Автореферат (Методы и устройства снижения интермодуляционных искажений в системах спутниковой связи с зональным обслуживанием), страница 2

В работе использованы теория связи, теория вероятностей и математическая статистика, методы аппроксимации нелинейных характеристик, спектральный анализ, компьютерное моделирование многолучевых диаграмм направленности систем спутниковой связи.Научная новизна. Научная новизна заключается в следующем:1. Предложен компьютерно-ориентированный метод анализа и расчета спектра выходного сигнала УМГС с аппроксимацией передаточных характеристик функциямиБесселя; метод обладает точностью (0,2…0,1) дБ.2. Разработаны новые численно-аналитические методы моделирования многолучевых диаграмм направленности с нелинейными и линеаризированными УМГС;теоретические положения подтверждены экспериментальными исследованиями.3. Впервые спроектирован программно-аппаратный корректор передаточных характеристик УМГС и многолучевых ДН, уменьшающий на 35…40 дБ ИМИ в передающих иизлучающих модулях систем спутниковой связи; корректор позволяет на 10...15 % повысить КПД УМГС и на 15…20 % снизить энергопотребление; полоса пропускания системы увеличивается на 5 %.54.

Рассчитан массив параметров и созданы модели главных и паразитных лепестков спектральных и полярных диаграмм направленности при наличии ИМИ всистемах спутниковой связи с зональным обслуживанием. Анализ показывает, чтопомехи можно рассчитать теоретически, контролировать и корректировать многолучевые ДН спутниковой системы связи.Практическая значимость полученных положенийРазработан программно-аппаратный корректор передаточных характеристикУМГС и многолучевых ДН. Корректор позволяет на 35…40 дБ снизить уровень ИМИпередающих трактов систем спутниковой связи и скомпенсировать получаемые приусилении в УМГС паразитные излучения.

Значит, с уменьшением ИМИ будет снижаться потребляемая мощность передатчика и, следовательно, энергетическое потребление спутников и их массогабаритные показатели.Основные положения, выносимые на защиту1. Новые алгоритмы и программы теоретического расчета и контроля комбинационного спектра и паразитного излучения, позволяющие путем линеаризации повысить на 10...15 % КПД передающих трактов и за счет этого снизить на 15…20 %энергопотребление систем спутниковой связи.2. Компьютерно-ориентированный метод анализа комбинационного спектраУМГС, использующий аппроксимацию ПХ функциями Бесселя.

Данный методпозволяет рассчитать теоретически ДН и затем контролировать и снижать паразитные излучения в функционирующих системах спутниковой связи.3. Методика построения программно-аппаратного корректора передаточных характеристик УМГС и параметров паразитного излучения. Корректор позволяет на35…40 дБ снизить уровень ИМИ передающих трактов систем спутниковой связи искомпенсировать получаемые при усилении в УМГС паразитные излучения. Приэтом снижается потребляемая мощность передатчика, его нагрев, уменьшается количество устройств резервирования и, следовательно, масса и габариты спутника.4.

Методы теоретического исследования и моделирования многолучевых диаграмм направленности передающих трактов подвижных систем спутниковой связис интегрированными в антенные решетки УМГС.Внедрение результатов работыОтдельные результаты диссертации применены в институте общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук. Результаты работы в виде программного обеспечения внедрены в учебный процесс на кафедре телекоммуникационных систем МИРЭА.Программное обеспечение предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» и используются в курсовом проектировании по дисциплине «Общая теория связи».Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались автором и обсуждались с 2012-го по 2015 год на научно-техническихконференциях и семинарах в МИРЭА, на международных и Всероссийских научнотехнических конференциях и симпозиумах.Достоверность теоретических положений и практических результатов подтверждена компьютерным моделированием и экспериментальными исследованиями УМГС и ДН многолучевых решеток ССС; точностью расчетов, выполненных6численно-аналитическим методом УМГС с аппроксимацией ПХ по массивам экспериментальных данных; совпадением результатов с данными, полученными другими авторами, а также актами об использовании результатов диссертации.Публикации.

Результаты исследований опубликованы в 14 работах. Из них 3статьи в ведущих научных изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации материалов диссертаций, представляемых на соискание ученой степени кандидата наук; монография, 10 статей в трудах международных, российских и Вузовских конференций.Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, списка использованных источников информации, включающего 128 наименований; содержит 152 страницы текста, 35 рисункови 4 таблицы.Личный вклад. Все результаты и положения, составляющие основное содержание диссертации, разработаны и получены лично автором или при его непосредственном участии.2.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дана общая характеристика решаемой проблемы, обоснована актуальность темы, определены цели, задачи и методы исследования, отмечены научнаяновизна и практическая ценность работы, сформулированы положения, выносимые назащиту, приведены сведения по апробации, внедрении результатов, публикациях,структуре и объему диссертации.Первая глава содержит обзор научно-технической литературы и материалы,дающие сведения о возможных методах и устройствах снижения интермодуляционных искажений систем спутниковой связи с зональным обслуживанием. Рассмотренысуществующие методы анализа нелинейных УМГС в системах спутниковой связи.Дан анализ вопросов моделирования ДН сигналов и ДН ИМИ в антенных решетках иметоды коррекции излучений.В работе главное внимание уделено УМГС с существенной нелинейностью, таккак вопросы анализа слабонелинейных схем практически решены.

Причина нелинейных искажений групповых сигналов вызвана нелинейным характером взаимодействияпотока носителей заряда в транзисторе и электромагнитного поля. Внешним проявлением этого в УМГС является нелинейность АХ и зависимость фазы огибающей сигналаот амплитуды, т.е.

появление амплитудно-фазовой конверсии (АФК). При усилениигруппового сигнала на выходе УМГС возникает еще и ряд типов ИМИ (рисунок 3)f∑ = mfi + nfj + ...+ kfs,где fi – циклические частоты усиливаемых сигналов; m, n, k – коэффициенты, равные 0,1, 2, …; i, j, s – номера гармоник интермодуляции. Каждую составляющую ИМИ характеризуют порядком, равным сумме m + n +…+ k.

Для количественной оценки мощностей ИМИ принято использовать коэффициенты, вычисляемые при подаче на входУМГС тестового двухтонального сигнала с частотами f1 и f2 и равными амплитудами.Наиболее опасны ИМИ-3 – гармоники на частотах (2f1 – f2) и (2f2 – f1). При этомкоэффициент ИМИ-3 – отношение амплитуды составляющей 2f2 – f1 (или 2f1 – f2) камплитуде одной гармоники на входе. Допустимые мощности ИМИ определяют соответствующими стандартами радиосвязи. Для ИМИ-3 они не должны превышать-45…-50 дБ мощности сигнала в канале.7Рисунок 3 – Комбинационный спектр на выходеУМГС при входном двухчастотном тестовом сигналеДля оценки мощности ИМИ-3 используют взаимосвязанные параметры: уровень интермодуляции, или точка компрессии (ее обозначают ИМИ-3). Их определяют с помощью АХ показанной на рисунке 4 в логарифмическом масштабе (линияАХ).

Уровень интермодуляции – разность между уровнями сигнала и ИМИ при таком уровне последних, когда они начинает мешать. На практике для определенияточки пересечения ИМИ-3 (при появлении составляющих ИМИ-3 в спектре) в качестве сигнала используют двухчастотные воздействия.Линейность УМГС наглядно можно представить, построив график зависимостимощности сигнала на выходе от мощности входного сигнала УМГС, т.е. получив его АХ.На рисунке 4 изображен и характер роста составляющей ИМИ-3 (штриховаялиния).

Если подать на вход УМГС сигнал большого уровня, реальная АХ будет от-Рисунок 4 – Передаточная АХ нелинейного УМГС и линия ИМИ-38клоняться от прямой из-за проявляющейся нелинейности. Точка ИМИ-3, где отклонение АХ устройства от идеальной характеристики составляет 1 дБ, называется точкойкомпрессии (однодецибельной точкой компрессии).