Curs Receptoare Cap 1
Transcript of Curs Receptoare Cap 1
Capitolul 1: Receptorul radio
• Introducere
• Funcțiile îndeplinite de un receptor radio
• Parametrii receptoarelor radio
• Unele consideratii privind modulatiile semnalelor utilizate in radiocomunicatii
• Tipuri de receptoare radio
• Structuri uzuale de receptoare radio; principiul superheterodinei
1
[Receptorul radio]: introducere
• RECEPTORUL RADIO:
– reprezinta un ansamblu de circuite electronice
• avand drept roluri: » recepţionarea semnalelor de radiofrecvenţă
» prelucrarea acestora
– prin: » selecţie » amplificare
» decodare » demodulare » conversie
– in scopul redarii informaţiei
2
[Receptorul radio]: introducere
• perfecţionarea dispozitivelor electronice şi a tehnologiei de realizare a circuitelor electronice (LSI şi VLSI) a permis evoluţia şi diversificarea tipurilor constructive de radioreceptoare
• multe din realizările actuale conţin, în esenţă, aceleaşi blocuri funcţionale caracteristice receptoarelor de-a lungul etapelor dezvoltarii lor – au aparut, totusi, imbunatatiri:
• bucle de automatizare (RAA, CAF)
• instrumente indicatoare de nivel
• blocuri prin care se realizeaza, (cu ajutorul unor scheme de automatizare care includ si circuite de tip microcontroler):
– controlul funcţionării
– efectuarea de reglaje
3
[Receptorul radio]: introducere
• d.p.v. al evoluţiei constructive şi al performanţelor, receptoarele pot fi grupate în mai multe generatii:
– Generatia I: RADIORECEPTORUL CU TUBURI ELECTRONICE
• masiv
• mare consumator de energie
• inerent staţionar
• calitate bună
• panou de acţionare mecanic
• preţ mare
• fidelitatea receptorului, exprimată prin gradul de inteligibilitate, era determinată în mare măsură de caracteristicile difuzorului
4
[Receptorul radio]: introducere
– Generatia a II-a: RADIORECEPTORUL CU TRANZISTOARE
• in perioada acestei generatii este realizat aparatul radio portabil
– consum redus
– fiabilitate mai mare
• raportul performanţe – preţ al receptoarelor a crescut continuu odată
cu progresul tehnologic de fabricare a componentelor şi circuitelor
electronice specializate
5
[Receptorul radio]: introducere
– Generatia a III-a: RECEPTOARE CU CIRCUITE INTEGRATE • Generatia a III-a A: RECEPTORUL CU TRANZISTOARE ŞI CIRCUITE
INTEGRATE
• Generatia a III-a B: - RECEPTORULUI CU CIRCUITE INTEGRATE
– dotat cu facilităţi auxiliare de comanda şi control
• se pune problema fidelităţii reproducerii şi a funcţionării corecte prin afişaje de acord optim sau nivel de câmp
• radioreceptoarele sunt prevăzute cu
– functia muting pe raport semnal - zgomot sau pe deviaţia de frecvenţă
– circuite de acord automat
• decodarea stereo capătă o larga răspândire
• filtrele ceramice pentru frecvenţa intermediară (IF) sunt omniprezente 6
[Receptorul radio]: introducere
– Generatia a IV-a: RECEPTOARELE INTEGRATE
• se păstrează facilităţile "artificiale" aparute la generatia a III-a
• sunt modernizate unele elemente standard din structura receptorului
– scop: îmbunătăţirea performanţelor
– modaliati:
» utilizarea circuitelor integrate LSI şi VLSI
» prelucrarea numerică şi circuitele DSP (Digital Signal Processing)
7
[Receptorul radio]: funcţiile îndeplinite de un receptor radio
• INSTALAŢIA DE RECEPŢIE, împreună cu celelalte elemente ale liniei radio,
ASIGURĂ REALIZAREA LEGĂTURII ÎNTRE SURSĂ ŞI DESTINATAR, ÎN VEDEREA
TRANSMITERII DE INFORMAŢII PRIN INTERMEDIUL UNDELOR
ELECTROMAGNETICE
• radioreceptorul (receptorul) prelucrează oscilaţiile de radiofrecvenţă
primite de la sistemul antena-fider în scopul extragerii semnalului
informaţional modulator, pentru a putea fi furnizat sub o forma
convenabila dispozitivului final
• dispozitivul final poate reproduce sau înregistra informaţia transmisă
8
[Receptorul radio]: funcţiile îndeplinite de un receptor radio
• tensiunea electromotoare indusă în antenă este produsă de toate câmpurile electromagnetice ce se găsesc la locul recepţiei
– printre aceste câmpuri se află şi câmpul purtător de informaţie • toate celelalte reprezinta pentru instalaţia de recepţie câmpuri parazite
• pentru a fi posibilă recepţia semnalului util receptorul trebuie să fie în primul rând selectiv – capacitatea receptorului de a separa semnalul util din multitudinea de semnale şi
perturbaţii existente la intrarea sa
• semnalul de radiofrecvenţă selectat are un nivel scăzut – trebuie amplificat în scopul prelucrării ulterioare
• receptorul trebuie să extragă informaţia din semnalul de radiofrecvenţa modulat
– această operaţie se numeşte detecţie sau demodulare
9
[Receptorul radio]: funcţiile îndeplinite de un receptor radio
• aşadar, o instalaţie de recepţie îndeplineşte urmatoarele funcţii principale:
– selecţia semnal de radiofrecvenţa util
– amplificarea semnalului
– extragerea informaţiei (prin detecţie sau demodulare)
– prelucrarea semnalului demodulat
• Obs.:
– toate aceste funcţii trebuie să fie îndeplinite fara alterarea (distorsionarea)
informaţiei
10
[Receptorul radio]: funcţiile îndeplinite de un receptor radio
• funcţiile de selecţie şi amplificare sunt (în general) comune oricărui
tip de informaţie şi procedeu de transmitere
– din această cauză ETAJELE ÎN CARE SE OBŢIN ACESTE FUNCŢII SUNT
COMUNE TUTUROR TIPURILOR DE RECEPTOARE
• cât privește celelalte funcţii (respectiv extragerea informaţiei prin
detecţie şi prelucrarea semnalului recepţionat), acestea sunt
specifice unui anumit tip de informaţie şi unui anumit procedeu de
transmitere
– ETAJELE ÎN CARE SE REALIZEAZĂ NU SUNT COMUNE TUTUROR TIPURILOR
DE RECEPTOARE, CI FAC PARTE DIN TIPURI PARTICULARE DE
RECEPTOARE 11
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
1. FACTOR DE ZGOMOT
2. SENSIBILITATE
3. SELECTIVITATE
4. FIDELITATE
5. LINIARITATEA (GAMA DINAMICA)
6. BANDA FRECVENTELOR DE LUCRU
7. PUTERE NOMINALA (PUTERE NOMINALA LA IESIRE)
8. CARACTERISTICI CONSTRUCTIVE SI DE EXPLOATARE a) Siguranţă în funcţionare
b) Stabilitatea funcţionării
1. cu temperatura
2. cu tensiunea de alimentare
c) Gabaritul instalatiei de receptie 12
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• FACTORUL DE ZGOMOT
