Аналоговые и цифровые радиоприемные устройства

Министерство образования и науки Российской Федерации 

 

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ 

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) 

 

 
 
 

В.П. ПУШКАРЁВ 

 
 

 

АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ 

РАДИОПРИЁМНЫЕ УСТРОЙСТВА

 

Учебное пособие 

 

 

 
 
 
 
 

Томск 
2018 

 

 
 

Министерство образования и науки Российской Федерации 

 

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ 

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) 

 

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ (РТФ) 

 

КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (РТС) 

 
 

В.П. ПУШКАРЁВ 

 
 

 

АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ 

РАДИОПРИЁМНЫЕ УСТРОЙСТВА

 

Учебное пособие 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Томск 
2018 

 
 

УДК
621.396.6:621.391.8

ББК
32.849
Н 62

Рецензенты: 

О. В. Стукач, доктор технических наук, профессор Отделения автоматизации и 
робототехники Инженерной школы информационных технологий и робототехники Национального исследовательского Томского политехнического университета ОАР ИШИТР ФГЛОУ ВО НИ ТПУ, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050. 

 

Б.И. Авдоченко, д-р. техн. наук, профессор кафедры  

радиоэлектроники и систем связи Томского государственного 

 университета систем управления и радиоэлектроники 

 
Пушкарёв В.П. 

Н 62
Аналоговые и цифровые радиоприёмные устройства: учебное пособие / В. П. Пушкарёв. – Томск: РТФ, ТУСУР, 2018. – 237 с.

 

В учебном пособии представлены: классификация и основы построения функциональ
ных и структурных схем радиоприёмных устройств с различными видами модуляциями; физические принципы работы основных функциональных узлов; особенности обработки радиосигналов аналоговых и цифровых систем радиовещания, радиосвязи, радиолокации и позицирования. 

Учебное пособие представляет интерес для студентов, обучающихся по направлениям 

подготовки бакалавров, магистров и специалистов направлений «Радиотехника», «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» и «Информатика и вычислительная техника» 
профиля «Автоматизация проектирования микро- и наноэлектронных устройств для радиотехнических систем», обучающихся по очной, вечерней, заочной формам высшего образования, 
в том числе с применением технологии дистанционного обучения. Рекомендуется для самостоятельной подготовки студентов к практическим, лабораторным занятиям и курсовому проектированию. 

 

© Пушкарёв В. П. 2018 
© Оформление. 

РТФ, ТУСУР, 2018 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................... 9 

1. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ .......................................... 10 

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ15 

2.1. Обобщённая структурная схема радиоканала. Общие требования .... 15 

2.2. Основные показатели технических характеристик ............................. 15 

2.3. Классификация и основные качественные показатели ....................... 23 

2.4. Частотные диапазоны систем радиовещания, радиосвязи  и 

радиодоступа............................................................................................ 25 

2.4.1. Диапазоны частот звукового и телевизионного вещания ............. 26 

2.4.2. Диапазоны любительской, служебной и гражданской связи ....... 27 

2.4.3. Частотные диапазоны систем сотовой телефонии  и радиодоступа 3-го, 

4-го поколения, WiFi и Bluetooth ..................................................... 31 

2.4.4. Частотные диапазоны космических систем радиосвязи, радиовещания, 

навигации и позицирования ............................................................. 33 

2.5. Шумы и помехи радиоприёму ................................................................ 34 

2.6. Описание радиосигналов, эффективная ширина спектра сигналов 

систем радиовещания, радиосвязи и радиодоступа ............................ 40 

2.6.1. Сигналы аналоговых систем радиовещания и радиосвязи ........... 40 

2.6.2. Особенности формирования сигналов цифровых систем радиовещания 

и радиосвязи....................................................................................... 44 

2.6.3. Особенности формирования сигнала цифрового  эфирного 

телевизионного вещания .................................................................. 45 

2.6.4. Особенности формирования сигналов телефонии GSM ............... 46 

2.6.5. Особенности формирования сигналов цифровых систем управления 

радиодоступом ................................................................................... 47 

2.7. Электромагнитная совместимость и нелинейные искажения, 

возникающие в линейном тракте радиоприёмника ............................. 49 

3. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА 

РАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ ....................................................... 53 

3.1. Обобщённая структурная схема радиоприёмных устройств .............. 53 

3.2. Радиоприёмники детекторного типа и прямого усиления .................. 54 

3.3. Сверхрегенеративные радиоприёмные устройства ............................. 55 

3.4. Супергетеродинные радиоприёмные устройства ................................ 56 

3.5. Радиоприёмные устройства прямого преобразования ........................ 59 

3.6. Инфрадинные радиоприёмные устройства ........................................... 61 

3.7. Приёмо-передающие устройства радиотехнических систем .............. 61 

4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ ............ 63 

4.1. Входные цепи радиоприёмных устройств ............................................ 63 

4.1.1. Общие сведения, классификация и структура входной цепи ....... 63 

4.1.2. Антенны и эквиваленты антенн радиоприёмных устройств ........ 64 

4.1.3. Основные определения и соотношения из теории  колебательных 

контуров в радиоприёмных устройствах ........................................ 69 

4.1.4. Входные цепи диапазонных радиоприёмных устройств при различных 

связях с ненастроенной антенной и нагрузкой .............................. 75 

4.1.5. Входная цепь с магнитной антенной ............................................... 86 

4.1.6. Входные цепи с настроенной антенной .......................................... 88 

4.1.7. Входные цепи с электронной перестройкой по частоте ................ 92 

4.1.8. Шумовые свойства антенно-фидерной системы ............................ 95 

4.2. Селективные усилители радиосигналов радиоприёмников .............. 100 

4.2.1. Общие сведения и структура селективных усилителей .............. 100 

4.2.2. Усилители радиочастоты ................................................................ 102 

4.2.3. Усилители промежуточной частоты ............................................. 105 

4.2.4. Шумовые свойства усилителей радиочастоты ............................. 108 

4.3. Преобразователи частоты радиоприёмных устройств ...................... 111 

4.3.1. Общие сведения о преобразовании частоты................................. 111 

4.3.2. Анализ передаточных свойств преобразователя частоты ........... 114 

4.3.3. Шумовые свойства преобразователей частоты ............................ 116 

4.4. Детекторы радиоприёмных устройств ................................................ 118 

4.4.1. Общие сведения и структура детекторов радиосигналов ........... 118 

4.4.2. Детектор АМ – сигналов ................................................................. 119 

4.4.3. Детектор радиоимпульсных сигналов ........................................... 124 

4.4.4. Синхронный детектор ..................................................................... 125 

4.4.5. Корреляционный детектор ............................................................. 126 

4.4.6. Детектор частотно-модулированных сигналов ............................ 126 

4.4.7. Фазовые детекторы радиосигналов ............................................... 130 

5. РУЧНЫЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ В 

РАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВАХ ............................................... 132 

5.1. Общие сведения о системах регулирования ....................................... 132 

5.2. Ручные регулировки усиления ............................................................. 132 

5.3. Система автоматической регулировки усиления ............................... 134 

5.4. Система автоматической подстройки частоты ................................... 139 

5.5. Система фазовой автоподстройки частоты ........................................ 142 

5.6. Оценка устойчивости автоматических регулировок в радиоприёмных 

устройствах ............................................................................................ 145 

6. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АНАЛОГОВЫХ  

РАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ ..................................................... 148 

6.1. Общие сведения по построению схем радиоприёмников ................. 148 

6.2. Особенности построения радиоприёмников АМ-сигналов систем 

звукового вещания ................................................................................ 153 

6.3. Особенности построения приёмников УКВ ЧМ-сигналов  систем 

монофонического радиовещания ........................................................ 153 

6.4. Особенности построения радиоприёмников ЧМ-сигналов систем 

стереофонического звукового вещания .............................................. 156 

6.4.1. Особенности восприятия человеком объёмного звука ................... 156 

6.4.2. Требования к системе стереофонического вещания ....................... 157 

6.4.3. Особенности построения структурных схем стереофонических 

радиоприёмников УКВ ЧМ-сигналов ................................................. 159 

6.4.4. Шумы и чувствительность стереофонических радиоприёмных 

устройств ................................................................................................ 162 

6.5. Особенности построения телевизионного приёмника ...................... 163 

6.6. Особенности построения профессиональных приёмников .............. 166 

6.6.1. Классы радиоизлучений ..................................................................... 166 

6.6.2. Структурные схемы линейного тракта профессиональных 

радиоприёмных устройств ................................................................... 169 

6.6.3. Особенности построения приёмников Си-Би диапазона ............... 170 

6.6.4. Особенности построения радиоприёмных устройств систем связи 

миллиметрового и оптического диапазонов ...................................... 174 

6.6.5. Особенности построения панорамных радиоприёмных устройств

 ................................................................................................................. 178 

6.6.6. Особенности построения радиолокационного приёмника 

импульсных сигналов ........................................................................... 183 

7. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ПРИЁМНИКОВ  С ЦИФРОВОЙ 

ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛОВ .................................................................. 188 

7.1. Общие сведения ЦОС в радиоприёмных устройствах ...................... 188 

7.2. Требования к элементам приёмников цифровых сигналов .............. 189 

7.3. Основные элементы цифровых радиоприёмных устройств ............. 191 

7.3.1. Цифровые фильтры ............................................................................ 192 

7.3.2. Преобразователь Гильберта .............................................................. 194 

7.3.3. Цифровые преобразователи частоты ................................................ 195 

7.3.4. Цифровые генераторы ........................................................................ 196 

7.3.5. Цифровые детекторы сигналов ......................................................... 197 

7.3.5.1. Цифровые детекторы АМ сигналов .............................................. 197 

7.3.5.2. Цифровые детекторы сигналов с фазовой модуляцией .............. 199 

7.3.5.3. Цифровые частотные детекторы .................................................... 201 

7.4. Радиоприёмные устройства с додетекторной ЦОС ........................... 205 

7.5. Радиоприёмные устройства с последетекторной цифровой 

обработкой сигналов ............................................................................. 206 

8. ТЕОРИЯ И ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ  

ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ ............... 209 

8.1. Стандартные условия измерения ......................................................... 209 

8.2. Методы измерения технических характеристик  радиовещательного 

приёмника .............................................................................................. 210 

8.2.1. Метод измерения диапазона принимаемых частот ......................... 210 

8.2.2. Метод измерения реальной чувствительности  радиоприёмного 

устройства .............................................................................................. 211 

8.2.3. Односигнальная методика измерения избирательности  

радиоприёмных устройств ................................................................... 211 

8.2.4. Метод измерения общей низкочастотной характеристики ............ 212 

8.2.5. Метод измерения действия автоматической регулировки  усиления

 ................................................................................................................. 213 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................. 215 

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................... 216 

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ .... 221 

ГЛОССАРИЙ ................................................................................................. 227 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Дисциплина «Радиоприёмные устройства» является одной из важных со
ставляющих профилирующих дисциплин для ряда радиотехнических специаль
ностей. Основной задачей учебного пособия является ознакомление студентов 

радиотехнических специальностей с принципами построения современных ра
диоприёмных устройств различного назначения, предназначенные для приёма 

энергии электромагнитных волн и последующего преобразования их в электри
ческие сигналы с целью выделения полезной информации. 

Радиоприёмные устройства используются в управлении бытовой техникой 

и радиотехнических системах: системах пассивной и активной радиолокации и 

навигации; в системах радиосвязи, телевидения и радиовещания; в системах кос
мической, сотовой и пейджинговой связи, а также в панорамных устройствах и 

системах мониторинга источников радиоизлучения. 

Современное радиоприёмное устройство представляет собой сложную си
стему, характеризуемую большим числом взаимосвязанных параметров, по
этому на всех стадиях его проектирования целесообразно использовать систем
ный подход. Он заключается в применении определённой последовательности 

этапов проектирования и использовании методов синтеза и оптимизации, позво
ляющих получить оптимальную систему при определённых (заданных) крите
риях качества. 

В учебном пособии представлены также основы теории радиоприёма, об
зор методов и способов обработки радиосигналов. Рассмотрены концепции ос
нов построения структурных и электрических принципиальных схем радиопри
ёмных устройств. 

 

1. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 

«... человек, пожелавший переговорить с другом, и не знающий где тот 
находится, позовёт электрическим голосом, который услышит только 
тот, чьё электрическое ухо настроено на этот вызов; он спросит: где ты? 
И прозвучит ответ: я в глубине шахты, на вершине Анд, или в далёком 
океане. Но может быть не будет никакого ответа, и тогда он будет знать, 
что друг его умер» [1]. 

Английский физик Уинстон Эдвард Айртон (1847 – 1908 гг.) 

Создание радио связывают с успешным практическим применением ра
диоволн в регистрации дальних атмосферных грозовых разрядов, осуществлён
ным А.С. Поповым в России в 1895 г., и быстрого развития искрового радиоте
леграфа. Первым, кто отметил распространение электрических процессов в ат
мосфере, является Луиджи Гальвани, который в 1771 году установил, что искро
вые разряды в электрофорной машины действуют на небольшом расстоянии на 

мышцу препарированной лягушки, вызывая вздрагивание при прикосновении 

металлическим предметом. Наилучший эффект был получен при соединении 

мышцы лягушки с проводом, поднятым на крышу дома, а нерв лягушки с прово
дом, опущенным в колодезь. Учёный отметил, что если в окрестностях происхо
дили грозовые разряды, то лапка лягушки вздрагивала. Для обнаружителей про
странственных электрических процессов, позволяющих получить полезную ин
формацию, с XVIII века применяется термин «детекторы». Радиоприёмное 

устройство Гальвани состояло из антенны, приёмника (детектора), заземления и 

детектора. Таким образом, лягушечья лапка, в опытах Гальвани, можно считать 

первым приёмником радиосигналов [1, 2]. 

Эпохальное значение радио приобрело опубликование в 1888 году, откры
тий и изобретений Генриха Герца, благодаря которым открылись перспективы 

создания средств электросвязи с неограниченными ранее возможностями. Невы
сокая чувствительность приёмника принимаемых сигналов позволяли осуществ
лять приём только на расстояния 8...10 м от передатчика, что ограничивало его 

применение за пределами лаборатории. 

Система радиосвязи передатчикприёмник, была продемонстрирована Г. 

Маркони в его первых опытах радиосвязи во второй половине 1895 года и в 1896 

году (Рис. 1. 1). В передатчике, схема которого показана слева, по существу по
вторен передатчик Герца с индукционной катушкой ИК с разрядником Р и пре
рывателем Румкорфа. Для передачи сигналов служил телеграфный ключ Морзе 

ТК. 

 

Рис. 1. 1. Схема радиосвязи передачи  приёма Г. Маркони 

Главное отличие устройств, разработанных Маркони, состояло в примене
нии антенн с высоко поднятым вертикальным проводом и заземления. 

В эти же годы сходные эксперименты проводил в Петербурге А.С. Попов, 

однако, на более чем скромной базе учебного заведения. В первой половине 1895 

года, применив когерер для встряхивания обыкновенный электрический звонок, 

он осуществил свой знаменитый «Прибор для обнаружения и регистрирования 

электрических колебаний». Этот радиоприёмник позволил проводить исследова
ния и лекционные демонстрации, а с включением самописца сделал возможной 

регистрацию на больших расстояниях грозовых атмосферных разрядов (Рис. 1. 

2). Так был создан знаменитый «грозоотметчик», вошедший в историю радио
техники и описанный в школьных учебниках физики [3]. В дальнейшем этот ра
диоприёмник послужил основой экспериментов по радиотелеграфной связи 

между кораблями и берегом. Результаты этих работ оказали значительное влия
ние на дальнейшее развитие радиотехники в России. 

а) 
б) 

Рис. 1. 2. Схема (а) и конструкция (б) первого 

радиоприёмника А.С. Попова 

Начало XX века ознаменовалось бурным развитием разработанных ранее 

радиоприёмников. Работы по улучшению качества слухового приёма звука до
стигла в пределах 500...1000 Гц. В 20-е годы прошлого столетия, началось разви
тие вакуумной электроники. Электронные лампы, изобретённые в первом деся
тилетии XX века, внедрялись в серийное и массовое производство вплоть до 

5060-х годов. В 50-е годы отмечена замена вакуумных электронных ламп полу
проводниковыми приборами. В радиопередатчиках большой мощности элек
тронные лампы применяются и в настоящее время [3]. Разработанные в 30-е и 

40-е годы XX века, микроволновые радиолокационные системы и устройства по
служили причиной создания и развития новых средств радиосвязи [1]. 

В 50-е и 60-е годы XX века в большей части стран были сооружены сети 

радиорелейных линий большой протяжённости и с большой пропускной способ
ностью и создавались главным образом для передачи телевизионных программ, 

а также для многоканальной телефонной связи между городами, регионами и 

странами [4, 10]. 

Начало XX века ознаменовалось началом и становлением телевидения в 

России и за рубежом. Истоки формирования основ трёхкомпонентной физиоло
гической особенности зрения, на которой основываются современные системы 

цветного телевидения, впервые высказано М.В. Ломоносовым в 1756 году и раз
вито Юнгом и Гельмгольцем. Идея разбивки изображения на элементы и пооче
рёдную последовательность их передачи предложена немецким студентом П. 

Нипковым в 1875 - 1876 гг. Термин «телевидение» впервые был употреблён в 

1900 г. русским инженером-электриком К.Д. Перским на Международном элек
тротехническом конгрессе в Париже в докладе «Электрическое телевидение». 

Осенью 1910 года Б.Л. Розинг делает в Русском техническом обществе доклад 

«Об электрической телескопии и одном возможном способе её выполнения» ука
зав, единственный путь реализации телевидения он видел в применении безы
нерционных электронных приборов с помощью электронного пучка. Порази
тельно, но этот смелый вывод был сделан в то время, когда сама электроника 

находилась в зачаточном состоянии. «Катодный пучок, - писал изобретатель, - 

есть именно то идеальное перо, которому самой природой уготовано место в ап
парате получения изображения в электрическом телескопе. Оно обладает тем 

ценнейшим свойством, что его можно непосредственно двигать с какой угодно 

скоростью при помощи электрического или магнитного поля, могущего быть 

притом возбуждённым со скоростью света с другой станции, находящейся на ка
ком угодно расстоянии» [8]. На телевизионную систему, использующую моду
ляцию скорости электронного пучка, Розинг получил в 1911 году российский, а 

потом английский, германский и американский патенты. 

Первое вещание цветного телевидения в СССР осуществлялось по системе 

PAL (1953-1956 гг.), не обеспечивающим приём программ цветного телевидения 

на обычные черно-белые телевизоры и приём на цветные телевизоры программ 

черно-белого изображения [10]. Первая совместимая (1953 г.), полностью элек
тронная система цветного телевидения NTSC была разработана в США на основе 

стандарта 525 строк, 30 кадров. Опытное вещание по совместимой системе СЕ
КАМ в СССР началось в 1957 году, а регулярное в 1967 году [10]. 

В настоящее время идёт бурное развитие и внедрение цифровых технологий 

в наземной и космической системах радиовещания, радиосвязи и передачи дан
ных. 

Контрольные вопросы по главе 1 

1. Кто из учёных впервые отметил распространение электрических про
цессов в атмосфере и что было использовано для их регистрации? 

2. Кто из учёных и в каком году впервые использовал на практике, приём
ник для регистрации атмосферных грозовых разрядов? 

3. Что послужило основой создания Луиджи Гальвани прибора, регистри
рующего разряды в атмосфере? 

4. В каком году и кем была продемонстрированная первая коммерческая 

система радиосвязи передатчикприёмник? 

5. Каков диапазон воспроизведения звукового сигнала достигла в начале 

ХХ века? 

6. Кто из учёных сформулировал основы трёхкомпонентной физиологиче
ской особенности зрения человека? 

7. Кто предложил термин «телевидение» применительно к устройствам 

передачи изображения? 

8. Кто получил патент на телевизионную систему, использующую моду
ляцию скорости электронного пучка? 

9. Когда в СССР осуществлялось первое вещание цветного телевидения? 

10. В каком году в СССР, и на основе какого стандарта началось регуляр
ное вещание цветного телевидения? 

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОПРИЁМНЫХ 

УСТРОЙСТВ 

2.1. Обобщённая структурная схема радиоканала. Об
щие требования 

Радиоприёмные устройства являются неотъемлемой частью любой радио
технической системы или комплекса и включаются в состав радиоканала. Струк
турная схема радиоканала содержит источник сообщений, передающее устрой
ство, передающую антенну, тракт передачи энергии электромагнитной волны с 

полезной информацией, приёмную антенну с радиоприёмным устройством (Рис. 

2. 1). Особенностью передачи информации по радиоканалу является наличие ис
точников внешних помех [13]. 

 
Источник внешних помех

Радиосигнал
Радиосигнал + помеха

Передающее 
устройство

Источник 
сообщений

Радиоприёмное

устройство

Принятое 
сообщение

 

Рис. 2. 1. Обобщенная структурная схема радиоканала 

В общих требованиях к радиоприёмным устройствам указываются назна
чение и место установки радиоприёмного устройства, состав комплекта (ан
тенна, приёмник, оконечное устройство) и аппаратура, с которой должен рабо
тать приёмник, но которая не входит в комплект. 

2.2. Основные показатели технических характеристик 

Основными техническими характеристиками радиоприёмных устройств 

являются: 

 диапазон частот; 

 чувствительность; 

 избирательность; 

 полоса пропускания; 

 амплитудная характеристика;