Автореферат (Методы и устройства снижения интермодуляционных искажений в системах спутниковой связи с зональным обслуживанием), страница 4

Вной»системе применены алгоритмы и программа для расчета комбинационного спектраи автоматической линеаризации ПХ нелинейных УМГС; для этого используетсяспециализированный банк экспериментальных данных зависимостей ПХ реальныхУМГС. Разработанная структурная схема адаптивного программно-аппаратногокорректора АХ УМГС с двумя тестовыми входными сигналами, показана на рисунке 9. Пары аттенюаторов и фазовращателей в 1-ой петле подавления сигналов и2-ой петле подавления ИМИ подключены через направленный ответвитель к выходному сигналу и устройством управления.

Расчеты комбинационного спектра навыходе нелинейного ИМИ были проведены для 5-ти и 10-ти групповых сигналов вдиапазоне 4,125 ГГц.14Рисунок 9 – Разработанный корректор передаточных характеристик УМГСОсновная проблема при разработке корректоров – минимизация амплитудных и фазовых ошибок в сигналов на их выходах. Для подавления ИМИ на выходекорректора, на один вход которого подается входной сигнал, а на второй вход –усиленный сигнал с ИМИ, необходимо, чтобы амплитуды несущих были одинаковы, а сдвиг фаз был π (задержки - и-.В результате того, что амплитуды и фазы сигналов не одинаковы, существует определенный порог ограничения сигналов в обеих петлях корректора. Подавление ИМИ на выходе петли взаимного подавления сигналов в зависимости от порогов ограниченияPвых ( P , )  10 lg[1  100,1 P 2  100,05 Pcos ]  Р .(24)Составляющую Р∑ = 3 дБ в (24) вносит симметричный сумматор (∑).

Дляисключения влияния порогов срабатывания элементов корректора введены схемыуправления, отслеживающие изменения амплитуды и фазы. При возникновении вцепи коррекции фазы ошибки, фазовая ошибка, на выходе петли подавления ИМИсоставит1  10 0,1( CPа, б ( P ,5)  P  X )  10 0,1P   1  0,5 cos .2  10 0, 05P1(25)Зная фазовую ошибку на выходе петли подавления ИМИ, рассчитаем степень их подавления от порогов ограничения мощности и фазы15Pа,б (ΔP ,5)  ΔP  XΔP 101011010   Р . (26)Pпод  10lg 1  10  2  10 cos  1  0,5cos 1ΔP2  10 20 В результате расчетов и моделирования получено, что после включения корректора уровни ИМИ подавлены на 35…40 дБ в полосе 15 МГц.На основе расчетов параметров схемы разработанного корректора УМГСсделаны выводы о том, что амплитудная погрешность в петле компенсации несущих составила не более 0,2 дБ.

Для выходного сумматора системы при амплитудной ошибке не более 0,2 дБ и при Р∑ = 0,52 дБ подобная степень подавления ИМИвозможна при максимальной фазовой ошибке около 0,4…0,5. Полученные примоделировании результаты подтверждают достоверность выполненных расчетов.На основе предложенного программно-аппаратного корректора ПХ разработан линеаризированный УМГС, включающий схемы подавления ИМИ и управления в реальном времени.

Расчеты и экспериментальные исследования показали, чтоувеличение линейности УМГС на 3 дБ эквивалентно увеличению КПД на 15…20%.Из графиков нормированной ПХ и графиков ИМИ-3 можно сделать вывод,что корректор выполнил задачу линеаризации АХ УМГС (рисунок 10).ΔP10ΔP20Рисунок 10 – Зависимость выходной мощности и мощности ИМИ-3 отвходной мощности нелинейного и линеаризированного УМГСПри анализе получено, что выражение, аппроксимирующее АХ имеет видРвых(t) = 3,8Рвх – 0,03Рвх3.(27)В результате проведенной аппроксимации ФАХ получено, чтоφ = – 64,1Рвх + 4,1Рвх3.(28)16При этом использовался компьютерно-ориентированный метод анализа комбинационного спектра УМГС решетки с помощью прикладной компьютерной математики, основанный на аппроксимации передаточных характеристик в базисефункций Бесселя.Для уменьшения объема вычислений аппроксимация комплексных записейАХ и ФАХ проводилась отдельно для действительной и мнимой частей.Коэффициенты аппроксимации находились методом наименьших квадратовдля точек ПХ и экспериментальных данных.

В качестве исходных экспериментальных данных вводились параметры входной и выходной мощности и разности фазсигналов на входе и выходе исследуемых УМГС. В расчетах используются координаты до 75 точек АХ и ФАХ.Упрощения, используемые в предложенном спектральном методе анализа:• все сигналы на входе УМГС считаем узкополосными;• амплитуда и фаза огибающей входного сигнала изменяются медленно по сравнению с частотой несущей;• передаточные АХ и ФАХ УМГС не зависят от частоты, то есть АЧХ в полосечастот полезных сигналов – равномерна, а ФЧХ – линейна.Для подтверждения эффективности предложенного численно-аналитическогометода анализа нелинейных УМГС проведена оценка точности расчета мощностипри изменении реальных данных. Для этого задавались: число точек z аппроксимируемой ПХ и их расположение; число членов L ряда; начальных комбинаций коэффициентов b.

