CC BY
81
рыш по количеству операций в случае использования полосовой фильтрации составляет от 2 до 9 раз. Это означает, что предлагаемый способ обработки будет работать в несколько раз быстрее, чем основанный на вейвлет-анализе.
Пример определения временных зависимостей мгновенных амплитуды и фазы узкополосного сигнала показан на рис. 3.
Общая схема алгоритма первичной обработки данных, задействующего все рассмотренные методы, приведена на рис. 4. Каждому методу поставлены в соответствие номера используемых формул.
Приведенные методы выделения и устранения помех, а также процедуры расчета импедансных кривых, основанные на полосовой фильтрации, были опробованы в вычислительных экспериментах с использованием синтетических данных СОМОАТ [3]. Полученные результаты подтверждают пригодность методов в задачах оперативной оценки качества сигналов измерений МТЗ. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программного обеспечения, апробацию которого в составе программно-аппаратного комплекса планируется провести при поиске полезных ископаемых в северных районах Омской области.
Библиографический список
1. Бердичевский М. Н. Магнитотеллурическое зондирование горизонтально-однородных сред / М.Н.Бердичевский, В.И.Дмитриев. — М. : Недра, 1992. — 249 с.
2. Электроразведка / под ред. В. К. Хмелевского,
И. Н. Модина, А. Г. Яковлева. — М. : Эксперт-диагностика, 2005. — 311 с.
3. Smirnov М. Yu. Magnetotelluric data processing with a robust statistical procedure having a high breakdown point // Geophysical Journal International, 2003. Vol. 152. P. 1-7.
4. Марпл-мл. С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / С. Л. Марпл-мл. — М. : Мир, 1990. — 584 с.
5. Короновский А. А. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения / А. А. Короновский, А. Е. Храмов. — М. : Физматлит, 2003. — 176 с.
6. Оппенгейм А. Цифровая обработка сигналов / А Оппенгейм, Р. Шафер. — М.: Техносфера, 2007. - 856 с.
7. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Б. Скляр. — М. : Вильямс, 2004. — 1104 с.
ЛАВРУХИН Андрей Александрович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Радиотехнические и управляющие системы» Омского государственного университета путей сообщения.
E-mail: [email protected] ЛОБОВ Константин Владимирович, ассистент кафедры «Средства связи и информационная безопасность» Омского государственного технического университета.
E-mail: [email protected]
Дата поступления статьи в редакцию: 04.05.2009 г.
© Лаврухин A.A., Лобов К.В.
УМ*21396 В. А. АРЖАНОВ
Омский государственный технический университет
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТА БЛОКИРОВАНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ ПРЕСЕЛЕКТОРА
Дана сравнительная оценка эффекта блокирования в радиоприемных устройствах при использовании резонансных усилителей преселектора с различными активными элементами.
Ключевые слова: нелинейные эффекты, блокирование, коэффициент блокирования, динамический диапазон.
Прохождение сигнала через линейный тракт радиоприемного устройства (РГГУ) сопровождается различными нелинейными явлениями: нелинейные иска-жения модулирующей функции: изменение коэффициента передачи поддействием мешающего сигнала; перекрестные и интермодуляционные искажения: переход амплитудной модуляции в фазовую (амплитудно-фазовая конверсия) и фазовой в амплитудную (фазо- амплитудная конверсия).
Возникающие нелинейные искажения приводят к ухудшению чувствительности РПУ, что снижает эффективность современных систем радиосвязи.
Одна из основных причин проявления нелинейных эффектов в РПУ — взаимодействие мешающих сигналов между собой в нелинейных усилительных приборах (биполярные и полевые транзисторы).
Для описания свойств усилительного каскада, работающего при одновременном действии сигнала и помехи, используется модель процесса, когда нелинейность коэффициента передачи аппроксимируется многочленом третьей степени (1 ].
т
= 1л -и:х = а, + а, • 1/„ + а2 • Щ + а3• и I (1)
к-0
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ КСТНИК N»2 »0). 2009 РАДИОТЕХНИКА И СМЗЬ
Рис. 1
Здесь мгновенное значение на входе усилительного прибора ипх представляет собой сумму мгновенных значений полезного сигнала ис на частоте настройки о)с и помехи и,,, лежащей в пределах основного канала приема на частоте сом, недостаточно ослабленной до входа первого каскада резонансного усилителя,
и =и +и =и -соБСоЧ + и -созсо Ч
ПХ С II ІПС С П1І1 п
(2)
Разложение функции ¡пш = ф(Е0 + ис+ и„) в ряд Тейлора при начальном смещении усилительного прибора Е0 позволяет определить амплитуду первой гармоноки выходного тока на частоте сигнала [ 1 ].
Динамический диапазон по основному каналу приема определяется шумами канала приема и нелинейными свойствами тракта основного усиления, которые можно оценить с помощью допустимого коэффициента гармоник огибающей АМ сигнала или коэффициента сжатия амплитуды радиосигнала.
Исследования предельных возможностей по динамическому диапазону показали, что в идеальном каскаде с минимальным теоретическим коэффициентом шума Рш = 1 и максимальным коэффициентом полезного действия динамический диапазон в полосе частот ДГ зависит от мощности, потребляемой каскадом от источника питания Р0, и коэффициента усиления каскада по мощности К„
У'і\ 4-у21
которую при и «и можно принять равной
Угі
(3)
(4)
где
У2І с
4'Угі
представляет среднюю крутизну усилительного прибора при действии помехи.
Анализ показывает, что при ^-<0 средняя кру-
Уз |
тизна уменьшается, что вызывает эффект блокирования.
0 = -
КрКТМ
(5)
При этом усилители радиочастоты с каскадами на транзисторах с общим эммитером (ОЭ) и с общей базой (ОБ) позволяет получить динамический диапазон по блокированию О,, близким к идеальному, а динамический диапазон по взаимной модуляции 02| значительно ниже (до 35 дБ), чем у идеального (2).
Эффект блокирования характеризуется коэффициентом блокирования
к -1^.1- у'Г VI * ¡.о 4-у,,
(6)
Здесь Д1т1 — приращение амплитуды первой гармоники тока сигнала, обусловленное действием сильной помехи;
Рис. 2
Рис. 3
1го0 — амплитуда первой гармоники сигнала при отсутствии помехи.
Нормативное значение К0л= 0,3...0,5 может быть достигнуто при использовании усилительных приборов (УП) с малыми значениями параметров нелинейности, снижения эффекта детектирования помехи и уменьшения амплитуды помехи на выходе УП путем повышения избирательности резонансных цепей на частоте сигнала [5].
Согласно (4) и (6), степень блокирования полезного сигнала помехой зависит от параметров усилительного прибора, а именно, от крутизны транзистора у2| и ее второй производной у2|". Поэтому целесообразно провести исследования более сложных каскадов резонансных усилителей с применением различных активных элементов, позволяющих, в частности, расширить динамический диапазон по блокированию.
Так как понятие средней крутизны усилительного прибора связано с появлением на его входе сильной помехи (ит11>>итс), амплитуда которой заходит за пределы линейного участка вольтамперной характеристики активного элемента и вызывает нелинейные эффекты, таким образом предлагается оценить реакцию усилительного прибора на мощную помеху
с помощью амплитудной характеристики, полученной односигнальным методом. При этом величина 1т0 определяется при входном полезном сигнале, соответствующем реальной чувствительности РПУ, а приращения амплитуды первой гармоники тока сигнала находятся при значительном увеличении амплитуды входного полезного сигнала.
Качественная оценка эффекта блокирования может быть проведена по амплитудной характеристике УП.
На рис. 1 показаны амплитудные характеристики резонансных усилителей с различными активными элементами, включенными по схеме с общим эмми-тером (ОЭ) и общей базой (ОБ), по которым можно судить о величине динамического диапазона по блокированию.
Результаты исследования коэффициента блокирования КПл резонансных усилителей с использованием полевых транзисторов (рис. 2) представлены на рис. 3.
Широко используемые в преселекторах РПУ кас-кодные резонансные усилители (например, рис.4) позволяют получить высокую линейность амплитудной характеристики (рис. 5), когда коэффициент нелинейных искажений К., минимален.
РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК Н> 2 (80). 2009
Рис. 4
Рис. 5
Таким образом, расширение динамического диапазона резонансных усилителей определяется выбором типа активных элементов (биполярные и полевые транзисторы), уровнем их мощности, а также способом включения (общий эммитер, общая база, общий исток, общий затвор и разнообразные кас-кодные схемы).
Библиографический список
1. Богданович Б.М. Нелинейные искажения в приемно-усилительных устройствах. — М. : Связь, 1980.-С. 278.
2. Бокк О.Ф., Чернолихова В.П., Ковалева С.М. Динамический диапазон по взаимной модуляции усилителя на транзисторах разной проводимости // Радиотехника. — 1982. - № 11. — С. 39-43.
3. Волков Е.А. Метод анализа нелинейных явлений в РПУ // Радиотехника. — 1983. — № 2. — С. 3-10.
4. Аржанов В.А. Нелинейные эффекты в линейном тракте радиоприемного устройства : учеб. пособие. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 1998. — С. 104.
5. Радиоприемные устройства : учебник для вузов / H.H. Фомин, H.H. Буга, О.В. Головин и др. ; под ред. H.H. Фомина. - М. : Горячая линия — Телеком, 2007. — С. 520.
АРЖАНОВ Валерий Андреевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики».
644050, г. Омск, пр. Мира, 11
Дата поступления статьи в редакцию: 25.05.2009 г.
© Аржанов В.А.
