Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [65] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

растать (<рг = фс), либо уменьшаться (фг = фс - я) на вполне определенную величину кС!с, где к - коэффициент передачи схемы.

При воздействии на вход приемника импульсных помех фаза вынужденных колебаний на выходе узкополосного усилителя является случайной величиной, распределенной по закону равномерной плотности в пределах от 0 до 2л. Случайность фазы напряжения помехи приводит к тому, что в среднем приращение тока детектора существенно уменьшается при наличии вспомогательного гетеродина по сравнению со случаем использования обычной схемы ШОУ.

Пусть напряжения гетеродина и помехи равны

ыг (0 = Ur cos a0t и ип (0 = Uu cos (со0/ + фп) соответственно. Тогда суммарное напряжение будет Ux(t) = Ut [(--)2 + 2 --cosn+l]I/2cos(«0r + a),

(8.3.20)

, / (Уг 4-£/п cos ij)n N , я

где oc = arctg--„ ,„ +-

V t7nsinil>n J 2

Относительное приращение амплитуды колебаний определяется соотношением

j£ + 2 icos-b О"- П.

Здесь A (J = (72 - UT - приращение амплитуды колебаний на входе детектора, вызванное появлением помехи, а

.1 /2

Следует добавить, что при отсутствии напряжения гетеродина приращение амплитуды колебаний и соответственно уве-

Вспсмогательный гетеродин

Широкополосный усилитель

Ограничи-

Узкополосный усилитель

Амплитудный детектор

К Выходному

тель

устройству

*ис. !i.10. 392

Рис. 8.11.


личение постоянной составляющей тока детектора определяется амплитудой Ua помехи. В частном случае, при Un = Ur получим

Д(7/(7п = 1/2(1+со5фп)-1, (8.3.21)

а среднее значение относительного приращения составит

=[/2(1+со5)-1]Лфп = 0,27.

График зависимости AU/Un от фп показан на рис. 8.11.

Применение вспомогательного гетеродина позволяет существенно уменьшить эффективность помехи. Зная закон уменьшения отношения AU/Un в зависимости отфп, можно определить вероятность того, что значения этого отношения не будут выходить из заданных пределов

p(-j-<y)= j ИФп)л»„, (8.3.22)

где w (фп) - плотность распределения фазы помехи; фп1 и фп2 - граничные значения интервала изменений фп, в пределах которого выполняется соотношение AU/Un <: у. Для равномерной плотности распределения вероятностей ф„

р(Ж<7) . (8.з.23)

Так, вероятность того, что увеличение амплитуды суммарного колебания не превысит половины амплитуды помехи, составляет 0,55. Вероятность же того, что ее уменьшение не превысит половины амплитуды помехи, оказывается для Ua = равной 0,83,



Схема ШОУ, эффективно подавляющая импульсные помехи, не только не улучшает, но даже несколько ухудшает отношение сигнал/помеха при воздействии помех типа белого шума. Известно [39], что если имеется идеальный полосовой ограничитель с характеристикой UBblx = 0 при UBX < О и Uвых-UQrp при UB1>Uorp и на входе этого ограничителя действуют синусоидальный сигнал и белый шум, то амплитуда сигнала на выходе ограничителя определяется формулой

Uс вы* = <7огР е~°• 5?oVp [/0 (0,5#гр) + Л (0,59oVP)],

(8.3.24)

где [/огр - уровень ограничения; qlrp = Щвх/2 а2швх - отношение сигнал/шум на входе ограничителя, т. е. после широкополосного фильтра; /0 (х) и 1Х (х) - функции Бесселя от мнимого аргумента х. При очень больших значениях

<7огр

I0$,bqlrp)ttlx{Worp)-

ехр (0,5?огр).

Яогр V"

В этих условиях амплитуда £/Свых сигнала на выходе ограничителя максимальна и составляет

((•вых)макс & 2 6/0Гр/я. (8.3.25)

Следовательно, максимальное значение мощности сигнала на выходе ограничителя равно (при R = 1 Ом)

огр = (с вых)макс = (с вых)мако =2с/гр/П2. (8.3.26)

Здесь следует подчеркнуть два обстоятельства. Во-первых, указанное значение мощности (при достаточно сильном сигнале) не зависит от мощности сигнала на входе, а определяется только уровнем ограничения U0:p. Во-вторых, эта мощность перераспределяется между сигналом и шумом; при qlrp <С 1 ее можно считать равной мощности шума на выходе ограничителя в пределах основной спектральной полосы (вблизи частоты /0), и квадрат отношения амплитуды сигнала на выходе ограничителя к ее максимальному значению можно принять равным отношению сигнал/шум на входе ограничителя. Для qp С 1 приближенно выполняются равенства:

/о (0,5</ЗгР) « 1. Ii (0,bqlrp)» 0,25 q*rp, е- о. sqlrp « 1. 394

(8.3.27)

что окончательно приводит к выражению


(8.3.28)

Следовательно, при слабом сигнале наличие в приемном тракте ограничителя приводит к уменьшению отношения сигнал/шум в я/4 раз. После фильтрации в узкополосном фильтре отношение сигнал/шум возрастает в А/ш/А/у раз и становится равным

V Ш /вых 4 Д/у

Практически такое же отношение сигнал/шум можно получить при исключении схемы ШОУ и замене ее узкополосным фильтром, согласованным с сигналом. Отличие при использовании линейного фильтра заключается только в множителе 0,25я.