– este o masură a cantităţii de zgomot pe care un receptor o generează în
interiorul propriilor circuite (în opoziţie cu zgomotul care vine din mediul
înconjurător)
– in general, cu cât un receptor produce mai puţin zgomot interior, cu atât
factorul său de zgomot este mai scăzut şi raportul S/N este mai bun
– această specificaţie devine tot mai importantă cu cât receptorul urca în
frecvenţă
– la frecvenţe foarte înalte (VHF) – adică la mai mult de 30MHz, factorul de
zgomot este esenţial
13
; ;
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• capacitatea unui receptor de a extrage şi detecta un anumit semnal este limitată de mai mulţi factori – zgomotul etajelor de intrare
• pentru receptorul digital raportul semnal zgomot (SNR) este determinat de BER pentru care se mai poate realiza o reproducere satisfăcătoare a semnalului
• o măsură a degradării SNR o reprezinta: sau
14
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• asadar, prin definitie, FACTORUL DE ZGOMOT, in cazul unui circuit electronic, REPREZINTA RAPORTUL DINTRE PUTEREA DE IESIRE IN CONDITII NORMALE (CU ZGOMOT) SI PUTEREA DE IESIRE IN LIPSA ZGOMOTULUI
• rezulta ca, pentru factorul de zgomot se poate scrie relatia:
• dar, cum Nout= G Nin + Nad, se poate scrie:
15
; ;
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• pentru mai multe componente conectate în cascadă, factorul de zgomot al ansamblului este:
16
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• SENSIBILITATEA (S) – reprezintă:
• capacitatea receptorului de a asigura o recepţie satisfăcătoare pentru semnale din antena de valoare minima
• nivelul minim al semnalului de intrare care poate fi prelucrat corespunzător
– depinde, în mare parte, de valoarea amplificării totale a receptorului
• Obs: – pentru a evita subiectivismul în aprecierea valorii minime a tensiunii, s-a introdus în mod convențional o
anumita valoare a puterii de iesire, numita putere standard – valorile puterii standard la care se determina sensibilitatea sunt:
• 500 mW - receptoarele cu putere de ieșire mare • 50 mW - majoritatea receptoarelor • 1 mW - receptoarele cu audiție în casca
17
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• definitie alternativa:
– SENSIBILITATEA reprezinta nivelul minim al semnalului necesar la intrarea receptorului pentru ca la ieşire să se obţina
• fie – nivelul specificat al semnalului – nivelul specificat al SNR [(S+N)/N)]
• fie – rata erorii de bit (BER) impuse
atunci cand semnalul de la intrare este modulat la valoarea standard specifică tipului de modulaţie cu care se lucrează
18
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• sau, inca o definitie:
– SENSIBILITATEA = NIVELUL MINIM AL PUTERII SEMNALULUI DE LA INTRARE PE CARE RECEPTORUL ÎL POATE DETECTA PENTRU A PUTEA ASIGURA LA IEŞIRE (PENTRU DEMODULARE) UN RAPORT SEMNAL / ZGOMOT IMPUS
• pentru o detecţie corectă:
• in acest caz, factorul de zgomot devine:
• de unde rezultă relaţia între nivelul minim al semnalului de la intrare şi zgomot
19
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• pentru o temperatura de 17oC:
• in aceste condiţii, sensibilitatea receptorului se mai poate scrie sub forma:
• se poate, astfel, defini nivelul de prag al zgomotului de la intrare ca:
• denumire alternativa pentru sensibilitate - MDS (Minimum Detectable Signal):
20
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• Exemplu
– la receptoarele radio militare, în regim de voce a) pentru MA (modulaţie de amplitudine)
– se foloseşte un semnal de intrare » modulat cu un semnal de 1 kHz » cu indice de modulaţie de 30%
• valoarea SNR, la nivelul specificat al semnalului de ieşire, trebuie să fie egala cu 3 (10 dB)
b) pentru MF (modulaţie 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
• valoarea SNR, la nivelul specificat al semnalului de ieşire, trebuie să fie egala cu 10 (20 dB)
21
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• Se folosesc DOUA MODURI DE DEFINIRE A SENSIBILITATII:
– Sensibilitatea limitata de amplificare (SA)
• reprezinta nivelul minim al semnalului de radiofrecventa de intrare (tensiune [μV], putere [pW, μW], câmp electric [μV/m]), în functie de tipul receptorului, necesar pentru a produce la iesire un anumit nivel de putere (de regula, puterea standard)
– Sensibilitatea limitata de zgomot (SN)
• reprezinta nivelul minim al semnalului de radiofrecventa de intrare (tensiune [μV], putere [pW, μW], câmp electric [μV/m]), în functie de tipul receptorului, necesar pentru a produce la iesire un anumit raport semnal zgomot (SNR)
22
– Obs.:
• se mai folosește si noțiunea de sensibilitate maxim utilizabila (SU)
– reprezintă maximul dintre sensibilitatea limitata de amplificare si cea limitata de zgomot care corespunde semnalului de intrare minim necesar asigurării simultane la ieșire a raportului semnal-zgomot si a unei puteri audio mai mari sau egale cu puterea standard
– practic: SU = max (SA,SZ)
23
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
24
• ordinul de marime al sensibilitatii difera de la un radioreceptor la altul
• functie de calitatea receptorului (clasa din care face parte)
• este diferit de la o gama de frecventa la alta
• sensibilitatea receptorului se poate exprima si prin curbe de sensibilitate:
• receptoare obisnuite:
• S = [zeci μV - sute μV]
• receptoare profesionale:
• S = [μV - zeci μV] Curbe de sensibilitate pentru receptoarele de radiodifuziune
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• SELECTIVITATEA
– proprietatea receptorului de a separa semnalul util din domeniul de frecvente furnizate de antena
– reprezintă parametrul (sau ansamblul de parametri) ce caracterizează posibilităţile receptorului de a atenua semnalele şi perturbaţiile cu frecvenţă diferită de cea a semnalului util, permiţând astfel separarea acestuia din urmă din multitudinea de semnale şi perturbaţii din antenă
25
;
util
tinterferen
util
tinterferen
VV
PPateaSelectivit lg20lg10 ==
;
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• Selectivitatea poate fi definită în două situaţii:
– semnalele aplicate la intrare au niveluri mici
• se consideră valabil principiul suprapunerii efectelor
– nu are importanţă dacă este prezent un semnal sau mai multe
» se consideră că semnalul şi perturbaţia nu acţionează simultan
– semnalele aplicate la intrare au niveluri mari
• încep să se manifeste fenomene neliniare
– prelucrarea unui semnal (nu oricare! ne intereseaza, evident, semnalul util) poate fi influenţată de nivelul celorlalte semnale
26
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• tipuri de selectivitate: – selectivitatea faţă de canalul adiacent: reprezintă proprietatea receptorului
de a atenua semnalele din canalele alăturate
– selectivitatea faţă de frecvenţa imagine: reprezintă proprietatea radioreceptorului de a atenua semnalul cu frecvenţa imagine
– selectivitatea faţă de frecvenţa intermediară: reprezintă proprietatea radioreceptorului de a atenua semnalele de frecvenţă apropiată de frecvenţa intermediară
27
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• FIDELITATEA – reprezinta o marime prin care se evalueaza calitatea reproducerii informației
• calitatea reproducerii informatiei (deci si fidelitatea) sunt influentate de distorsiunile introduse în procesul de recepție
– poate fi apreciată cantitativ cu ajutorul coeficientului de distorsiuni – este pusa în evidenta prin forma caracteristicii amplificare - frecventa a
receptorului, a carei forma este prezentata în fig.:
28
; ;
Caracteristica de fidelitate a unui receptor Banda de
lucru (Zona 3)
(Zona 1) (Zona 2)
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• caracteristica fidelitatii globale este determinata de caracteristicile etajelor receptorului (ARF, AFI, Det, AV)
• daca amplificatoarele ar fi ideale: – ar trebui sa amplifice uniform toate semnalele ale căror frecvente sunt
cuprinse în banda de trecere • curba de frecventa ar trebui sa fie uniforma pe întreg domeniul de lucru
• in realitate, semnalele cu frecvente diferite sunt amplificate neuniform – caracteristica reala diferă de cea ideala, apărând distorsiuni de neliniaritate
• caracteristica de transfer prezinta trei zone distincte:
– Zona frecventelor joase (condensatoare de cuplaj si de decuplare ale etajelor amplificatoare)
– Zona frecventelor înalte (etajele de putere ale amplificatorului video) – Zona benzii de lucru
• caracteristica de transfer a unui amplificator se considera suficient de liniara (uniforma), daca amplificarea variază de cel mult doua ori (6 dB / tensiune) în banda sa de trecere
29
; ;
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• Fidelitatea se exprimă prin:
– factorul de distorsiuni neliniare
– distorsiunile liniare (de amplitudine)
• factorul de distorsiuni neliniare se definește in felul următor:
– se aplică un semnal modulator sinusoidal şi se evaluează fundamentala şi armonicele (A1,A2...An):
• distorsiunile liniare rezultă din caracteristica de frecvenţă globală a receptorului
– reprezintă variaţia puterii de ieşire a semnalului RF modulat funcţie de frecvenţa de modulaţie
30
; ;
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• caracteristica de frecvenţă globală a receptorului depinde de :
– amplificatorul AF (cuplaje, decuplări) la frecvenţe joase
– caracteristicile de selectivitate ale amplificatoarelor selective de IF la frecvenţe înalte
31
; ;
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• LINIARITATEA
– punctul de compresie la 1dB poate fi definit ca nivelul de putere necesar pentru a produce o scădere cu 1 dB a câştigului datorită neliniarităţii:
CP1dB out = CP1dB in + Gain − 1dB
32
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• punctul de compresie la 1dB:
• pentru un amplificator, răspunsul din fig. este pentru fundamentală • pentru mixer sau receptor, curba este pentru semnalul de FI • dacă puterea de intrare este peste acest interval, ieşirea începe să se satureze • dacă puterea de intrare este sub acest interval, atunci domină zgomotul
33
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• dacă la intrarea unui sistem se aplică la intrare semnalul:
• atunci la ieşire, datorită neliniarităţilor, se obţine semnalul:
vo = a1 ⋅ vin+ a2 vin2 + a3 vin
3
• in aceste condiţii se poate defini câştigul:
34
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• punctul de intercepţie de ordinul 3, IP3, reprezintă măsura neliniarităţii unui receptor
– fie situatia in care, la intrarea unui receptor se aplica un semnal suma a doua armonice:
vin = A[cos (ω1t) + cos(ω2t)]
– la iesire rezulta un semnal de forma vo = a1 ⋅ vin+ a2 vin2 + a3 vin
3, din care, daca se retin fundamentala si produsele de intermodulatie de ordinul al 3-lea, rezulta:
– prin definitie, punctul de intercepţie de ordinul al 3-lea (IP3) reprezinta intersectia dintre graficele care reprezinta variatia amplitudinii produselor de intermodulaţie de ordinul al 3-lea (IM3) si respectiv, variatia amplitudinii fundamentalei:
35
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• de ce produsele de intermodulatie de
ordinul trei? – deoarece exista o foarte mare
probabilitate ca sa se situeze în banda de trecere a primului etaj de FI
• din ultima relaţie rezultă pătratul amplitudinii tensiunii – prin împărţirea acesteia la dublul
rezistenţei sursei, Rs, se obţine expresia puterii la care are loc egalitatea produsului de intermodulaţie de ordinul al 3-lea (IM3) cu fundamentala, respectiv punctul de intercepţie de ordinul al 3-lea (IP3):
36
SRccIP 1
32
3
13 =
Fundamentala
IP3
Produs de intermodulatie de ordinul al 3-lea
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• IP3 poate fi determinat prin simulare: – se aplică intrării amplificatorului
două semnale sinusoidale de amplitudini egale dar frecvenţe diferite (nu foarte mult)
– se examinează spectrul semnalului de la ieşirea amplificatorului
– se compară produsele de intermodulaţie de ordinul al treilea cu fundamentala atunci când amplitudinea semnalului de intrare variază
– se poate apoi calcula IP3
37
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• punctele definite anterior (IP3 si CP1dB):
38
Puterea de intrare (dB)
Puterea de ieşire (dB)
Punctul de compresie cu 1 dB (P1dB) [iesire]
Ieşire de ordinul 1
Punct de intercepţie de ordinul al 3-lea (IP3)
Termenul de ordinul al 3-lea
IP3 Punctul de compresie cu 1 dB (P1dB) [intrare]
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• produsele de intermodulatie:
39
Produse de intermodulaţie
Frecvenţa Valoarea frecvenţei
ordinul 1 f1, f2 2 GHz, 2,01 GHz
ordinul 2 2f1, 2f2 4 GHz, 4,02 GHz
ordinul 2 f2-f1 f2+f1
0,01 GHz, 4,01 GHz
ordinul 3 3f1 3f2
6 GHz, 6,03GHz
ordinul 3 2f1-f2 2f2-f1
1,99 GHz, 2,02 GHz
ordinul 3 2f1+f2 2f2+f1
6,01 GHz, 6,02 GHz
f1 = 2GHz
f2 = 2,01 GHz
Exemplu:
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• dispunerea pe axa frecventelor a produselor de intermodulatie din exemplul considerat :
40
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• GAMA DINAMICĂ (LA INTRAREA IN RECEPTOR)
– definitie 1: raportul dintre amplitudinea maxima si minima a semnalului de intrare
• valoarea maxima - limitata de distorsiunile de neliniaritate maxim admise de receptor
• valoarea minima - limitata de valoarea sensibilitatii
– definitie 2: 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
– definitie 3: abilitatea unui receptor de a detecta un semnal slab deasupra pragului de zgomot şi de a prelucra un semnal de nivel ridicat fără distorsiuni:
DR [dB] = Pmax − Pmin
41
; ;
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• Domeniul dinamic de blocare al receptorului BDR (“blocking dynamic range”)
– reprezinta un interval permis pentru nivelul semnalului interferent de la intrare, care este cuprins între punctul de compresie de -1dB şi sensibilitatea receptorului
– se refera la punctul in care semnalul slab (presupus dorit) este redus cu 1 dB (“blocat”) de catre semnal puternic (presupus nedorit)
– recepţie sigură şi lipsită de armonici
42
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• grafic, gama dinamica, BDR si legatura dintre cele doua marimi pot fi explicate conform fig.:
43
Gama dinamica a semnalului de
iesire
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• un alt parametru din zona gamei dinamice:
– gama dinamica fara perturbatii, SFDR (spurious free dynamic range)
• domeniul maxim al semnalelor de intrare ce poate fi suportat de un receptor
• acest domeniu este limitat superior de un punct de interceptie (uzual IP3) si inferior, de pargul de zgomot
• uzual, insa, se considera Smin (si nu Pnf) si atunci relatia de calcul a SFDR este:
SFDR = 2/3 (IP3 - Smin)
44
• definitie alternativa: SFDR reprezintă diferenţa dintre puterea fundamentalei şi puterea zgomotelor pentru care produsele de intermodulaţie devin egale cu pragul de zgomot (v. fig.)
– la o anumită valoare a puterii
fundamentale la ieşire, definită ca
pragul de apariţie a produselor de intermodulaţie de ordinul trei, produsele de intermodulaţie devin
egale cu pragul de zgomot
45
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• Exemple
– la intrarea unui receptor radio nivelul semnalului se poate mări chiar cu 100 dB peste nivelul sensibilităţii acestuia, în timp ce BER (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 60 ÷ 80 dB peste nivelul sensibilităţii, raportul semnal/zgomot nu se modifică cu mai mult de 1 dB
– in cazul receptoarelor radio militare, gama dinamică a semnalelor de intrare poate depăşi uneori 140 dB
– uzual gama dinamica a receptoarelor este de 30 … 60 dB
• marirea gamei dinamice: • cresterea sensibilitatii • folosirea RAA
46
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• BANDA FRECVENTELOR DE LUCRU
– reprezinta domeniul de valori al frecventei semnalului purtator pentru
care acesta poate fi receptionat (de catre receptor)
– se apreciaza cu ajutorul coeficientului de acoprerire:
unde:
fmax – frecventa maxima din banda fmin – frecventa minima din banda
47
; ;
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• PUTEREA NOMINALA (PUTEREA NOMINALA LA IESIRE)
– reprezinta puterea debitata de catre receptor pe dispozitivul final
(indicator, difuzor, display, etc.)
– intre Pnom si factorul de distorsiuni (δ), [care caracterizeaza fidelitatea
receptiei informatiei] exista o legatura stransa:
• marirea puterii nominale la iesire duce la marirea factorului de
distorsiuni
– din aceasta cauza, puterea nominala este definita pentru o valoare
precizata a factorului de distorsiuni (de regula, mai mic de 5% - 10%,
functie de destinatia si tipul receptorului)
48
; ;
[Receptorul radio]: parametrii receptoarelor radio
• CARACTERISTICI CONSTRUCTIVE SI DE EXPLOATARE
– Siguranţă în funcţionare (timpul mediu de functionare fara defectiuni al
instalatiei de receptie)
– Stabilitatea funcţionării (capacitatea receptorului de a-si pastra
caracteristicile in conditiile variatiei parametrilor mediului inconjurator)
• cu temperatura
• cu tensiunea de alimentare
– Gabaritul instalatiei de receptie (volum, masa)
49
50
[Receptorul radio]: unele consideratii privind modulatiile semnalelor utilizate in radiocomunicatii
51
[Receptorul radio]: unele consideratii privind modulatiile semnalelor utilizate in radiocomunicatii
52
[Receptorul radio]: unele consideratii privind modulatiile semnalelor utilizate in radiocomunicatii
53
[Receptorul radio]: unele consideratii privind modulatiile semnalelor utilizate in radiocomunicatii
54
[Receptorul radio]: unele consideratii privind modulatiile semnalelor utilizate in radiocomunicatii
55
[Receptorul radio]: unele consideratii privind modulatiile semnalelor utilizate in radiocomunicatii
[Receptorul radio]: tipuri de receptoare radio
tipurile de receptoare: rezulta conform unor criterii de clasificare
unele dintre aceste criterii (si tipurile corespunzătoare de receptoare) sunt prezentate in continuare
1. Criteriul 1: Destinaţie 1. comerciale (radioreceptoare de larg consum) 2. profesionale:
1. radiotelefoane 2. radiorelee 3. radiolocaţie 4. telecomandă 5. telemetrie 6. sateliti 7. de trafic
56
[Receptorul radio]: tipuri de receptoare radio
2. Criteriul 2: Semnalul modulat recepţionat
1. MA
1. P
2. PS
3. BLU
2. MF
3. MA-MF
4. MPh
5. MI-MF
6. ……..
57
[Receptorul radio]: tipuri de receptoare radio
3. Criteriul 3: Structura (arhitectura interna) 1. receptor cu amplificare directă
2. receptor cu reacţie
3. receptor cu super-reacţie
4. receptor superheterodina
1. cu o schimbare de frecvenţă (SF)
2. cu două sau mai multe SF
5. receptor cu detecţie sincronă directă (sincrodină)
6. receptor cu rejectia imaginii
1. arhitectura Hartley
2. arhitectura Weaver
7. receceptor low-IF
8. receptor software
58
[Receptorul radio]: tipuri de receptoare radio
4. Criteriul 4: Gama de frecvenţă 1. Radioreceptoare de radiodifuziune:
1. UL
2. UM
3. US
4. UUS
5. UM+UUS
6. UU+UM+UUS etc.
2. Radioreceptoare de radiolocatie: 1. gama metrica
2. gama decimetrica
3. gama centimetrica
4. gama milimetrica 59
[Receptorul radio]: tipuri de receptoare radio
5. Criteriul 6: Mobilitate 1. staţionare
2. mobile
3. Portabile
6. Criteriul 6: Amplificarea semnalului demodulat 1. tuner (cu amplificator de putere exterior)
2. cu amplificator de putere încorporat
7. Criteriul 7: Alimentare 1. de la acumulatori / baterii
2. de la reţea
3. mixtă 60
[Receptorul radio]: tipuri de receptoare radio
8. Criteriul 8: Performantele globale – din acest p.d.v., de ex., receptoarele de radiodifuziune se impart in urmatoarele
clase:
– Receptoare radio de clasa I • au cele mai bune performanţe • sunt complexe • sunt prevăzute cu dispozitive şi circuite auxiliare de reglaj • performante
– audiţie de înaltă calitate – puterea maxima audio: 5–10W sau mai mult – sensibilitatea: 50 mV
– Receptoare radio de clasa a II-a • sunt de bună calitate • performante
– audiţie satisfăcătoare – puterea maximă audio este de 2–4 W – sensibilitatea: 100 mV
61
[Receptorul radio]: tipuri de receptoare radio
– Receptoare radio de clasa a III-a
• au o construcţie mai simplă
• performante
– audiţie satisfăcătoare
– dimensiuni mici
– puterea maximă audio: 0,5 – 1,5 W
– sensibilitatea: 200 mV
– Receptoare radio de clasa a IV-a
• sunt receptoare simple, cu detecţie sau cu amplificare directă
• performante
– puterea maximă audio: 0,5 W
– sensibilitatea :500 mV
62
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul superheterodinei
• analiza receptoarelor radio, pe baza structurii lor, permite o abordare
graduala a acestora, d.p.v. al complexitatii (de la scheme mai simple spre
scheme complexe)
• totusi, stabilirea unor arhitecturi de receptoare implica luarea in
consideratie a mai multor factori
• in acest mod, aplicand un criteriu combinat structura-tehnologie, rezulta
urmatoarele tipuri de radioreceptoare :
– Receptoare fara schimbare de frecventa
– Receptoare cu schimbare de frecventa
– Receptoare digitale
63
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul superheterodinei
• detaliind, rezulta: – RECEPTOARE FARA SCHIMBARE DE FRECVENTA
• cu amplificare directă • cu reacţie si super-reacţie • reflex
– RECEPTOARE CU SCHIMBARE DE FRECVENTA (CU HETERODINARE) • cu o schimbare de frecvenţă • cu două sau mai multe schimbări de frecvenţă
• superheterodina • cu rejectia imaginii
– Hartley – Weaver
• homodina • low-IF
– RECEPTOARE DIGITALE • cu esantionarea IF • cu subesantionare
64
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
RADIORECEPTOARE FARA SCHIMBARE DE FRECVENTA
– compuse, in principiu, din amplificatori RF (μunde) si detectori
– nu are loc nicio conversie in frecventa
– nu sunt des folosite
– greu de proiectat etajele de RF acordabile
– dificil de obtinut (realizat) amplificatori RF (μunde) de castig mare
tipuri de radioreceptoare fara schimbare de frecventa
radioreceptoare cu amplificare directă
radioreceptoare cu reacţie
radioreceptoare cu super-reacţie
65
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei • RECEPTORUL CU AMPLIFICARE DIRECTA
– este receptorul cu cea mai simpla constructie – are performante acceptabile – este destinat receptionarii semnalelor modulate în amplitudine, emise din
apropiere
66
Partea de joasa frecventa (jF)
Partea de RF (microunde - μunde)
Detector
AV (amplificator
video)
Dispozitiv de iesire
Circuit de acord (de
preselectie, de intrare)
ARF
(amplificator de radiofrecventa)
RAA
(reglarea automata a amplificarii)
Automatica receptorului RECEPTORUL
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei • ROLURILE BLOCURILOR FUNCŢIONALE:
– CI - circuit de intrare • conectarea antenei la primul etaj activ din receptor • pentru a avea pierderi mici se foloseşte un circuit LC • are şi funcţiuni selective:
– se mai numeşte şi circuit de preselecţie – ARF - amplificatorul de radio frecvenţă
• realizează funcţii de selecţie şi amplificare • semnalul este mic:
– dacă se doreşte sensibilitate mare este necesar zgomot mic – Demodulatorul
• extrage mesajul purtat de către semnalul RF – Amplificatorul de joasă frecvenţă
• aduce semnalul demodulat la un nivel adecvat aplicaţiei pentru care este destinat – Reglajul automat al amplificării, RAA
• nivel de intrare variabil • nivel de ieşire cât mai constant
67
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• RECEPTORUL CU REACTIE SI SUPERRECTIE – ideea: cresterea sensibilitatii prin folosirea reactiei
68
Partea de joasa frecventa (jF)
Partea de RF (microunde - μunde)
Detector
AV (amplificator
video)
Dispozitiv de iesire
Circuit de acord (de
preselectie, de intrare)
ARF
(amplificator de radiofrecventa)
CR
(circuit de reactie)
RECEPTORUL
AMPLIFICATOR CU REACTIE
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei • principiul de functionare:
– un amplificator cu reacţie care în buclă deschisă are câştigul A0 şi bandă B0
iar circuitul de reacţie (CR) are factorul de transfer independent de frecvenţă şi egal cu β, în buclă închisă va fi caracterizat prin:
– dacă reacţia este pozitivă (semnul -): βA0
→ 1
– => Ar→ ∞, Br → 0
• sensibilitatea şi selectivitatea cresc • dezavantaje
– pericolul permanent de intrare în oscilaţie
• funcţionarea instabilă
69
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei • in cazul receptoarelor cu supra-reacţie, reacţia pozitivă este supra-unitară (supra-critică)
• ARF (uzual doar cu un tranzistor) oscilează pe o frecvenţă supra-audibilă (40 - 100kHz), în ritmul căreia se produc si dispar oscilaţiile de RF pe o frecvenţă foarte apropiată de a semnalului de RF de intrare
• semnalul de intrare, cu frecvenţă foarte apropiată de frecvenţa de rezonanţă a circuitului selectiv din oscilatorul de RF, amorsează oscilaţiile de RF
• acestea există pe o durată din una din semi-perioadele semnalului supra-audibil
• durata şi amplitudinea oscilaţiilor de RF variază în funcţie de nivelul semnalului de RF de intrare
• curentul mediu prin dispozitiv reproduce nivelul semnalului de intrare 70
aceste receptoare pot avea amplificări foarte mari (peste 106) şi selectivităţi foarte bune, dar au funcţionarea nesigură şi sunt zgomotoase
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei • RECEPTORUL REFLEX
– este un tip de receptor în care
– acelaşi dispozitiv activ este folosit atât pentru amplificarea semnalului de RF cât şi a celui de JF – de fapt a semnalului audio
– pentru aceasta, semnalul AF este reinserat în intrarea dispozitivului amplificator
– un exemplu este în fig. :
• după detecţie, semnalul este reintrodus în baza lui Q1
• semnalul AF este amplificat şi apoi aplicat la Q2
71
receptoarele reflex sunt foarte economice (consumă puţin, au puţine piese) dar sunt instabile şi acordabile în benzi înguste
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• RADIORECEPTORUL CU SCHIMBARE DE FRECVENŢĂ
– am văzut că receptoarele cu amplificare directă (fără schimbare de frecvenţă) au performanţe bune dacă lucrează pe frecvenţă fixă şi nu prea mare
– a apărut, natural, următoarea intrebare:
• nu se poate face în aşa fel încât să se folosească un asemenea receptor dar cu posibilitatea “aducerii” (translatiei) diverselor semnale pe frecvenţa centrală a acestui receptor?
– răspunsul este afirmativ iar metoda folosită pentru realizarea translaţiei este cunoscută sub denumirea de schimbare de frecvenţă
72
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• principiul acestei metode este ilustrat de urmatoarea schema-bloc
• se poate scrie, succesiv:
73
Circuit de inmultire /produs
Oscilator
Amplificator pe frecventa
translatata
ss(t) sSF(t)
sOL(t)
Circuit de selectie a frecventei translatate
Amplificator selectiv pe frecventa translatata
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• rezulta:
• ambii termeni asigură o schimbare de frecventa (SF), adică apariţia unui semnal având frecvenţa purtătoare diferită de cea a semnalului de intrare
• se constată că se conservă modulaţia: Us(t), φs(t) 74
ωOL
ωs
ωOL - ωs ωOL + ωs
ωOL
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• DESPRE UNELE PERTURBATII CARE POT SA APARA IN SF
a) este necesar ca frecvenţa fi să nu fie în gama ocupată de semnal
• in caz contrar:
– semnalul avand această frecvenţă va trece direct (fiind interpretata de catre receptor drept de componenta pe frecvenţa fs)
– se va suprapune peste toate celelalte semnale care trec prin schimbare de frecvenţă
– rezultat: perturbarea semnalelor care trec prin SF
• mod de evitare / eliminare:
– se insereaza filtre inainte de SF
– aceste filtre nu trebuie să afecteze semnalele utile
• rezulta necesitatea condiţiei fi≠fs , adică banda de intrare a
receptorului nu trebuie sa cuprinda frecvenţă intermediară
75
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
b) trebuie, de asemenea evitată situaţia în care, pentru unele semnale utile, fi=nfHet
• dacă nu se evită situatia mentionata:
– armonicele semnalului OL vor introduce perturbatii
– de ce?
» semnalul local are nivel mare
» armonice sale:
• desi sunt mici faţă de semnalul OL
• pot fi relativ mari în raport cu semnalul recepţionat
» rezulta semnale perturbatoare de tipul fi=nfHet , care afecteaza circuitele de FI
76
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• DESPRE VARIANTELE DE IMPLEMENTARE A SCHIMBARII DE FRECVENTA
– in practica, schimbarea de frecvenţă prin însumare se foloseşte în radioemiţătoare iar cea prin diferenţă în radioreceptoare
– funcţie de relaţia dintre frecvenţa purtătoare (fs) şi frecvenţa semnalului generat de catre oscilatorul local (notat fOL sau fHet) schimbarea de frecvenţă prin diferenţă poate fi de două tipuri:
• infraheterodină: fOL < fs (fi= fs-fOL)
• superheterodină (supraheterodina): fOL > fs (fi=fOL-fs)
– analiza acestor variante conduce la urmatoarele concluzii:
• varianta a doua este preferabil a fi folosita la receptoarele MA
• in cazul receptoarelor MF, la care frecvenţa purtătoare este mare, se pot folosi ambele variante
77
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• Justificare afirmatiilor anterioare cu privire la alegerea tipului de SF
– se face pentru cazul unui SF real
– SR real este diferit de un simplu circuit de produs (de inmultire)
– semnalul obţinut la ieşirea SF real conţine urmatoarele componente:
• produsul celor două semnale de intrare (asa cum am presupus si in prima instanta, atunci cand am considerat circuitul de inmultire)
• cele două semnale de intrare • alte combinaţii ale acestora
– componente cu frecvenţele ±kfs±jfOL
78
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• SF infraheterodină: fi= fs-fOL (fOL < fs ) => fi< fs
– Exemplu • fie un receptor pentru semnale MA
care acopera gamele de unde lungi, UL (150 … 290 kHz), unde medii, UM (525 ... 1455 kHz) şi unde scurte, US (3 ... 30 MHz)
• se disting doua soluţii constructive pentru a îndeplini cerinţele referitoare la evitarea perturbarii functionarii circuitelor de FI, respectiv conditiile a si b (slide 69 si 70):
79
mai multe AFI având frecvenţa fi
mai mică decât fiecare frecvenţa minimă a fiecărei game (cu un comutator)
un singur AFI având frecvenţa fi mai mică decât cea mai mică frecvenţă de lucru: fi≤150KHz
=> soluţia cu un singur AFI este mai convenabilă (complexitate schema, fiabilitate, costuri etc.)
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• pot sa apara perturbaţii datorate unor armonici ale OL:
– fiind in cazul infraheterodina:
fOL < fs, fi= fs-fOL => fi< fs
– pe de alta parte, este posibil ca fi>fOL
– chiar mai mult, se pot indeplini, simultan, conditiile:
fi=fs-fOL; fi = nfOL
– rezulta: fs = fi + fOL, si mai departe: fs = fi + (1/n) fi
=> , frecvente de semnal care vor fi perturbate
– aceste perturbatii pot fi evitate daca
80
(pentru n=2)
fi<100KHz (pentru cazul exemplului considerat)
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• se poate identifica o perturbaţie foarte periculoasă, cunoscută sub denumirea de perturbaţie pe frecvenţa imagine
• se consideră că la intrarea unui receptor există două semnale având spectrele în relaţia dată în fig.:
• cele două semnale sunt prelucrate de către SF, indiferent de tipul heterodinarii (infra sau supra/super)
81
fOL
fimagine pentru infraheterodina fimagine pentru superheterodina
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• odată amestecate cele două semnale nu mai pot fi separate şi recepţia este puternic perturbată
• perturbaţia pe frecvenţa imagine trebuie să nu ajungă la SF
– trebuie eliminata de filtrele plasate înaintea SF
• atenuarea oricărui FTB este cu atât mai mare cu cât ecartul relativ la care se află perturbaţia este mai mare (cu cat ne aflam mai departe de frecventa centrala a acestuia sau chiar cu cat mai departe de banda sa trecere)
• asadar, fimagine trebuie sa fie cat mai departe de banda utila, deci fi trebuie ales cât mai mare:
– o valoare < 100 KHz ar putea să nu fie acceptabilă
• SF infraheterodină nu este acceptabilă la R pentru semnale MA (spectre inguste, in jurul lui fs) dar poate fi acceptată la R pentru semnale MF (spectre mult mai largi in jurul lui fs)
82
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• SF – superheterodină: fi=fOL-fs; fh>fs – nicio restricţie pentru valoarea lui fi faţă de frecvenţele recepţionate
• fi poate fi ales oriunde în afara gamelor de semnal – fi
< fh
• nu pot apărea interferenţe cu nfh – perturbaţiile pe frecvenţa imagine există şi în acest caz
• se impune alegerea unei valori cât mai mari fi – nu există restricţiile de la cazul infraheterodina
• se poate alege o valoare convenabilă pentru fi – SF superheterodină este cea mai puţin restrictivă din punctul de vedere al
condiţiilor de alegere a fi: • fi - în afara benzilor de lucru • fi
– valoare cat mai redusa, pentru AFI performant • fi
– valoare cat mai mare, pentru a putea rejecta convenabil f imagine
83
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei • schema unui RECEPTOR SUPERHETERODINA:
• observând schema de pricipiu, se constată că au apărut notiuni si blocuri specifice asociate:
– frecventa de heterodina (fOL, fHet) / oscilator local (OL)
– frecvenţă intermediară (fI) / amplificator de frecvenţă intermediară (AFI)
– schimbător de frecvenţă (mixer)
84
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• recepţia cu schimbare de frecvenţă are avantaje esenţiale: – amplificarea semnalului de înaltă frecvenţă se face la cel puţin două
frecvenţe diferite (fs şi fi) • se poate realiza o amplificare globală foarte mare în condiţii de foarte
bună stabilitate – AFI funcţionează pe frecvenţă fixă
• ca urmare, se pot realiza: – o amplificare foarte mare şi constantă pentru orice frecvenţă de
intrare (din banda de lucru) – o selectivitate foarte bună faţă de semnalele din canalele adiacente
• practic, aproape toată amplificarea şi selectivitatea sunt concentrate în acest bloc
– filtrele de frecvenţă intermediară funcţionează pe frecvenţă centrală fixă • pot fi realizate cu caracteristică apropiată de aceea ideală (maxim plat,
flancuri abrupte, simetrie bună) 85
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• dezavantaje:
– schema este mai complicată
– există posibilitatea apariţiei răspunsurilor parazite, adică pot
fi recepţionate semnale cu alte frecvenţe decât aceea dorită
– este necesar monoreglajul circuitelor selective de intrare şi ale
oscilatorului local, ceea ce nu este întotdeauna uşor
86
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei • Circuitul de intrare
– realizeaza cuplarea cu pierderi minime între antenă şi primul etaj activ din receptor
– soluţia constructivă: realizarea pe baza unui CO (Circuit Oscilant) • COD (Circuit Oscilant Derivaţiie) • COS (Circuit Oscilant Serie)
– acest circuit va fi acordat permanent pe frecvenţa de lucru • dacă receptorul are acord variabil, atunci unul din cele doua elemente
reactive ale CO (condensatorul sau bobina) este reglabil
– contributie la realizarea funcţiei de selectivitate • trebuie să atenueze cât mai mult posibil perturbaţiile aflate pe frecvenţe
depărtate de frecvenţa de lucru: – frecvenţa intermediară – frecvenţa imagine
87
NU trebuie sa ajunga la SF
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• daca receptorul nu are ARF, atunci blocarea accesului frecventelor de semnal de valori egale cu frecventa imagine si/sau frecventa intermediara este realizată de CI
• pe de alta parte, CI, avand banda de trecere relativ larga, nu contribuie la selectivitatea faţă de canalul adiacent
88
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• Amplificatorul de Radiofrecvenţă (RF&μunde) [ARF&μunde]
– realizează amplificarea semnalului în banda originară – contribuie la mărirea câştigului global al receptorului deci a sensibilităţii limitate
de amplificare – este, in principiu, un amplificator de semnal mic
• poate fi proiectat pentru a lucra cu zgomot mic – zgomotul produs de acest bloc va fi mai mic decât cel produs de către
schimbătorul de frecvenţă care este primul bloc activ atunci când ARF lipseşte
• ARF va permite mărirea sensibilităţii (limitate de zgomot) – datorita necesitatii eliminarii semnalelor perturbatoare din jurul frecvenţei
intermediare şi imagine, ARF este selectiv • va atenua cât mai mult posibil semnalele perturbatoare pentru a le
împiedica să ajungă la SF
89
– dacă RR are acord variabil acest bloc trebuie acordat pe frecvenţa purtătoare a semnalului util
– rezulta o structură simplă: unul sau două etaje de amplificare având ca sarcină circuite rezonante sau cuplate
