Методика определения величины линии задержки в системах фильтрации с возвратным гетеродинированием

 

Могучёнок Денис Юрьевич,

аспирант Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч- Бруевича.

 

Введение

 

Применением метода n-кратного возвратного гетеродинирования (ВГ) позволяет создать эффективные системы фильтрации (СФ) с переменной полосой пропускания [1]. Данные СФ нашли широкое применение в трактах промежуточных частот радиоприемных устройств, в возбудителях передающих устройств и в гетеродинных трактах.

Известно [1, 2] , что СФВГ обладает свойством компенсации фазовых шумов (ФШ) сигнала гетеродина. Этот ФШ является следствием паразитной угловой модуляции (ПУМ), вызванной случайными факторами, к которым можно отнести малую степень экранирования схемы, недостаточную фильтрацию источников вторичного питания и.т.д. СФ с однократным ВГ представлена на рисунке 1.

 

Рис. 1. Система фильтрации с возвратным гетеродинированием: a_вх(t) -полезный сигнал c частотой f₀, Г –гетеродин, СМ₁, СМ₂ смеситель f_пч -промежуточную частота, ФОС - фильтр основной селекции, У – усилитель, ЛЗ - линия задержки, Атт. - аттенюатор, ПФ_1,2- полосовые фильтры, Σ- делитель мощности.

Обучение автоподбору

Обучение. Пройди прямо сейчас

dss-academy.ru

Меренговый рулет доставка

Доставка. Звоните

lafamillia.ru

 

Однако, как показано в [1, 2] эффективность компенсации ФШ сигнала опорного гетеродина (ОГ) зависит от разности времени его прохождения по основному и вспомогательному тракту фильтрации. Поэтому в СФВГ целесообразно эту разность выравнивать за счет подключения дополнительной линии задержки (ЛЗ) в гетеродинную цепь смесителя выполняющего роль ВГ.

Таким образом, предлагается к использованию дополнительная ЛЗ с такой величиной τ, при которой достигается максимальная компенсация ФШ сигнала ОГ в полосе фильтрации ФОС. Задача определения оптимальной величины ЛЗ с точки зрения наибольшей компенсации ФШ решается с помощью рассмотренной ниже методики.

Данная методика может быть использована, как в процессе имитационного моделирования работы СФВГ, так и на этапе опытного макетирования.

Предварительно необходимо учесть следующие допущения:

1)                 Методика предназначена для определения необходимой величины τ ЛЗ в СФВГ с конкретным типом ФОС с постоянными параметрами.

2)                 Методика не учитывает влияние ЧМ (ФМ)/АМ конверсии в цепях СФВГ и искажение закона изменения мгновенной частоты сигнала ОГ на эффективность компенсации.

3)                 Сигнал ОГ подвергается фазовой (частотной) модуляции с заданными параметрами для имитации работы простого автогенератора.

4)                 Предполагается, что уровень ФШ на разных частотах настройки гетеродина относительно постоянен.

 

Методика

 

Предложенная методика заключается в следующем:

1) На входе СФВГ действует сигнал без модуляции вида

,

где U₀- амплитуда полезного сигнала, ω₀ – несущая частота.

При имитационном моделировании (ИМ) на компьютере, например в пакете MicroWave Offise (MWO) этот сигнал представляет собой монохроматическое колебание с отсутствием фазового и амплитудного шума.

2) Сигнал ОГ имеет вид

,

где U_г- амплитуда сигнала ОГ, ω_г –частота гетеродина, m- индекс ПУМ.

При практических измерениях роль гетеродина СФВГ выполняет синтезатор частоты с заданными уровнями ПУМ. При ИМ, как правило, задаются табличные значения спектральной плотности мощности сигнала ОГ в зависимости отстройки от несущей ω_Г, имитирующие ФШ.

3) На выходе СФВГ измеряется односторонняя спектральная плотность мощности (СПМ) фазового шума S(ω) выходного колебания СФВГ в зависимости от величины τ дополнительной ЛЗ.

4) По измеренной характеристике СПМ S(ω) ФШ выходного колебания СФВГ производится интегральная оценка мощности шума в полосе фильтрации ФОС

,                                                                                         (1)

где F_{В ,}F_Н – частоты определяющие полосу фильтрации СФВГ.

