Устройства приема и обработки сигналов

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов 
 

Министерство образования и науки  Российской Федерации 
 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
С. А. Подлесный, Ф. В. Зандер 
 
 
 
 
УСТРОЙСТВА  
ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ  
СИГНАЛОВ 
 
 
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию         
в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного 
пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки магистров 210300.68 «Радиотехника», 14.01.2010 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2011 

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 

2 

УДК 621.391(07) 
ББК 32.811.3я73 
П44 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: В. Ф. Шабанов, акад. председатель Президиума 
КНЦ СО РАН;  
В. М. Владимиров, канд. физ.-мат. наук, проф. директор ООО НПФ 
«Электрон» 
 
 
 
 
Подлесный, С. А. 
П44          Устройства приема и обработки сигналов : учеб. пособие / 
С. А. Подлесный, Ф. В. Зандер. – Красноярск :  Сиб. федер. ун-т, 
2011. – 352 с. 
ISBN 978-5-7638-2263-2 
 
В настоящем пособии изложены теоретические основы построения 
устройств приема и обработки сигналов и сведения об отдельных функциональных узлах и системах автоматического регулирования. Рассмотрены методы ослабления воздействия шумов и помех в радиоприемных 
устройствах, особенности приема различного вида сигналов. Изложены 
структуры и технические характеристики устройств приема и обработки 
сигналов различного назначения, а также тенденции и перспективы развития теории и техники приема и обработки сигналов. 
Для студентов укрупненной группы подготовки специалистов, бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 210000 «Электронная техника, радиотехника и связь». 
 
 
 
 
УДК 621.391(07) 
ББК 32.811.3я73 
 
 
 
 
ISBN  978-5-7638-2263-2                                                             Сибирский федеральный  
 
                                                                                        университет, 2011 

1.1. Определение, назначение, основные функции, классификация УПиОС и их место в радиосистемах 
 

3 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ  
И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 
 
 
АД, (ИД), (ПД) – амплитудный (импульсный, пиковый) детектор 
АМ, (ЧМ), (ФМ) – амплитудная (частотная, фазовая) модуляция 
АО – амплитудный ограничитель 
АПЧ, (ФАПЧ), (ЧАПЧ) – автоматическая (фазовая, частотная) 
подстройка частоты 
АРУ – автоматическая регулировка усиления 
АТ, (ЧТ), (ОФТ) – амплитудная (частотная, относительная фазовая) телеграфия 
АФУ – антенно-фидерное устройство 
АЧХ (ФЧХ) – амплитудная (фазочастотная) характеристика 
ВАХ, (ПХ), (ИХ) – вольт-амперная (переходная, импульсная) 
характеристика 
ВЦ – входная цепь 
Г – генератор, гетеродин 
ГОН – генератор опорного напряжения 
Д – детектор, демодулятор 
ЗК, (СК) – зеркальный (соседний) канал 
ИС, (ИМС), (БИС) – интегральная (микро, большая интегральная) схема 
ИТ – информационный тракт 
ИЦ, (СЦ), (ЦС) – избирательная (согласующая) цепь 
ИЭ, (УЭ) – измерительный (управляющий) элемент 
КСВН – коэффициент стоячей волны по напряжению 
МШУ – малошумящий усилитель 
ОБ, (ОЗ) – общая база (общий затвор) 
ОМ, (ОБП) – однополосная модуляция (одна боковая полоса) 
ОС, (ООС), (ППОС) – обратная (отрицательная, положительная 
паразитная) связь 
ОУ – оконечное устройство 
ОФ, (СФ) – оптимальный (согласованный) фильтр 
ОЭ, (ОИ) – общий эмиттер (общий исток) 
ПАВ – поверхностно-акустические волны 
ПУ – параметрический усилитель 
ПЧ, (СМ) – преобразователь частоты (смеситель) 
ПЭ, (НЭ) – преобразовательный (нелинейный) элемент 

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 

4 

РПрУ, (РПдУ) – радиоприемное (радиопередающее) устройство 
РРЛ – радиорелейная линия 
СВЧ, (НЧ), (ВЧ) – сверхвысокая (низкая, высокая) частота 
УНЧ – усилитель низкой частоты 
УП – усилительный прибор 
УПТ – усилитель постоянного тока 
УПЧ – усилитель промежуточной частоты 
УРЧ, (УРС) – усилитель радиочастоты (радиосигнала) 
ФНЧ, (ФВЧ) – фильтр низкой (высокой) частоты 
ФСС – фильтр сосредоточенной селекции 
ЧД, (ФД) – частотный (фазовый) детектор 
ЭГ, (ОГ) – эталонный (опорный) генератор 
ЭДС – электродвижущая сила 
ЭМС – электромагнитная совместимость 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.1. Определение, назначение, основные функции, классификация УПиОС и их место в радиосистемах 
 

5 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Дисциплина «Устройства приема и обработки сигналов» (УПиОС) 
является профилирующей в образовании радиоинженера и входит в 
федеральный компонент государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Цель изучения дисциплины – усвоение основ физических процессов, теории и принципов 
построения и функционирования устройств приема и обработки сигналов, используемых в различных радиотехнических системах. 
В результате изучения дисциплины студенты должны овладеть 
суммой определенных знаний и навыков: 
• знать основные методы приема и обработки сигналов; теорию 
и методы оптимального приема сообщений; методы обеспечения основных характеристик УПиОС; физические принципы, используемые 
при построении усилительно-преобразовательных трактов УПиОС; 
методы экспериментального исследования радиоприемников и их 
функциональных узлов; 
• уметь проектировать УПиОС по заданным показателям качества с 
использованием современной элементной базы; моделировать с помощью современных программных продуктов функциональные узлы и 
УПиОС в целом; составлять электрические структурные, функциональные и принципиальные схемы УПиОС; формулировать и обосновывать 
технические требования к ним и отдельным узлам; осуществлять экспериментальные исследования УПиОС и их функциональных узлов; 
• представлять пути обеспечения заданных характеристик УПиОС – чувствительности, одно- и многосигнальной частотной избирательности, динамического диапазона по основному и соседним каналам; представлять принципы построения приемных трактов с малым 
уровнем собственных шумов, высокой частотной избирательностью, 
низким уровнем перекрестных и интермодуляционных помех, а также 
тенденции, перспективы и проблемы развития техники радиоприема. 
Общий объем дисциплины для магистров составляет 108 часов, 
из которых 54 часа отводится на самостоятельную работу студентов – 
самостоятельное изучение теоретических разделов дисциплины и 
подготовку к лабораторным и практическим занятиям, и 54 часа – на 
аудиторные занятия с преподавателями (лекции, лабораторные и 
практические занятия). Содержание настоящего учебного пособия соответствует структуре лекционного курса по дисциплине УПиОС. 

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 

6 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВАХ  
ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 
 
 
 
1.1. Определение, назначение,  
основные функции, классификация УПиОС 
и их место в радиосистемах 
 
 
Радиоприемным устройством называется совокупность элементов, предназначенных для улавливания, преобразования и использования энергии электромагнитных волн с целью извлечения из них полезной информации. 
Радиоприемное устройство является составной частью радиотехнической системы. В свою очередь, радиосистемой называется 
любая система, в которой радиосредства выполняют основную или 
одну из основных функций.  
Может быть дано и такое определение радиосистемы. Радиосистемой называется совокупность технических средств, предназначенных для выполнения определенного круга задач, в которой при обмене информации между отдельными частями системы используются 
радиосигналы, способные переносить информационные процессы. 
При системотехническом проектировании радиосистем широко 
пользуются процедурой декомпозиции (процедура рассечения несущественных связей и фиксация существенных). Возможный вариант 
декомпозиции показан на рис. 1.1. 
Радиосистемы можно представить состоящими из радиоканалов – 
совокупностью радиоустройств, которые в рамках отдельной радиосистемы обеспечивают выполнение определенной задачи при передаче или извлечении информации, переносимой радиосигналами. В состав радиоканала обязательно входит физическая среда, в которой 
распространяются радиосигналы. 
Радиоустройство выполняет определенную задачу по формированию или обработке радиосигналов, например, преобразование радиосигнала в сообщение (радиоприемное устройство). Радиоустройство состоит из различных функциональных звеньев: части радиоустройства, которая выполняет заданную функцию по формированию 

1.1. Определение, назначение, основные функции, классификация УПиОС и их место в радиосистемах 
 

7 

или преобразованию электромагнитных полей, радиосигналов или 
информационных процессов. 
В свою очередь, функциональные звенья радиоустройств состоят из схемных элементов, которые можно подразделить на активные и 
пассивные. 
В настоящее время широкое применение находят радиотехнические комплексы, состоящие из нескольких систем, в которых для обработки информации и управления используют мощные компьютеры. 
К ним относятся системы спутниковой и космической связи, системы 
контроля и управления воздушным движением, ракетные космические комплексы и т. д. 
 
 

 
Рис. 1.1. Структура радиосистем 
 

 
Рис. 1.2. Структурная схема одноканальной радиотехнической 
системы передачи информации 
 
 
По своему информационному назначению радиосистемы делят 
на следующие основные классы: 
● системы передачи информации (радиосвязь, радиотелеметрия); 
● системы извлечения информации (радиолокация, радионавигация, радиоастрономия, радиоразведка); 

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 

8 

● системы разрушения информации (создание помех радиоустройствам передачи или извлечения информации); 
● комбинированные информационные системы (комбинация радиоэлектронных систем извлечения и передачи информации); 
● системы управления (в них информация используется для 
управления какими-либо процессами или аппаратами). 
Структурные схемы отдельных радиосистем представлены на          
рис. 1.2–1.4. 
Структурная схема радиоприемного устройства может быть 
представлена как совокупность антенно-фидерного устройства, приемника и оконечного устройства (рис. 1.5). 
Характер ЭДС в приемной антенне определяет первую функцию 
радиоприемника – выделение (селекцию) полезного сигнала из суммы 
ЭДС, наводимых в антенне сигналом и помехами. Селекция может 
осуществляться по ряду признаков полезного сигнала: несущей частоте, характерным параметрам модуляции и амплитуде несущей. 
Во всех радиоприемниках осуществляется частотная селекция за 
счет частотно-избирательных систем, которые можно настраивать на 
несущую частоту полезного сигнала. Поэтому селективные свойства 
приемника по несущей частоте сигнала называют частотной избирательностью приемника или просто избирательностью. 
Наряду с частотной избирательностью в приемниках могут быть 
использованы и другие виды селекции. Например, при приеме импульсных сигналов – временная селекция за счет запирания одного из 
каскадов приемника на время пауз между импульсами сигнала. 
На вход радиоприемника обычно поступает высокочастотный 
сигнал, модулированный по тому или иному параметру. Для приведения в действие оконечного устройства, как правило, необходимо низкочастотное или видеонапряжение, закон изменения которого должен 
по возможности точнее соответствовать закону модуляции принимаемого сигнала. Отсюда вытекает вторая функция радиоприемника – 
преобразование высокочастотного модулированного напряжения в 
низкочастотное (видео) напряжение. Это преобразование называют 
детектированием. 
Обычно мощность принимаемых сигналов, наводимых в антенне, бывает очень мала и недостаточна для нормальной работы оконечного аппарата. Поэтому третьей функцией радиоприемника является усиление принятого сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы оконечного устройства. 

1.1. Определение, назначение, основные функции, классификация УПиОС и их место в радиосистемах 
 

9 

 
а 
 

 
б 
 

 
в 
 
Рис. 1.3. Структурные схемы систем извлечения информации:  
а – пассивная система; б – активная система; в – полуактивная система 

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов    
 

10 

 
 
Рис. 1.4. Структурная схема системы разрушения  
информации 
 
 
 

 
 
Рис. 1.5. Обобщенная структурная схема  
радиоприемного устройства 
 
 
 

 
 
Рис. 1.6. Основные функции устройств приема и обработки сигналов 
 

Мешающий сигнал А2 

Радиопередатчик 

Сигнал подавляемой 
радиосистемы  А1 

Радиоприемник