Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 22

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

Текст из файла (страница 22)

выходная мощность в линейном режиме транспондера, необходимая для работ в системах связи с ЧРК,является достаточно низкой. Выше рассматривалась только амплитудная нелинейность ЛБВ. С учетом нелинейности фазовой характеристики эти показателитолько ухудшаются. Суммарное влияние амплитудной и фазовой нелинейностей в УМ ЛБВ можно оценить путем следующего подхода.Запишем выходной сигнал y(t) в следующем виде, учитывающем амплитудную и фазовую нелинейности:123y (t )  g  A(t )   cos 0  t    A(t )     .(6.18)При входном сигнале x(t )  A(t )  cos 0  t    выходной сигнал y(t) можетбыть разложен на 2 квадратурные составляющие – синфазную и квадратурную – следующим образом:yсн (t )  gсн [ A(t )]  cos(0  t   ),(6.19)yкв (t )  gкв [ A(t )]  sin(0  t   ).При этомgсн ( A)  g ( A)  cos ,(6.20)gкв ( A)  g ( A)  sin  .Это разложение будет соответствовать структурной схеме, показаннойна рис. 6.6.gсф(А)yсф(t)x(t)Σgкв(А)Φ=90oy(t)yкв(t)Рис.

6.6. Структурная схема синфазно-квадратичного разложениянелинейности в основной полосеДанное разложение позволяет получить средство для выполнения предыскажающей компенсации, позволяющей линеаризировать нелинейность амплитудной и АМ / ФМ характеристик ЛБВ. Как видно из рис. 6.6, сигналы двух квадратурных каналов линейно независимы и, таким образом, спектры всех продуктов нелинейности являются суммой спектров отдельных каналов. Также, в связи с тем что нелинейности отдельных каналов только амплитудные (без фазовых искажений), мгновенная передаточная функция амплитуды сигнала и мгновенная передаточная функция огибающей в синфазном канале связаны преобразованием Чебышеваg сн ( A) 12  Gсн  Acos   cos  d ,0где Gсн – безынерционная амплитудная (синфазная) нелинейность.124(6.21)При малых искажениях АМ / ФМ преобразования все влияние фазовой нелинейности сосредоточено в квадратурном канале и примерно составляетgкв ( A)  g ( A)   ( A) .В диапазоне СВЧ квадратурное разделение сигналов легко осуществляетсягибридными соединениями.

Путем разработки соответствующих схем инастройки их на реальные характеристики нелинейности в каналах стало возможно построить эффективные линеаризаторы на входе ЛБВ и таким образомсущественно поднять величину линейной мощности УМ ЛБВ при специфицированном уровне IM помех.Эффект от применения специальных линеаризаторов в УМ на ЛБВ можнопоказать на примере БРК КА Ямал-200. Здесь на УМ ЛБВ, работающих в С- иKu-диапазонах с мощностями порядка 100 и 150 Вт соответственно, были получены IM 3-го порядка с уровнем 22 дБ при снижении выходной мощности на 3дБ. При отсутствии линеаризаторов такого уровня IM можно было достигнутьпри снижении выходной мощности более чем на 6  7 дБ.Рассмотрим IM процессы в приемном устройстве.

В БРК (с одним преобразованием) в приемном устройстве взаимодействуют одновременно сигналывсех транспондеров, модель загрузки сигналами представлена на рис. 6.7.Рис. 6.7. Модель загрузки сигналами несущих приемного устройства РТР:W – полоса транспондера; B – частотный разнос между центральнымичастотами; F – общая полоса приемного устройства; N – число транспондеров;k – число несущих в транспондереДанная модель состоит из N групп сигналов, равных числу транспондеров ичислу К несущих в каждом транспондере. Такая модель рассмотрена в [1], гдеприменительно к модели жесткого ограничителя показано изменение общеймощности продуктов искажений в центральной группе каналов (наиболее неблагоприятной) в функции от суммарной мощности NK.

Соответствующий график приведен на рис. 6.8, из которого видно, что при плотной расстановке стволов B / W  1 мощность IM продуктов в центре частотного ствола центральногоканала почти на 10 дБ ниже уровня загрузки и затем она спадает к краям стволов почти на 4 дБ. Применительно к приемному устройству более корректной125Мощность продуктов искажений вединицах P/NK в центре группыявляется модель мягкого ограничителя с характеристиками в виде функцийошибки erf. Характеристика порога ограничения, эквивалентная мощностинасыщения ЛБВ, в приемном устройстве соответствует уровню «бланкирования» приемника и должна находиться не меньше 10  15 дБ от максимальноговходного уровня сигнала. Используя (6.16), получим, что максимальная мощность продуктов IM искажений 3-го порядка в полосе приемного устройствасоставит порядка 30–40 дБ.

При этом следует иметь ввиду, что не вся эта мощность попадет в полосу собственного и других транспондеров, так как будетэффективно фильтроваться IMUXом. При снижении уровней загрузки сигналомуровень IM помех будет уменьшаться в соответствии с ранее приведенным правилом (формула (6.13)).

Следует отметить, что для приемных устройств характерна только амплитудная нелинейность.0,120,100,080,060,040,022,02,53,03,5Относительный разброс4,04,5Рис. 6.8. Распределение мощности продуктов IM искаженийв центральном канале для предельного ограничителяКак видно из вышеизложенного, IM помехи в приемном устройстве должныучитываться, но не являются таким проблемным фактором, как в УМ ЛБВ.6.5. Пассивные интермодуляционные помехиВ многоствольных БРК (свыше 8–10 стволов) с высокой выходной мощностью транспондеров (100–150 Вт) суммарная выходная мощность от всехтранспондеров после сложения в OMUXе, поступающая через соединительные волноводные тракты в АФУ БРК, может составлять 800–1500 Вт, а пиковая – десятки кВт.

При таких мощностях многие пассивные устройства (выходные тракты OMUX РТР, волноводные тракты, облучатели антенн, средстваих термозащиты) могут проявлять нелинейные свойства, выражающиеся в нелинейной зависимости их амплитудных передаточных характеристик от вели126чины проходящей мощности. Физическая причина нелинейности связанаглавным образом с нелинейной зависимостью электронных поверхностныхтоков, возбуждаемых проходящими электромагнитными полями высокойнапряженности.

Обычно нелинейность проявляется в местах расположениястыков в волноводных линиях, неоднородностях, загрязняющих пленках. Характер этих нелинейностей практически не поддается регулярной оценке, ноусловия появления в значительной мере зависят от соблюдения определенныхправил проектирования и производственной гигиены.При появлении амплитудной нелинейности многочастотный сигнал образует в соответствии с процессами, рассмотренными в параграфе 6.5, применительно к нелинейностями, аппроксимируемым спектральным рядом Тейлора,IM продукты нечетного порядка и гармоники четного порядка.

Эти виды интермодуляционных частот называются пассивными интермодуляционными(PIM). PIM, возникающие в выходных трактах БРК, существенно ниже (на порядки) уровня IM, возникающих в активных приборах РТР (как указывалось впараграфе 6.5, допустимый уровень IM помех относительно сигнала в ЛБВ20–25 дБ, в приемном устройстве – 40–50 дБ).

Опасность PIM помех состоит втом, что они возникают за фильтровыми устройствами РТР (IMUX, OMUX),поэтому имеют расширенный, нефильтрованный спектр, могущий попасть вприемный тракт.При этом PIM продукты, лежащие в приемном диапазоне частот через передающую и приемную антенны БРК (в случае раздельных антенн) или черезэлектрические связи в тракте АФУ при совмещенной на прием (передачу) антенне, могут попасть на высокочувствительный вход МШУ приемногоустройства РТР и вызвать крайне неблагоприятные последствия для функционирования БРК: ухудшение добротности G/T, ухудшение спектральных характеристик и даже возбуждение БРК.Как следует из вышесказанного, уровень ограничения PIM помех будет зависеть от предельной чувствительности транспондеров (т.е.

минимальногоуровня сигнала загрузки) и реализованной между трактами передачи и приемаразвязки на частотах приема. Пусть предельная чувствительность составит–130 дБВт, развязка между приемными и передающими трактами  40 дБ, тогда уровень PIM помехи, сопоставимой с предельной чувствительностью, составит –90 дБВт. Для БРК, содержащего, например, 8 стволов с выходноймощностью транспондера 140 Вт, суммарная мощность выходного сигналасоставит +30 дБВт. Пусть уровень PIM помех не будет превышать уровень IMпомех в УМ ЛБВ (т.е. быть порядка –20–25 дБ).

Отсюда видно, что PIM помехи должны быть ослаблены по отношению к суммарной мощности УМ на величину порядка 140–150 дБ, т.е. почти более чем на 10 порядков ниже уровняIM, возникающих в полосах транспондеров от активных приборов.Как и для всяких IM, наибольшую суммарную мощность имеют PIM болеенизких порядков (3, 5, 7). При загрузке БРК центральными частотами стволовпорядок комбинационных частот легко просчитывается, и если имеется возмож127ность, например при выборе частотного плана, целесообразнее избегать попадания PIM частот 3-го и 5-го порядков в приемный диапазон частот (желательнорасполагать их вне рабочей полосы преселектора приемного устройства).Следует также иметь ввиду, что, как было установлено в параграфе 6.5,увеличение числа несущих в стволах транспондера будет размывать спектрPIM m-го порядка по диапазону частот, занимаемых соответствующими IMкомбинациями с наибольшим распределением мощности спектрального продукта в диапазоне частот передачи (а они в силу малости PIM на этих частотахне являются опасными) и уменьшением мощности на «хвостах», на которых ибудут располагаться опасные диапазоны приемных частот.Необходимо также иметь ввиду, что в реальных системах связи транспондеры загружают модулированными несущими.

Модель выходного сигналаБРК можно представить в следующем виде:N A (t )  cos(  t   (t )),i 1iii(6.22)где vi (t )  Ai (t )  cos(i  t  i ) – амплитуда сигнала транспондера со случайнойамплитудой Ai (t ) , случайной фазой i и средней частотой частотного стволатранспондера. Здесь модель сигнала отдельного транспондера представлена ввиде узкополосного шумового сигнала [19]. При действии амплитудной нелинейности на такой сигнал при комбинационном взаимодействии образуетсяPIM m-го порядка с распределенным спектром.

Характеристики

Список файлов книги