При практических измерениях следует сразу перейти к измерению интегральной мощности в заданной полосе «методом интегральной полосы» [3]. Работу метода интегральной полосы поясняет выражение (2), по которому происходит вычисление мощности в радиоканале

 ,                                                              (2)

где P_ш - уровень мощности в радиоканале, дБм; В_кан – полоса канала, Гц,

В_{ш, ПЧ} - шумовая полоса фильтра разрешения, Гц; n₁, n₂ –индексы измеренных значений подлежащих суммированию; P_i – мощность измеренного значения i-го пикселя, Вт.

4) Выполняется нормировка полученных значений интегральной мощности шума P_ш к интегральной мощности ФШ в полосе частот при отсутствии дополнительной ЛЗ, когда τ = 0

ПЭК (дБ) = (P_ш(0 ) -P_ш(τ)),                                                                                     (3)

где ПЭК - показатель эффективности компенсации ФШ.

5) Таким образом, выражение (3) представляет собой зависимость ПЭК от величины τ ЛЗ. Максимальное значение ПЭК в предложенной методике является критерием выбора величины τ ЛЗ. ПЭК показывает, на сколько децибел уменьшается интегральная мощность ФШ в полосе фильтрации за счет применения дополнительной ЛЗ с величиной задержки τ.

           

Результаты имитационного моделирования

 

По предложенной методике в пакете MWO в процессе ИМ работы СФВГ были произведены расчеты ПЭК для двух типов ФОС с равномерной и неравномерной характеристикой ГВЗ , где Δτ – неравномерность ГВЗ ФОС. Интегрирование значений по (1) производилось методом трапеций [4] на компьютере с применением пакета MATLAB.

Результаты расчетов приведены на рисунках 2-5.

 

Рис. 2.                                                                                 Рис. 3.

 

Рис. 4.                                                                                                                 Рис. 5.

 

На рис. 2 приведены характеристики ПЭК в зависимости от величины τ ЛЗ в СФВГ для разных полос пропускания ФОС. Цепь ФОС имеет неравномерную характеристику ГВЗ. На рис. 3 приведены характеристики ПЭК для разных полос фильтрации с ФОС, где характеристика ГВЗ равномерна.

На рис. 4 приведена зависимость ПЭК от диапазона интегрирования. На рис. 5 приведена зависимость ПЭК от перестройки частоты ОГ.

Из характера зависимости приведенной на рис. 4, видно, что максимальное значение ПЭК достигается при полосе интегрирования равной полосе ФОС. Характеристика, приведенная на рис. 5 показывает, что плоский участок ПЭК в режиме регулировки полосы пропускания СФВГ для ФОС с равномерной ГВЗ больше чем для ФОС с неравномерной ГВЗ.

Таким образом, анализ полученных зависимостей показал:

1) Максимальная эффективность компенсации достигается в полосе пропускания ФОС.

2) Рост ПЭК наблюдается, когда значения τ ЛЗ лежат в области . Для величин τ > 2  ПЭК уменьшается вследствие эффекта декорреляции независимых шумов.

3) В случае применения цепи ФОС с равномерной характеристикой ГВЗ, величина τ ЛЗ соответствует времени ГВЗ ФОС на центральной частоте. Для случая неравномерной характеристики, время ЛЗ может не соответствовать времени ГВЗ на центральной частоте ФОС.

Таким образом, предложенная методика позволяет не зависимо от равномерности ГВЗ ФОС определить оптимальную с точки зрения компенсации ФШ величину τ дополнительной линии задержки.

 

Литература

 

1.                  Левин В.А., Норкин Г.А. Радиотехнические системы фильтрации с возвратным гетеродинированием. - М.: Сов. радио, 1979. - 272 с.

2.                   Шапиро Д. Н., Паин А. А. Основы теории синтеза частот. - М.: Радио и связь, 1981. - 246 с.

3.                  Раушер К., Йанссен Ф., Минихольд Р. Основы спектрального анализа / Под редакцией Ю.А. Гребенко - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 224 с.

4.                  Васильков Ю.В., Василькова Н.Н. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании: Учеб. пособие. -М.: Финансы и статистика, 1999.-256 с.

 

Поступила в редакцию 24.01.2011 г.