Устройства приема и обработки сигналов

 
1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов 
 
Министерство образования и науки  Российской Федерации 
 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
С. А. Подлесный, Ф. В. Зандер 
 
 
 
 
УСТРОЙСТВА  
ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ  
СИГНАЛОВ 
 
 
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию         
в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного 
пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки магистров 210300.68 «Радиотехника», 14.01.2010 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2011 

 
1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 
УДК 621.391(07) 
ББК 32.811.3я73 
П44 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: В. Ф. Шабанов, акад. председатель Президиума 
КНЦ СО РАН;  
В. М. Владимиров, канд. физ.-мат. наук, проф. директор ООО НПФ 
«Электрон» 
 
 
 
 
Подлесный, С. А. 
П44          Устройства приема и обработки сигналов : учеб. пособие / 
С. А. Подлесный, Ф. В. Зандер. – Красноярск :  Сиб. федер. ун-т, 
2011. – 352 с. 
ISBN 978-5-7638-2263-2 
 
В настоящем пособии изложены теоретические основы построения 
устройств приема и обработки сигналов и сведения об отдельных функциональных узлах и системах автоматического регулирования. Рассмотрены методы ослабления воздействия шумов и помех в радиоприемных 
устройствах, особенности приема различного вида сигналов. Изложены 
структуры и технические характеристики устройств приема и обработки 
сигналов различного назначения, а также тенденции и перспективы развития теории и техники приема и обработки сигналов. 
Для студентов укрупненной группы подготовки специалистов, бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 210000 «Электронная техника, радиотехника и связь». 
 
 
 
 
УДК 621.391(07) 
ББК 32.811.3я73 
 
 
 
 
ISBN  978-5-7638-2263-2                                                             Сибирский федеральный  
 
                                                                                        университет, 2011 
2 
 

1.1. Определение, назначение, основные функции, классификация УПиОС и их место в радиосистемах 
 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ  
И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 
 
 
АД, (ИД), (ПД) – амплитудный (импульсный, пиковый) детектор 
АМ, (ЧМ), (ФМ) – амплитудная (частотная, фазовая) модуляция 
АО – амплитудный ограничитель 
АПЧ, (ФАПЧ), (ЧАПЧ) – автоматическая (фазовая, частотная) 
подстройка частоты 
АРУ – автоматическая регулировка усиления 
АТ, (ЧТ), (ОФТ) – амплитудная (частотная, относительная фазовая) телеграфия 
АФУ – антенно-фидерное устройство 
АЧХ (ФЧХ) – амплитудная (фазочастотная) характеристика 
ВАХ, (ПХ), (ИХ) – вольт-амперная (переходная, импульсная) 
характеристика 
ВЦ – входная цепь 
Г – генератор, гетеродин 
ГОН – генератор опорного напряжения 
Д – детектор, демодулятор 
ЗК, (СК) – зеркальный (соседний) канал 
ИС, (ИМС), (БИС) – интегральная (микро, большая интегральная) схема 
ИТ – информационный тракт 
ИЦ, (СЦ), (ЦС) – избирательная (согласующая) цепь 
ИЭ, (УЭ) – измерительный (управляющий) элемент 
КСВН – коэффициент стоячей волны по напряжению 
МШУ – малошумящий усилитель 
ОБ, (ОЗ) – общая база (общий затвор) 
ОМ, (ОБП) – однополосная модуляция (одна боковая полоса) 
ОС, (ООС), (ППОС) – обратная (отрицательная, положительная 
паразитная) связь 
ОУ – оконечное устройство 
ОФ, (СФ) – оптимальный (согласованный) фильтр 
ОЭ, (ОИ) – общий эмиттер (общий исток) 
ПАВ – поверхностно-акустические волны 
ПУ – параметрический усилитель 
ПЧ, (СМ) – преобразователь частоты (смеситель) 
ПЭ, (НЭ) – преобразовательный (нелинейный) элемент 
3 

