Теоретические основы радиотехники

Вид материала

УТВЕРЖДЕНА УМО вузов Республики
Методы и устройства приема и обработки сигналов
И.Ю. Малевич
Рекомендована к утверждению в качестве типовой
Пояснительная записка
Наименование темы
Содержание дисциплины
Тема 1.2. Основные ТЕХНИЧЕСКИЕ характеристики и параметры
Тема 2.3. Шумы пассивных элементов. Шумы активных элементов
Тема 4.2. Типовые схемы УРС
Тема 4.3. УРС диапазона СВЧ
Сигналов в ад
Примерный перечень тем практических занятий
Примерный перечень тем лабораторных занятий
Примерный перечень тем курсовых работ
Внеаудиторная (самостоятельная) работа

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 15

УТВЕРЖДЕНА

УМО вузов Республики

Беларусь по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

09.12.2005

Регистрационный № ТД-39-090/тип

МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям I-39 01 03 Радиоинформатика и

I-39 01 04 Радиоэлектронная защита информации

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

07.12.2005

СОСТАВИТЕЛИ:

А.Е. Курочкин, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук,

И.Ю. Малевич, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

С.Р. Гейстер, главный конструктор, заместитель директора НПП «ДЕМЕРЕС», доктор технических наук, доцент;

Кафедра радиосвязи и радиовещания Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол № 5 от 05.12.2005)

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ

Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 3 от 17.10.2005);

Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 01.11.2005)

Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа «Методы и устройства приема и обработки сигналов» разработана для специальностей 1-39 01 03 Радиоинформатика и 1-39 01 04 Радиоэлектронная защита информации высших учебных заведений.

Целью изучения дисциплины является освоение студентами теоретических основ функционирования, принципов анализа, синтеза и методов проектирования современных радиоприемных трактов (РПТ) различного назначения.

Курс «Методы и устройства приема и обработки сигналов» предусмотрен учебными планами специальности «Радиоинформатика» и «Радиоэлектронная защита информации» и обеспечивает научную и техническую подготовку радиоинженера. Изучая данную дисциплину, студенты знакомятся с методами и устройствами приема и обработки сигналов, методами проектирования, синтеза и анализа радиоэлектронных устройств, функционирующих в условиях сложной электромагнитной обстановки, способами адаптации устройств приема и обработки сигналов к изменяющейся помеховой обстановке.

Изучение дисциплины "Методы и устройства приема и обработки сигналов" базируется на физико-математической подготовке студентов. Здесь особая роль отводится таким разделам математики как линейные векторные пространства, теория комплексных переменных, интегральное и дифференциальное исчисление, ряды, теория вероятности и случайных процессов, матричное исчисление, численные и графические методы анализа, а также таким разделам физики как электричество и магнетизм, электромагнитное поле, акустика.

Изучение дисциплины взаимосвязано с изучением следующих обще-технических дисциплин: "Радиотехнические цепи и сигналы", "Основы теории цепей", "Электротехника", «Электронные приборы», "Сверхвысокочастотные и квантовые приборы", "Радиоматериалы и основы микроэлектроники", "Метрология и радиоизмерения", "Электропреобразовательные устройства", "Аналоговые электронные устройства", "Антенны и устройства СВЧ", "Радиопередающие устройства", "Радиоавтоматика", "Программирование", "Цифровая обработка сигналов".

Знания, приобретаемые при изучении курса «Методы и устройства приема и обработки сигналов» развивают, дополняют и обобщают сведения, полученные студентами в вышеперечисленных дисциплинах по вопросам обработки сигналов.

В результате освоения курса «Методы и устройства приема и обработки сигналов» студент должен:

знать:

основные проблемы и задачи приема и обработки радиосигналов;
принципы и методы построения приемных каналов различного назначения;
операции обработки радиосигналов и способы их физической реализации;
типовые схемы каскадов РПТ, их методы анализа и синтеза;
передаточные характеристики РПТ и методы их оптимизации;
методы и способы управления характеристиками и параметрами РПТ;

уметь характеризовать:

структурные и принципиальные схемы радиоприемных трактов на основе аналитических выражений, описывающих различные типы модулированных входных сигналов;

уметь анализировать:

шумовые и передаточные свойства каскадов РПТ, амплитудно-частотную и передаточную характеристики, динамический диапазон РПТ и его каскадов;
качественные показатели приема;
условия самовозбуждения каскадов РПТ и их устойчивой работы в диапазоне частот;

приобрести навыки:

проектирования, синтеза приемных трактов с заданными характеристиками;
контроля характеристик и экспериментальных исследований РПТ.

Программа рассчитана на объем 144 учебных часа, которые могут быть распределены на лекции – 80 часов, лабораторные занятия – 48 часов и практические занятий – 16 часов.

Таблица

№ пп	Наименование темы	Лекции (часы)	Практи-ческие занятия (чсы)	Лабора-торные занятия (часы)	Всего
1	2	3	4	5	6
1.	Раздел 1. Принципы функционирования и характеристики РПТ
1.1.	Общие сведения об РПТ. Основные определения и понятия. Назначение, функции и виды РПТ	2			2
1.2.	Основные технические характеристики и параметры радиоприемных трактов	2	2	4	8
2.	Раздел 2. Помехи радиоприему и методы борьбы с ними
2.1	Общая характеристика помех.	2			2
2.2	Действие сосредоточенных импульсных и флуктуационных помех на РПТ и способы уменьшения их влияния.	4			4
2.3	Шумы пассивных элементов. Шумы активных элементов	2	2	4	8

Продолжение таблицы

1	2	3	4	5	6
3.	Раздел 3. Устройства согласования и предварительной селекции в РПТ
3.1	Теория согласования. Назначение, классификация.	2			2
3.2	Устройства согласования	2	2	4	8
3.3	Входные цепи РПТ умеренно высоких частот.	2			2
3.4	Входные цепи РПТ СВЧ диапазона	2			2
4.	Раздел 4. Усилители радиосигналов (УРС)
4.1	Теория УРС с сосредоточенными параметрами	2	2	4	8
4.2	Типовые схемы УРС	4		4	8
4.3	УРС диапазона СВЧ	2	2		4
4.4	Негатронные УРС	2			2
5.	Раздел 5. Преобразователи частоты (ПЧ)
5.1	Теория ПЧ	2		4	6
5.2	Транзисторные ПЧ	2		4	6
5.3	Диодные ПЧ	2	2		4
5.4	ПЧ СВЧ диапазона	2			2
6.	Раздел 6. Детекторы РПТ
6.1	Теория амплитудных детекторов (АД)	2	1	4	7
6.2	Режимы работы диодных АД. Искажения сигналов в АД	2			2
6.3	Транзисторные АД. АД на операционных усилителях	2			2
6.4	Синхронные АМ детекторы	2			2
6.5	Фазовые детекторы	2			2
6.6	Частотные детекторы	2	1		3
7.	Раздел 7. Устройства управления и регулирования в приемных каналах.
7.1	Частотная настройка в РПТ	2	1		3
7.2	Системы автоматической подстройки частоты (АПЧ)	2			2
7.3	Способы регулировки усиления в каскадах РПТ	2	1		3
7.4	Системы автоматической регулировки усиления (АРУ)	2			2

Окончание таблицы

1	2	3	4	5	6
7.5	Системы автоматической регулировки чувствительности (АРЧ)	2		4	6
8.	Раздел 8. Особенности построения РПТ различного назначения
8.1	РПТ для приема АМ сигналов	6		4	10
8.2	РПТ для приема ЧМ сигналов	6		4	10
8.3	РПТ для приема дискретных сигналов	4		4	8
8.4	РПТ для приема цифровых сигналов	4			4

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОПРИЕМНЫХ ТРАКТОВ

Тема 1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ РПТ. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ

Краткая характеристика радиосигналов. Задачи приема и операции обработки радиосигналов. Классификация РПТ. Краткий исторический очерк развития теории и техники радиоприема. Структуры и особенности построения приемных каналов и их связь с эволюцией элементной базы и общим развитием радиотехники.

Тема 1.2. Основные ТЕХНИЧЕСКИЕ характеристики и параметры

РАДИОприемных ТРАКТОВ

Чувствительность. Верность воспроизведения сообщения. Односигнальная и многосигнальная частотная избирательность. Линейные и нелинейные искажения сигналов. Эффективная частотная избирательность. Динамический диапазон. Помехоустойчивость.

Раздел 2. Помехи радиоприему И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ

Тема 2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА помех

Электромагнитная обстановка при приеме радиосигналов. Виды помех и их классификация. Модели помех.

Тема 2.2. ДЕЙСТВИЕ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ, ИМПУЛЬСНЫХ И ФЛУКТУАЦИОННЫХ ПОМЕХ НА РПТ И СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ИХ ВЛИЯНИЯ

Действие сосредоточенных помех на РПТ. Нелинейные эффекты и их классификация. Блокирование, перекрестная модуляция, обратное преобразова-ние шумов гетеродина, интермодуляция.

Действие импульсных помех на РПТ и способы уменьшения их влияния. Особенности борьбы с промышленными помехами.

Действие флуктуационных помех на РПТ и способы уменьшения их влияния

Тема 2.3. Шумы пассивных элементов. Шумы активных элементов

Шумы пассивных элементов РПУ. Эквивалентные шумовые схемы. Шумы приемных антенн. Формула Найквиста. Эффективная шумовая температура Шумы колебательных контуров. Эффективная шумовая полоса.

Эквивалентные шумовые схемы активных элементов. Коэффициент шума. Шумы каскадного соединения четырехполюсников. Шумовые характеристики и параметры приемных трактов.

Раздел 3. Устройства согласования и

предварительной селекции в РПТ

Тема 3.1. ТЕОРИЯ СОГЛАСОВАНИЯ. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ

Основные определения и понятия. Назначение и классификация. Условие согласования по мощности. Структура идеальной согласующей цепи. Автотрансформаторная согласующая цепь, основные характеристики.

Тема 3.2. УСТРОЙСТВА СОГЛАСОВАНИЯ

Согласующие цепи. Делители мощности. Направленные ответвители. Ферритовые циркуляторы. СВЧ мосты.

Тема 3.3. Входные цепи РПТ УМЕРЕННО ВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Виды входных цепей РПТ. Резонансный коэффициент передачи. Частотная избирательность. Многозвенные входные цепи.

Тема 3.4. Входные цепи РПТ сВЧ ДИАПАЗОНА

Условие согласования в цепях с распределенными параметрами. Трансформаторы на отрезках линий. Типовые согласующие схемы.

Раздел 4. Усилители радиосигналов

Тема 4.1. Теория УРС с сосредоточенными

параметрами

Основные определения и понятия. Назначение и классификация УРС. Внутренние и внешние параметры, основные характеристики. Устойчивость УРС. Шумовые свойства УРС.

Тема 4.2. Типовые схемы УРС

УРС с последовательным и параллельным питанием. Схема с общей базой. Внутренние и внешние параметры. Каскадные и каскодные схемы УРС. Многокаскадные УРС с распределенной и сосредоточенной селекцией.

Тема 4.3. УРС диапазона СВЧ

Теория УРС с распределенными параметрами. Внутренние и внешние параметры, основные характеристики. УРС СВЧ на полевых и биполярных транзисторах. УРС отражательного и проходного типа. Усилители с отрицательным сопротивлением. УРС на туннельном диоде.

Раздел 5. преОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Тема 5.1. ТЕОРИЯ преобразователЕЙ частоты

Основные понятия, классификация. Назначение и классификация ПЧ. Внутренние и внешние параметры, основные характеристики.

Тема 5.2. ТРАНЗИСТОРНЫЕ преобразователи частоты

ПЧ на биполярных транзисторах. Выбор рабочего режима. Основные характеристики. ПЧ на полевых транзисторах. Выбор рабочего режима. Основные характеристики.

Тема 5.3. ДИОДНЫЕ ПреобразователИ частоты

Диодные ПЧ. Выбор рабочего режима. Основные характеристики. Балансные и кольцевые ПЧ.

Тема 5.4. ПреобразователИ частоты СВЧ диапазона

Особенности ПЧ СВЧ диапазона. ПЧ с компенсацией зеркального канала, с использованием суммарной и зеркальной частот. Типовые схемы ПЧ.

Раздел 6. Детекторы РАДИОПРИЕМНЫХ ТРАКТОВ

Тема 6.1. ТЕОРИЯ АМПЛИТУДНЫХ ДЕТЕКТОРОВ

Основные определения и понятия. Назначение и классификация. Классификация, режимы работы, типовые схемы. Диодные детекторы.

Тема 6.2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДИОДНЫХ АД. ИСКАЖЕНИЯ

СИГНАЛОВ В АД

Режим слабого сигнала. Режим сильного сигнала. Внутренние и внешние параметры. Линейные и нелинейные искажения сигналов в АМ детекторах.

Тема 6.3. ТРАНЗИСТОРНЫЕ АД. АД НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

АМ детекторы на транзисторах и операционных усилителях. Режимы работы, типовые схемы, основные характеристики.

Тема 6.4. СИНХРОННЫЕ АМ ДЕТЕКТОРЫ

Взаимодействие сигналов в АМ детекторе. Принцип синхронного детек-тирования. Типовые структурные схемы. Способы формирования опорного колебания.

Тема 6.5. ФАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

Назначение, принцип действия. Типовые схемы. Основные характеристики.

Тема 6.6. ЧАСТОТНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

Назначение, принцип действия. Промежуточное преобразование в амплитудную и фазовую модуляцию. Типовые схемы.

Раздел 7. Устройства управления и регулирования в

приемных ТРАКТАХ

Тема 7.1. частотНАЯ настройкА В РПТ

Частотная настройка в РПТ. Сопряжение настроек контуров гетеродина и сигнала.

Тема 7.2. сИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) в РПТ. Структурные схемы типовых систем АПЧ. Графический анализ системы АПЧ. Графический анализ системы фазовой АПЧ.

Тема 7.3. СПОСОБЫ РегулировкИ усиления В КАСКАДАХ РПТ

Назначение, принцип действия. Типовые схемы. Основные характеристики.

Тема 7.4. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РегулировкИ усиления

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) в РПТ. Структурные схемы АРУ. Компандерные системы на основе АРУ. Анализ АРУ с обратной связью. Типовые схемы АРУ.

Тема 7.5. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РегулировкИ усиления

Автоматическая регулировка чувствительности (АРЧ) в РПТ. Структурные схемы АРЧ. Типовые схемы АРЧ.

Раздел 8. Особенности построения РПТ

различнОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Тема 8.1. рПТ ДЛЯ ПРИЕМА АМ сигналов

Радиовещательные РПТ. Характеристика сигналов. Структурные схемы. Прием сигналов стереовещания. Прием однополосных сигналов. Прием RDS-сигналов.

Тема 8.2. рПТ ДЛЯ ПРИЕМА ЧМ сигналов

Характеристика сигналов. Структурные схемы РПТ ЧМ сигналов. Искажения сигналов. Пороговый эффект. Методы уменьшения порогового эффекта. Следящие фильтры.

Тема 8.3. рПТ ДЛЯ ПРИЕМА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

Общая характеристика. Амплитудная, фазовая, частотная манипуляция. Прием дискретных сигналов. Магистральные РПТ. РПТ радиорелейных линий связи.

Тема 8.4. рПТ ДЛЯ ПРИЕМА цифровыХ СИГНАЛОВ

РПУ с микропроцессорным управлением. Аналого-цифровые преобразователи. Цифровые фильтры. Цифровые детекторы. Синтезаторы частоты. Регулировка усиления. Сжатие информации, метод MUSICAM, кодеры стандартов MPEG. Цифровые стандарты DAB, DVB, DSR, MAC, NICAM. Тенденции развития техники радиоприема.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Типовые схемы радиоприемных устройств.
Шумовые характеристики РПУ.
Устройства согласования и предварительной селекции.
Усилители радиосигналов с сосредоточенными параметрами.
Усилители радиосигналов с распределенными параметрами.
Преобразователи частоты.
Детекторы радиосигналов.
Автоматические регулировки в РПУ.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

Метрические испытания радиовещательного РПУ.
Исследование входных цепей.
Исследование усилителей сигналов радиочастоты.
Исследование усилителей сигналов промежуточной частоты.
Исследование детекторов АМ сигналов.
Исследование преобразователей частоты.
Исследование системы АРУ транзисторных приемников.
Исследование элементов ЧМ приемника.
Исследование усилителей и детекторов радиоимпульсных сигналов.
Исследование нелинейных явлений в высокочастотных каскадах РПУ.
Исследование параметрического усилителя.
Исследование шумовых параметров радиоприемных устройств.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ

Проектирование радиовещательного РПТ.
Проектирование связного РПТ.
Проектирование радиолокационного РПТ.
Проектирование РПТ магистральной связи.

ВНЕАУДИТОРНАЯ (САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ) РАБОТА

СТУДЕНТОВ И ФОРМЫ КОНТРОЛЯ

Самостоятельная работа направлена на решение задач проектирования, синтеза и анализа приемников. Перечень задач дается на практических занятиях.

Формы самостоятельной работы студентов: курсовое проектирование, изучение лекционного материала, работа с литературой, подготовка к практическим занятиям (по одному часу на занятие).

При изучении дисциплины предусматриваются следующие формы контроля: контрольные работы, которые проводятся на лекциях и практических занятиях, проверка конспектов, защита курсового проекта. Итоговая форма контроля – экзамен по курсу.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Радиоприемные устройства / Под ред. Жуковского А.П. – М.: Высш. шк, 1989. – 342 с.

Палшков В.В. Радиоприемные устройства. – М.: Радио и связь, 1984. –
392 с.

3. Богданович Б.М., Окулич Н.И. Радиоприемные устройства. Мн., Выш. шк., 1991. – 428с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

Банков В.Н., Барулин Л.Г., Жодзишский М.И. и др. Радиоприемные устройства/Под ред. Л.Г. Барулина. -М.: Радио и связь, 1984. -272 с.
Голубев В.Н. Оптимизация главного тракта приема РПУ. – М.: Радио и связь, 1982.-144 с.
Семенов К.А., Крылов Г.М., Кузьмин Б.И. и др. Судовые радиоприемные устройства/Под ред. К.А. Семенова. -М.: Транспорт, 1984. -382 с.
Проектирование радиолокационных приемных устройств / Под ред.
М.М. Соколова. -М.: Высш. шк., 1984. -335 с.
Сборник задач и упражнений по курсу радиоприемных устройств / Под ред. В.И. Сифорова. -М.: Радио и связь, 1984. -222 с.
Головин О.В. Профессиональные РПУ декаметрового диапазона. – М.: Радио и связь, 1985.-288 с.
Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. -М.: Радио и связь, 1986. -320 с.
Побережский Е.С. Цифровые РПУ. – М.: Радио и связь, 1987.-180 с.
Розанов Б.А., Розанов С.Б. Приемники миллиметровых волн.- М.: Радио и связь, 1989. -168 с.
Фуско В. СВЧ цепи. – М.: Радио и связь, 1990.
Рэд Э.Т. Справочное пособие по в/ч схемотехнике: схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. – М.: Мир, 1990.- 256 с.
Колесников В.М. Лазерная звукозапись и цифровое радиовещание. – М.: Радио и связь, 1991.-214 с.
Курочкин А.Е. Методы анализа и расчета аналоговых электронных устройств: Метод. пособие по курсовому и дипломному проектированию.-Мн.:БГУИР, 1994.-34 c.
Курочкин А.Е. Методы проектирования линейных активных фильтров: Метод. пособие по курсовому и дипломному проектированию.-Мн.:БГУИР, 1995.-46 c.
Горбачев К.С., Рощупкин А.В. Радиоприемные устройства: термины, параметры, ЭМС. Метод. пособие по РПУ.-Мн.: БГУИР, 1997.
ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения.
Радиовещание и электроакустика: Учеб. пособие / Под ред. Ю.А. Ковалгина. М.: Радио и связь, 1998.-790 с.
Методическое пособие по курсовому проектированию радиоприемных устройств средств связи для студентов специальности “Радиотехника”/
А.Е. Курочкин, Р.М. Коробов, И.Ю. Малевич, А.В. Рощупкин.-Мн.: БГУИР, 2000.-28 c.

20. Бытовая радиоэлектронная техника. Энциклопедический справочник.-Мн.: Беларуская Энцыклапедыя, 1995. –831с.

Малевич И.Ю. Радиоприемные устройства. Мозырь: Белый ветер, 2000.-204с.

22. Проектирование радиоприемных устройств / Под ред. А.П.Сиверса. - М.: Сов.радио, 1976. –486с.

23. Горшелев В.Д., Красноцветова З.Г., Федорцов Б.Ф. Основы проектирова-ния радиоприемников. -Л.: Энергия, 1977. –384 с.

24. Белкин М.К. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. –Львов: Вища шк., 1988.

25. Лабораторный практикум по курсу «Устройства обработки радиосигналов». Ч.1, 2, 3. – Мн.: МРТИ, 1991.

26. Лабораторный практикум по курсу «Специальные вопросы теории и техники радиоприема». Ч.1, 2. – Мн.: МРТИ, 1992.

27. Головин О.В. Радиоприемные устройства. -М.: Горячая линия-Телеком, 2002.-384 с.

28. Румянцев К.Е. Прием и обработка сигналов. –М.: Издательский центр «Академия», 2004. -528 с.

УТВЕРЖДЕНА

УМО вузов Республики

Беларусь по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

09.12.2005

Регистрационный № ТД- 39 –091/тип

Blog