Исследование изменения отношения сигнал/шум в схеме ШОУ аналитическим путем при qorp « 1 представляет серьезные трудности. Такое исследование было выполнено методом математического моделирования [58]. Сравнивались два устройства по отношению сигнал/шум на выходе при заданном значении их отношения на входе. Схема одного из устройств изображена на рис. 8.3, а во втором устройстве вместо схемы ШОУ использовался фильтр, согласованный с одиночными импульсными сигналами.

Моделировался сигнал, представляющий собой последовательность N радиоимпульсов с прямоугольной огибающей. Накопитель сигналов в выходном устройстве был согласован с длительностью пачки, а узкополосный фильтр схемы ШОУ - с одиночными импульсными сигналами. Полосу пропускания широкополосного фильтра можно было изменять в значительных пределах. Отношение эффективных мощностей сигнала и шума на входе




(ф)ь%[(С1Ш)ы„дБ


I J-1-1-J-rVr-

0 5 tO 15 20 25 30 /lfui/Щ

где Яш р„ определяет мощность шума в полосе А/ш, изменялось от 0 до 18. Результаты моделирования показывают, что уменьшение отношения сигнал/шум при использовании схемы ШОУ зависит от соотношения полос Д/ш и Д/у (рис. 8.12). При Д/ш/Д/у < 10 потери резко возрастают, достигая 3-4 дБ.

Серьезным недостатком схемы ШОУ является возникновение перекрестных искажений при одновременном попадании в широкую полосу входного усилителя полезного сигнала и сигнала мощной мешающей станции, частота которой /п существенно отличается от частоты /0. Если бы в качестве входного элемента приемника использовался узкополосный фильтр, то при /D - f01 > 0,5 Д/у помеха была отфильтрована. Наличие на входе приемника широкополосного усилителя, после которого включен амплитудный ограничитель, приводит к проникновению помехи в узкополосный тракт приемника. Чтобы показать это, предположим, что на вход приемника поступает сумма напряжений сигнала и помехи

"вх М = UcCOS(u0t + nCOSCtV,

причем Uc € UB, а со0 - <оп> 2яД/у.

Обозначив со0 - соп = Q и произведя замену

cosco,,/ = cos (соп + Q) t = cos со J cos Qt - sin cousin Qt,

получим

"вх (0 = (UccosQt + Uu) cos сл J - L/csinQisin сопг.

Множители при cosconr и sin a>ut можно рассматривать как медленно меняющиеся функции времени (так как Q < соп) и представить uBZ (г) в таком виде:

"вх (0 = U (t) cos [<оп/ + <р (01, 396

(8.3.30)

U(t) = Y(Uu + Uc cos Q tf + U\ sin2 Qt

Ф (/) = arctg

Uc sin Qt Un-\-Uc cos Qt

Uc U„

sin Qt.

Предполагая, что уровень ограничения ниже наименьшего значения огибающей результирующего колебания, получаем на выходе ограничителя

"вых(0 = иcup со& [®J + -sinQ/j

(8.3.31)

Из формулы (8.3.31) видно, что на выходе ограничителя образуется фазомодулированное колебание, спектр которого при (Uc/Un) < 1 включает три составляющие с частотами: «п. соП + Й "= со0 и соп - Q = 2 соп - со0. Через приемник пройдет только одна составляющая с частотой со0 и амплитудой равной Uorp = UJUn\ последнее обусловливает ее зависимость от амплитуды помехового сигнала.

Если помеха представляет собой, например, сигнал вещательной станции с амплитудной модуляцией, то программа этой станции будет прослушиваться на частоте со0. Так как полоса пропускания входного усилителя при использовании схемы ШОУ вынужденно выбирается во много раз больше полосы пропускания основного тракта приемника, то вероятность попадания в эту широкую полосу мешающих станций оказывается достаточно большой.

Для устранения этого недостатка в радиоприемниках используют схему ШПУ [84, 87], в которой вместо амплитудного ограничителя применяется управляемый прерыватель (рис. 8.13). Принимаемый сигнал анализируется с помощью схемы выделения помехи. Если входное напряжение имеет характеристики помехи, то указанная схема вырабатывает управляющее напряжение с7у, которое, воздействуя

uex(tj

Широкополосный усилитель

Прерыватель

Узкополосный усилитель

-Схема выделения помехи

Рис. 8.13.

К детектору



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [65] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82



0.0012