Влияние мощной внеполосной помехи на выходное отношение сигнал/шум радиоприёмного устройства в случае импульсных сигнала и помехи




Скачать 365.3 Kb.
страница1/5
Дата12.06.2016
Размер365.3 Kb.
  1   2   3   4   5

Труды Научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2005

Физические основы технологий беспроводной связи

ВЛИЯНИЕ МОЩНОЙ ВНЕПОЛОСНОЙ ПОМЕХИ НА ВЫХОДНОЕ ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛ/ШУМ РАДИОПРИЁМНОГО УСТРОЙСТВА В СЛУЧАЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛА И ПОМЕХИ


И.В.Волкова, Д.Н.Ивлев, И.Я.Орлов

Нижегородский госуниверситет

В данной работе исследуется влияние мощной внеполосной помехи, блокирующей входной усилительный каскад приёмника, на выходное отношение сигнал/шум в полосе полезного сигнала.

Если пренебречь зависимостью фазы выходного сигнала усилителя, работающего в нелинейном режиме, от амплитуды его входного сигнала, то модель такого усилителя можно рассматривать как нелинейное безынерционное преобразование случайного процесса. Для узкополосных сигналов в [1] описан относительно простой способ анализа нелинейного безынерционного преобразования суммы сигнала и шума, не требующий в отличие от традиционных методов (прямой метод, метод контурных интегралов, метод производных) знания корреляционной функции входного процесса и позволяющий легко вычислять выходное отношение сигнал/шум. Этот метод основан на усреднении выходного сигнала по случайным параметрам, зависящим от входного шума.

Для рассматриваемой задачи было проведено обобщение данного метода на случай, когда входной сигнал нелинейного безынерционного элемента с проходной характеристикой (t) = g((t)) представляет собой сумму полезного сигнала, шума и внеполосной помехи:

(t)=1(t)+2(t), 1,2(t)=s1,2(t)+n1,2(t)=a1,2(t)cos[1,2t+1,2(t)]+A1,2(t)cos[1,2t+1,2(t)],

где 1(t) — полезный сигнал + шум, 2(t) — помеха + шум, s1,2(t) — узкополосные радиосигналы, n1,2(t) — независимые от сигналов узкополосные гауссовские стационарные шумы с нулевым математическим ожиданием.

В данной работе был проведён анализ отношения сигнал/шум на выходе резонансного усилителя для случая, когда сигнал и помеха представляют собой потоки прямоугольных импульсов. В этом случае в течение действия импульса сигнал и помеху можно считать синусоидальными сигналами с постоянной амплитудой и фазой. На рис. 1 приведена схема анализируемой части радиоприёмного устройства.



Рис. 1

На этом рисунке преселекторный и выходной фильтры настроены на частоту полезного сигнала 1. Рассмотрим часто возникающую сигнально-помеховую ситуацию, когда мощная помеха s2(t) не ослабляется преселекторным фильтром в достаточной степени или находится в пределах его полосы пропускания и блокирует усилитель. Будем считать, что мощностью шума n2(t) в полосе помехи можно пренебречь (в силу большой мощности помехи в месте приёма). Таким образом, шум n2(t) можно исключить из рассмотрения, что упрощает теоретические формулы. Помимо полезного сигнала, на частоте 1 окажутся некоторые интермодуляционные компоненты, порядок которых зависит от соотношения частот сигнала и помехи на входе усилителя. Мощность этих интермодуляционных составляющих быстро убывает с ростом их порядка, и на практике достаточно бывает учесть одну – две из них для получения приемлемой точности вычисления отношения сигнал/шум.



Поскольку в рассматриваемой задаче полезный сигнал и помеха являются гармоническими, то комбинационные компоненты на частоте 1 будут интерферировать с полезным сигналом, что приводит к зависимости отношения сигнал/шум от разности фаз сигнала и помехи.

На рис. 2-3 приведены результаты теоретического расчёта и имитационного моделирования зависимости



,

показывающей, во сколько раз отношение сигнал/шум по мощности 21(a2) на выходе при действии помехи изменяется по сравнению с тем же отношением в отсутствии помехи в зависимости от амплитуды помехи на входе a2.







Рис. 2

Рис. 3

На этих графиках зависимости приведены для двух значений разности фаз  сигнала и помехи, приводящих к минимальному и максимальному значениям величины Q1(a2). Рис 2. соответствует амплитуде полезного сигнала на входе a1, при которой в отсутствии помехи усилитель работает в линейном режиме, а рис. 3 – в нелинейном. В первом случае, как видно из рис. 2, помеха практически не влияет на выходное отношение сигнал/шум, а во втором случае она приводит к его плавному снижению.