При расчете коэффициентов bs, для разного L членов суммы (9) установлено, что наиболее точны результаты при L = 25 и значении  = 0,5…0,75.В данной главе также дана оценка основным соотношениям по определениюмощности сигналов и составляющих ИМИ-3 и ИМИ-5 на выходе нелинейныхУМГС. Показано, что при групповом сигнале отношение Pс/PИМИ можно приближенно вычислять как сумму значений, полученных путем раздельного учета влияния нелинейности АХ и неравномерности ФАХ.

Определено, что в режиме насыщения УМГС, разница в расчетах при раздельном и суммарном учете АХ и ФАХсоставляет 0,4…0,5 дБ.В результате экспериментальных и теоретических исследований, а такжерасчетов на компьютере было установлено что:• абсолютная точность расчетов Pс/PИМИ на выходе линеаризированных УМГСсоизмерима с погрешностью измерительных приборов и составляет значение(0,10…0,25) %;• точность расчетов отношения мощностей Pс/PИМИ = f(Pвх) в зависимости отмощности входного группового сигнала для наиболее интенсивных продуктовИМИ-31, ИМИ-32 составляет 2,5…5,0 %.В работе оценены инструментальные ошибки (положительная и отрицательная) определения ИМИ при использовании бесселевой аппроксимации ПХ.Максимальные положительная (сигналы в фазе) и отрицательная (сигналы впротивофазе) абсолютные погрешности (или ошибки) соответственно определяются формулами:17РИМИвхР  20 lg  1  10 ИМИвыхРИМИвхР  20 lg  1  10 ИМИвых,.(29)В соотношениях (29) РИМИвх – абсолютная мощность ИМИ на входе УМГС иРИМИвых – абсолютная мощность ИМИ на его выходе.

В результате расчетов получено, что погрешности:    2,53 дБ;     3,52 дБ.В этой главе также представлены материалы по экспериментальным исследования диаграмм направленности антенных решеток с интегрированными в ихканалы УМГС (рисунок 11).На рисунке 11,а, показан экспериментальный стенд для измерения ДН двухлучевой решетки системы спутниковой связи.

Для экспериментального использования в активной антенной решетке интегрирован один из линеаризированныхУМГС, который позволяет существенно уменьшить мощность паразитных лепестков ДН ИМИ и «выправить» сигнальные ДН (трехмерная модель ДН решетки с малыми ИМИ; рисунок 11, б).Рисунок 10 – К экспериментальным исследованиям и результатам:а – экспериментальный стенд для измерения ДН; б – 3-мерная модель ДНВ приложениях приведены электрическая принципиальная схема разработанной схемы программно-аппаратного корректора передаточных характеристикУМГС и ДН решетки, программы расчета комбинационного выходного спектра,программы моделирования различных спектральных диаграмм и многолучевыхдиаграмм направленности сигналов и ИМИ антенных решеток с интегрированными УМГС.ЗаключениеВ процессе выполнения диссертации получены новые научные результаты вобласти разработки методов и устройств снижения интермодуляционных искажений в системах спутниковой связи с зональным обслуживанием.Для этого автором:• предложен новый компьютерно-ориентированный метод анализа и расчетакомбинационного спектра на выходе УМГС с аппроксимацией передаточных характеристик функциями Бесселя;18• разработана методика построения программно-аппаратного корректора передаточных характеристик УМГС и параметров паразитного излучения.

Корректор позволяет на 35…40 дБ снизить уровень ИМИ передающих трактов ССС и скомпенсировать получаемые при усилении в УМГС паразитные излучения. При этом на15…20 % снижается потребляемая мощность передатчика, его нагрев, уменьшаетсяколичество устройств резервирования и, следовательно, энергопотребление масса игабариты спутника;• разработаны и подтверждены экспериментально новые численно-аналитическиеметоды моделирования многолучевых ДН антенных решеток с нелинейными и линеаризированными УМГС;• рассчитан массив параметров и созданы модели главных и паразитных лепестков спектральных и полярных диаграмм направленности при наличии ИМИ в системах спутниковой связи. Анализ показывает, что помехи можно рассчитать теоретически, контролировать и корректировать многолучевые ДН спутниковых системсвязи с зональным обслуживанием.Итак, в результате теоретических и экспериментальных исследований, а такжекомпьютерного моделирования разработана методика по снижению интермодуляционных искажений в системах спутниковой связи с зональным обслуживание.

Характерные экспериментальные данные подтверждаются результатами измерений. Исследования показали, что помехи можно рассчитать теоретически и контролировать икорректировать ДН многолучевой антенной решетки спутниковой системы связи сзональным обслуживанием.Список основных публикацийПубликации в виде статей, рекомендованных ВАК РФ1. Абоелазм М.А., Нефедов В.И., Крутов М.М., Пикуль А.И., Егорова Е.В., Муад Х.М. Искажение сигналов в многолучевых спутниковых антеннах // Антенны. 2014. - № 12 (211).

С. 15-21.2. Абоелазм М.А., Нефедов В.И., Решетняк С.А., Третьяков Г.Н. Исследованиецифровой модели нелинейного активного фильтра первого порядка // Цифроваяобработка сигналов. 2014. №4. С. 62-64.3. Абоелазм М.А., Нефедов В.И. Многоканальные волоконно-оптические телекоммуникационные системы // Успехи современной радиоэлектроники. 2014.

№ 1. С. 55-59.Монография1. Абоелазм М.А., Нефедов В.И., Шпак А.В. / Под ред. В.И. Нефедова. Оптимизацияпараметров усилителей мощности. -М.: Энергоатомиздат, 2013. 239 с.Доклады на конференциях1. Абоелазм М.А., Муад Х.М., Нефедов В.И., Шпак А.В., Дементьев А.Н.