– in anumite constructii de receptoare, ARF fie:
• poate să lipsească
• are un singur etaj
– motivul: condensatorul variabil asociat contribuie foarte mult la creşterea volumului şi a preţului de cost
90
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
– daca, insa, pentru acord se folosesc diode varicap, problemele volumului si pretului de cost dispar
– câştigul realizat (10...30) dB se alege aşa fel că să nu conteze zgomotul etajului următor
– ARF are un alt rol foarte important: izolarea dintre (Mx + OL) si antenă
• se reduc:
– radiaţia semnalului local
– influenţa antenei asupra acestui semnal
91
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• SF - schimbătorul de frecvenţă
– rol: transferarea semnalul de pe frecvenţa purtătoare, fs, în banda de
trecere a amplificatorului de frecvenţă intermediară
– este un bloc esenţial neliniar
– proiectarea SF: acest bloc nu trebuie sa introduca distorsiuni
neliniare asupra semnalului modulator
92
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• OL - oscilatorul local
– rol: generarea unei oscilaţii locale, cu un conţinut cît mai redus de armonici
– nivelul semnalului generat este determinat de soluţia aleasă pentru SF
– dacă receptorul acoperă o gamă de frecvenţă, atunci semnalul generat de OL (semnalul de heterodina) trebuie să aibă frecvenţa variabilă
– valoarea frecvenţei va fi controlată cu un circuit RLC (oscilator Hartley sau Colpitts)
• trebuie să existe un element variabil - de regulă capacitorul
93
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• in cazul frecvenţei variabile se impune şi condiţia ca amplitudinea semnalului să fie constantă cu frecvenţa
• variante de realizare a ansamblului (Mx + OL):
– cu un singur dispozitiv activ - schimbător de frecvenţa auto-oscilant
• solutie mai ieftina, dar cu performante reduse
– Mx si OL = blocuri distincte
• varianta preferata: asigura performanţe superioare
94
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• AFI - amplificatorul de frecvenţă intermediară
– are un rol decisiv pentru performanţele RR: • realizează selectivitatea la canalul vecin • realizează cea mai mare parte din câştigul global
– proiectarea si realizarea practica a AFI: mare atentie la conceptie si, in egala masura, la detalii
– soluţii constructive: a) mai multe etaje de amplificare având ca sarcină circuite oscilante
derivaţie (COD) b) mai multe etaje de amplificare având ca sarcină circuite cuplate de
ordinul II c) variante mixte (combinatii ale primelor doua variante) d) amplificatoare cu selectivitate concentrată
95
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
a) m.m. etaje de amplificare având ca sarcină COD:
– dacă acordul etajelor se face pe aceeaşi frecvenţă: performantele sunt acceptabile
– daca se face acordul pe frecvente diferite: • se ameliorează caracteristica de selectivitate • cresc complexitatea operaţiunii şi costul
– performanţe acceptabile pentru receptoare radio MA (2-3 etaje) – caracteristica de faza are un grad scazut (insuficient) de liniaritate
• nu se recomanda pentru receptoarele MF – alta problema ale acestui tip de AFI: stabilitate scazuta
96
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
b) m.m. etaje de amplificare având ca sarcină circuite cuplate de ordinul II
– acest tip de AFI au: • selectivitate mai buna ca cea a AFI cu COD simple • stabilitate superioara (cauza: separarea mai buna între elementele active) • performanţe bune şi pentru receptoare MA (2-3 etaje) şi pentru receptoare
MF (3-4 etaje) • caracteristica de fază:
– ce poate fi controlată prin indicele de cuplaj – pentru care poate fi găsit un optim (al liniaritatii) cu ajutorul reglajului
(variatiei) coeficientilor de cuplaj
97
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
c) variante mixte (combinatii ale primelor doua variante):
– unele etaje folosesc ca sarcină circuite rezonante simple altele circuite cuplate
– de multe ori primele n-1 etaje sunt realizate cu circuite cuplate, iar ultimul etaj - cu COD
98
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
N-1 etaje cu circuite cuplate etajul al N-lea (ultimul) - cu COD
d) amplificatoare cu selectivitate concentrată
– funcţiile de amplificare si de selectivitate sunt separate – acest lucru se realizeaza prin structura acestui tip de AFI, care cuprinde:
• un amplificator de bandă largă • un filtru trece banda
– cel mai adesea filtrul este piezoceramic (455 kHz sau 10,7 MHz -radiodifuziune)
– în alte game de frecvenţă sau pentru performanţe mai bune se folosesc filtre cu cuarţ sau mai rar, filtre magnetostrictive, mecanoelectrice, etc.
– se pot folosi si circuite cuplate de ordin superior (n=4...5...6), dar, desi performantele sunt superioare, schema este (foarte) greu de reglat si, de aceea, nepractica
• circuite de adaptare
99
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
CA1 BPF CA2 Amplificator de
banda larga
• din punctul de vedere al selectivităţii performanţele AFI pot fi precizate
prin:
– banda de 3 dB
– atenuarea la canalul adiacent
– coeficientul de dreptunghiularitate:
100
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
• Reglajul automat al amplificării RAA
– rol: asigurarea unei amplificari constante a etajelor receptorului, indiferent de valoarea amplitudinii semnalelor de intrare
– asadar, RAA functioneaza in conditiile urmatoare: • nivel de intrare variabil • nivel de ieşire cât mai constant
– mod de rezolvare: • se extrage o informaţie din semnalul recepţionat:
– o tensiune proporţională cu nivelul acestuia • cu aceasta se comandă în mod corespunzător câştigul ARF (si
al AFI) • la receptoarele MA-P aceasta informatie se poate extrage din
semnalul demodulat: este vorba de componenta de curent continuu 101
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei
– în cazul receptoarelor cu o schimbare de frecvenţă blocul RAA poate
fi mai eficient deoarece poate acţiona asupra unui număr mai mare
de etaje (2-3 în AFI, 1-2 etaje în ARF)
– având în vedere aceste aspecte RAA poate fi:
• un LPF cu ft≤fmmin (frecventa minima din cadrul spectrului semnalului
modulator)
• un ansamblu (LPF + amplificator de curent continuu)
102
[Receptorul radio]: structuri uzuale de receptoare radio; principiul
superheterodinei