Система управления использованием радиочастотного спектра, цели и задачи радиоконтроля в этой системе

Рис. 5.23. Влияние аттенюатора 1 дБ на Рис. 5.24.Изменение уровня интермоду-

 интермодуляцию 2-го порядка.                ляционных составляющих 3-го порядка

                                                                  при включении аттенюатора 1 дБ.

В общем  случае при включении аттенюатора  с коэффициентом передачи G1 = —А дБ уровень интермодуляционных составляющих n-го порядка будет уменьшаться на nA дБ. При этом значения точек пересечения по входу также вырастут на величину А, поскольку все прямые на рис. 5.21 параллельно сместятся вправо на величину А

Может показаться, что поскольку при включении  аттенюатора точка пересечения сдвигается вправо на величину А, то возрастает и линейность приемника. На самом деле это не так, поскольку при этом на эту же величину А ухудшается предельная чувствительность приемника.

Методика определения точек  пересечения. Существует множество методик определения точек пересечения [2]. В большинстве своем они основаны на измерении динамического диапазона по интермодуляции  Dn.

В одном  из методов определения интермодуляционных искажений третьего порядка на вход подаются два сигнала, как показано на рис. 5.25, один из входных сигналов отстраивается от центральной частоты канала на 20 кГц, а другой — на 40 кГц. Тачка пересечения третьего порядка IР3 рассчитывается, полагая, что зависимость уровней ИС третьего порядка от уровней входных сигналов в приемнике точно подчиняется кубическому закону, т.е. при увеличении уровня мешающего сигнала на 1 дБ продукты интермодуляционных искажений третьего порядка возрастают на 3 дБ, а разность — на 2 дБ.

В общем  случае для расчета точек пересечения  по входу произвольных порядков могут  использоваться следующие формулы, полученные  из  выражений  (5.48)-(5.50):

               (5.54)

            (5.55),

           (5.56)

где Δ₃, Δ₂, Δ_n — разности, выраженные в децибелах, между мощностью полезного сигнала и интермодуляционных составляющих 3-го, 2-го и п-го порядков соответственно; Рвх — мощность входного сигнала.

 

Рис. 5.25. Структурная схема измерений для определения точки пересечения по интермодуляции

 

Эффект блокирования. Блокирование (компрессия) полезного сигнала проявляется в уменьшении его коэффициента усиления во входном тракте приемника или в изменении отношения сигнал-шум при действии мешающего сигнала, частота которого находится вне основного канала приема. Блокирование возникает в активных элементах ВЧ тракта (УВЧ и преобразователей) из-за нелинейного закона изменения коэффициента передачи полезного сигнала одновременно с мешающим сигналом (рис. 5.26),

Блокирование  полезного сигнала возникает  в том или ином каскаде приемника, если амплитудная функция передачи сигнала имеет характер насыщения, при котором приращение выходного  сигнала как бы отстает относительно приращения входного сигнала в широком интервале изменения.

Блокирование  не возникает, если амплитудная функция  передачи сигнала имеет линейный характер в широком интервале  изменений входного сигнала.

Канал, в  котором действует блокирующий  мешающий сигнал, является внеполосным; номинальная частота такого сигнала  может принимать различные значения в пределах некоторой полосы частот, зависящей от уровня мешающего сигнала  и избирательности контуров ВЧ тракта до входа смесителя. При достаточно больших расстройках Δfр мешающего сигнала относительно частоты настройки приемника этот сигнал ослабляется резонансными контурами ВЧ тракта.

Чтобы характеризовать  свойство приемника принимать полезный сигнал в присутствии сильного мешающего сигнала до порога блокирования, используют понятие динамического диапазона по блокированию (в децибелах):

           (5.57)

где (Uп.доп)бл - максимально допустимое напряжение мешающего сигнала соответствующее порогу блокирования; Uc.min — минимальное напряжение полезного сигнала, соответствующее чувствительности приемника.

    

 

Рис. 5.26. К пояснению процесса блокирования полезного сигнала в приемнике.

 

Перекрестные искажения — это изменение структуры спектра полезного сигнала при одновременном воздействии на приемник модулированного мешающего сигнала, частота которого не совпадает с частотами основного и побочных каналов приема. Процесс возникновения таких искажений определяется нелинейным изменением амплитудной функции передачи сигнала в активных элементах ВЧ тракта. Понятие «перекрестные искажения» относится к полезному сигналу с AM, когда в его структуре возникают составляющие модуляции мешающего сигнала с AM (рис. 5.27).

В этом случае нелинейный элемент ВЧ тракта, так  же как и при блокировании в  УВЧ, может быть представлен моделью  в виде степенного многочлена с той  разницей, что входной сигнал задается суммой двух сигналов  с AM.

В целях  упрощения анализа можно так  же, как и при блокировании, ограничиться многочленом третьей степени. После  соответствующих преобразований можно  определить коэффициент перекрестных искажений, представляющий собой отношение  уровня спектральных составляющих в  структуре полезного сигнала, возникших  в результате перекрестных искажений, к уровню полезного сигнала на выходе приемника. Чтобы характеризовать  свойство приемника принимать полезный сигнал в присутствии сильного мешающего  сигнала до порога перекрестных искажений, используют понятие динамического  диапазона по перекрестным  искажениям.

Как отмечалось, понятие «перекрестные искажения» часто относят к влиянию мешающего  сигнала на полезный сигнал с AM. Однако оно может пониматься шире. Перекрестные искажения могут проявляться и в виде изменений (искажений) фазы полезного сигнала, т.е. в виде помехи в системах фазовой (в общем случае угловой) модуляции. В этом случае целесообразен термин «фазовые перекрестные искажения».

    

Рис. 2.27. К пояснению процесса перекрестных искажений

 

Фазовые перекрестные искажения несущественны  для систем с AM. Они проявляются в виде помех в системах, где полезная информация заключена в фазовой структуре принимаемого сигнала,

Фазовые шумы и скорость перестройки  панорамного РПУ.

Синтезаторы частоты (СЧ) применяются в приемных устройствах для изменения частоты  настройки. В общем случае СЧ формирует  множество дискретных частот путем  когерентного преобразования частоты  одного опорного (обычно кварцевого) генератора. Долговременная относительная стабильность любой частоты на выходе такого когерентного синтезатора равна долговременной стабильности частоты опорного генератора,

Основными характеристиками синтезаторов являются: стабильность частоты выходного  сигнала, диапазон рабочих частот, дискретность перестройки частоты или фазы выходного сигнала, вид выходного  сигнала, уровень побочных дискретных составляющих, уровень фазовых шумов  и время переключения.

Диапазон  рабочих частот определяется диапазоном рабочих частот РПУ. Если СЧ используется в качестве первого гетеродина, то его частота должна отличаться от входной частоты приемника на величину промежуточной частоты. Вместо диапазона частот применяют коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот, равный отношению наибольшей частоты диапазона рабочих частот к наименьшей частоте этого же диапазона.

Дискретность  перестройки частоты (шаг сетки  частот) определяется назначением синтезатора. При бесподстроечной связи и при отслеживании скачков частоты шаг сетки частот синтезатора, используемого в качестве гетеродина, определяется шагом сетки частот передатчика (от сотен герц до десятков мегагерц). При программной компенсации доплеровского сдвига и при использовании СЧ в качестве следящей (по фазе или времени) системы требуемый шаг сетки частот может оказаться очень малым (до сотых и тысячных долей герца). В этих и некоторых других случаях большое значение имеет дискретность перестройки фазы (а не частоты) выходного колебания. При этом являются недопустимыми скачки фазы при переходе с одной частоты на другую, превышающие определенную величину (обычно порядка десятых долей или единиц градуса).

Вид выходного  сигнала в значительной степени  определяется характером обработки  сигнала в устройстве, в котором  используется СЧ, Для синтезатора  как гетеродина аналогового приемника  обычно требуется гармоническая  форма выходного колебания. Для  СЧ в цифро-аналоговых следящих системах предпочтительнее импульсная форма, Наконец, в тракте с полностью цифровой обработкой сигнала СЧ должен формировать  последовательность чисел (кодов), соответствующих  отсчетам гармонических функций  в фиксированные равноотстоящие моменты времени.

