Радиоприемники КВ и УКВ

1. Теоретическая часть 

Радиоприем - это выделение сигналов из радиоизлучения. В том месте, где ведется радиоприем, одновременно существуют радиоизлучения от множества естественных и искусственных источников. Мощность полезного радиосигнала составляет очень малую долю мощности общего радиоизлучения в месте радиоприема. Задача радиоприемного устройства сводится к выделению полезного радиосигнала из множества других сигналов и возможных помех, а также к воспроизведению (восстановлению) передаваемого сообщения.

Основными (в смысле универсальности) показателями радиоприемных устройств являются диапазон рабочих частот, чувствительность, избирательность и помехоустойчивость.

Выходная мощность – мощность которую радиоприемник отдает в  нагрузку или громкоговорителю при  соответствующей величине сигнала  на входе радиоприемника.

Чувствительность – это  способность обеспечить номинальную  выходную мощность при малой величине на входе.

Избирательность – способность  радиоприемника избирать(выделять) из многих сигналов отличая по частоте  сигнала принимаемой радио станции.

Диапазон частот – участок  спектра радиочастоты ограниченные верхней и нижней частотой, в пределах которого обеспечивается приём сигналов.

Искажения нелинейные и частотные  – определяют качество воспроизведения  сигнала и зависят в основном от усилительных каскадов радиоприемника.

 

 

 

 

  Радиоприемники коротких и ультракоротких волн с амплитудной модуляцией

 

В самом общем виде принцип  работы радиоприёмника выглядит так: колебания электромагнитного поля (смесь полезного радиосигнала и помех разного происхождения) наводят в антенне переменный электрический ток; полученные таким образом электрические колебания фильтруются для отделения требуемого сигнала от нежелательных (помех); из сигнала выделяется (детектируется) заключенная в нём полезная информация; полученный в результате сигнал преобразуется в вид, пригодный для использования: звук, изображение на экране телевизора, поток цифровых данных, непрерывный или дискретный сигнал для управления исполнительным устройством (например, телетайпом или рулевой машинкой) и т. д. В зависимости от конструкции приёмника сигнал в его тракте может проходить, кроме детектирования, многоэтапную обработку: фильтрацию по частоте и амплитуде, усиление, преобразование частоты (сдвиг спектра), оцифровку с последующей программной обработкой и преобразованием в аналоговый вид.

 

Нас интересуют же радиоприемники работающие на коротких и ультра-коротких волнах.

Короткие волны (также декаметровые волны) — диапазон радиоволн с частотой от 3 МГц (длина волны 100 м) до 30 МГц (длина волны 10 м).

Короткие волны отражаются от ионосферы с малыми потерями. Поэтому, путём многократных отражений от ионосферы и поверхности Земли, они могут распространяться на большие расстояния. Короткие волны используются для радиовещания, а также для любительской и профессиональной радиосвязи. Качество приёма при этом зависит от различных процессов в ионосфере, связанных с уровнем солнечной активности, временем года и временем суток. Так днём лучше распространяются волны меньшей длины, а ночью — большей. Для связи между наземными станциями и космическими аппаратами они непригодны, так как не проходят сквозь ионосферу.

На коротких волнах наблюдаются замирания — изменение уровня принимаемого сигнала, они проявляются как кратковременное снижение амплитуды несущей частоты или вовсе пропадание последней. Замирания возникают из-за того, что радиоволны от передатчика идут к приёмнику разными путями, в разной фазе и, интерферируя на антенне приёмника, могут ослаблять друг друга.

Любительское использование КВ

В первые десятилетия существования  радио считалось, что волны короче 250 м малопригодны для практических целей. Поэтому весь КВ диапазон был предоставлен в распоряжение любителей-энтузиастов для экспериментов. Первым законодательным актом, регламентировавшим любительскую радиосвяэь, был «Закон о радио», принятый Конгрессом США в 1912 г. По мере совершенствования техники радиосвязи выяснилось, что при определенных условиях на КВ возможна связь на дальние расстояния даже при минимальной мощности передатчика.

Ультракоро́ткие во́лны (УКВ) в современной практике — это радиоволны из диапазонов метровых (МВ), дециметровых (ДМВ) и частично сантиметровых (СМВ) волн. Однако согласно советскому ГОСТ 1986 года этот термин также распространяется на все высокочастотные волны вплоть до децимиллиметровых (совр. «терагерцовый» диапазон). Таким образом в науке и электронной технике диапазон частот УКВ находится в пределах от 30 МГц (длина волны 10 м) до 3 ГГц (длина волны 10 см). Термин УКВ рекомендуется применять для случаев, когда границы используемого диапазона не совпадают с границами стандартных диапазонов.

УКВ-диапазон используется для радиовещания с частотной модуляцией, в том числе стереофонического, телевидения, радиолокации, связи с космическими объектами (так как они проходят сквозь ионосферу Земли), а также для любительской и профессиональной радиосвязи.

Радиоволны УКВ-диапазона распространяются практически в пределах прямой видимости, а также, не отражаясь от ионосферы, уходят в космическое пространство. То есть ионосфера для радиоволн  УКВ диапазона прозрачна. Однако, поскольку в пределах прямой видимости  может быть естественный спутник  Земли Луна, то волны УКВ диапазона  могут отразиться от неё и вернуться  на Землю, где могут быть принятыми  на другом конце земного шара. В 1962 году дважды был проведён эксперимент: с передающей антенныЕвпаторийского Центра Дальней Космической связи на волне 39 см в сторону Венеры азбукой Морзе было отправлено послание «Мир», «Ленин», «СССР». Чуть более чем через 4 минуты отражённый от соседней к нам планеты радиосигнал вернулся на Землю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.

Первый опыт передачи речи и музыки по радио методом амплитудной  модуляции произвёл в 1906 году американский инженер Р. Фессенден. Несущая частота 50 кГц радиопередатчика вырабатывалась машинным генератором (альтернатором), для её модуляции между генератором и антенной включался угольный микрофон, изменяющий затухание сигнала в цепи. С 1920 года вместо альтернаторов стали использоваться генераторы на электронных лампах. Во второй половине 1930-х годов, по мере освоения ультракоротких волн, амплитудная модуляция постепенно начала вытесняться из радиовещания и радиосвязи на УКВ частотной модуляцией. С середины XX века в служебной и любительской радиосвязи на всех частотах внедряется модуляция с одной боковой полосой (ОБП), которая имеет ряд важных преимуществ перед АМ. Поднимался вопрос о переводе на ОБП и радиовещания, однако это потребовало бы замены всех радиовещательных приёмников на более сложные и дорогие, поэтому не было осуществлено. В конце XX века начался переход к цифровому радиовещанию с использованием сигналов с амплитудной манипуляцией.

 

 

 

2.  Графическая часть

 

1. Блок схема супергетеродинного приёмника изображена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – блок схема супергетеродинного радиоприёмника

 

 

 

 

В основном применяются супергетеродинные  радиоприемники(рис.1) С антенны сигнал поступает на входные цепи(1) и  УРЧ - усилитель радиочастоты (2) которые  предназначены для выделения  полезного сигнала и усиления его до необходимой величины, откуда он попадает на преобразователь(3) на преобразователь  еще поступает сигнал с гетеродина(4) представляющий собой генератор  синусоидальных колебаний с преобразователя  попадает сигнал на УПЧ – усилитель  промежуточной частоты(5) который  обычно состоит из нескольких каскадов. Усиленный до необходимой величины сигнал с УПЧ, поступает на детектор(6) который определяет низкую звуковую частоту от промежуточной частоты. С детектора сигнал поступает  на УНЧ или УВЧ(7) и усиливается  до необходимой мощности после чего подается на воспроизводящее устройство.

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприёмником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приёма части приёмного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

 

3.  Контрольные вопросы

 

1. Классификация радиоприемных устройств, по назначению; рабочему диапазону частот; по виду принимаемых сигналов; по виду питания.

по основному  назначению:  радиовещательные, телевизионные, связные, пеленгационные, радиолокационные, для систем радиоуправления, измерительные и др.;

 по способу питания: сетевое, автономное или универсальное.

по диапазону  принимаемых волн, согласно рекомендациям МККР:

мириаметровые волны — 100-10 км, (3 кГц-30 кГц), СДВ

километровые волны — 10-1 км, (30 кГц-300 кГц), ДВ

гектометровые волны — 1000—100 м, (300 кГц-3 МГц), СВ

декаметровые волны — 100-10 м, (3 МГц-30 МГц), КВ

метровые волны — 10-1 м, (30 МГц-300 МГц), УКВ

дециметровые волны — 100-10 см, (300 МГц-3 ГГц), ДМВ

сантиметровые волны — 10-1 см, (3 ГГц-30 ГГц), СМВ

миллиметровые волны — 10-1 мм, (30 ГГц-300 ГГц), ММВ

приёмник, включающий все  широковещательные диапазоны (ДВ, СВ, КВ, УКВ) называют всеволновым.

по виду модуляции, применяемой в канале связи: амплитудная, частотная, фазовая;

 

 

 

   2-3. Радиоприемники ультра-коротких и коротких волн с амплитудной модуляцией

Радиоволны УКВ-диапазона  распространяются практически в  пределах прямой видимости, а также, не отражаясь от ионосферы, уходят в  космическое пространство. То есть ионосфера для радиоволн УКВ  диапазона прозрачна. Однако, поскольку  в пределах прямой видимости может  быть естественный спутник Земли  Луна, то волны УКВ диапазона могут  отразиться от неё и вернуться  на Землю, где могут быть принятыми  на другом конце земного шара.

Короткие волны — часть этих волн идет вдоль земной поверхности (поверхностная волна), распространяется на несколько десятков километров вследствие больших потерь. Остальная часть волн идет к верхнему слою атмосферы (ионосфере), отражается от нее и возвращается на Землю (пространственная волна). Многократно отражаясь, короткие волны могут огибать Землю. На качество приема оказывает влияние состояние ионизированного слоя, поэтому прием зависит от времени года и суток.

 

При амплитудной модуляции (AM) под  воздействием токов низкой частоты  изменяется амплитуда высокочастотных  колебаний. Амплитудно-модулированные сигналы занимают сравнительно узкую  полосу частот (+9,5 кГц). AM применяется  для передачи на диапазонах длинных, средних и коротких волн.

Недостатки AM — высокий уровень  помех при приеме и неполное использование  мощностей передатчика. 

 

 

 

 

 

 

 

4. Вывод

 

В данной лабораторной работе были рассмотрены радиоприемные  устройства коротких и ультракоротких волн с амплитудной модуляцией. Путем исследования были обнаружены достоинства и недостатки РПУ. Главными недостатками волн является потеря большого количества энергии, путем огибания физических препятствий. Недостатками амплитудной модуляции является – высокий уровень помех при приеме и неполное использование мощностей передатчика. 
 

5. Список использованной литературы

 

Теоретическая часть с 1-4стр. материал был взят с сайта: http://ru.wikipedia.org/wiki/радиоприёмник

 

Графическая часть с 5-6стр. материал был взят с сайта:

http://ru.wikipedia.org/wiki/супергетеродинный_радиоприёмник

 

Ответы на контрольные  вопросы с 7-8стр. материал был взят с сайта:

http://ru.wikipedia.org/wiki/радиоприёмник