Автореферат (1090686), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Масштаб по осям графика частоудобнее выбирать логарифмическим и тогда для построения используют уровни сигнала, выраженные, как правило в дБм – децибелах относительно мощности несущей.Проведенными исследованиями установлено, что приближенно нелинейная АХУМГС моделируется функцией гиперболического тангенсаf(Рвх) ≈ th(10Рвх).Итак, существующие в настоящее время УМГС не являются оптимальными поэнергетическим параметрам, и вследствие их работы в нелинейных режимах требуется осуществлять коррекцию их ПХ, для чего необходимо проделать большую работукак по снижению потребляемой мощности, так и по эффективному исследованиюпричин возникновения ИМИ.В этой главе рассмотрены вопросы создания с помощью персональных системспутниковой связи многолучевых зон обслуживания.

Для этого исследованы вопросымоделирования многолучевых диаграмм направленности антенных решеток с интегрированными в них УМГС как при линейном усилении, так и при воздействии на излучения интермодуляционных помех.Структурная схема фазированной антенной решетки с УМГС показана на рисунке 5. Она состоит из K УМГС с K излучателями и N источников сигналов с несущими,которые имеют разные амплитуды и фазы. Особенность работы интегрированныхУМГС в решетку систем спутниковой связи состоит в том, что они одновременно усиливают сигналы различной частоты и мощности.

Поэтому, как отмечалось, для получения предельных мощностей модули УМГС должны работать в режиме насыщения.Рисунок 5 – Упрощенная структурная схемапередающей многолучевой решетки с интегрированными УМГСВторая глава диссертации посвящена рассмотрению известных методов и развитию метода анализа и расчета комбинационного спектра УМГС, интегрированных в9антенные решетки, с аппроксимацией их ПХ специальными функциями, среди которых наиболее удобны функции Бесселя.Комбинационный спектр на выходе УМГС передающих трактов СССДля многолучевых ССС с узкополосными сигналами полезно рассматриватьчастотно-зависимую нелинейную квадратурную модель УМГС, которую можноиспользовать для анализа ИМИ. Это означает, что ПХ УМГС частотно-независимыво всем рабочем спектральном диапазоне.Предложенный компьютерно-ориентированный метод спектрального анализакомбинационного спектра с аппроксимацией ПХ функциями Бесселя основан нанепрерывном мониторинге составляющих группового сигнала и ИМИ.

Суть методазаключается в представлении УМГС эквивалентной схемой с линейными ПХ, полученными на основе их аппроксимации по массивам экспериментальных данных.Затем по разработанной программе с помощью корректора характеристик осуществляется автоматическая компенсация ИМИ. Установлено, что односигнальные ПХ(односигнальная теория) в достаточной мере определяют свойства нелинейногоУМГС. Но наиболее полно отражают его свойства многосигнальные ПХ (многосигнальная теория) групповые передаточные характеристики (ГПХ).

В качествематематического аппарата при спектральном анализе нелинейных УМГС используются функции Бесселя, т.к. они обеспечивают быструю сходимость решений нелинейных задач.Рассмотрим возможность применения функций Бесселя для аппроксимации ПХнелинейных УГМС. Если воздействующее на УМГС напряжение состоит из суммыпостоянной составляющей, первой и высших гармоник частоты ωs (s = 1, 2, …, K):Ku  U0  U s cos st ,(1)s 1то, выходной ток схемы kdf (U 0 )  i   I 0  U  s2   dU0p1  h1p2  h2 s 1 k kdf (U 0 )     I рs U scospp1 1 s s t,dU 0 p k  hk  s 1s2(2)гдеJ рs ( z ) z 2m p2 m p(m p)!m!m0 2(3)– функции Бесселя.Формула (2) определяет все составляющие тока УМГС и каждую из нихможно вычислить с помощью соотношения (3).Комплексная модель коэффициента передачи УМГС запишется как:K (U )  k(U )ej(U )L bs J L (sU ),s 110(4)где bs = bgs+ jbms – комплексные коэффициенты; bgs – вещественная часть; bms – мнимаячасть модели; JL – функция Бесселя 1-го рода L-го порядка; 0,8 ≤ <1).Проведем раздельную аппроксимацию ПХ функциями Бесселя для действительных и мнимых частей нелинейной модели УМГС (4):LK g (U )  k(U ) cos (U )   bgs J L ( sU ),(5)K m (U )  k(U )sin (U )   bms J L (sU ).(6)s 1Ls 1Аппроксимацию выполним методом наименьших квадратов2zLKcosbJ(sU) k gs L  min,kk 1 s 1(7)2zLKsinbJ(sU)kkmsL  min,k 1 s 1(8)где z – число точек аппроксимации ПХ.Формулы (5) и (7) отражают соответственно аппроксимацию действительнойчасти модели, а (6) и (8) – мнимой.

В формулах kk и k – k-е значения координатАХ и ФАХ в точках zk. Соотношения (7) – (8) приводят к простой формуле для вычисления комплексных амплитуд сигналов и ИМИLNM ( K1 , K 2 ,..., K N )   bs  J K L (su вхL ).s 1(9)i 1Из приведенных формул и расчетов следует, что влияние неравномерностиФАХ имеет существенное значение и при Kφ > (2…2,5) уровни ИМИ могут превышать уровень, вызванный нелинейностью АХ.

