ДОСЛІДЖЕННЯ ВХІДНИХ КІЛ РАДІОПРИЙМАЧІВ. Звіт про виконання лабораторної роботи з Засоби приймання та обробки інформації в системах технічного захисту інформації. Робота № 526442

Перехід до торгівельного партнера Binance

ДОСЛІДЖЕННЯ ВХІДНИХ КІЛ РАДІОПРИЙМАЧІВ

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

ІКТА

Факультет:

ЗІ

Кафедра:

ЗІ

Інформація про роботу

Рік:

2014

Тип роботи:

Звіт про виконання лабораторної роботи

Предмет:

Засоби приймання та обробки інформації в системах технічного захисту інформації

Група:

ЗІ-31

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» ІКТА Кафедра ЗІ / Лабораторна робота № 3 ДОСЛІДЖЕННЯ ВХІДНИХ КІЛ РАДІОПРИЙМАЧІВ з курсу "Засоби прийому та обробки інформації в системах технічного захисту інформації" Львів 2014 Мета роботи – вивчити схеми побудови вхідних кіл супергетеродинних приймачів, дослідити їх основні характеристики при роботі з ненастроєними антенами при різних видах зв’язку антени та вхідного кола за допомогою програмного середовища Micro-Cap. 1. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ 1.1 Супергетеродинний приймач Сучасні пристрої прийому та обробки сигналів складаються з власне радіоприймальних пристроїв (РПП) і пристроїв обробки сигналів. Під радіоприймальним пристроєм розуміють частину приймального комплексу, що містить тракти радіочастоти, проміжної частоти і демодулятор. Іншу частину (декодери, підсилювачі низької частоти та інше) відносять до пристроїв обробки. У загальному випадку РПП складається з приймальної антени, приймача і кінцевого пристрою. У антені під дією електромагнітного поля виникають електричні коливання, які подаються на вхід приймача. У приймачі відбувається виділення потрібного сигналу серед інших сигналів. Прийом умовно можна розбити на три етапи: підсилення корисного сигналу; обробка сигналу, що приймається, з метою зменшення впливу завад; детектування високочастотного сигналу для виділення низькочастотного повідомлення. Найпростішим приймачем аналогових сигналів є так званий детекторний приймач (рис. 1). Він складається з вхідного кола (ВК) – коливального контура, до якого підключені антена і заземлення, а також діодного детектора, що здійснює демодуляцію амплітудно-модульованого сигналу. Сигнал звукової частоти з виходу детектора, як правило, відтворюється високоомними навушниками. / Рис. 1. Детекторний приймач Навіть для прийому потужних радіостанцій детекторний приймач вимагає якомога довшої і високо підвішеної антени (бажано десятки метрів), а також правильного заземлення. Перевагою детекторного приймача є відсутність джерела живлення, невелика вартість виготовлення. Підключивши до виходу приймача будь-який зовнішній підсилювач низької частоти, можна отримати приймач прямого підсилення з набагато кращими параметрами. Завдяки своїй простоті детекторні приймачі широко застосовували до другої половини 1950-х років. Приймачі, які використовують лише пряме підсилення сигналів до демодулятора, називають приймачами з прямим підсиленням (рис.2). / Рис. 2. Приймач прямого підсилення Основний недолік приймачів прямого підсилення – низька селективність, тобто мале послаблення сигналів сусідніх станцій у порівнянні з сигналом основної станції. Це зумовлено технічними труднощами реалізації однакових резонансних контурів у вхідному колі та каскадах підсилювача радіочастоти. Супергетеродинний радіоприймач (супергетеродин) – один з типів радіоприймачів, заснований на принципі перетворення прийнятого сигналу в сигнал фіксованої проміжної частоти (ПЧ) з подальшим її підсиленням. / Рис. 3. Принципова схема супергетеродинного приймача Супергетеродинні приймачі характеризуються високими показниками якості, проте мають складнішу схему. Вхідне коло (ВК) і підсилювач радіо частоти (ПРЧ) здійснюють підсилення і попередню селекцію сигналів. Далі сигнал поступає на перетворювач частоти (ПерЧ). Частину