Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

При другом распределении фаз пики огибающей размываются (их длительность увеличивается, амплитуда уменьшается). На рис. 6.3. показан примерогибающей для нулевого и произвольного рассогласования фаз.При известной частотной расстановке сигналов с помощью специальных моделирующих программ на ЭВМ можно определить наиболее неблагоприятныйразнос фаз между несущими, при которых длительность выбросов огибающейбудет  T20 . Пиковая мощность этих выбросов P20 , согласно указанному вышекритерию европейского стандарта, для предотвращения мультипакторного разряда не должна превышать с запасом в 6 дБ допустимого критического значения пиковой мощности в зазоре (полости), порядок оценки которого был приведен ранее.В работе [17] получены предельные оценки снижения пикового напряженияFv многочастотного сигнала, состоящего из N несущих, при использованиикритерия T20 .

Оно описывается следующей формулой:T Fv  ( N  1)  ln  20   N , Tн (6.6)где Tн – длительность пиковых выбросов многочастотного сигнала с равномерной расстановкой частот, разнесенных на частоту f .116––––––– сплошная кривая для несущих с нулевым фазовым рассогласованием- - - - - - пунктирная кривая для огибающей с рассогласованными фазами,оптимизированными для времени Т20Рис. 6.3. Вид огибающей для многочастотного сигналаиз 9 несущих с амплитудой 1 ВФормула (6.6) справедлива дляN  Fv  N . Если вычисленное значениеFv  N , тогда Fv  N . Если Fv  N , тогда следует брать Fv  N .

Очевидно, ограничение по мощностям Fp  ( Fv ) .2Формула (6.6) позволяет провести оценку электрической прочности зазоров(полостей) на отсутствие мультипакторного разряда при реальной суммарноймощности многочастотного сигнала. Хотя следует подчеркнуть, что она будетдавать несколько завышенные результаты, более точные оценки могут быть получены на математической модели.6.3.

Нелинейные процессы в тракте БРКРадиооборудование БРК проектируется на определенный динамическийдиапазон принимаемых сигналов. При превышении этого диапазона нелинейные свойства могут проявиться уже в приемных устройствах РТР. Даже в пределах динамического диапазона амплитудная характеристика РТР (зависимостьPвых / Pвх ) может быть существенно нелинейной из нелинейности амплитуднойи фазовой характеристик ЛБВ.

Типичный вид нормализованных характеристикЛБВ показан на рис. 6.4.117абРис. 6.4. Вид нормализованных характеристик ЛБВ:а – типовая нормализованная амплитудная характеристика ЛБВ;б – типовая фазовая характеристика ЛБВИз-за нелинейности характера амплитудных характеристик ЛБВ могут иметьместо следующие явления:1) максимальная мощность на выходе УМ на ЛБВ при загрузке многочастотным сигналом отличается от максимальной мощности при загрузке одним гармоническим сигналом. В спецификациях (или ТУ) на УМ ЛБВ обычно указываетсямаксимальная мощность при односигнальной загрузке. В зависимости от количества несущих с разными частотами максимальная суммарная выходная мощность118при загрузке многочастотным сигналом может отличаться от специфицированноймощности по загрузке одним гармоническим сигналом на 1  2 дБ. Понижениемощности при многочастотной загрузке связано с образованием интермодуляционных частот, процесс образования которых будет рассмотрен ниже;2) измеренные в полосе транспондера отношения сигнал / помеха в режименасыщения ЛБВ и линейном режиме будут отличаться на величину порядка5  6 дБ.

Это явление связано с известным в радиотехнике подавлением в ограничителях слабых сигналов сильными. Сигналы гауссова типа (например, шумовые или многочастотные с большим числом несущих) будут подавлятьсясильным сигналом на величину порядка 3 дБ;3) из-за присущего ЛБВ нелинейного АМ/ФМ преобразования при прохождении через УМ фазомодулированных сигналов будет иметь место перекрестный обмен модуляциями, т.е.

дополнительные помехи в сигналах при ретрансляции.Одним из проявлений нелинейных процессов в трактах БРК при прохождении многочастотных сигналов является появление интермодуляционных частот,которые будут рассмотрены в следующих разделах.6.4. Интермодуляционные частоты в активных приборах РТРАктивными приборами РТР являются приемное устройство и усилителимощности на ЛБВ. Именно в этих приборах при прохождении многочастотногосигнала, состоящего из N разделенных по частоте несущих, начиная с определенных уровней сигнала, проявляется нелинейная зависимость амплитуды(мощности) выходного сигнала от входного, что приводит к появлению в выходном спектре сигнала специфических выходных частот, называемых интермодуляционными.

Как указывалось ранее, в ЛБВ, кроме амплитудной нелинейности, имеется нелинейная фазовая характеристика, что также будет вызыватьинтермодуляционные искажения сигнала.Остановимся на интермодуляции, вызванной нелинейностью амплитуднойхарактеристики. Амплитудную характеристику любого электронного приборадля процесса интермодуляции в рассматриваемых активных приборах можнопредставить в виде степенного ряда Тейлора следующим образом:v0  a1  vi  a3  vi3  a5  vi5  ...,(6.7)где v0 – выходное напряжение сигнала, vi – суммарное входное напряжение,ai – константы, имеющие положительный или отрицательный знак.Пусть многочастотный сигнал будет состоять из n несущих равной амплитуды А.

Тогда119nvi   A  cos i  t   i .(6.8)i 1n  A22  Pti., AСуммарная мощность несущих Pti n2(6.9)С учетом (6.8) и (6.7) v0 можно представить после соответствующих тригонометрических преобразований в следующем видеnv0   Bn  cos i  t  i  t    IM  H ,(6.10)i 1где H будет состоять из гармоник сигналов k  i и будет отфильтровано фильтрами IMUX для приемного устройства и OMUX для УМ. Составляющие IM,представляющие собственно интермодуляционный продукт, имеют комбинационные частоты вида  n  f1  m  f 2  ...k  fi , в частности для 3-го порядка2  i  i1 , i  i 1  i 2 . Они могут попадать в полосы транспондеров, образуя IM помехи. Амплитуда Bn индивидуального сигнала, как показано в [18],будет равнаBn  a1 2  Pi  3  a3  Pti  1 1   n   n a1  n  22a P  1315  5   ti     ( n  1)  ( n  2)   ( n  1)  a1  n   62a105  7a13P   ti   n (6.11)341   ( n  1)  ( n  2)  ( n  3)  3  ( n  1)  ( n  2)  ( n  1)     .2424 Здесь первый член имеет физический смысл линейного усиления, а членывнутри скобок – компрессию усиления, связанную с нелинейностью амплитудной характеристики.

Наибольшую мощность имеют IM 3-го порядка, существенно превосходя уровень следующего 5-го порядка. Действительно, показано, что для рассматриваемого многочастотного сигнала соответствующие IMсоставляющие равны12033 2  Pti  2  2  a5  Ptiv21   a3    1 4 n   3  a3  na105  7a32137P    ti    (n  2)  (n  3)    n  2     ... ,612  n 3v111a3  2  Pti  2   1  10  52  n  a3210   12,5  15  (n  2) a7a3P  ti n 3   2  ( n  3)   2(6.12)1P   7  ti   1   (n  3)    n  3   n  4    ... ,2 n  455 2  Pti  2  49  a7  Pti   12 1      1   ( n  2)   ... .v32   a5  84  a5  n  7 n  Из представленных выражений вытекает несколько следствий:1) IM 3-го порядка вида i  i1  i2 по уровню на 3 дБ выше, чем типа2  i  i1 ;2) любая IM комбинация m-го порядка определяется по уровню не толькочленом полинома разложения амплитудной характеристики степени m, но и более высокого порядка k  m .

Например, уровни амплитуд напряжения 3-го порядка зависят главным образом от коэффициента полинома a3, но имеетсявклад и от коэффициентов полинома a5, a7 . Хотя, как правило, a5  a3 , поэтому этот вклад быстро уменьшается с увеличением n;3) уровни IM 3-го порядка зависят от изменения величины суммарной мощности P (дБ) по следующему закону:IM(дБ)  3  P.(6.13)Этот закон справедлив также для IM m-го порядка, полученного из представления амплитудной характеристики степенным рядом Тейлора, т.е.IM(дБ)  m  P.(6.14)Как видно из формул (6.11) и (6.12), для вычисления Bn и v111 , v 21 необходимо знание коэффициентов степенного ряда ai для многочастотного воздействия. Имеются методики (в частности, приведенные в [18]), по которым можновычислить эти коэффициенты из амплитудной характеристики, полученной изизмерений амплитудной характеристики на одной частоте.121При заданном расположении несущих частот многочастотного сигнала IMкомбинационных составляющих и их порядок легко просчитываются на ЭВМсуществующими программными средствами.По результатам этих расчетов можно выделить опасные IM, попадающиев полосы транспондеров, могущие создавать комбинационные помехи.

Следуетотметить, что число комбинационных помех при увеличении числа несущихсильно возрастает, причем по разным законам. Например, для комбинаций3-го порядка для сигнала, состоящего из N равномерно расставленных несущих,количество комбинаций вида 2  i  k равно N   N  1 , а несущих типаi  k  lравно N   N  1   N  2  / 2 .Например, для числа несущих 8 это количество будет составлять по IM3-го порядка типа 2  i  k на каждой частотной позиции по 3 (всего 24), адля комбинации i  k  l общее число IM комбинаций будет 168, причемраспределены они будут неравномерно по частотным позициям, примерно по 15на центральных частотах и 9 по краям.

Законы изменения числа IМ в зависимости от вида комбинаций будут наблюдаться и по IM других порядков, т.е. всегда будут преобладать определенные доминантные комбинации по количествуи, соответственно, несущие основную мощность.Как показано в статической радиотехнике [19], при большом количестве несущих многочастотный сигнал приближается по статическим характеристикамк гауссову процессу (типа шума с равномерным распределением мощности вполосе).

Воздействие такой модели сигнала хорошо изучено на классеустройств с предельными характеристиками, которыми можно аппроксимировать рассмотренные выше активные приборы РТР. Например, УМ на ЛБВ втранспондере в режиме насыщения с полосовым фильтром на выходе можноаппроксимировать предельным полосовым ограничителем, в линейном режиме(реализуемом, например, путем снижения мощности возбуждения на 3 дБ) –мягким полосовым ограничителем. Характеристики этих ограничителей показаны на рис.

6.5.Огрx(t)ПФ+аОгрx(t)y(t)-аПФ+а-аабРис. 6.5. Модели полосовых ограничителей:а – жесткого на уровне а; б – мягкого кусочно-линейного на уровне а.х(t) – стационарный ограниченный по спектру сигнал; y(t) – выходной сигнал;ПФ – полосовой фильтр; Огр – ограничитель122y(t)Для УМ на ЛБВ все IM продукты сосредоточены внутри ствола транспондера и по модели жесткого ограничителя составляют по мощности  11,5% и надругие рабочие полосы не могут попасть, благодаря фильтрации OMUXом. Примодели воздействия шумом (или многочастотным сигналом с большим числомнесущих N >> 1), как показано в [1], относительная мощность IM продуктовm-го порядка Pm по отношению к мощности сигнала составляетPm1 2.P m(6.15)Эта мощность распределена по всей полосе, занимаемой IM продуктом, и невся может попасть в полосу частот входного сигнала.

Общая мощность всехкомбинационных IM продуктов до 15-го порядка составляет примерно 20% отмощности сигнала. Поскольку в режиме насыщения УМ ЛБВ, как и следовалоожидать, уровень IM достаточно велик, то УМ использует линеаризованныережимы. Простейшей реализацией его является снижение уровня выходноймощности относительно уровня насыщения на определенную величину. Приэтом мощность IM продуктов значительно снижается и может быть оценена помодели мягкого ограничителя из следующего соотношения:Pm P,m  B0m 12(6.16)где B0 – коэффициент снижения выходной мощности.Исходя из (6.16), например, для комбинаций 3-го порядка P3, получимPcP m 2  B 2 , или c  9,54  2  B0 (дБ).P3P3(6.17)Таким образом, при снижении выходной мощности на 3 дБ уровень IM комбинаций 3-го порядка составит  15,5 дБ, а при снижении выходной мощностина 5 дБ IM3  20 дБ.Отсюда видно, что для обычно задаваемого в спецификациях на транспондердопустимого уровня комбинаций порядка 21–22 дБ уровень снижения выходной мощности ЛБВ должен составлять 5  7  дБ, т.е.

Характеристики

Список файлов книги