На рисунке 6 приведена структурнаясхема программы аппроксимации ПХ УМГС и расчета комбинационного спектра.В третьей главерассмотрены вопросы моделирования многолучевых сигнальных и помеховых (излучений ИМИ)ДН систем спутниковойсвязи. Общее выражениеуравнения любой диаграммы направленностилинейной решеткиNF ( r )   ai EPi (, )e jkri rˆ ,i 1Рисунок 6 – Структурная схема программы аппроксимации11ПХ УМГС и расчета комбинационного спектра(10)где N – количество элементов решетки; ai –амплитудаэлемента;EPi – ДН каждого эле-мента; k = 2π/λ – волновое число; ri – координатный вектор i-го элемента;странственный единичный вектор;– фаза элемента.С учетом управления положением ДН из уравнения (10) получим– про-NF (r )   ai EPi (, )e jkri rˆ e jkri rˆ0 ,(11)i 1где r̂0 – единичный вектор, соответствующий углу сканирования.Формула (11) есть модель уравнения для дальнего поля излучения, в которомсуммарное поле равно произведению ДН каждого элемента и множителя решеткиF(r) = EPi(θ,φ)AF(r),(12)где AF(r) – множитель ДН решетки в дальней зоне(13)Трехмерное пространство отображается в двухмерное с помощью синускосинусного пространства координат, которое представлено переменными: u= sinθcosφ,v = sinθsinφ и w = cosθ.

В двумерном случае шаг решетки в x и y размерности обозначимсоответственно как dx и dy. Количество элементов в направлении x будет представлен М,а в y направлении – N. Общее число элементов M×N.Уравнения для координат x-y позиции k-го элемента в решетке:xm = [m – 0,5( M + 1)]dx,m = 1,…, M.(14)yn= [n – 0,5(N + 1)]dy,n = 1,…, N,(15)Тогда в полярной системе координат уравнение ДН сигналов и ИМИM .NAF ()   aiехр j[kxi sin()cos()  kyi sin()sin()].(16)iВыражение (16) при сканировании лучей ДН модифицируется как:M ,NAF ()   ai e j[ kxi sin( )cos() kyi sin()sin( )] j[ kxi sin( )cos( )kyi sin(  )sin( )].(17)iМоделирование излучаемых ИМИ в УМГС ССС.

Сигнал на входе k-го УМГСN(18)u ( k , t )   U nk e j (2 f nt+ nk ) ,n 1где Unk – амплитуда, φnk – начальная фаза, fn – несущая частота n-го сигнала.Выходной сигнал состоит из суммы амплитуд несущих и ИМИ:М Nu0 ( k , t )   M ( L p )eхр  j  ln (2f nt + nk )  ,Lp n1где LP – вектор принадлежит множествуNNL  l1 , l2 ,..., lN  ,  ln = 1, и  ln = 1, или 3 .n 1n 1l(20)NNЗдесь(19)n= 1 несущие, а составляющие ln = 3 – ИМИ-3.n 1n 1Для индексов р существуют целые числа от l1 до ln. Мощность ИМИSNM ( Lp )  s  Jln (U nk s).s 1n 112(21)Элементарные поля складываются и суммарное поле рассчитывается и длянесущих и для ИМИ на основе коэффициентов возбуждения и ИМИ в дальней зоне.

Суммарная ДН Pp(θ) для сигналов и ИМИ определяется суммированием по (21)K Nj 2Pp () = M ( Lp ) exp(cos n xk  sin n yk )sin n  exp j lnnk .pk 1 n 1(22)где λр – длина волны р-го входного сигнала, частота которого задается согласноN ln f n в декартовых координатах элементов массива (xk, yk) и (θn, φn).n 1На рисунке 7 показаны модели нелинеаризованных (а,б) и линеаризированных(в,г) диаграмм мощности 5-лучевой 16-элементной решетки.Рисунок 7 – Диаграммы распределения мощности сигналов и ИМИ 5лучевойВ четвертой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, оценки предложенных методов и устройств линеаризации передающих трактов перспективных систем спутниковой связи с зональным обслуживанием.

В диссертации разработаны линеаризированные УМГС с программно-13аппаратным корректором передаточных характеристик и параметров паразитногоизлучения многолучевых ДН антенных решеток систем спутниковой связи.В частности был рассмотрена модель УМГС в виде обобщенной функциональной модели (ОФМ), АХ которого описана нелинейным функциями УрысонаN1 (23)xn y n  f k ( xn-k )  .f 0 k 1На рисунке 8 представлены результаты работы системы линеаризации на основе нормированной нелинейной и «инверсной» передаточных АХ УГМСВосновном в диссертации исследован разработанныйчисленноаналитическийметод анализаспомощьюспециализированного софтакомпьютернойматематикинелинейныхУМГС по экспериментальным ПХ и поРисунок 8 – Результат работы корректора УМГС на основе функций результатам ихаппроксимаУрысона:1 – нормированная нелинейная АХ; 2 – график требуемой «инверс- ции функциями Бесселя.

Характеристики

Список файлов диссертации