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 
РПрУ, (РПдУ) – радиоприемное (радиопередающее) устройство 
РРЛ – радиорелейная линия 
СВЧ, (НЧ), (ВЧ) – сверхвысокая (низкая, высокая) частота 
УНЧ – усилитель низкой частоты 
УП – усилительный прибор 
УПТ – усилитель постоянного тока 
УПЧ – усилитель промежуточной частоты 
УРЧ, (УРС) – усилитель радиочастоты (радиосигнала) 
ФНЧ, (ФВЧ) – фильтр низкой (высокой) частоты 
ФСС – фильтр сосредоточенной селекции 
ЧД, (ФД) – частотный (фазовый) детектор 
ЭГ, (ОГ) – эталонный (опорный) генератор 
ЭДС – электродвижущая сила 
ЭМС – электромагнитная совместимость 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 

1.1. Определение, назначение, основные функции, классификация УПиОС и их место в радиосистемах 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Дисциплина «Устройства приема и обработки сигналов» (УПиОС) 
является профилирующей в образовании радиоинженера и входит в 
федеральный компонент государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Цель изучения дисциплины – усвоение основ физических процессов, теории и принципов 
построения и функционирования устройств приема и обработки сигналов, используемых в различных радиотехнических системах. 
В результате изучения дисциплины студенты должны овладеть 
суммой определенных знаний и навыков: 
• знать основные методы приема и обработки сигналов; теорию 
и методы оптимального приема сообщений; методы обеспечения основных характеристик УПиОС; физические принципы, используемые 
при построении усилительно-преобразовательных трактов УПиОС; 
методы экспериментального исследования радиоприемников и их 
функциональных узлов; 
• уметь проектировать УПиОС по заданным показателям качества с 
использованием современной элементной базы; моделировать с помощью современных программных продуктов функциональные узлы и 
УПиОС в целом; составлять электрические структурные, функциональные и принципиальные схемы УПиОС; формулировать и обосновывать 
технические требования к ним и отдельным узлам; осуществлять экспериментальные исследования УПиОС и их функциональных узлов; 
• представлять пути обеспечения заданных характеристик УПиОС – чувствительности, одно- и многосигнальной частотной избирательности, динамического диапазона по основному и соседним каналам; представлять принципы построения приемных трактов с малым 
уровнем собственных шумов, высокой частотной избирательностью, 
низким уровнем перекрестных и интермодуляционных помех, а также 
тенденции, перспективы и проблемы развития техники радиоприема. 
Общий объем дисциплины для магистров составляет 108 часов, 
из которых 54 часа отводится на самостоятельную работу студентов – 
самостоятельное изучение теоретических разделов дисциплины и 
подготовку к лабораторным и практическим занятиям, и 54 часа – на 
аудиторные занятия с преподавателями (лекции, лабораторные и 
практические занятия). Содержание настоящего учебного пособия соответствует структуре лекционного курса по дисциплине УПиОС. 
5 

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВАХ  
ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 
 
 
 
1.1. Определение, назначение,  
основные функции, классификация УПиОС 
и их место в радиосистемах 
 
 
Радиоприемным устройством называется совокупность элементов, предназначенных для улавливания, преобразования и использования энергии электромагнитных волн с целью извлечения из них полезной информации. 
Радиоприемное устройство является составной частью радиотехнической системы. В свою очередь, радиосистемой называется 
любая система, в которой радиосредства выполняют основную или 
одну из основных функций.  
Может быть дано и такое определение радиосистемы. Радиосистемой называется совокупность технических средств, предназначенных для выполнения определенного круга задач, в которой при обмене информации между отдельными частями системы используются 
радиосигналы, способные переносить информационные процессы. 
При системотехническом проектировании радиосистем широко 
пользуются процедурой декомпозиции (процедура рассечения несущественных связей и фиксация существенных). Возможный вариант 
декомпозиции показан на рис. 1.1. 
Радиосистемы можно представить состоящими из радиоканалов – 
совокупностью радиоустройств, которые в рамках отдельной радиосистемы обеспечивают выполнение определенной задачи при передаче или извлечении информации, переносимой радиосигналами. В состав радиоканала обязательно входит физическая среда, в которой 
распространяются радиосигналы. 
Радиоустройство выполняет определенную задачу по формированию или обработке радиосигналов, например, преобразование радиосигнала в сообщение (радиоприемное устройство). Радиоустройство состоит из различных функциональных звеньев: части радиоустройства, которая выполняет заданную функцию по формированию 
6 

1.1. Определение, назначение, основные функции, классификация УПиОС и их место в радиосистемах 
 
или преобразованию электромагнитных полей, радиосигналов или 
информационных процессов. 
В свою очередь, функциональные звенья радиоустройств состоят из схемных элементов, которые можно подразделить на активные и 
пассивные. 
В настоящее время широкое применение находят радиотехнические комплексы, состоящие из нескольких систем, в которых для обработки информации и управления используют мощные компьютеры. 
К ним относятся системы спутниковой и космической связи, системы 
контроля и управления воздушным движением, ракетные космические комплексы и т. д. 
 
 
 
Рис. 1.1. Структура радиосистем 
 
 
Рис. 1.2. Структурная схема одноканальной радиотехнической 
системы передачи информации 
 
 
По своему информационному назначению радиосистемы делят 
на следующие основные классы: 
● системы передачи информации (радиосвязь, радиотелеметрия); 
● системы извлечения информации (радиолокация, радионавигация, радиоастрономия, радиоразведка); 
7 

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 
● системы разрушения информации (создание помех радиоустройствам передачи или извлечения информации); 
● комбинированные информационные системы (комбинация радиоэлектронных систем извлечения и передачи информации); 
● системы управления (в них информация используется для 
управления какими-либо процессами или аппаратами). 
Структурные схемы отдельных радиосистем представлены на          
рис. 1.2–1.4. 
Структурная схема радиоприемного устройства может быть 
представлена как совокупность антенно-фидерного устройства, приемника и оконечного устройства (рис. 1.5). 
Характер ЭДС в приемной антенне определяет первую функцию 
радиоприемника – выделение (селекцию) полезного сигнала из суммы 
ЭДС, наводимых в антенне сигналом и помехами. Селекция может 
осуществляться по ряду признаков полезного сигнала: несущей частоте, характерным параметрам модуляции и амплитуде несущей. 
Во всех радиоприемниках осуществляется частотная селекция за 
счет частотно-избирательных систем, которые можно настраивать на 
несущую частоту полезного сигнала. Поэтому селективные свойства 
приемника по несущей частоте сигнала называют частотной избирательностью приемника или просто избирательностью. 
Наряду с частотной избирательностью в приемниках могут быть 
использованы и другие виды селекции. Например, при приеме импульсных сигналов – временная селекция за счет запирания одного из 
каскадов приемника на время пауз между импульсами сигнала. 
На вход радиоприемника обычно поступает высокочастотный 
сигнал, модулированный по тому или иному параметру. Для приведения в действие оконечного устройства, как правило, необходимо низкочастотное или видеонапряжение, закон изменения которого должен 
по возможности точнее соответствовать закону модуляции принимаемого сигнала. Отсюда вытекает вторая функция радиоприемника – 
преобразование высокочастотного модулированного напряжения в 
низкочастотное (видео) напряжение. Это преобразование называют 
детектированием. 
Обычно мощность принимаемых сигналов, наводимых в антенне, бывает очень мала и недостаточна для нормальной работы оконечного аппарата. Поэтому третьей функцией радиоприемника является усиление принятого сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы оконечного устройства. 
8 

1.1. Определение, назначение, основные функции, классификация УПиОС и их место в радиосистемах 
 
 
а 
 
 
б 
 
 
в 
 
Рис. 1.3. Структурные схемы систем извлечения информации:  
а – пассивная система; б – активная система; в – полуактивная система 
9 

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 
 
Мешающий сигнал А2 
 
Радиопередатчик 
Сигнал подавляемой 
радиосистемы  А1 
Радиоприемник 
 
 
Рис. 1.4. Структурная схема системы разрушения  
информации 
 
 
 
 
 
Рис. 1.5. Обобщенная структурная схема  
радиоприемного устройства 
 
 
 
 
 
Рис. 1.6. Основные функции устройств приема и обработки сигналов 
 
10