приймача до ПерЧ називають преселектором. Перетворювач частоти складається зі змішувача (ЗМ) і гетеродина (Г). Гетеродин – малопотужний генератор, частота якого змінюється разом з настроюванням преселектора, змішувач – нелінійний шестиполюсник, який здійснює перенесення спектра частот з однієї області в іншу. У змішувачі відбувається перетворення вхідного модульованого сигналу з частотою у модульоване коливання проміжної частоти без зміни огинаючої. Проміжна частота є сталою і знаходиться поза діапазоном прийому: або . (1) Частота сигналу, що приймається, визначається частотою гетеродина. Найчастіше використовують верхню настройку гетеродина, коли частота вхідного сигналу та частота гетеродина пов’язані рівністю: (2) або нижню настройку гетеродина, тоді відповідно: . (3) Підсилювач проміжної частоти (ППЧ) виконує основну селекцію сигналу, що приймається, і посилює його до рівня, достатнього для нормальної роботи детектора. Постійність налаштування фільтрів проміжної частоти дозволяє збільшити число резонансних контурів або використовувати п’єзокерамічні, електромеханічні фільтри зосередженої селекції, фільтри на поверхневих хвилях та ін. Таким чином, досягається висока селективність по сусідньому каналу прийому. Чутливість супергетеродинних приймачів майже не залежить від частоти налаштування, оскільки підсилення сигналу здійснюється, в основному, в підсилювачі проміжної частоти. У звичайних мовних приймачах довгих, середніх і коротких хвиль проміжна частота, як правило, дорівнює 465 або 455 кГц, у побутових приймачах ультракоротких хвиль – 6,5 або 10,7 МГц. У телевізорах використовують проміжну частоту – 38 МГц. Головний недолік супергетеродинних приймачів – наявність побічних каналів прийому, основні з яких – дзеркальний та прямий канали. Розглянемо випадок верхньої настройки гетеродина (2), який налаштований на прийом сигналу з частотою , тоді . Якщо на вхід приймача окрім основного сигналу поступить сигнал з частотою побічного каналу, рівною , то після перетворення на змішувачі отримаємо: . Тобто, сигнал з частотою дзеркального каналу перетворюється в сигнал проміжної частотою і посилюється так само, як і основний сигнал. Прямий канал це канал з частотою проміжної частоти – . Опосередковано потрапивши до ППЧ він не буде відфільтрований. З графіків, наведених на рис. 4, видно, що дзеркальний та прямий канали можуть бути пригнічені тільки в преселекторі. / Рис. 4. Частотні характеристики преселектора та ППЧ Канал сусідньої радіостанції не потрапляє в смугу ППЧ, тобто вибірковість по сусідньому каналу забезпечується в ППЧ. 1.2 Еквіваленти приймальних антен Антену РПП, що перебуває під впливом електромагнітного поля, можна представити у вигляді еквівалентного генератора електрорушійної сили (ЕРС) або струму (рис. 5). / / Рис. 5. Еквіваленти антен Внутрішній опір генератора в загальному випадку містить активну і реактивну складові . Його ЕРС рівна , де – напруженість електричної складової поля сигналу в місці прийому; – діюча висота антени. Опір ненастроєної антени залежить від частоти, оскільки антена є колом з розподіленими параметрами. Враховуючи це, розробник радіоприймача повинен забезпечити слабкий зв'язок зовнішньої антени з вхідним колом. Якщо ця умова виконується, то параметри антени слабо залежать від її електричних характеристик і визначаються тільки діючою висотою. Для забезпечення ідентичності вимірів ГОСТ 9783-86 рекомендує єдиний еквівалент, що відповідає зовнішній антені заввишки 5 м, придатний для діапазону 0,1-5-30 Мгц. Електрична схема цього еквіваленту показана на рис. 6. / Рис. 6. Стандартизований еквівалент антени з параметрами 1.3 Вхідні кола Вхідним колом (ВК) називають пасивну частину схеми радіоприймального пристрою, що зв'язує антену з входом першого активного елементу (АЕ). АЕ – це підсилювач радіочастоти (ПРЧ) або перетворювач частоти (ПерЧ). Призначення ВК – передача корисного сигналу від антени до входу першого активного елементу РПП і попередня фільтрація перешкод від побічних каналів. ВК – це лінійний чотириполюсник, що представляє частотно-виборчу систему і складається з одного або декількох селективних елементів ВК може бути налаштоване на фіксовану частоту або перестроюється в межах заданого діапазону. Залежно від виду антени ВК класифікують як ВК з настроєною або ненастроєною антеною. Антена вважається настроєною, якщо її власна резонансна частота збігається з частотою налаштування ВК, інакше антена є ненастроєною. Основні характеристики ВК: Коефіцієнт передачі по напрузі, тобто відношення напруги сигналу на вході першого каскаду до електрорушійної сили в антені: (4) який залежить від частоти вхідного сигналу . Його максимальне значення на частоті резонансу позначають . 2) Коефіцієнт передачі по потужності: (5) 3) Смуга пропускання – ширина області частот з допустимою нерівномірністю коефіцієнта передачі . Зазвичай визначається рівнем і позначається . 4) Селективність, характеризує зменшення коефіцієнта передачі при заданому розладі у порівнянні з його значенням при резонансі : (6) Може розраховуватися у децибелах. 5) Коефіцієнт перекриття діапазону рівний: (7) 6) Нерівномірність коефіцієнта передачі в заданому діапазоні частот, як відношення максимального та мінімального резонансних коефіцієнтів передачі (8) 1.4 Схеми підключення ВК до антени Найбільш поширений трансформаторний зв'язок (рис. 7, а), який може працювати в режимах подовженої та вкороченої антени (див. п. 1.6). Автотрансформаторний зв'язок зазвичай застосовують при роботі від штирових антен (рис 7, б). Зовнішньоємнісний зв'язок (рис. 7, в і г) може мати досить високий коефіцієнт передачі, але має значну нерівномірність по діапазону, тому його переважно застосовують для ВК з індуктивним налаштуванням. Внутрішньоємкісний зв'язок (рис. 7, д) застосовується при антенах з малою ємністю і дозволяє реалізувати досить постійний коефіцієнт передачі ВК по діапазону. Для отримання більшої постійності коефіцієнта передачі застосовують конденсатор, що "закорочує". / / / / / / Рис. 7 Схеми підключення ВК до антени Комбінований зв'язок (трансформаторний і ємнісний, рис. 7, е) забезпечує високе значення , малу нерівномірність по діапазону, проте при цьому гірше послаблюються високочастотні побічні канали. 1.5 Схеми підключення ВК до навантаження Підключення до ВК навантаження, як і антени, призводить до погіршення селективності ВК, зменшення коефіцієнта передачі, деякого розстроювання. Для зменшення впливу навантаження на характеристики ВК слід вибрати зв'язок між контуром і навантаженням мало залежним від частоти, або з протилежним характером залежності по відношенню до антени. Можливі наступні види зв'язку ВК з навантаженням: а - трансформаторний, б - автотрансформаторний, в - внутрішньоємнісний, г- комбінований (рис 8). / /// Рис. 8 Схеми підключення ВК до навантаження У схемах рис. 8, а, б - досить постійний , недолік – паразитний контур LCB CH. У схемі рис. 8, в – немає паразитних контурів, але зменшується з ростом частоти. Схему рис. 8, г застосовують при високих вимогах до постійності параметрів. 1.6 Вхідні кола при роботі з ненастроєними антенами Ненастроєні антени застосовуються в діапазонах ДХ, СХ, КХ. Оскільки ненастроєна антена окрім активного опору має також реактивний, вона вносить втрати і розлад у вхідний контур. Цей розлад різний для різних антен. Для зменшення впливу параметрів антени на вхідне коло слід вибирати слабкий зв'язок антени з контуром ВК, з умови допустимого розладу контура. Зазвичай прагнуть вибрати зв'язок з антеною так, щоб загасання, що вносяться, були не більше 10 - 20% від власних. Проте коефіцієнт передачі вхідного кола при цьому виходить невеликим. Два випадки ненастроєних антен: 1) Власна частота антени перевищує верхню частоту діапазону, тобто . Таку антену називають вкороченою, а режим роботи – режимом з верхнім налаштуванням антенного кола. (рис. 9). / Рис. 9. Коефіцієнти передачі вкороченої антени та ВК 2) Власна частота антени нижча мінімальної частоти діапазону, тобто . Таку антену називають подовженою, а режим роботи – режимом з нижнім налаштуванням антенного кола (Рис. 10). / Рис. 10. Коефіцієнти передачі подовженої антени та ВК Завдання Дослідження вхідного кола (ВК) радіоприймачів проводиться у програмі схемо-технічного моделювання Micro-Cap відповідно до індивідуального варіанту. У результаті виконання роботи необхідно виконати наступне: 1. Визначити резонансну частоту і добротність антени (Додаток 1). Визначити, яка схема еквіваленту антени відповідає укороченій антені, а яка – подовженій, при діапазоні настроювання ВК для середніх хвиль (525 – 1605 кГц). 2. Для заданої схеми вхідного кола: 2.1. Визначити залежність резонансного коефіцієнта передачі вхідного кола від частоти налаштування і обчислити коефіцієнт нерівномірності у заданому діапазоні частот (). 2.2. Визначити межі діапазону налаштування вхідного кола . Розрахувати коефіцієнт перекриття діапазону . 2.3. Визначити зміну смуги пропускання в межах діапазону налаштування. 2.4. Побудувати графіки залежності зміни смуги пропускання і еквівалентної добротності від частоти налаштування вхідного кола. 3. Визначити селективність вхідного кола по прямому та дзеркальному каналах в робочому діапазоні частот вхідного кола і побудувати графіки залежностей цих величин від резонансної частоти. Проміжну частоту вибрати на рівні 465 кГц. Досліджувані схеми Антена / Вхідне коло антени / Результати виконання Дослідження основних параметрів антени РПП. / Дослідження основних параметрів вхідних кіл. / / / / / Результати вимірів для RN=1 MОм , кГц = 750 823 931 1108 = 1479 984u 1.001m 1.025m 1.07m 1.157m 697u 707u 724u 756u 818u , кГц 16.003 15.977 15.963 15.956 15.938 46.89 51.57 58.34 69.44 92.8 Для приведеної схеми отримано такі результати: , ; , ; нерівномірність коефіцієнта передачі дорівнює 1.17; коефіцієнт перекриття діапазону =1.97. Залежність коефіцієнта передачі та добротності від резонансної частоти ВК / Результати вимірів для RN=5 MОм , кГц = 750 823 931 1108 = 1479 986u 1.001m 1.025m 1.07m 1.157m 697u 707u 724u 756u 818u , кГц 16.005 15.979 15.965 15.957 15.938 46.86 51.51 58.32 69.44 92.8 Залежність коефіцієнта передачі та добротності від резонансної частоти ВК / Дослідження селективності вхідних кіл за побічними каналами / , кГц = 750 823 931 1108 =1479 , мВ 0,984 1,001 1,025 1,07 1,157 , мкВ 20,3 15,2 10,8 6,9 3,6 , дБ 33,7 36,4 39,5 43,8 50,1 , кГц 1680 1753 1861 2038 2409 , мкВ 13,8 13,6 13,1 12,2 10,4 , дБ 37,1 37,3 37,9 38,9 40,9 Залежність селективності по прямому та дзеркальному каналах від резонансної частоти ВК. / Висновок: вивчив схеми побудови вхідних кіл супергетеродинних приймачів, дослідив їх основні характеристики при роботі з ненастроєними антенами при різних видах зв’язку антени та вхідного кола за допомогою програмного середовища Micro-Cap. Сучасні пристрої прийому та обробки сигналів складаються з власне радіоприймальних пристроїв (РПП) і пристроїв обробки сигналів. Прийом умовно можна розбити на три етапи: підсилення корисного сигналу; обробка сигналу, що приймається, з метою зменшення впливу завад; детектування високочастотного сигналу для виділення низькочастотного повідомлення. Найпростішим приймачем аналогових сигналів є так званий детекторний приймач . Він складається з вхідного кола (ВК) – коливального контура, до якого підключені антена і заземлення, а також діодного детектора, що здійснює демодуляцію амплітудно-модульованого сигналу.

Звіт про виконання лабораторної роботи Засоби приймання та обробки інформації в системах технічного захисту інформації

AmatorNS

09.06.2014 13:06-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись