Что такое пороговая чувствительность приемника

21

1. Основные качественные показатели радиоприемников

Основными качественными показателями приемников является: чувствительность, помехоустойчивость, коэффициент передачи (усиления), амллитудно-частотная и фазочастотная характеристики, избирательность, перекрытие диапазона частот, нелинейные искажения, вносимые приемником в принимаемые сигналы, амплитудная характеристика, динамический диапазон, переходная характеристика, выходные данные приемника, устойчивость работы приемника и др.

Чувствительностью приемника называется его способность обеспечивать нормальный прием малых э.д.с. (или мощности сигнала в антенне). Различают пороговую и реальную чувствительность приемника.

Пороговая чувствительность характеризуется величиной э.д.с. или мощности сигнала в антенне, при которой на выходе линейного тракта приемника (т.е. на входе детектора) обеспечивается отношением мощности сигнала к мощности собственных шумов (выходное превышение), равное единице.

Реальная чувствительность определяется величиной э.д.с, или мощности сигнала в антенне, при которое на выходе линейного тракта приемника достигается выходное превышение, требуемое для нормальной работы оконечного устройства. Реальная чувствительность связана с пороговой Р_n простым соотношением Р_р =D Р_n где D— коэффициент различимости. Изменяющийся в широких пределах (от 0.01 до 10 ) и зависящий как от информативности принимаемых сигналов, так и от структуры оконечных устройств др. Помехоустойчивостью приемника называется его способность противостоять вредному действие помех, обеспечивая при наличии последних прием переданных сообщений с заданной достоверностью при заданном, способе передачи. Поскольку достоверность принятых сообщений обычно возрастает по мере роста превышения на выходе приемника, помехоустойчивость последнего как отдельного звена соответствующей радиотехнической системы удобно выражать относительным увеличением его выходного превышения hвых по сравнению с входным hвых

Оно объективно и достаточно просто характеризует как, эффективность всех селектирующих средств приемника, так и его способность противостоять вредному воздействию помех.

Коэффициентом передачи (усиления) приемника К называется отношение амплитуды выходного напряжения U_mвых к амплитуде гармонически изменяемого во времени информативного параметра входного сигнала приемника М (Ω):

Часто пользуются понятием комплексного коэффициента передачи приемника, равного отношению комплексных амплитуд напряжения на выходе приемника и информативного параметра входною сигнала

где К(ω) — модуль комплексного коэффициента передачи приемника; φ(Ω)- фазовый сдвиг на частоте модуляции Ω= 2πF , вносимый приемным трактом в соответствующую компоненту сигнальной модулирющей функции.

Амплитудно-частотной характеристикой приемника называется зависимость модуля коэффициента передачи K(F) от частоты модуляции F=Ω/(2π) при принятом коэффициенте модуляции входного сигнала и точной настройке линейного тракта приемника в резонанс с центральной частотой спектра входного сигнала.

По амплитудно-частотной характеристике приемника можно судить о степени частотных искажений, вносимых приемником в спектральные составляющие модуляционных частот принимаемого сигнала, а также определить рабочий диапазон модуляционных частот приемника, ограничиваемый соответственно нижней F_н и верхней F_в, модуляционными частотами (рис.1,а). Выбор последних определяется спектральным составом принимаемых сигналов.

Фазочастотная характеристика приемника — это зависимость угла сдвига фаз φ выходного напряжения приемника и модулирующей функции входного сигнала от частоты модуляции F сигнала (рис. 1,6). Для того чтобы, приемник вносил как можно меньше фазовых искажений в принимаемый сигнал, его фазочастотная характеристика в пределах рабочего диапазона модуляционных частот должна в возможно меньшей мере отклоняться от прямой линии.

Избирательностью приемника называется его способность выделять принимаемый

сигнал из смеси его с помехами на выходе приемной антенны.

Для количественной характеристики частотной избирательности чаще всего о используют нормированную амплитудно-частотную характеристику (рис.2), линейного тракта приемника, представляющую зависимость y(f) отношения модуля коэффициента передачи линейного тракта на любой частоте К(f) к его резонансному коэффициенту передачи К_о от частоты f немодулированного входного сигнала приемника.

При этом в качестве меры частотной избирательности можно принять коэффициент прямоугольности амплитудно-частотной характеристики линейного тракта приемника:

где П_0,1 и П_0,7 — полосы пропускания линейного тракта приемника, измеренные по уровням 0.707 и 0,1 соответственно.

Перекрытие диапазона частот — способность приемника производить прием радиосигналов, несущие частоты которых лежат в пределах заданного интервала частот, ограниченного граничными частотами f_min и f_max . Перекрытие диапазона

частот можно характеризовать коэффициентом диапазона K₁= f_max/ f_min

Амплитудная характеристика приемника амплитудно-модулированных

сигналов — это зависимость амплитуды первой гармоники выходного напряжения U_mвых от амплитуды огибающей входного сигнала U_mвх при его гармонической модуляции.

По амплитудной характеристике приемника АМ- сигналов (рис.3) удобно определять динамический диапазон амплитуд входного сигнала

при которых сохраняется линейный режим работы приемника, а также максимальный уровень входного сигнала U_вхmax превышение которого вызывает появление нелинейных искажений в выходном сигнале приемника. Нелинейные искажения принимаемого сигнала возникают из-за нелинейности проходных характеристик усилительных элементов и других приборов, используемых в приемнике. При гармоническом модулирующем входном сигнале эти искажения вызывают обогащение спектра выходного напряжения приемника высшими гармониками основной частоты модуляции F.

Для количественной оценки нелинейных искажений используют коэффициент’ нелинейных искажений

К _Н =

где U₁ ,U₂ ,…,U_n — эффективные значения первой и высших гармоник основной частоты

модуляции F в спектре выходного напряжения приемника.

Переходной характеристикой приемника называется график реакции его на

входной сигнал, представляющий собой высокочастотное колебание, модулированное единичной функцией (функцией включения). Большое значение переходная характеристика имеет для приемников импульсных радиотехнических систем. По ней могут быть определены (рис.4) время установления τ_y — время изменения выходного напряжения от 10 до 90% установившейся величины; время запаздывания τ_о — временной интервал от момента, включения модулирующего напряжения

до момента, когда выходное напряжение достигает половины установившейся величины; величина выбросов — отношение максимального отклонения выходного напряжения от установившейся величины.

Определение параметров переходной характеристики приемника поясняется рис.4.

Следует отметить, что время установления, характеризующее инерционность приемника, связано с его верхней граничной частотой F_в определяемой по амплитудно-частотной характеристике приемника приближенным соотношением

которое часто используется при расчете импульсных радиоприемников.

Выходные данные приемника регламентируют величину выходной мощности или выходного напряжения приемника.

Выходной мощностью приемника называется мощность, подводимая к оконечному устройству с токовым управлением (громкоговоритель, рулевая машинка, автопилот и т.п.). Ее величина определяется целевым, назначением приемника и конкретным типом оконечного устройства. При использовании оконечных устройств с бестоковым управлением, (электронно-лучевые трубки, электронные устройства на полевых транзисторах и электронных лампах и т.п.) вместо выходной мощности задают выходное напряжение ( в телевизионных приемниках — 20 — 30 В. в радиолокационных приемниках с яркостной индикацией — 20 — 30 В. с индикацией отклонением — 40-80 В).

Качественные показатели радиоприемных устройств

Количественный параметр, характеризующий радиоприемное устройство, называется показателем. Параметром называется величина, характеризующая какое-либо свойство или состояние радиоприемного устройства.

Согласно требованиям, изложенным в Государственных стандартах, (ГОСТ 5651-89 — Аппаратура радиоприемная бытовая, общие технические условия и ГОСТ 176 92-89 — Приемники радиовещательные автомобильные, общие технические условия).Стационарные и переносные приемники, выпускаемые в России, разделяются на 0 — высшую, 1 — первую, 2 — вторую группы сложности, а автомобильные приемники разделяются на 1 — первую, 2 — вторую и 3 — третью группы сложности по электрическим и электроакустическим показателям.

К основным показателям относятся:

• -чувствительность;
• -избирательность (частотная селективность);
• -уровень искажений принимаемых сигналов;
• -динамический диапазон;
• -диапазон принимаемых частот;
• -помехоустойчивость, стабильность работы; -электромагнитная совместимость;
• -надежность;
• -габариты, вес (особенно актуально на летательных аппаратах);
• -стоимость.

Рассмотрим некоторые из них без учета назначения радиоприемного устройства.

Чувствительность радиоприемных устройств

Под чувствительностью понимают способность радиоприемника принимать слабые сигналы. Количественно чувствительность оценивается минимальным уровнем входного сигнала, при котором на выходе приемника сигнал воспроизводится с требуемым качеством.

На умеренно высоких частотах количественно чувствительность оценивается минимальной ЭДС в антенне или минимальной напряженностью поля, для более высоких частот — минимальной мощностью сигнала на входе приемника.

Различают следующие виды чувствительности: ограниченную усилением, реальную(ограниченнук) шумом), максимальную (пороговую) и тангенциальную.

Чувствительность, ограниченная усилением, характерна для приемников со сравнительно малым усилением в условиях, когда собственные шумы мало влияют на прием, т.е. она определяется минимальным уровнем радиосигнала на входе, необходимым для получения заданной мощности на выходе. Следовательно, чем больше усиление, тем меньше уровень сигнала требуется на входе приемника и тем выше его чувствительность. Если уровни сигнала и помехи соизмеримы, то увеличение усиления радиотракта приемника не приведет к улучшению чувствительности, поскольку будут одновременно усиливаться и сигнал, и помеха. Помехи в радиоприемнике бывают внешними и внутренними. Если даже внешние помехи отсутствуют, то на выходе приемника всегда присутствуют внутренние помехи, таким образом, предел чувствительности ограничивается внутренними шумами, уровень которых зависит от свойств самого приемника.

Реальная чувствительность (ограниченная шумом) учитывает влияние собственных шумов. Она определяется как минимальный уровень радиосигнала на входе приемника, при котором на выходе линейного тракта приемника обеспечивается заданное соотношение сигнал/шум и заданный уровень полезного сигнала. Отношение сигнал/шум, как правило, равно в монофоническом режиме для АМ-тракта 20 дБ (1:10), для ЧМ-тракта — 26 дБ (1:20). Заданный уровень полезного сигнала на выходе равен следующим стандартным значениям: 50 мВт для аппаратов с номинальной выходной мощностью более 150 мВт и 5 мВт для аппаратов с номинальной выходной мощностью 150 мВт и менее.

Максимальная(пороговая) чувствительность — это минимальный уровень радиосигнала на входе, при котором на выходе линейного тракта приемника отношение сигнал/шум равно 1, т.е. уровень полезного сигнала и шума равны.

Тангенциальная чувствительность (рис. 3.1) используется для оценки приемников импульсных сигналов.

Она равна минимальной мощности сигнала на входе приемника, при которой на экране осциллографа (эпюра напряжения на выходе детектора) наблюдается совпадение верхней и нижней границы шумов при отсутствии и наличии сигнала.

Иногда для характеристики чувствительности РПрУ вводят оценки коэффициента шума, эквивалентной шумовой температуры и т.д.

Пороговая чувствительность радиоприемника

пороговая чувствительность радиоприемника — пороговая чувствительность Чувствительность радиоприемника, определяемая минимальным уровнем радиосигнала на его входе при равных уровнях полезного сигнала и шума на выходе радиоприемника. Примечание В качестве заданного уровня сигнала на выходе… … Справочник технического переводчика

Пороговая чувствительность радиоприемника — 335. Пороговая чувствительность радиоприемника Пороговая чувствительность Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

пороговая чувствительность — 2.6.7 пороговая чувствительность: Параметр ультразвукового оборудования неразрушающего контроля, характеризуемый наименьшим выявляемым отражателем. Источник: ГОСТ Р ИСО 5577 2009: Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Чувствительность (технического объекта) — Чувствительность, сенситивность (от лат. sensus чувство, ощущение) количественная характеристика способности устройства реагировать определенным образом на внешнее воздействие, один из главных технических параметров для некоторых… … Википедия

ГОСТ 24375-80: Радиосвязь. Термины и определения — Терминология ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа: 304. Абсолютная нестабильность частоты радиопередатчика Нестабильность частоты передатчика Определения термина из разных документов: Абсолютная нестабильность… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ РАДИОПРИЕМНИКА

Чувствительность радиоприемного устройства есть мера его способности по приему слабых сигналов и воспроизведению их с достаточной силой и приемлемым качеством.

Количественно чувствительность оценивается наименьшей величиной электродвижущей силы Е_а, мощности Р_а или удельной мощности в антенне, при которых обеспечиваются нормальные значения напряжения или мощности на выходе и необходимое соотношение сигнал / шум (при заданных параметрах модуляции радиосигнала). Невыполнение любого из этих условий не позволит осуществить прием слабых сигналов.

Критерий точности воспроизведения сообщения зависит от вида принимаемого сигнала.

При слуховом приеме телеграфных и телефонных сообщений таким критерием обычно служит уровень сигнала на выходе приемника (U_c) и отношение сигнала к напряжению помехи (U_c/U_n) также на выходе приемника.

В общем случае напряжение помехи на выходе приемника зависит как от его структуры и параметров каскадов, определяющих уровень собственных шумов приемника, так и уровня внешних помех.

При автоматическом приеме дискретных сообщений для оценки точности обычно используют вероятность воспроизведения «1», когда передавался «О» и наоборот.

Итак, чем меньше уровень сигнала в антенне необходим для обеспечения заданных U_c и U_c/U_m на выходе приемника, тем лучше (выше) его чувствительность. Она в основном ограничивается двумя факторами:

• — усилением приемника, т. е. необходимостью получения на его выходе требуемого и_вых;
• — собственными шумами приемника, т.е. необходимостью получения требуемого отношения (и_с/и_ш)_Вых-

Первое требование в современных профессиональных приемниках реализуется легко, поскольку в супергетеродине можно получить практически любой коэффициент усиления, поэтому основное внимание в дальнейшем уделим анализу с точки зрения обеспечения заданного отношения сигнал/шум.

Необходимость этого при определении чувствительности обусловлена следующим. Если чувствительность определять только как наименьшую ЭДС или мощность, требуемые для обеспечения на выходе приемника заданного напряжения или мощности, то может показаться, что, увеличивая усиление в приемнике, можно неограниченно улучшать его чувствительность, делая его способным принимать все более слабые сигналы. Однако бесконечно увеличивать усиление в радиотракте нельзя, поэтому чувствительность ограничена усилением.

Следовательно, для улучшения чувствительности необходимо не только достаточное усиление, но и низкий уровень собственных шумов. Для подтверждения этого рассмотрим прием сигнала при воздействии помех. Если сигнал значительно превышает уровень помех, то он достаточно легко воспроизводится, однако если уровни сигнала и помехи соизмеримы, то сигнал может быть и не принят. При этом увеличение усиления радиотракта уже не приведет к увеличению чувствительности, поскольку будут одновременно усиливаться и сигнал, и помеха. В этом случае наименьший уровень сигнала, который может быть принят, определяется не усилением, а уровнем помех. Следовательно, чувствительность ограничена уровнем помех. Помехи в радиоприемнике бывают внешними и внутренними. Если даже предположить, что внешние помехи отсутствуют, то на выходе приемника всегда присутствуют внутренние помехи, определяемые в основном его флуктуационными шумами. Таким образом, предел чувствительности ограничивается уровнем внутренних шумов. Чувствительность, ограниченная внешними помехами, мало зависит от свойств приемника и фактически определяется уровнем внешних помех. Внутренние шумы зависят от свойств самого приемника, поэтому чувствительность, ограниченная внутренними шумами, является параметром собственно приемника.

Для характеристики приемников в зависимости от соотношения сигнал / шум используются понятия реальной и стандартной, пороговой и конкретной чувствительности (рис. 1).

Для их определения представим приемник в виде линейного шумящего четырехполюсника, имеющего в своем составе линей-83

ный тракт приемника, детектор и тракт низкой частоты (рис. 2), т. е. предположим линейность тракта приема сигнала до детектора.

Рис. 1. Виды чувствительности РПУ

Под реальной (эффективной) чувствительностью будем понимать способность приемника принимать слабые сигналы с заданным качеством с учетом внешних помех. При определении реальной чувствительности учитываются собственные шумы антенны, характеризуемые ее шумовой температурой Т_а, шумы, возникающие в антенном фидере и собственно в приемнике.

Если внешние помехи имеют стандартный уровень (уровень тепловых шумов при комнатной температуре), то говорят об инструментальной (стандартной) чувствительности.

И та, и другая чувствительности могут быть пороговой и конкретной в зависимости от заданного соотношения сигнал/шум на

Рис. 2. Радиоприёмник как линейный шумящий четырехполюсник

Обозначим соотношение амплитуд напряжений сигнала и

шума через р = (——), а мощностей — через у = (——)_вхд ?

Если Р —1, то говорят, что это пороговая чувствительность, если р #= 1 — конкретная чувствительность.

Таким образом, численное значение чувствительности РПУ зависит от способа измерений и характеризуется двумя составляющими: