi metoda de recepţie infradină la prima schimbare de frecvenţă (la receptorul R2500

MHz, iar kHz), asigurându-se astfel o atenuare de cel puţin 80 dB atât pe ambele canale suplimentare de recepţie, cât şi pe canalele alăturate. În receptoarele radio software ale staţiilor Harris, această metodă de recepţie a fost extinsă şi la gama VHF, folosindu-se o primă frecvenţă intermediară de 140,4 MHz, iar cea de a doua frecvenţă intermediară, pe care se face şi eşantionarea, este de 240 kHz.

Receptoarele radio comerciale nu oferă atenuări aşa de mari pe canalele suplimentare de recepţie, deoarece s-ar complica, în mod nejustificat pentru radiodifuziune, arhitectura acestora şi ar creşte preţul de cost. De fapt, cu o frecvenţă intermediară de 455 kHz pentru receptoarele MA, canalul imagine cade chiar în gama frecvenţelor de lucru a receptorului, fapt pentru care este absolut necesară utilizarea unui preselector de bandă îngustă, reacordabil în gamă.

7.3.2 Factori ce limitează performanţele receptorului

În orice tip de receptor există anumiţi factori care limitează abilitatea receptorului de a selecta un anumit semnal pentru al demodula. Astfel, în unele aplicaţii, puterea zgomotelor de la intrarea receptorului limitează utilizarea acestuia. Chiar în condiţiile în care receptorul a fost bine proiectat, cu un factor de zgomot şi o bandă de trecere minimizate, precum şi un demodulator ce lucrează cât mai aproape de perfecţiune, este posibil ca acesta să nu poată lucra la parametrii scontaţi. În acest caz este necesară creşterea puterii radiate la emisie, o atenuare mai mică în mediul de propagare sau o antenă de recepţie cu un câştig mai mare (sau toate acestea la un loc.). În continuare vom menţiona unii dintre factorii care limitează performanţele unui receptor radio.

Factorul de zgomot al receptorului , reprezintă măsura puterii totale a zgomotelor de la intrarea sa şi ne arată de câte ori se înrăutăţeşte raportul semnal/zgomot la trecerea semnalului prin traseul liniar de recepţie. Receptoarele actuale au un factor de zgomot de până la 10 dB la frecvenţa maximă de lucru. Receptoarele pentru comunicaţii prin satelit folosesc, de obicei, amplificatoare cu zgomot redus, cu o temperatură echivalentă de zgomot mai mică de 100K, ceea ce înseamnă un factor de zgomot de dB, care este excelent. Acest lucru ne conduce la concluzia că limitarea performanţelor receptoarelor actuale de către factorul de zgomot şi temperatura echivalentă de zgomot este nesemnificativă.

Câştigul receptorului. Nivelurile foarte mici ale semnalelor de la intrarea receptorului impun ca acesta să realizeze amplificări de semnal cu un factor foarte mare. În mod obişnuit, receptoarele actuale asigură amplificări în tensiune între şi . Fără un câştig aşa de mare semnalul de ieşire nu ar fi utilizabil nici în cazul receptoarelor analogice nici în cazul celor digitale. Acest lucru impune adesea folosirea unei arhitecturi de receptor superheterodină cu două schimbări de frecvenţă. Pentru o funcţionare cât mai stabilă a etajelor preselectorului şi o liniaritate ridicată a mixerului în raport cu semnalul util, este de dorit ca amplificarea în tensiune să se asigure, în principal, în traseul de frecvenţă intermediară, care prezintă şi avantajul că lucrează pe o frecvenţă fixă.

Stabilitatea în funcţionare. Performanţele legate de câştig şi stabilitate nu pot fi tratate decât împreună. Practica ne demonstrează că inginerii ce lucrează în proiectarea circuitelor electronice îşi consumă majoritatea timpului încercând două lucruri:

1. să împiedice amplificatoarele să oscileze;2. să determine oscilatoarele să oscileze.

De fapt, acest lucru este demonstrat şi de teorie. Din condiţia de amorsare a oscilaţiilor , rezultă că, pe măsură ce amplificarea A creşte, factorul de reacţie necesar obţinerii oscilaţiilor este mai mic.

Una din cauzele care înrăutăţeşte sensibilitatea receptorului o constituie nivelul relativ mic al oscilaţiilor parazite interne. Acestea nu sunt percepute de receptor în prezenţa unui semnal de intrare cu nivel mare, dar ele pot deveni mai mari decât semnalul util atunci când acesta are un nivel scăzut. Uneori, această problemă este accentuată de sistemul de reglare automată a amplificării, care, pentru a compensa nivelul mic al semnalului util creşte câştigul receptorului. În aceste condiţii etajele de amplificare ale acestuia pot intra foarte uşor în regim de autooscilaţie. Soluţia constă în reducerea oscilaţiilor parazite folosind sisteme de ecranare şi de filtrare a tensiunilor de alimentare a etajelor funcţionale ale receptorului şi asigurarea unui câştig suficient pentru a obţine nivelul minim necesar la intrarea demodulatorului sau a convertorului analog digital, pentru a putea extrage informaţia utilă cu fidelitate dorită.

Performanţele demodulatorului limitează fidelitatea de reproducere a informaţie conţinute în semnalul recepţionat. Pentru fiecare tip de modulaţie este necesar un anumit tip de demodulator - în cazul receptoarelor analogice, respectiv, un anumit algoritm de demodulare - în cazul receptoarelor radio software. Aceste performanţele se referă la:

1. nivelul minim necesar al raportului semnal/zgomot la intrarea în demodulator, astfel încât la ieşire să putem obţine raportul minim al raportului semnal/zgomot necesar recunoaşterii informaţiei din zgomot (acelaşi lucru este valabil şi pentru receptoarele ale căror performanţe sunt exprimate prin raportul (energie pe bit)/(densitatea puterii de zgomot), iar la ieşire prin rata erorii de bit);

2. gradul de apropiere a performanţelor demodulatorului de cele ale unui demodulator ideal;

3. câştigul de procesare specific fiecărui tip de modulaţie.Aproape toate demodulatoarele necesită un raport semnal/zgomot

la intrare de cel puţin 6 10 dB pentru o funcţionare corectă şi asigură la ieşire un raport semnal/zgomot cu 1 până la 3 dB mai mic decât un demodulator ideal.

Lărgimea benzii de trecere a unui receptor reprezintă unul din factorii principali care determină sensibilitatea sa, deoarece puterea zgomotelor la intrare este direct proporţională cu banda eficace de zgomot şi deci, implicit direct proporţională cu banda de trecere. Din această cauză, pentru receptoarele de bandă largă utilizate în războiul electronic cei doi parametri trebuie bine corelaţi, în funcţie de ceea ce se doreşte. În cazul receptoarelor pentru semnale de bandă îngustă, banda de trecere a receptorului va depinde de lărgimea de bandă a spectrului ocupat de semnalul pe care dorim să-l recepţionăm , dar şi de instabilitatea de frecvenţă a liniei de legătură radio, determinată de efectul Doppler , instabilitatea frecvenţei emiţătorului şi cea a frecvenţei heterodinei receptorului :

. (7.9)

Răspunsurile false. Orice receptor poate avea răspunsuri false, datorate altor semnale decât cele pentru care a fost proiectat. Cea mai bună configuraţie de receptor radio, cea superheterodină, este şi cea mai vulnerabilă la răspunsuri false, aşa după cum se poate observa şi din modelul funcţional al acestuia, prezentat în fig. 7.15.

Fig. 7.15 Modelul funcţional al receptoruluiAcest model pune în evidenţă modul în care semnalul util este

perturbat, pe de o parte, de zgomotele totale ce acţionează la intrare receptorului, în banda de trecere a acestuia , iar pe de altă parte de perturbaţiile ce ajung în banda ocupată de semnalul util prin diferite canale suplimentare de recepţie.

Liniaritatea receptorului. În unele cazuri răspunsurile false ale unui receptor, aşa cum se poate constata şi din fig. , sunt cauzate de comportamentul neliniar al etajelor sale, ceea ce determină apariţia unor canale neliniare suplimentare de recepţie. Componentele spectrale noi determinate de distorsiunile datorate blocării , modulaţiei încrucişate , intermodulaţiilor de orice ordin , , ..., , care apar din cauza unor semnale sau perturbaţii puternice ce se găsesc în banda de trecere a preselectorului şi care ajung în banda ocupată de semnalul util, determină o înrăutăţire a calităţii recepţiei acestuia. Calitatea recepţiei semnalului util poate fi înrăutăţită şi de efectele neliniare parametrice care conduc la conversia inversă a zgomotelor heterodinei , sub acţiunea perturbaţiilor din banda de trecere a preselectorului. Rezultă că liniaritate receptorului constituie o caracteristică foarte importantă a acestuia.

Pe lângă cele menţionate mai sus, între caracteristicile unui receptor radio pot fi incluse şi alte specificaţii, cum ar fi cele privind siguranţa în funcţionare (rata defectelor, timpul mediu de funcţionare), gama temperaturilor de lucru, compatibilitatea electromagnetică cu alte mijloace de comunicaţii, greutatea, dimensiunile etc.