Как найти рабочий диапазон частот

Это интервал частот, в пределах которого
приемник должен обеспечивать нормальный
прием полезных сигналов. Приемникп
могут быть как с переменной настройкой,
обладая широким диапазоном частот
(связные, навигационные, радиовещательные),
так и фиксированной настройки
(радиолокационные, радиотелеметрические,
радиоуправления). Общий диапазон частот
работы приемников в зависимости от их
назначения простирается от десятков
кГц до тысяч МГц.

При работе в диапазоне частот, требования
к его перекрытию удовлетворяются если
приемник может быть настроен на любую
частоту заданного диапазона и при этом
его основные показатели удовлетворяют
тактико-техническим требованиям.

IV. Выходная мощность приемника

Выходная мощность и форма выходного
напряжения приемника определяется его
целевым назначением и типом оконечного
устройства.

Для связных о радиовещательных приемнтков
мощность лежит в пределах
.

В радиолокационных и телевизионных
приемникахь(канал изображения) выходная
мощность относительно невелика
(милливатты), но напряжение должнл быть
достаточным для эффективного управления
лучем ЭЛТ.

V. Качество воспроизведения информации

Этот показатель определяется степенью
искажения полезного сигнала в прцессе
его обработки в приемнике. По аналогии
с другими составляющими радиоканала
различают частотные, фазовые и нелинейные
искажения.

Частотные искажения определяются
степенью непостоянства коэффициента
усиления приемника для различных
модулирующих частот.

Фазовые искажения являются результатом
нелинейности фазовых характеристик
составных частей приемника. Под этими
характеристиками понимают зависимость
фазового сдвига выходного напряжения
к огибающей входного сигнала от частоты
модуляции. Особенно сильное влияние
эти искажения оказывают на работу
радиолокационных и радионавигационных
систем.

Нелинейные искажения в основном
вызываются нелинейностью амплитудных
характеристик элементов приемника, в
результате чего появляются высшие
гармоники модулирующего напряжения пр
гарионическом законе модуляции.

Степень нелинейности искажений
оценивается коэффициентом гармоник по
току или напряжению

,
гдеамплитуды гармоник модулирующего
напряжения на выходе приемника.

VI. Динамический диапазон приемника

Под динамическим диапазоном следует
понимать отношение максимального
входного сигнала
.,
при наличии допустимых искажений, к
чувствительности приемника

Ограничение по динамическому диапазону
в первую очередб определяются нелинейными
искажениями, возникающими в результате
перегрузок каскадов приемника.

Динамический диапазон приемника лежит
в пределах 30 – 60 дб.

Расширение его возможно за счет повышения
чувствительности, применения систем
автоматического регулирования усиления.

VIII. Устойчивость работы

Устойчивость работы приемника
характеризуется:

• отсутствием самовозбуждения;

• допустимым изменением качественных
  показателей при работе.

IX. Экономичность питания

Особенно важна при питании приемников
от автономных источников с ограниченным
запасом энергии. В этой связи иногда
выгоднее снижать основные показатели
приемникп с целью повышения экономичности.

III. Помехоустойчивость радиоприемных устройств

Помехой радиоприему следует считать
любое постороннее воздействие, не
относящееся к полезному сигналу и
рпепятствующее его правильному приему.

Так как помехи определяют чувствительность
приемника, то для каждого вида сигнала,
каждой схеиы приемника, типа и уровня
помехи существует свой пороговый уровень
сигнала. Это в свою очередь позволяет
получить требуемый уровень входного
сигнала на оконечном устройстве. В этой
связи для оценки работы различных типов
приемников необходимо хзнать характеристики
помех.

В зависимости от происхождения помехи
помехи подразделяются на естественные
и искусственные.

Естественные помехи являюся следствием
природных процессов, создающих
электромагнитные поля, влияющих как на
распространение радиоволн, несущих
информацию, так и воздействующих на
приемную антенну или отдельные его
элементы. К таким помехам относятся:

• Промышленные помехи;

• Атмосферные помехи;

• Космические помехи.

Искусственные помехи создаются за счет
работы радиопередающих устройств или
других специально организованных
устройств.

Все типы помех в зависимости от характера
их действия на прием полезных сигналов
подразделяютчя на активные и пассивные.

К активным относятся те помехи, которые
создают ЭДС помех в антенне или других
элементах радиоприемника, другими
словами, действующее активно на прием.
(атмосферные помехи, промышленные
помехи, космические, помехи от
радиопередатчиков, собственные шумы
приемник).

Пассивные помехи образуются из-за
особенности распространения радиоволн
(замирание радиоволн, радиоэхо, взаимная
модуляция волн из-за нелинейности
свойств среды и т.д.)

В зависимости от структуры ЭДС помехи
делятся на гладкие и импульсные.

Условно считают, что для гладких помех
превышение максимума ЭДС помехи над
средним значением не более 4, для
импульсных более 4.

К гладким можно отнести собственные
шумы приемника, а к импульсным промышленные
и атмосферные помехи.

Атмосферные помехи

Создаются грозовыми рахрядами и
электрическими разрядами типа “северного
сияния”.

Громовые разряды наводят в приемной
антенне напряжения в виде экспотенциальных
колебаний. Длительность “грозовых”
сигналов колеблется от 0,1 до 3 мсек.
Спектральная плотность грозовых разрядов
определяется выражением

Поэтому с ростом рабочей частоты
радиосигнала действие атмосферных
помех уменьшается.

Статистические данные показывают, что
в среднем за секунду в атмосфере земли
происходит более 100 грозовых разрядов,
причем сильных, а электро-магнитные
колебания в виде луча распространяются
на десятки тысяч км, сохраняя большую
интенсивность. Таким образом, на всей
земной поверхности существует определенный
уровень атмосферных помех, определяемый
географическими координатами, временем
года и суток. Имея такие данные можно
прогнозировать средне-вероятностный
уровень атмосферных помех в месте
расположения радиоприемного устройства.Для
уменьшения влияния атмосферных помех
следует повышать рабоую частоту,
применять направленные антенны, уменьшать
полосу пропускания, применять специальные
меры, ослабляющие действие импульсных
помех.

Промышленные помехи

Промышленные помехи создаются в процессе
работыустановок производственного и
бытового назначения, обладающих ценями
с быстроменяющимися магнитными полями
переменными искрообразующими контактами.

Мощность излучаемых электро-магнитных
колебаний у отдельного источника
промышленных помех, как правило, невелика
и они действуют в пределах нескольких
км. Но в населенных пунктах, особенно
больших, их бывает очень много, а средний
уровень помех получается весьма
значительным. В силу импульсивного
характера спектральная плотность
промышленных помех уменьшается с ростом
частотных. Поэтому уже в дм диапазоне
уровень этих помех становится меньше
уровня собственных шумов приемника.

Во многих случаях приемник и источник
промышленных помех питаются от одной
централизованной сети, что дает
возможность воздействовать помехе по
цепям питания, причем на значительные
расстояния
.

В таких случаях целесообразно подключать
источник питания приемника в сеть через
специальный фильтр.

Дополнительно между обмотками питающего
трансформатора ставится электростатический
экран в виде однослойной обмотки с
заземленным концом.

Методы борьбы с прмышленными помехами
можно разделить на две группы.

I. Ослабление интенсивности
помехи в создающем его источнике, когда
применяются:

• искрогасящие устройства;

• экранировка частей промышленных
  установок, излучающих электромагнитные
  волны;

• использование защитных фильтров;

II. Меры, применяемые в
приемнике.

• Удаление приемной антенны от наиболее
  интенсивных источников помех;

• Экранирование приемника;

• Применение фильтров в цепи питания;

• Уменьшение сопротивления заземления;

• Сужение полосы пропускания;

• Повышение рабочих частот;

• Применение схем, ослабляющих действие
  импульсных помех.

Космические помехи

Большинство источников космических
помех излучают электро-магнитные
колебания теплового происхождения. В
диапазоне радиоволних интенсивность
пропорциональна теипературе источника
и его излучающей способности, которая
определяется квантовым законом Планка.

Однако, имеют место отступления от этого
закона, например, при получении
“возбужденного” Солнца, когда превышается
уровень излучения “спокойного” Солнца
в сотни тысяч раз.

В силу большого числа источников,
размещенное в Космическом пространстве,
интенсивность Космических плмех
характеризуется уровнем общего фона,
на который накладываются излучения
наиболее близких к Земле точечных
источников (в первую очередь Солнце и
Луна).

В пределах диапазона радиоволн
напряженность фона Космических помех
уменьшается практически линейно с
ростом частоты.

Для снижения уровня Космических помех
используют:

• направленные антенны;

• повышение рабочих частот;

• сужение полосы пропускания;

• применение схем ослабления гладких
  помех (согласованные фильтры,
  корреляционные методы приема).

СОБСТВЕННЫЕ ШУМЫ ПРИЕМНИКА

Собственными шумами радиоприемника
принято называть те ЭДС и токи, которые
образуются в его отдельных элементах
за счет электрических флюктуаций и
нестабильностей потоков носителей
электрических зарядов в электронных
приборах. Таким образом источниками
собственных шумов приемников являются
все активные сопротивления, колебательные
контуры и все электронные приборы.

В проводниках электроны находятся в
непрерывном движении, интенсивность
которого растет с повышением температуры.
При движении электроны в результате
столкновений друг с другом или с атомами
вещества изменяют направление движения
и скорость. Каждое передвижение электрона
в промежутке между столкновениями можно
рассматривать как элементарный импульс
тока. В сумме все подобные импульсы и
создают шумовое напряжение. С учетом
малости времени между столкновениями
электронов, длительность элементарных
импульсов флюктуационного напряжения
будет примерно той же вели­чины.

С учетом того, что спектр прямоугольного
импульса малой длительности бесконечно
широк, а амплитуды его составляющих в
интервале частот
практически равны, получается спектр
частот элементарных импульсов практически
в пределах всего диапазона современной
радиотехники ().

Известно, что шумовое напряжение с
равномерным спектром от нуля до
бесконечности принято называть «белым»
шумом. Однако, в приемниках с учетом
ограничений по полосе пропускания шумы
отличаются от «белого».

ШУМЫ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Квадрат действующего значения шумового
напряжения активного сопротивления R,
величина которого не зависит от частоты
может быть определен из выражения

где k– постоянная
Больцмана;

T– абсолютная температура;

– граничные частоты полосы пропускания,
в пределах которой измеряется шумовое
сопротивление.

При комнатной температуре (T= 290°K)

мкВ

Таким образом при R= 10кОм
идействующее шумовое напряжение будет
1.25мкВ, т.е. оно соизмеримо с величиной
входного сигнала приемника.

Реально полная шумовая мощность активного
сопротивления равна сумме мощностей
отдельных составляющих. При фиксированной
величине Rквадрат
суммарного шумового напряжения будет
равен сумме квадратов отдельных
составляющих, что и определяетквадратичную
зависимостьшумового напряжения от
полосы пропускания.

При частотно зависимом сопротивлении
при изменении действующего значения
шумового напряжения от 0 до∞

ШУМЫ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА

Действующее значение шумового напряжения
параллельного колебательного контура
можно вычислить, представляя контур
эквивалентным комплексным двухполюсником.

Для вычисления среднего квадрата
действующего значения шумового напряжения
параллельного колебательного контура
справедливо выражение, используемое
для активного сопротивления, если в
него подставить R_эвместоRf₂-f₁.

– эффективная полоса пропускания.

При относительно малых расстройках

(– полоса пропускания на уровне 0.707).

В общем случае для различных схем
усилителей с частотно избирательными
свойствами

(значение Bдается в
таблицах). Для большинства схем резонансных
усилителей можно принимать

ШУМЫ ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ

Напряжение собственных шумов приемной
антенны можно определить по аналогии
с активным сопротивлением

Однако. Реально из-за восприятия
флюктуационных колебаний из окружающей
среды шумы ненаправленной антенны
превышают величину, определяемую данным
выражением. В таком случае необходимо
учитывать температуру T_A,
при которой расчетное значение шумового
напряжения будет соответствовать
реальной величине

принято называть относительнойтемпературой антенны. Для направленных
антеннt_Aсущественной зависит от ориентации
максимума диаграммы направленности в
пространстве и от диапазона рабочих
частот. Для остронаправленных антеннt_Aможет быть меньше 1.

ШУМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

Причиной возникновения шумов в лампах
являются следующие факторы:

• Непостоянство эмиссии катода;

• Нестабильность распределения электронного
  потока между электродами;

• Создание шумовых токов в цепи сетки
  из-за инерционности электронного
  потока.

Если два первых фактора действуют
одинаково на всех частотах, то третий
оказывает существенное влияние в
диапазоне УКВ.

За счет непостоянства эмиссии катода
анодный ток лампы совершает небольшие
колебания и, проходя по нагрузочному
сопротивлению, создает на нем флюктуационное
напряжение.

Шумовая составляющая тока диода в
зависимости от режима работы определяется
следующими выражениями:

1. При отрицательном напряжении на аноде

1. При положительном напряжении на аноде
   и отсутствии режима насыщения

1. При отрицательном напряжении на аноде
   в режиме насыщения

Где e– заряд электрона;

I_s–
ток насыщения;

– безразмерный коэффициент. Для оксидных
катодов.

Шумовые свойства усилительных ламп
принято определять величиной эквивалентного
шумового сопротивления. Под шумовым
сопротивлением принято понимать такое
активное сопротивление, которое, будучи
включенным на вход идеальной не шумящей
лампы, создает в ее анодной цепи шумовое
напряжение реальной шумящей лампы. Для
триода
,S– крутизна характеристики
в рабочей точке.

Чем больше в лампе электродов с
положительным потенциалом, тем больше
ее шумы. Это объясняется хаотичностью
распределения электронного потока
между электродами. Даже при постоянстве
эмиссии катода анодный ток пентода
имеет колебания.

Шумовое сопротивление катода можно
определить из выражения

С учетом того, что флюктуация эмиссии
катода и перераспределение электронов
между электродами не зависят от частоты,
управляющего сигнала, то и R_шне зависит от частоты, однако в УКВ
диапазоне за счет флюктуации наводимых
сеточных токов, являющихся следствием
инерционности электронного потока,
величинаR_шбудет
зависеть от частоты.

ШУМЫ ТРАНЗИСТОРА

Шумы транзистора являются следствием
следующих факторов:

• Наличие активных проводимостей между
  электродами (тепловые шумы);

• Флюктуация эмиттерного и коллекторного
  токов (дробовой шум);

• Перераспределение токов между
  электродами;

• Наличие специфических процессов
  (мерцательные шумы), изменение структуры
  кристаллической решетки.

Наибольшие тепловые шумы в транзисторе
создаются распределенным сопротивлением
базы r_б. В этой связи
величина квадрата действующего значения
теплового шумового напряжения определятся
как:

Флюктуации токов, создающих дробовые
шумы, вызывают шумовое напряжение:

Шумовое напряжение за счет перераспределения
токов оценивается по формуле:

где
– коэффициент усиления по току;

– обратный ток коллектора;

– сопротивление коллектора;

– токи коллектора и эмиттера.

Мерцательные шумы наиболее сильно
проявляются на низких частотах и
практически не оказывают влияния на
частотах выше 20кГц. Причина этих шумов
– изменение структуры кристаллической
решетки под воздействием неосновных
носителей.

КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА

Чувствительность приемника зависит не
только от уровня собственных шумов,
пересчитанных ко входу, но и от превышения
мощности полезного сигнала над мощностью
собственных шумов. Поэтому важным
показателем является отношение
.
Так как шумы предыдущих каскадов
усиливаются вместе с сигналом, то по
мере удаления от входа приемника это
отношение уменьшается, в связи с чем
шумовые свойства линейной части приемника
удобно оценивать коэффициентом шума,
под которым понимают частное от деления
отношений с/ш по мощности на входе и
выходе четырехполюсника:

и который показывает во сколько раз
изменяется отношение с/ш в данном
четырехполюснике. Преобразовав данное
выражение, получаем:

K_p–
коэффициент усиления четырехполюсника
по мощности.

Использование коэффициента шума для
оценки шумовых свойств подходит только
для линейных элементов, когда его
значение одинаково для полезного сигнала
и шумов. В последнем выражении
представляет собой часть мощности
выходных шумов, которая обусловлена
усилением входного шума.

Таким образом коэффициент шума
четырехполюсника можно определить как
отношение полной мощности выходных
шумов к ее части, созданной в процессе
усиления входного шума.

Используем это понятие для определения
коэффициента шума пассивного
четырехполюсника. P_ш
вхподается на вход четырехполюсника
от эквивалентного генератора шума. У
пассивного четырехполюсника из-за
потерь на активных элементахK_p<1.
Считаем, что входные и выходные цепи
согласованы с соответствующими
сопротивлениями, а шумы учитываются в
полосе,
что обеспечивает максимальную мощность
в нагрузке

не зависящую от R_ш.

На вход четырехполюсника поступает
такая же мощность шумов
,
поэтомупри согласовании по входу и выходу
коэффициент шума пассивного четырехполюсника
обратно пропорционален его коэффициенту
усиления по мощности. С учетом того, чтоK_p<1,N>1.

Физически это означает, что при прохождении
сигнала и шумов через пассивный
четырехполюсник отношение сигналшум
уменьшается. Это объясняется тем, что
реальный четырехполюсник обладает
потерями и является пассивным по
отношению к сигналу. К шумам же он
активен, ибо его сопротивления генерируют
шумы. Значит в режиме согласования на
входе пассивного четырехполюсника
создается добавочная шумовая мощность,
равная P_{ш вх},
потерянной в четырехполюснике. Это
говорит о том, что коэффициент передачи
шумов по мощностиK_шр=1.

КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА И МОЩНОСТЬ ШЕМОВ
АКТИВНОГО
ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА.

С учетом мощности собственных шумов
коэффициент шума можно представить как

– мощность собственных шумов на выходе.
В режиме согласования на входе,
следовательно

В общем случае при наличии на входе
некоторого рассогласования

где
– отношение мощности фактически
передаваемой от источника сигнала к ее
значению при согласовании, которое
фактически.

Так как приемник практически представляет
определенное число последовательно
соединенных каскадов, важно знать вес
каждого каскада в формировании собственных
шумов, используя понятие коэффициента
шума. Считаем, что Iкаскад
характеризуется коэффициентом шумаN_i,
коэффициентом усиления по мощностиK_pi, коэффициентом рассогласования по
мощностиq_i.
Кроме того каждый каскад включает в
себя два четырехполюсника: активный,
эквивалентный электронному
(полупроводниковому) прибору, и пассивный
(колебательный контур) усилителя.

Полагаем, что резонансные кривые, включая
и контура на входе, имеют прямоугольную
форму и одинаковую полосу пропускания
.
Исходя из сказанного мощность шумов на
входеIкаскада будет

Пройдя через все каскады усиления,
выходная мощность шумов входного каскада
равна

Мощность собственных шумов на выходе
Iкаскада будет

Усиленная последующими каскадами на
выходе усилителя она определяется

Аналогично можно представить мощность
шумов на выходе усилителя от i-го
каскада

Следовательно, коэффициент шума
многокаскадного усилителя представляется
выражением

Подставляя в данное выражение значения
выходных мощностей отдельных каскадов,
получим, что

Отсюда видно, что коэффициент шума схемы
с последовательным соединением элементов
в первую очередь определяется шумовыми
свойствами первых элементов. При этом
желательно иметь по возможности большее
коэффициенты усиления по мощности.

ШУМОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА ЧЕТВРЕХПОЛЮСНИКА

Наряду с коэффициентом шума оценку
шумовых свойств каскадов и всей линейной
части приемника можно проводить по
шумовой температуре, особенно при
наличии согласования по входу и выходу.

Заменив в выражении для мощности
собственных шумов

получаем

Входной шумовой температурой
четырехполюсника является такая T,
до которой следует нагреть шумовое
сопротивление, включаемое на его входе,
чтобы при согласовании оно отдало
шумовую мощностьP_ш
вх, равную собственным шумам
четырехполюсника, пересчитанным на его
вход. В связи с тем, что при согласовании
шумовая мощность передаваемая от
источника не зависит отR_выхисточника, то иT_шне меняется при изменении параметров
источника сигнала.

Принимая все коэффициенты рассогласования
близкими к 1, уравнение входной шумовой
температуры Tмногокаскадной
схемы будет

Умножив части уравнения на K_p,
получаем уравнение для выходной шумовой
температуры.

T_{ш вых}это понимается
температура, до которой следует нагреть
выходное сопротивление четырехполюсника,
чтобы при согласовании он отдавал в
нагрузку реальную шумовую мощность. На
практике больше используют понятиеT_ш
вх, особенно при оценке свойств
малошумящих усилителей.

Зная коэффициент шума линейной части
приемника Nи требуемое
превышение мощности сигнала над мощностью
шума на выходе

можно определить чувствительность
приемника. При этом надо учитывать
коэффициент передачи по мощности
антенно-фидерного тракта K_pф.

При согласовании антенны и фидера
мощность шумов, передаваемая из антенны
будет

Мощность шумов на входе линейной части

Мощность собственных шумов на выходе
линейной части приемника

Полная мощность шумов на выходе линейной
части приемника

Подставив в последнее выражение значения
мощностей, окончательно получаем

Пусть мощность сигнала на выходе антенны,
соответствующая чувствительности
приемника будет P_A0,
тогда с учетом превышения

В этом случае чувствительность

Следовательно для повышения чувствительности
радиоприемного устройства необходимо
иметь максимально возможный коэффициент
передачи по мощности тракта, связывающего
антенну со входом приемника. Это условие
выполнимо при уменьшении длины фидера.
В этой связи возможно выделение первых
каскадов приемника в отдельный блок и
размещение его непосредственной на
антенне.

Вторым условием повышения чувствительности
является уменьшение коэффициента шума
т эффективной полосы пропускания
линейной части приемника.

При сопротивлении излучения приемной
антенны
,
реальная чувствительность приемника
по напряжению будет равна

Входная шумовая температура фидера

Входная шумовая температура линейной
части приемника

Поскольку P_A0есть входная мощность фидера, то условно
можно считать коэффициент передачи
антенны равным 1.K_PA=1.

Шумовая температура схемы в составе
антенны, фидера и линейной части приемника

С учетом T_{ш вх}мощность шумов на входе фидера.
Из этого следует, что чувствительность,
выраженная черезT_шбудет

или, подставив значение T_ш

Чувствительность по напряжению

Таким образом для повышения чувствительности
приемника важно максимально снижать
потери фидера, иметь минимальный
коэффициент шума или шумовую температуру
первого каскада и наибольший коэффициент
усиления по мощности.

ВХОДНЫЕ ЦЕПИ ПРИЕМНИКОВ

В общем виде для приемной антенны
справедлива эквивалентная схема в виде
активного двухполюсника с ЭДС E_Ана входе, которая характеризует свойства
антенны преобразовывать часть энергии
электромагнитного поля принимаемого
сигнала в электрическое напряжение.

Величина ЭДС зависит от напряженности
поля принимаемого сигнала в месте
расположения приемника, конструкции
антенны, определяющей ее действующую
высоту или эффективную площадь, а также
от соотношения несущей частоты
принимаемого сигнала с диапазоном
рабочих частот антенны.

К примеру для обычных проволочных
антенн, или штыревых антенн, включая
метровый диапазон

,

где h_g– действующая высота антенны;

E– напряженность поля
принимаемого сигнала в месте расположения
антенны.

Антенны СВЧ диапазона как правило имеют
определенную площадь различной
конфигурации, в пределах которой
воспринимается энергия электромагнитного
поля. Эти антенны принято характеризовать
эффективной площадью А_эф. При
этом сигнал на входе приемника удобно
оценивать мощностьP_А.

В большинстве случаев для СВЧ диапазона
антенна непосредственно настроена на
частоту сигнала, что делает возможным
считать z_A=r_Aи согласовывать это сопротивление со
входным сопротивлением первого каскада.

При согласовании антенны со входом
первого каскада мощность сигнала,
передаваемая из антенны

Полное активное сопротивление антенны

,

где
– сопротивление излучения;

– сопротивление потерь.

По известному сопротивлению излучения
антенны определяется ЭДС сигнала на
входе приемника

При нарушении согласования, мощность
сигнала и ЭДС уменьшаются.

В процессе работы параметры антенн
могут меняться, с учетом этого и для
отсеивания ЭДС помех между антенной и
первым каскадом ставится входная цепь.
Основными ее функциями являются:

1. Возможно лучшая передача энергии
   полезного сигнала от антенны

2. Возможно большее ослабление ЭДС помех

При расширении диапазона рабочих частот
выполнение этих функций осложняется.

В общем случае входная цепь представляет
собой пассивный четырехполюсник,
включающий в себя различное число
электрических контуров, настроенных
на фиксированные частоты или перестраиваемых
в пределах диапазона рабочих частот.

Основными параметрами ВЦ являются:

• Величина резонансного коэффициента
  передачи и его постоянство в рабочем
  диапазоне;

• Избирательность;

• Диапазон рабочих частот;

• Степень расстройки контуров антенной;

• Простота схемы и настройки;

• Эксплуатационная надежность.

1. Коэффициент передачи это отношение
   амплитуды напряжения сигнала, подводимого
   на вход первого каскада к ЭДС, наводимой
   полем сигнала в антенне.

при настройке контуров ВЦ на частоту
сигнала.

1. Избирательность
   Определяется формой
   и шириной резонансной характеристики.
   Избирательность будет тем выше, чем
   уже характеристика и ближе к прямоугольной
   форме, но она в тоже время должна
   обеспечивать пропускание основной
   части энергии наиболее широкополосного
   полезного сигнала.

2. Диапазон рабочих частот определяется
   назначением радиоприемного устройства.
   Нормально контура входной цепи должны
   перестраиваться во всем диапазоне
   рабочих частот приемника при постоянстве
   всех других параметров.

3. Расстройка контуров ВЦ происходит
   вследствие непостоянства реактивных
   сопротивлений при изменении параметров
   антенны. В случае сильной расстройки
   существенно понижается коэффициент
   передачи и избирательность.

4. Простота настройки определяется
   количеством контуров во ВЦ и числом
   ручек управления перестройкой.

5. Эксплуатационная надежность определяет
   способность ВЦ работать в течение
   определенного срока с вероятностью
   отказа не более заданной.

Перечисленные параметры ВЦ находятся
во взаимной связи друг с другом, поэтому
не рекомендуется произвольно задавать
численные показатели по каждому из них.

Входные цепи можно классифицировать
по:

• Числу контуров;

• Виду связи первого контура с антенной;

• Методу настройки контуров в диапазоне
  рабочих частот;

• Характеру связи между контурами;

• Конструктивному выполнению контуров.

В широкодиапазонных приемниках, как
правило, применяют одноконтурные ВЦ,
т.к. более сложные цепи весьма трудно
перестраивать в широком диапазоне.

Сложные входные цепи используются в
приемниках, работающих на фиксированной
частоте или в узком диапазоне и при
необходимости высокой избирательности.

В зависимости от вида связи контура ВЦ
с антенной используются следующие схемы
простых ВЦ.

Схема с внешнеемкостной связью с антенной

Схема с трансформаторной связью

Схема с внутриемкостной связью с антенной

Схема с автотрансформаторной связью с
антенной

Схема с индуктивно-емкостной связью

Тип колебательного контура и вид связи
в первую очередь определяется требуемым
значением коэффициента передачи и
чувствительностью приемника.

Один из вариантов двухконтурной входной
цепи представлен на рисунке.

Энергия принятого антенной сигнала
определяется величиной коэффициента
взаимной индукции между L_свиL₁. Оба контураL₁C₁иL₂C₂настроены на частоту сигнала и связаны
друг с другом внутриемкостной связьюC_св. Использование
системы связных контуров приближает
их резонансную кривую к прямоугольной
по форме, что в свою очередь повышает
избирательность.

Однако, коэффициент передачи при
использовании одинаковых контуров
будет в два раза меньше, чем одиночного
контура. Коэффициент связи для данной
схемы при C₁=C₂=Cопределяется выражением

При перестройке ВЦ за счет изменения
емкости
изменяется, уменьшаясь с ростом частоты.
По этой причине при неизменной по
диапазону рабочих частот эквивалентной
добротности контуров связь между
контурами будет меняться

,

где
– параметр связи.

Последнее приведет к изменению формы
резонансной кривой и ширины полосы
пропускания.

Во входных цепях приемников дм и см
диапазонов входные цепи строятся на
основе каоксиальных линий или объемных
резонаторов.

Одноконтурные входные цепи с
фиксированной настройкойв настоящее
время применяются, как правило на СВЧ,
что и определяет тип резонансных систем.

В метровом диапазоне ВЦ строятся на
катушках индуктивности и конденсаторах.
С учетом собственных емкостей активных
элементов и емкости монтажа, с учетом
индуктивностей вводов ‘LC’
колебательные контура можно применять
до частот порядка 250МГц.

Важную роль играет величина коэффициента
связи. При трансформаторной связи
антенны с контуром коэффициент связи

Однако этот коэффициент для различных
типов катушек имеет предельную величину.
Для однослойных катушек равного диаметра,
расположенных рядом
.
При размещении обмотки связи на одном
каркасе с катушкой контура.
Помещение внутри катушки магнитного
сердечника повышаетдо.

При использовании внутриемкостной
связи для уменьшения влияния емкости
конденсатора связи на частоту необходимо
выполнить условие C<<C_св,
что уменьшает.

Таким образом видно, что в каждом
конкретном случае коэффициент связи
не может превышать определенной
конструктивно осуществленной величины,
что не позволяет всегда добиться
оптимальной связи с целью увеличения
коэффициента связи.

Одноконтурные ВЦ с переменной
настройкой.

Перестройка контуров ВЧ части приемника
как правило осуществляется одним органом
управления. В этом случае за счет разброса
параметров элементов отдельные контуры
оказываются расстроенными друг
относительно друга. В несколько отличных
условиях находится контур входной цепи.
Связанный, как правило, с ненастраиваемой
антенной цепью. При этом в него вносится
отличное от других контуров реактивное
сопротивление. Кроме того для увеличения
коэффициента передачи необходимо
увеличивать сопротивление связи, что
в свою очередь увеличит расстройку
контура ВЦ по отношению к другим контурам
с ухудшением избирательности и
коэффициента усиления ВЧ приемника.

Делать антенный контур настраиваемым
от общей ручки настройки практически
нецелесообразно, т.к параметры антенны
достаточно сильно меняются по диапазону.

Входная цепь с индуктивной связью
контура с антенной.

Изменение режима работы системы связных
контуров определяется величиной
вносимого сопротивления. С учетом
расстройки антенного контура и,
пренебрегая при этом активной составляющей
вносимого сопротивления, получаем

множитель в квадратных скобках можно
рассматривать как эквивалентную
индуктивность, вносимую антенной во
входной контур.

– коэффициент связи.,
где– полная индуктивность антенного контура.

может иметь любой знак в зависимости
от соотношения частоты сигнала и
собственной частоты антенны.

Для данного вида связи предельно
допустимая величина коэффициента связи
определяется выражением

,

где
– затухание контура,– полное активное сопротивление контура.

С учетом диапазонности работы
колебательного контура, следует учитывать
минимальное значение коэффициента
.

При f_A<<f_минкоэффициент передачи зависит от частоты.
В этом режиме ток в антенном контуре
уменьшается с ростом частоты, а
сопротивление связи увеличивается. При
этом ЭДС, наводимая во входном контуре
мало меняется в рабочем диапазоне.
Практически

Коэффициент связи выбирается в сравнении
с оптимальной величиной

обычно берут

Входная цепь с внешнеемкостной связью
с антенной.

В связи с тем, что в диапазонных входных
цепях из-за расстройки контура антенной
не представляется возможным применять
сильную связь, то емкость конденсатора
связи на КВ не превышает единиц пФ, а на
ДВ она порядка 10-20пФ. Это значении
значительно меньше, чем эквивалентная
емкость антенны C_A,
поэтому на рабочих частотах антенная
цепь имеет емкостной характер и это
сопротивление значительно больше
индуктивного сопротивления антенны

Номинальное относительное изменение
для концов диапазона будет при

Общее выражение коэффициента передачи
одноконтурной входной цепи

,

где x₀– сопротивление
связи между контурами:

– трансформаторная связь,

– внешнеемкостная связь,

– внутриемкостная связь,

– автотрансформаторная связь.

С учетом отмеченного для рассматриваемой
входной цепи

– коэффициент связи.

Если
в рабочем диапазоне ток антенного
контура и сопротивление связи возрастают
с ростом частоты, что определяет
квадратичный рост коэффициента связи.

При f_A,
лежащим в диапазоне рабочих частот ток
контура максимален на частотеf_A,
а сопротивление связи линейно растет
с частотой. В этой связиK_cимеет максимум наf_Aи спады наf_минf_макс.

С некоторым допущением можно считать
.

С учетом изложенного коэффициент
передачи ВЦ с внешнеемкостной связью

Следовательно
коэффициент передачи рассматриваемой
ВЦ пропорционален квадрату частоты.

МЕТОДЫ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ ВО ВХОДНЫХ
ЦЕПЯХ

Недостатком супергетеродинного приемника
является фактически безпрепятственное
прохождение с частотой близкой к
промежуточной. Для подавления этой
помехи во входных цепях ставят специальные
фильтры. Схемы таких фильтров рассмотрим
на примере ВЦ с трансформаторной связью.

В данном случае фильтр в виде
последовательного колебательного
контура включен параллельно катушке
связи и настроен на промежуточную
частоту. Таким образом, для токов
промежуточной частоты сопротивление
фильтра мало, поэтому ЭДС сигнала ПЧ,
наводимая в L_св,
мала.

Для уменьшения шунтирования L_свна частоте полезного сигнала добротность
контура фильтра должна быть высокой,
что делает более узкой его резонансную
кривую.

Затухание фильтра должно удовлетворять
неравенству

,

где f_б– граничная
частота рабочего диапазона кf_пр.

При выполнении этого неравенства
ослабление фильтра по ПЧ будет порядка

Другой разновидностью схемы подавления
будет параллельный контур, включенный
последовательно катушке связи.

Для токов ПЧ сопротивление фильтра
равно его эквивалентному сопротивлению

Токи ПЧ в L_свбудут
минимальными. Для ослабления влияния
фильтра на рабочую частоту его добротность
должна быть высокой

Максимальное ослабление частот ПЧ дает
следующая схема

На L_свподается
сумма напряжений с фильтра иR_ф.
Токи, протекающие вL_св,
создают ЭДС, компенсирующую влияние
помехи на входной контур. Чем больше
сопротивление фильтра по сравнению с
сопротивлениемL_сви чем выше добротность фильтра, тем
меньше будет ослабление полезного
сигнала.

В радиолокационных системах, работающих
в импульсном режиме, используется одна
передающая антенна. Это требует защиты
входа приемника от сигнала передатчика,
проходящего непосредственно через
волноводные цепи, соединяющие антенну
с приемником и передатчиком.

С учетом работы данных систем в см и дм
диапазонах длин волн для развязки
входного и выходного устройства
используются два метода:

1. Применение специальных разветвителей
   – циркуляторов, затрудняющих
   непосредственное прохождение сигнала
   от передатчика к приемнику;

2. Включение газовых разрядников в
   волноводном тракте между антенной и
   входом приемника.

31

Каждый электронщик должен знать основные параметры усилителя, так как усилитель в электронике используется абсолютно везде. В этой статье мы рассмотрим самые важные параметры усилителей.

Входное и выходное сопротивление

Кто в первый раз сталкивается с этими понятиями, читайте эту статью. Кому лень читать, вкратце объясню здесь из прошлой статьи. Каждый усилительный каскад имеем свое входное и выходное сопротивление. На схеме R_вх и R_вых

Входное сопротивление усилителя находится по формуле R_вх =U_вх / I_вх . Думаю, здесь вопросов возникать не должно. Эта формула справедлива как для постоянного тока, так и для переменного. В случае с постоянным током — это у нас будет усилитель постоянного тока (УПТ).

Немного иначе обстоят дела с выходным сопротивлением. В теории, можно замкнуть выходные клеммы 3 и 4 накоротко. В этом случае во выходной цепи усилителя у нас появится ток короткого замыкания I_кз

Более наглядно:

Ну и по закону Ома нетрудно догадаться, что R_вых = E_вых / I_{кз .} Но как же найти Е_вых ? Достаточно разомкнуть цепь и просто и замерить напряжение мультиметром. Это и будет E_вых. Физический смысл очень простой. Так как вольтметр обладает очень высоким входным сопротивлением, то в цепи у нас почти не будет течь ток, так как по закону Ома I=U/R. А если сопротивление нагрузки бесконечно большое, то, следовательно, I_кз будет бесконечно малое.

В этом случае этим бесконечно маленьким током можно пренебречь и считать, что в цепи нет никакой силы тока. А раз сила тока равна нулю, то  и падение напряжения на R_вых также будет равняться нулю или формулой: U_Rвых = IR_вых = 0 Вольт. Следовательно, на клеммах 3 и 4 мы будем замерять E_вых .

Выходное сопротивление усилителя можно найти двумя способами: теоретическим и практическим. Теоретический способ, часто сложен, поскольку неизвестны многие параметры «черного ящика», называемого усилителем. Проще определить выходное сопротивление практическим путем.

Как найти выходное сопротивление на практике

Что нужно для этого? Номинальная мощность усилителя и допустимое напряжение на выходе. Не важно — усилитель это постоянного или переменного тока (напряжения). Тестирование усилителя любого типа желательно выполнять на уровне 70% допустимой выходной мощности. Это общая практика.

Если вы не забыли, мультиметр в этом случае нам покажет ЭДС  E_вых , т. е. в данном случае E_вых = U_вых . (Что такое ЭДС).

Номинал нагрузочного сопротивления должен выбираться исходя из допустимого тока и мощности усилителя.

Пример:

Выходная мощность усилителя 10 Вт, допустимое выходное напряжение (эффективное) 100 В. В этом случае, резистор нагрузки должен иметь сопротивление не менее R=U²/P = 10000/10 = 1 кОм. Мощность резистора: P_R = U²/R = 10000/1000 = 10 Вт

Какой же физический смысл этого опыта? В результате этих шагов,  у нас цепь станет замкнутой, а два сопротивления, R_вых и R_н , образуют делитель напряжения. Сюда же можно приписать закон Ома для полной цепи, который выражается формулой:

где

I — сила тока в цепи, А

E — ЭДС, В

R — сопротивление нагрузки, Ом

r — внутреннее сопротивление источника ЭДС, Ом

Применительно к нашей ситуации, формула будет иметь такой вид:

Отсюда получаем:

Или словами, ЭДС равняется сумме падений напряжения на каждом сопротивлении.

Как вы могли заметить, падение напряжения на сопротивлении R_вых зависит от силы тока в цепи. Чем больше сила тока в цепи, тем больше падение напряжения на выходном сопротивлении R_вых . Но от чего же зависит сила тока в цепи? От нагрузки R_н ! Чем она меньше, тем больше сила I_вых в цепи, тем больше будет падение напряжения на R_вых , а значит, падение напряжения на U_Rн будет меньше.

Теперь, зная этот принцип, можно косвенно вычислить выходное сопротивление R_вых .

Шаг номер 3: Замеряем напряжение на нагрузке U_Rн. Вспоминаем формулу выше:

отсюда

из формулы

Получаем, что

Далее что нам требуется — это увеличивать входное напряжение и снимать выходное напряжение — так мы увидим всю нелинейность выходной характеристики от тока и сможем замерить выходное сопротивление в диапазоне нагрузок, так как большинство усилителей мощности имеют нелинейность выходного сопротивления от допустимого тока нагрузки.

Коэффициент усиления

Про коэффициенты усиления мы писали еще в прошлой статье.

Рабочий диапазон частот

Рабочий диапазон — это диапазон частот, где коэффициент усиления изменяется в допустимых пределах, заданных в технических условиях на усилитель. Для этого надо построить АЧХ усилителя. Обычно этот предел устанавливается на уровне -3 децибел. Почему именно -3 дБ? В свое время так было удобнее учитывать передаваемую энергию. В полосе — 3 дБ передается 50% мощности сигнала.

Но иногда требуется незначительное изменение коэффициента усиления. Например, в -1 дБ. В этом случае рабочий диапазон частот усилителя будет меньше:

Собственные шумы усилителя.

Что же такое шум?

В электронике шумом называют беспорядочные колебания амплитуды сигнала, которые глушат полезный сигнал. Сюда же относятся разного рода помехи. Собственные шумы усилителя — это шумы, которые зарождаются как внутри самого усилителя, так и могут быть вызваны внешним источником помех, либо некачественным питанием усилителя. Давайте рассмотрим основные виды шумов усилителя.

Фон

Этот шум вызван некачественным питанием усилителя. Если источник питания собран на сетевом трансформаторе, то шум  будет на частоте 100 Гц (2х50Гц, по схеме диодного моста). То есть на выходе такого усилителя мы услышим гудение, если подцепим к выходу динамик. Думаю, вы часто слышали такое выражение «что-то динамики фонят». Это все из этой серии.

Помехи и наводки

Это могут быть внешние источники, которые так или иначе действуют на усилитель. Это может быть наводка от сети 220 Вольт (очень часто ее можно увидеть, если просто прикоснуться к сигнальному щупу осциллографа), это также может быть какая-либо искра, которая образуется в свечах двигателей внутреннего сгорания.

Небольшое лирическое отступление. Помню, как смотрел диснеевские мультики по первому каналу, а через дорогу сосед пилил дрова с помощью бензопилы Дружба-2. Тогда на экране ТВ были такие помехи, что я  про себя тихо материл соседа.

Ну а как же без грозовых разрядов? Благодаря электромагнитному импульсу у нас появилось такое изобретение, как радио.

К источникам помех можно также отнести радио- и ТВ-станции, рядом лежащее и стоящее электрооборудование, типа мощных коммутационных механических ключей, разрядников и тд.

Ну и конечно, это шум самих радиоэлементов. Сюда относится тепловой шум (джонсоновский), дробовой шум, а также фликкер-шум.

Наиболее существенными являются шумы, которые возникают на входе усилителя в самом первом каскаде. Этот шум в дальнейшем усиливается также, как и входной полезный сигнал. В результате на выходе усилителя у нас будет усилен как полезный сигнал, так и шумовой. Поэтому, при проектировании качественных усилителей стараются как можно сильнее минимизировать шум на входе первого каскада усилителя.

Отношение сигнал/шум

Пусть у вас дома стоит телевизор, который ловит аналоговое вещание. На экране телевизора мы видим четкую картинку:

Но вдруг антенна на крыше вашего дома из-за сильного ветра чуток отклонилась в сторону и изображение ухудшилось

Потом антенна вообще упала с крыши, и на телевизоре мы видим теперь что-то типа этого

В каком случае отношение сигнал/шум будет больше, а в каком меньше? На первой картинке, где четкое изображение, отношение сигнала к шуму будет очень большое, так как не первой картинке мы простым взглядом не можем уловить каких-либо помех на изображении, хотя по идее они есть).

На второй картинке мы видим, что в изображении появились помехи, которые делают некомфортным просмотр картинки. Здесь отношение сигнала к шуму  уже будет намного меньше, чем на первой картинке.

Ну и на третьей картинке шумы почти полностью одолели изображение. В этом случае можно сказать , что отношение сигнала к шуму будет ну очень малым.

Отношение сигнал/шум является количественной безразмерной величиной.

В аналоговой электронике для нормальной работы усилителя полезный сигнал должен в несколько раз превышать шумы, иначе это сильно скажется на качестве усиления, так как полезный сигнал суммируется с шумовым.

Отношение сигнал/шум в англоязычной литературе обозначается как SNR или S/N.

Так как порой это отношение достигает очень больших значений в цифрах, поэтому чаще всего его выражают в децибелах:

где

U_cигнал —  среднеквадратичное значение полезного сигнала, В

U_шум  — среднеквадратичное значение шумового сигнала, В

P_сигнал  — мощность сигнала

P_шум  — мощность шума

То есть в нашем случае с котиком на первой картинке амплитуда  полезного видеосигнала в разы превосходила амплитуду шума, поэтому первая картинка была четкой. На третьей картинке амплитуда полезного видеосигнала почти была равна амплитуде шума, поэтому картинка получилась очень зашумленной.

Еще один пример. Вот синусоидальный сигнал с SNR=10:

А вот тот же самый синус с SNR=3

Как вы могли заметить, сигнал с SNR=10 намного «чище», чем с SNR=3.

SNR чаще всего можно увидеть при описании характеристик усилителя звука. Чем выше SNR, тем лучше по качеству звучания будет усилитель. Для HI-FI систем звучания этот показатель должен быть от 90 дБ и выше.  Для телефонных разговоров вполне достаточно и 30 дБ.

На практике SNR измеряется на выходе усилителя с помощью милливольтметра с trueRMS, либо с помощью анализатора спектра.

Амплитудная характеристика

Амплитудная характеристика усилителя — это зависимость амплитуды сигнала на выходе от входного сигнала при фиксированной частоте. Обычно она составляет 1 кГц.

Амплитудная характеристика идеального усилителя по идее должна выглядеть вот так:

Это луч, который начинается от нулевой точки отсчета координат и простирается в бесконечность.

Но на самом деле реальная амплитудная характеристика усилителя выглядит вот так:

Здесь мы видим, что если даже входное напряжение U_вх =0, то на выходе усилителя мы все равно получим какой-то уровень сигнала. Это будет напряжение шума U_ш .

Динамический диапазон усилителя

Динамический диапазон — это отношение максимально допустимого уровня выходного сигнала к его минимальному уровню, при котором  обеспечивается заданное отношение сигнал/шум:

Чтобы понять концовку определения «обеспечивается заданное отношение сигнал/шум» динамического диапазона, давайте рассмотрим наш рисунок:

Допустим, наш усилитель должен иметь SNR=90 дБ. Будет ли правильно, если мы возьмем U_{вых мин}  за  U_шум?

Конечно же нет!  В этом случае в этой точке на графике амплитуды сигнала и шума будут равны, а следовательно, по формуле

получим, что SNR=0 дБ.

Непорядок. Значит, надо взять такое значение U_вых , при котором бы соблюдалось равенство

Допустим, что U_шум =1 мкВ, подставляем в формулу

Из этого уравнения находим U_вых . Это  будет как раз являться U_{вых. мин.} для формулы:

при SNR=90.  В нашем случае это будет точка А.

U_{вых макс} берем в точке B, так как в этом случае это максимальное значение, при котором у нас в усилителе не возникают нелинейные искажения (о них чуть ниже).

Рабочая область усилителя будет обеспечиваться на отрезке АВ. В этом случае у нас будут минимальные искажения в сигнале, так как эта область линейная. Отношение максимально допустимого выходного сигнала к уровню шума — это предельный уровень динамического диапазона для аналогового усилителя.

Для усилителей звука выход за пределы этой рабочей области в большую сторону будет чреват нелинейными искажениями, а в меньшую — полезный сигнал задавят помехи. Да вы и сами, наверное замечали, что выкрутив на полную катушку ручку громкости дешевой китайской магнитолы, у нас качество звучания оставляло желать лучшего, так как в дело «вклинивались» нелинейные искажения.

Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД представляет из себя отношение мощности на нагрузке усилителя к мощности, которая потребляется усилителем от источника питания

где

P_вых  — это мощность на нагрузке, Вт

P_и.п.  — мощность, потребляемая источником питания, Вт

Искажения, вносимые усилителем

Искажения определяют сравнением формы сигнала на входе и на выходе. Идеальным является усилитель, который в точности повторяет форму сигнала, поданного на вход. Но так как наш мир не идеален, и радиоэлементы тоже не идеальны, то и на выходе у нас сигнал будет всегда немного искаженный. Главное, чтобы эти искажения не были столь критичны.

В основном искажения делятся на 4 группы:

• Частотные
• Фазовые
• Переходные
• Нелинейные

Частотные искажения

Частотные искажения возникают вследствие того, что коэффициент усиления во всем диапазоне частот не одинаковый. Или простыми словами, какие-то частоты усиливаются хорошо, а какие-то плохо). Чтобы в этом разобраться, достаточно посмотреть на АЧХ усилителя.

В данном случае мы можем увидеть, что низкие и высокие частоты будут усиливаться меньше, чем средние частоты. А так как сложный сигнал состоит из множества частотных составляющих, вследствие этого и возникнут частотные искажения.

Фазовые искажения

Фазовые искажения возникают из-за того, что разные частоты с разной задержкой по времени появляются на выходе усилителя. Какие-то частоты запаздывают больше, а какие-то меньше. Давайте все это рассмотрим на примере двух картинок.

Допустим, мы «загоняем» на вход синусоидальный сигнал с низкой частотой и на выходе получаем уже усиленный сигнал, но немного с небольшой задержкой.

Но также не забывайте, что катушки и конденсаторы являются частото-зависимыми радиоэлементами. Их реактивное сопротивление зависит от частоты сигнала, поэтому, прогоняя через усилитель сигнал с другой частотой, мы получим уже совсем другую задержку сигнала

То есть в нашем случае t₁ ≠ t₂ . Хорошо это или плохо?  Если мы будем усиливать синусоиду, то в принципе нам по барабану. Какая разница раньше он появится на выходе или позже? Главное то, что сигнал будет усиленный.

Все бы ничего, но стоит помнить, что сложные сигналы состоят из суммы множества синусоид различных частот и амплитуд.

Чтобы понять, что такое сумма сигналов, достаточно рассмотреть вот такие примеры:

ну и еще один, мне не жалко)

Складываем амплитуды в одинаковые моменты времени и получаем сумму этих двух сигналов.

А вот так из разных синусоид разных частот складывается прямоугольный сигнал:

В данном случае мы пытаемся «собрать» прямоугольный сигнал из суммы синусоид разных амплитуд и частот.

Но так как у нас усилитель задерживает разные сигналы по частоте по-разному, то у нас между сигналами происходит разнобой. Лучше всего это объяснит рисунок ниже. Имеем два синусоидальных сигнала с разной частотой и амплитудой:

Если их сложить, получим сложный сигнал:

Но что будет, если второй сигнал сдвинется по фазе относительно первого?

Смотрим теперь сумму этих сигналов:

Абсолютно другой сигнал! Чувствуете разницу? Чуток сдвинули фазу, а форма сигнала уже поменялась.

То есть на выходе усилителя мы хотели получить вот такой усиленный сигнал:

а получили такой:

В результате фазовых искажений наш сложный сигнал, состоящий  из двух синусоид, поменял форму. На выходе усилителя мы получили совсем другой сигнал. А как вы помните, роль усилителя заключается в том, чтобы усиливать сигнал, сохраняя при этом его форму.

Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) усилителя — это график зависимости угла сдвига фаз, вносимого усилителем, от частоты. Выглядеть она может примерно вот так:

где

φ — это сдвиг фазы относительно входного и выходного сигнала

f — частота сигнала

Человеческое ухо не замечает фазовых искажений, несмотря на то, что даже изменяется форма сигнала. Поэтому при проектировании звуковых усилителей  фазовые искажения не принимают во внимание.

Частотные искажения и фазовые искажения относят к линейным искажениям, так как оба вида искажений  обусловлены линейными элементами схемы.  Если сказать по научному, у нас в спектре сигнала не появляется дополнительных гармоник.

Переходные искажения

Переходным искажением называют искажение прямоугольного импульса, которое подается на вход усилителя. На выходе такой импульс будет иметь уже другую форму, вызванную искажением сигнала внутри самого усилителя.

Для оценки переходных искажений используют переходную характеристику. Она представляет из себя зависимость напряжения или тока на выходе усилителя от времени от подачи на его вход прямоугольного импульса.

На рисунке ниже имеем прямоугольный сигнал, который подаем на вход усилителя, а на выходе усилителя уже будет искаженный усиленный сигнал. Это искажения вызваны, как обычно, с наличием в схеме усилителя реактивных радиоэлементов, то есть тех же самых катушек индуктивности и конденсаторов.

Для оценки переходных искажений используют такие параметры:

U_m — это амплитуда импульса, отсчитывается от плоской вершины импульса, В

ΔU_в — это выброс фронта импульса, В

ΔU_с — спад вершины импульса, В

Следующие два параметра измеряются в диапазоне от 0,1U_m  и до 0,9U_m :

t_ф  — длительность фронта импульса

t_c — длительность спада импульса

А длительность самого импульса t_и измеряется на уровне 0,5U_m .

Нелинейные искажения

Ну и напоследок мы с вами разберем нелинейные искажения. Нелинейными она называются из-за того, что такие искажения уже меняют форму сигнала, в отличие от линейных искажений. Все дело в том, что электронные лампы и полупроводники имеют нелинейную характеристику. Давайте рассмотрим все это дело более подробно.

Как вы могли заметить, на выходе у нас форма сигнала изменилась. Нашу верхнюю часть синусоиды усиленного сигнала немного «придавило». То есть мы подавали сигнал одной формы, а вышел сигнал совсем другой формы. Это не есть хорошо и с этим надо бороться.

Если сказать более научным радиотехническим языком, в нашем сигнале появились дополнительные гармоники, которых не было в исходном сигнале. В данном случае мы на вход загоняли простой синусоидальный сигнал, состоящий из одной гармоники, а получили на выходе сложный сигнал, состоящий уже из нескольких гармоник.

Для количественной оценки нелинейных искажений используется коэффициент гармонических искажений (КГИ). Он выражается формулой:

Эта величина находится как отношение среднеквадратичного напряжения суммы высших гармоник сигнала, кроме первой, к напряжению первой гармоники при воздействии на вход усилителя синусоидального сигнала.

или на английский манер

Также есть и подобный параметр коэффициент нелинейных искажений (КНИ). Он выражается формулой:

на английский манер

Эти два параметра выражаются в процентах. Для малых значений коэффициенты КГИ и КНИ почти совпадают. Так что коэффициент искажений можно считать как по первой, так и по второй формуле.

Консультант Jeer

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Жучки, передатчики и приемники: что о них надо знать >

Основные параметры передатчиков и приемников

Теперь все по порядку.

Рабочая частота (частотный диапазон)

Если передатчик или приемник жестко настроены на определенную частоту – то можно говорить об одной рабочей частоте. Если в процессе работы возможно перестраивать рабочую частоту, то надо назвать диапазон рабочих частот, в пределах которого может осуществляться регулировка.

Измеряется в килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц).

Раньше для определения частотного диапазона чаще использовали не частоту, а длину волны. Отсюда пошли названия диапазонов ДВ (длинные волны), СВ, (средние волны) КВ (короткие волны), УКВ (ультракороткие волны).

Чтобы пересчитать длину волны в частоту, нужно поделить на нее скорость света (300 000 000 м/с). То есть,

где:
– длина волны (м)

c – скорость света (м/с)

F – частота (Гц)

Теперь вам нетрудно посчитать, что наши деды называли «ультракороткими волнами». Да да, не удивляйтесь, диапазон 65…75 МГц – это уже не просто «короткие» а «ультракороткие». А ведь их длина целых 4 метра! Для сравнения, длина волны мобильника стандарта GSM – 15…30 см (в зависимости от диапазона).

С развитием техники и освоением новых частотных диапазонов, им начали давать невообразимые названия вроде «сверхкороткие», «гиперкороткие» и т.п. Сейчас для обозначения диапазона чаще используют частоту. Это удобнее хотя бы даже тем, что не нужно ничего пересчитывать и помнить скорость света. Хотя, скорость света все равно помнить не помешает 🙂

Мы будем, в основном, работать с вещательными диапазонами УКВ. Их два: УКВ-1 – то что в народе так и называют “УКВ”, и УКВ-2 – то, что принято называть “FM”. Название FM происходит от английского Frequency Modulation – Частотная Модуляция (о модуляции читаем ниже). Вообще-то, если серьезно, то называть частотный диапазон по виду модуляции – технически безграмотно. Однако, в народе это название прочно укоренилось и стало нарицательным. С этим уже ничего не поделаешь.

Тип модуляции

Широко используется два типа модуляции: амплитудная (АМ) и частотная (ЧМ). По-буржуйски это звучит как AM и FM . Собственно, всеми любимый диапазон “ FM ” получил название именно благодаря частотной модуляции, с которой работают все радиостанции данного диапазона. Есть еще фазовая модуляция, сокращенно – ФМ, но уже, нашенскими буквами. Попрошу не путаться с буржуйским FM !

ЧМ, в отличие от АМ, более защищена от импульсных помех. Вообще говоря, на частотах, на которых расположены радиостанции УКВ-диапазона, применение ЧМ более удобно, чем АМ, поэтому она там и применяется. Хотя, телевизионный сигнал все равно передается с амплитудной модуляцией, независимо от частоты. Но это уже совсем другая история.

Частотная модуляция бывает узкополосная и широкополосная. В вещательных радиостанциях используется широкополосная ЧМ – ее девиация составляет 75 кГц.

В связных радиостанциях и прочей не вещательной радиотехнике чаще применяют узкополосную ЧМ, с девиацией порядка 3 кГц. Она более защищена от помех, поскольку допускает более острую настройку приемника на несущую.

Итак, наши диапазоны:

УКВ-1 – 65,0…74,0 МГц, модуляция – частотная

УКВ-2 (“FM”) – 88,0…108,0 МГц, модуляция – частотная

Мощность выходного сигнала

Чем мощнее передатчик – тем дальше он может передать сигнал, тем легче этот сигнал будет принять.

Почти в каждом описании жучка пишется его дальность действия. Обычно – начиная от 50 м и заканчивая тремя километрами… Серьезно воспринимать эту информацию нельзя. Ни за что не польщайтесь дальностью в 1 км в условиях города, или не расстраивайтесь сильно пятидесятью метрами на открытой местности – ведь авторы никогда не дают параметры приемника, с которым тестировался данный жучок. А именно – они не называют чувствительность этого приемника. А ведь от нее многое зависит. Можно тестировать мощный передатчик при помощи приемника с паршивой чувствительностью – и получить в результате маленький радиус действия. Или наоборот, слушать маломощный передатчик через чувствительный приемник – и получить большую дальность. Поэтому, рассматривая схему жучка, в первую очередь обращайте внимание не на громкие слова, а на голые факты. А именно – попытайтесь прикинуть мощность передатчика. Обычно мощность в описании жучка не указывается (авторы ее просто не меряют, считая достаточным померить «дальность»). Поэтому нам остается только «на глаз» определить, на что способен жук.

Для этого нужно смотреть на:

– Напряжение питания. Чем больше – тем больше мощность (при прочих равных условиях)

– Номинал транзистора, стоящего в оконечном каскаде (или генераторе, если антенна подключена прямо к нему). Если стоит какой-нибудь паршивый КТ315 – большой мощности от схемы можно не ждать, не дождетесь. А если попробуете поднять – транзюк, ничего не говоря, просто предательски взорвется… Лучше, если стоит транзистор КТ6хх или КТ9хх, например, КТ608, КТ645, КТ904, КТ920 и т.д.

– Сопротивления транзисторов в коллекторной и эмиттерной цепях оконечного каскада. Чем они меньше – тем больше мощность (ппру).

Для сравнения скажу так: мощности в 1 Вт хватает в городских условиях где-то на километр при условии, что чувствительность приемника – порядка 1мкВ.

Чувствительность приемника

Ну мы уже начали говорить о чувствительности.

Чувствительность зависит процентов на 90 от «шумности» входного каскада приемника. Поэтому, для достижения хороших результатов, необходимо использовать малошумящие транзисторы. Часто используют полевики – они поменьше шумят.

У приемников диапазона УКВ, чувствительность обычно находится в пределах 0,1…10мкВ. Приведенные значения – крайности. Чтоб получить чувствительность 0,1 – надо изрядно попотеть. Так же, как и надо очень сильно не уважать себя, чтоб сделать приемник с чувствительностью 10мкВ. Истина где-то посередине. Порядка 1…3 мкВ – оптимальное значение чувствительности.

Выходное сопротивление передатчика

Это очень важно знать, потому что можно сделать очень прекрасный мощный передатчик и не получить от него и десятой доли номинальной мощности благодаря неправильному согласованию с антенной.

Итак, антенна обладает сопротивлением R , скажем 100 Ом. Чтоб излучить при помощи этой антенны мощность P , допустим – 4 Ватта, нужно приложить к ней напряжение U , которое рассчитывается по закону Ома:

U2 = PR
U2 = 100*4 = 400
U = 20 В

Получили 20 Вольт.
При напряжении 20 Вольт выходной каскад передатчика должен держать мощность 4 Вт, при этом через него будет протекать ток

I = P/U = 0,2А = 200мА

Таким образом, данный передатчик на сопротивлении 100 Ом развивает мощность 4 Вт.
А если вместо антенны на 100 Ом подключить антенну на 200 Ом? (А напряжение то же – 20 В)

Считаем:
P = UI = U(U/R) = 20(20/200) = 2 Вт

В два раза меньше! То есть, физически, выходной каскад готов прокачать 4 Ватта,
но не может, так как ограничен напряжением в 20 Вольт.

Другая ситуация: сопротивление антенны – 50 Ом, то есть – в 2 раза меньше. Что получается? На нее пойдет двойная мощность, через оконечный каскад потечет двойной ток – и транзистор в конечном каскаде многозначительно накроется медным тазом…

Короче говоря, к чему я это все? А к тому, что необходимо знать, какую нагрузку мы вправе подключить к выходу передатчика, а какую – не в праве. То есть, необходимо знать выходное сопротивление передатчика.

Но нам надо знать и сопротивление антенны. А вот тут-то сложнее: его очень сложно измерить. Можно, конечно, рассчитать, но расчет не даст точного значения. Теория всегда немного расходится с практикой. Как же быть?

Очень просто. Существуют специальные схемы, которые позволяют изменять выходное сопротивление. Они называются «схемы согласования». Наиболее распространены два вида: на основе трансформатора и на основе П-фильтра. Схемы согласования обычно ставятся на выходной каскад усилителя, и выглядят примерно так (слева – трансформаторная, справа – на основе П-фильтра):

Для настройки выходного сопротивления трансформаторной схемы, необходимо изменять количество витков II обмотки.

Для настройки схемы с П-фильтром, нужно регулировать индуктивность L 1 и емкость C 3.

Настройка производится при включенном передатчике и подключенной штатной антенне. При этом, мощность излученного антенной сигнала измеряется при помощи специального прибора – волномера (это такой приемничек с милливольтметром). В процессе настройки, добиваются максимального значения излучаемой мощности. Крайне не рекомендуется производить настройку мощных передатчиков, находясь в непосредственной близости от антенны. Если, конечно, ваша мама хочет иметь внуков… 🙂

Входное сопротивление приемника

Почти то же самое. Кроме внуков. Принимаемый сигнал слишком слаб, чтобы сколь-нибудь навредить отечественному генофонду.

Согласование сопротивлений производится при помощи входного колебательного контура. Антенна подключается либо к части витков контура, либо через катушку связи, либо через конденсатор. Схемы вот:

Сигнал с контура также может сниматься или напрямую, как показано на схемах, или через катушку связи, или с части витков. Во-общем, зависит от воли конструктора и конкретных условий.

Коэффициент гармоник

Говорит нам о том, насколько излучаемый передатчиком сигнал «синусоидален». Чем меньше к.г. – тем больше сигнал похож на синус. Хотя, бывает и так, что визуально – вроде бы синус, а гармоник – тьма. Значит, все-таки – не синус. Человеку свойственно ошибаться. Техника более объективна в своей оценке.

Вот так выглядит «чистый» синус (синусоида сгенерирована звуковым генератором программы WaveLab ):

Гармоники возникают, как мы знаем, из-за нелинейных искажений сигнала. Искажения могут возникать по различным причинам. Например, если усилительный транзистор работает на нелинейном участке передаточной характеристики. Иначе говоря, если при равных изменениях тока базы, изменения тока коллектора не равны. Это может быть в двух случаях:

1. На транзистор подан недостаточный ток смещения. То есть, при отсутствии сигнала он полностью закрыт,
   а открываться начинает лишь с возрастанием уровня сигнала. При этом, у выходной синусоиды получаются «спиленными» низы:

   

   Кстати, выходные каскады большинства передатчиков работают в режиме С.
   Этот режим не подразумевает наличия смещения базы. То есть, на выходах таких каскадов
   всегда будет сигнал с отрезанными низами. Но с этим мирятся ввиду высокого КПД подобных каскадов.
   Гармоники вырезаются фильтрами, стоящими после каскада. Кстати, каскады, изображенные на схемах согласования,
   работают как раз в режиме C.

2. Амплитуда входного сигнала слишком велика, и необходимый коллекторный ток не может быть обеспечен.

   Например:
   В коллекторной цепи транзистора стоит резистор на 100 Ом,
   напряжение питания – 25 В.
   Соответственно, при полностью открытом транзисторе, коллекторный ток будет равен 25/100 = 0,25 А = 250 мА.
   Коэффициент усиления транзистора– 50, то есть, коллекторный ток в 50 раз больше тока базы.
   Теперь такая ситуация: на базу подали ток 10 мА. Каков будет ток коллектора?

   Что? 500 мА? Ни фига подобного! Мы же только что говорили, что при ПОЛНОСТЬЮ открытом транзисторе, коллекторный ток составляет 250 мА. Значит, больше этого значения, он не сможет быть ни под каким соусом. Если мы будем увеличивать ток базы от нуля до 10 мА, то коллекторный ток будет возрастать только до тех пор, пока не станет равным 250 мА. После этого, он не увеличится, сколько бы мы не увеличивали ток базы. Такой режим транзистора называется « режим насыщения ». В момент достижения коллекторным током отметки 250 мА, базовый ток равен 250/50 – 5 мА. То есть, для корректной работы данного каскада, на его вход нельзя подавать ток больше 5 мА.

   То же самое происхедит и с сигналом. Если ток сигнала «зашкаливает» за определенное значение, то транзистор уходит в насыщение. На осциллограмме это проявляется в виде «спиленных» верхушек синусоиды:

Кроме таких характерных искажений, возникают и другие всевозможные нелинейные искажения сигнала. Со всеми этими искажениями призваны бороться частотные фильтры. Обычно, используются фильтры нижних частот (ФНЧ), поскольку, как говорилось ранее, частоты гармоник обычно выше частоты полезного сигнала. ФНЧ пропускает основную частоту и «вырезает» все частоты, которые выше основной. При этом, сигнал, как по волшебству, превращается в синус чистой красоты.

Избирательность приемника.

Этот параметр показывает, насколько хорошо приемник может отделить сигнал требуемой частоты от сигналов других частот. Измеряется в децибелах (дБ) относительно соседнего частотного канала либо зеркального канала (в гетеродинных приемниках).

Дело в том, что в эфире постоянно летят тысячи всевозможных электромагнитных колебаний: от радиостанций, телевизионных передатчиков, наших любимых «мобильных друзей», и т.д. и т.п. Различаются они лишь по мощности да по частоте. Правда, по мощности им отличаться не обязательно – это не есть критерий выбора. Настройка на любую радиостанцию, будь то телеканал « MTV » или база вашего домашнего радиотелефона, происходит именно по частоте. При этом, на приемнике лежит ответственность: выбрать из тысяч частот – ту одну, единственную и неповторимую, которую мы хотим принять. Если на близких частотах нет никаких признаков разумной жизни – хорошо. А если где-нибудь через пол-мегагерца от нашей радиостанции, находится сигнал другой радиостанции? Это есть не очень хорошо. Вот тут то и понадобится хорошая избирательность приемника.

Избирательность приемника зависит, в-основном, от добротности колебательных контуров. Подробнее, мы будем разбираться с избирательностью при рассмотрении конкретных схем приемников.

Оставшиеся четыре параметра относятся к НЧ тракту приемника и передатчика.

Чувствительность по НЧ входу передатчика

Чем чувствительнее вход передатчика, тем более слабый сигнал можно на него подавать. Этот параметр особенно важен в жучках, где сигнал снимается с микрофона, и имеет очень малую мощность. Если нужно, чувствительность наращивается дополнительными каскадами усиления.

Мощность выходного НЧ-сигнала приемника

Мощность сигнала, которую отдает на выход приемник. Ее необходимо знать, чтобы правильно подобрать усилитель мощности для дальнейшего усиления.

КНИ (Коэффициент нелинейных искажений)

Ну, в-общем, мы уже разобрались, что такое нелинейные искажения и откуда они берутся. Но! Если по ВЧ-тракту достоточно поставить фильтр – и все станет хорошо, то в звуковом тракте «лечить» нелинейные искажения куда труднее. Точнее – просто невозможно. Поэтому, со звуковым или любым другим модулирующим сигналом, необходимо обращаться очень бережно, чтобы в нем возникло как можно меньше нелинейных искажений.

<<–Вспомним пройденное—-Поехали дальше–>>

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Определение частоты сигнала сотового оператора

Из этой статьи можно узнать:

• Какие частоты используют операторы сотовой связи
• В каких стандартах ведется голосовая связь и передача данных
• Как определить на каких параметрах работает телефон
• Как выставить приоритеты связи для смартфона

Такая  информация будет полезна для правильного выбора компонентов системы усиления сотовой связи.

Одним из ключевых параметров системы усиления сотовой связи является частотный диапазон репитера.От этого параметра зависит какой стандарт связи будет усиливать ваше оборудование . Подбор компонентов такой системы описан в отдельной статье ЗДЕСЬ.

Все операторы применяют одинаковые технологии передачи сигнала,  это может быть  3G-4G-EDGE или  GSM.  

• GSM – голосовая связь , может быть 900 и 1800МГц
• EDGE голосовая связь и медленный интернет, может быть 900 и 1800 МГц 
• 3G – голосовая связь и быстрый интернет, частота 2100МГц ,бывает 900(но в Томске не замечено ) 
• 4G или LTE -очень быстрый интернет, но без голосовой связи, частота 2600МГц, реже 1800МГц, еще реже 800 МГц и 900МГц

Частотный план сотовых операторов представлен на схеме:

Конечно, если ваш бюджет не ограничен, можно купить широкополосный репитер и он усилит  все эти диапазоны. Правда и установка такой модели очень сложная работа, которую не  выполнить без профессионального прибора, т.к. требуется настройка уровней сигнала по всем диапазонам одновременнно.

Поэтому для самостоятельного монтажа мы рекомендуем  использовать репитер с одной частотой. Это, в том числе,  будет и наиболее предпочтительный  вариант с точки зрения финансов. Но как узнать какую  полосу частот  использует оператор сотовой связи?

Наиболее популярны 3 способа определения частотного диапазона оператора :

Первый (простой, но не особо точный)  – просто посмотреть на свой телефон: большинство смартфонов рядом со шкалой сигнала (антенки) отображают тип связи  английскими буквами :

• G или E  это голосовая связь на частотах 900 или 1800 МГц .  В зависимости от оператора частота  может быть разной  МТС , Мегафон, Билайн чаще всего используют 900МГц для загородных трасс, деревень и райцентров.  Практически всегда  1800МГц используют в городах. Теле2 применяет только частоту 1800МГц, лицензии на 900 у них нет.
• 3G  H   H+  HSDPA  все это обозначения технологии передачи данных 3го поколения. В этом стандарте можно разговаривать и пользоваться высокоскоростным интернетом.  Частота связи в подавляющем большинстве 2100МГц для всех операторов, но может быть и 900МГц
• 4G это только быстрый интернет, для голосовой связи этот стандарт пока не применяют, хотя МТС в качестве эксперимента тестирует технологию VoLTE (Voice over LTE) . Если вам нужно стабильно разговаривать по телефону, попробуйте совершить вызов, во время звонка смартфон автоматически переключится на тот стандарт, в  котором возможно совершение голосовых вызовов и его то и нужно усиливать. Частоты 4G LTE связи могут быть 800, 900,  1800, 2100, 2600 МГц.

Второй способ (более точный)  – установка на смартфон специальной программы из плеймаркета. Их очень много, наиболее удобной нам кажется  Network Cell Info , но вы можете поискать и любую другую. После установки и запуска на экране будет отображаться уровень сигнала а также диапазон ( Band)  в котором работает смартфон, список Бандов представлен ниже в статье.

Третий  способ (наиболее точный)  – воспользоваться служебным меню смартфона. Для вывода технической информации о сети нужно ввести на клавиатуре последовательность символов:

• *#0011#
• *#*#4636#*#*
• *#*#197328640#*#*

Какая последовательность подойдет именно вам, сказать сложно, если представленные комбинации не подходят, попробуйте поискать правильный код в интернете. 

Если у Вас смартфон компании Apple, эти коды вам не подойдут, для активации сервисного режима нужно будет набрать на клавиатуре *3001#12345#* и после этого нажать клавишу вызова.

Сервисный раздел меню смартфона  содержит большое количество информации, но нам потребуется только та, что касается информации о телефоне и статистике сети.

Телефоны редко пишут именно частоту на которой работают, для ее обозначения используется радиочастотный номер канала , в котором как раз и закодирована рабочая частота. Для 2G сетей этот параметр называется ARFCN , значение его может быть 1-124 для GSM 900, 975-1023 тоже 900мгц но EDGE, 512-885 для GSM1800 МГц

Для 3G сетей частота закодирована в параметре UARFCN . Номер 10562-10838 соответствует диапазону 2100МГц, 2937-3088 UMTS 900MHz.

4G диапазон  имеет несколько частот  определяемых параметром EARFCN.

• Номер 1200-1949 для диапазона 1800МГц
• EARFCN  2750-3449 это LTE на частоте 2600МГц
• каналы 6150-6449 выделяют для 4G на частоте 800МГц (Часто применяет Теле2 в Томской области)
• каналы  3450-3799 применяет МТС для LTE на частоте 900 МГц (с декабря 2019 тестируется на территории Томской  области)

Отличительной особенностью 4G сигнала является возможность работы по двум принципам : с частотным или временным  разделением каналов абонентов. Каналы 2750-3449 соответствуют частотному разделению абонентов(FDD) и вполне просто усиливаются репитерами 2600МГц , а каналы  37750-38249 присваиваются при временном разделении на этих же частотах, но для их усиления простой репитер не подойдет, нужно специальное оборудование. 

Иногда для отображения типа сети смартфоны используют нумерацию по band

В этом случае :

• Band 1 –  UMTS 2100 (для GSM EDGE 900МГЦ)
• Band 3 –  LTE 1800 
• Band 4 –  GSM EDGE 1800
  
• Band 7-   LTE 2600FDD
• Band 8-   UMTS 900  или  LTE900
• Band 20-  LTE 800
• Band 38 –  LTE 2600TDD
• Band 40 – LTE 2300 
  

Стоит отметить, что смартфон может отображать одновременно несколько разных номеров каналов, напротив каждого из которых есть уровень приема в дБ, значение это отрицательное , т.е. чем оно меньше, тем сигнал сильнее. По количеству одновременно фиксируемых каналов можно также судить о том, сколько вышек сотовой связи одновременно видит телефон, и к какой вышке он чаще подключен.

Так же нужно помнить, что смартфоны в автоматическом порядке выбирают себе рабочий диапазон частот, но для получения полной картины частотного спектра, выбор сети телефоном  нужно перевести в ручной режим. Отключение автоматических приоритетов так же может быть полезно для решения проблем со стабильностью сотовой связи, этому посвящена отдельная статья ЗДЕСЬ.

Выставить приоритеты сотовой связи  можно в меню настроек телефона:

SIM-карты и мобильные сети -> MTS_RUS(или ваш оператор) -> предпочтительный тип сети.  В этом пункте можно выбрать приоритетные параметры 4G-3G-2G. Т.е если вас интересует только голосовая связь – следует перевести смартфон в режим 2G, бонусом это сэкономит заряд батареи. Режим 4G используется только для передачи данных (интернет) голосовые вызовы в этом режиме недоступны. А вот в 3G можно разговаривать и передавать данные , поэтому частоты 2100 МГц наиболее часто применяют для усиления сигнала сотовой связи в городе.

Если у Вас остались вопросы по определению частот сотовых операторов или вы сомневаетесь, какая модель репитера подойдет вам, проконсультируйтесь на нашим менеджером, Будем рады Вам помочь. 

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про диапазон рабочих частот радиоприемных устройств, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое
диапазон рабочих частот радиоприемных устройств , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов.

Диапазоном рабочих частот называется полоса, в пределах которой может перестраиваться приемник.

Очень важной характеристикой радиоприемного устройства является диапазон рабочих частот. В зависимости от значения принимаемой частоты схемные и конструктивные решения радиоприемников могут значительно различаться. Понятие диапазона рабочих частот радиоприемного устройства поясняется рисунком 1.

Рисунок 1. Диапазон рабочих частот приемника

Коэффициент перестройки радиоприемного устройства определяется отношением максимальной принимаемой частоты к минимальной:

При построении радиоприемников со значительным отношением центральной частоты верхнего принимаемого канала к центральной частоте нижнего принимаемого канала может потребоваться разбиение принимаемого диапазона частот на несколько поддиапазонов. От этого же отношения может зависеть будут ли входные цепи перестраиваемыми или можно применить фильтры с фиксированными характеристиками. Отличие требований к АЧХ перестраиваемого фильтра и АЧХ фильтра с фиксированными параметрами показано на рисунке 1.

Известно, что фильтры с фиксированными характеристиками можно выполнить с лучшими частотными характеристиками по сравнению с перестраиваемыми фильтрами. В ряде случаев возможно применение кварцевых фильтров или фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Именно по этой причине при разработке стандартов современных систем мобильной связи, помимо дефицита частотного ресурса, был выбран достаточно узкий диапазон рабочих частот (kпр = 1.1 … 1.3).

Например, для стандарта GSM 900 диапазон частот приемника мобильного аппарата составляет 935 … 960 МГц . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . (В настоящее время этот диапазон расширен до 921 … 960 МГц). Для базовых станций диапазон принимаемых частот составляет 890 … 915 МГц. (876 … 915 МГц) Для стандарта GSM 1800 диапазон принимаемых частот для мобильных аппаратов составляет 1805 … 1880 МГц. Для базовых станций диапазон принимаемых частот составляет 1710 … 1785 МГц. Диапазоны принимаемых частот системы связи GSM показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Диапазоны принимаемых частот в системе сотовой связи GSM

Аналогичная ситуация в стандартах CDMA. Диапазон принимаемых частот для мобильных аппаратов составляет 869 … 893 МГц. Для базовых станций диапазон принимаемых частот составляет 824 … 848 МГц.

Во всех диапазонах частот, выделенных для сотовой связи, максимальная частота принимаемого сигнала отличается от минимальной частоты принимаемого сигнала менее чем на три процента. Это позволяет в системах сотовой связи применять во входных цепях фильтры с фиксированными параметрами.

При плавной перестройке диапазон задается граничными частотами . Относительная ширина диапазона оценивается коэффициентом перекрытия

Для обеспечения большого при простоте настройки и сохранение качественных показателей приема диапазон разбивают на поддиапазоны с коэффициентами перекрытия

Значение ограничено в первую очередь конструктивными возможностями настроечных переменных конденсаторов, у которых максимальное и минимальная емкости находятся обычно в соотношении

При этом

С учетом добавления к паразитной емкости цепи и особенностей назначения приемника принимают ,причем , как правило, тем меньше, чем выше рабочие частоты и требуемое качество приема.

Для разбивки диапазона на N поддиапазонов применяют способ равных коэффициентов или способ равных частотных интервалов для всех поддиапазонов.

а) Способ равных коэффициентов перекрытия диапазонов

При данном способе и (*) отсюда.Число поддиапазонов (если прологарифмировать (*))

Частотное перекрытие каждого поддиапазона

Из полученного соотношения следует, что с увеличением частоты (т.е. с увеличением номера поддиапазона) растет ширина поддиапазона.

б) Способ равных частотных интервалов.

Здесь , но различны

из полученного выражения видно, что с ростом номера поддиапазона коэффициент перекрытия уменьшается.

Достоинством указанного способа является одинаковая плотность настройки на всех поддиапазонах, что позволяет использовать единую шкалу точной настройки.

Недостаток способа – большое количество поддиапазонов. Способ используется в профессиональных приемниках.

Статью про диапазон рабочих частот радиоприемных устройств я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развии теории и практики,
ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты.
Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое диапазон рабочих частот радиоприемных устройств
и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания,
то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории
Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов

Из статьи мы узнали кратко, но емко про диапазон рабочих частот радиоприемных устройств