В технических  требованиях спектральная плотность  фазовых шумов задается обычно в децибелах на герц по отношению к уровню несущей при заданной частотной отстройке от сигнала несущей. В англоязычных описаниях этот уровень обозначается dBc (буква «с» — сокращение от carrier— несущая), например, -120 dBc/Hz at 10 kHz offset.

Уровень фазовых шумов выходного колебания  СЧ по отношению к уровню генерируемого  сигнала (уровню несущей), обычно находится  в пределах от —60 до —120 дБ/Гц при  отстройке на 10 кГц от частоты  несущей.

При умножении  частот с помощью синтезатора  спектральная плотность шумов возрастает пропорционально коэффициенту умножения. Это накладывает жесткие требования на шумы опорного генератора.

Время переключения частоты колеблется в широких  пределах в зависимости от назначения синтезатора. В частности, при использовании  синтезатора в связном приемнике  время переключения может быть порядка  секунды, при переключении частот здесь  допустимы не только скачки фазы, но и полное кратковременное пропадание сигнала. С другой стороны, при использовании  синтезатора в кольце системы  фазовой автоподстройки и в некоторых  других случаях желательно полное отсутствие переходных процессов.

Для панорамных приемников время переключения частоты  определяет скорость перестройки приемника  по рабочему диапазону частот. Для  современных панорамных приемников время переключения составляет единицы  миллисекунд. Отметим, что чем меньше время переключения частоты, тем  труднее обеспечить низкий уровень  фазовых шумов.

Частотная точность приемника Δf_прм включает как первоначальную погрешность установки заданного номинала настройки, так и нестабильность настройки приемника. Погрешность установки зависит от способа установки и метода индикации частоты настройки, а нестабильность настройки — от ухода частоты настройки из-за прогрева устройства, климатических и механических воздействий, изменения питающих напряжений и т.д. Высокая частотная точность приемника необходима для беспоискового вхождения в связь, поддержания связи без подстройки. Для измерительных приемников частотная точность является определяющим фактором для точности измерения частоты радиосигналов,

Техническими  требованиями может оговариваться  либо частотная точность приемника, либо раздельно — погрешность  установки и нестабильность настройки. Нестабильность настройки в ряде случаев вследствие необходимости  раздельного расчета и проверки также задается по частям: в зависимости  от самопрогрева, изменения температуры, влажности, ударов и вибраций, колебания напряжения питания источников. Абсолютная нестабильность частоты опорного генератора (ОГ) — отклонение Δf частоты колебаний на его выходе за определенный промежуток времени, обусловленное воздействием внешних дестабилизирующих факторов, от установленной номинальной частоты ₀

Наиболее  жесткие требования к частотной  точности предъявляются к приемникам, предназначенным для приема радиосигналов с однополосной модуляцией и сигналов с относительной фазовой манипуляцией Из этого следует, что относительная частотная точность приемников должна иметь значение 10^~7...10^~8. При использовании в приемнике системы стабилизации частоты с одним ОГ выполнение требований к относительной частотной точности определяется этим генератором. Относительная нестабильность частоты ОГ — отношение абсолютной нестабильности частоты к установленной частоте:

Для уменьшения в общей частотной ошибке доли, обусловленной неточностью первоначальной установки частоты, в радиоприемном  устройстве должна предусматриваться  возможность коррекции частоты  ОГ по внешнему эталону частоты или  работа от внешнего ОГ, более точного и стабильного.

Нестабильность  настройки приемника может также  задаваться допустимым изменением частоты  гетеродинов приемника в последующее  за самопрогревом время. Важным параметром является температурный коэффициент гетеродинов, т.е. относительный уход частоты при изменении на 1°С температуры воздуха, окружающего приемник. Долговременная нестабильность частоты ОГ — суммарное отклонение частоты, обусловленное медленным ее изменением вследствие старения элементов схемы и воздействием внешних дестабилизирующих факторов. Определяется за длительное время — час, сутки, месяц, год.