  1. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. –М.: Радио и связь, 1982, 624с.



Некоторые принципы построения решетки-умножителя терагерцового диапазона


А.Л. Умнов1), В.А. Филимонов1), В.И. Шашкин2)

1)Нижегородский госуниверситет, 2)Институт физики микроструктур РАН

Актуальность изучения электромагнитных волн терагерцового диапазона обусловлена достаточно широкими возможностями их применения в различных областях астрономии, медицины, физическо-химического анализа материалов и беспроводной связи [1]. При этом важной является задача разработки новых источников излучения данного диапазона, и одними из наиболее перспективных являются источники на основе умножения частоты [2]. В настоящей работе рассматривается возможность получения терагерцового излучения при помощи умножения частоты излучения КВЧ диапазона (F=150 ГГц) на решётке нелинейных рассеивателей. Анализ электродинамики задачи проводился на основе интегрального уравнения Поклингтона, учёт нелинейности нагрузки вёлся при помощи метода возмущений [3].


Рис. 1
Результаты моделирования показывают, что для эффективного преобразования поля основной частоты, возбуждающего рассеиватель, в поле на гармонике этой частоты необходимо использовать вибратор, настроенный на основную частоту, при этом предпочтительным является использование нагрузки с минимально возможным значением емкости (С0). На рис.1 показана зависимость мощности, рассеянной в основную частоту (P1) и вторую гармонику (P2) при двух различных значениях емкости С0 для возбуждающего поля частотой F=150 ГГц и амплитудой E=20 В/м. Графики для P1 при C0=0.01 пФ и C0=0.02 пФ практически совпадают.

Следует отметить, что мощность, рассеянная в поле на гармониках основной частоты, существенным образом зависит от типа нелинейности, включенной в антенну: использование реактивной (емкостной) нелинейной нагрузки позволяет существенно повысить уровень переизлученных рассеивателем гармоник основной частоты по сравнению со случаем использования активной нелинейной нагрузки. Для одного и того же диода, смещённого в область положительных (характер нелинейности чисто активный) и отрицательных (где наиболее значительную роль играет емкость перехода) напряжений, разница в значениях мощности, переизлученной во вторую гармонику составляет три – четыре порядка.




Рис. 2
Важную роль в описанных выше эффектах играет автосмещение рабочей точки нелинейного элемента, возникающее при наличии квадратичного члена в характеристике активной части нелинейности, которое приводит к изменению емкости нелинейного элемента и крутизны наклона вольт-фарадной характеристики в рабочей точке. Изменение емкости ведет к изменению резонансной частоты рассеивателя, а изменение крутизны характеристики – к изменению эффективности преобразования сигнала основной частоты в сигнал гармоники. Показано, что использование внешнего НЧ сигнала для выбора рабочей точки нелинейного элемента позволяет скорректировать чувствительность параметров вторичного поля к амплитуде первичного поля.

Большой интерес представляет также не полная мощность излучения, а значения полей рассеяния в точке наблюдения. При этом даже небольшой сдвиг фаз возбуждающих рассеиватели полей, обусловленный смещением одного из рассеивателей по направлению распространения волны относительно другого рассеивателя, приводит к существенному изменению диаграммы направленности (D2) на гармониках возбуждающего поля, причем чем выше номер гармоники, тем сильнее искажена диаграмма направленности (ДН). На рис.2 показано изменение ДН при смещении одного из 2-х рассеивателей, расположенных на расстоянии 0.3 на 0.1 по направлению распространения волны. Данный эффект связан с тем, что при умножении частоты умножается и сдвиг по фазе разных источников. Поэтому, при изготовлении решётки-умножителя основное внимание следует уделять точности.

Таким образом, проведенное исследование на основе анализа одного рассеивателя и взаимодействия нескольких рассеивателей в решётке позволило выявить особенности проектирования и сделать некоторые предварительные выводы о конструкции многоэлементной антенной решетки-умножителе.


  1. Siegel P.H. //IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2002. V.50, No.3. P.910.

  2. Шашкин В.И., Вакс В.Л., Вопилкин Е.А., Данильцев В.М., Климов А.Ю., Кузнецов М.И., Мурель А.В., Рогов В.В., Хрыкин О.И. //В кн.: Тр. 11-й межд. конф. "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии". –Севастополь: Вебер, 2001, с.430.

  3. Умнов А.Л.. Филимонов В.А., Шишалов И.С. //В кн.: Тр. 8-й научн. конф. по радиофизике. 7 мая 2004 г. /Ред. А.В.Якимов. –Н.Новгород: ТАЛАМ, 2004, с.29.

  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница