Реферат на тему: Теоретический анализ комбинационных помех , обусловленных побочными колебаниями гетеродина в КВЧ

Введение

Анализ формы электрических сигналов в различных областях промышленности, таких как радиотехника, электроника, техника связи, обеспечивает возможность получить информацию о качестве радиоустройств, линий связи, технологических процессов и других. Полное описание сложной периодической функции времени осуществляется путем определения амплитуд и фаз спектральных компонентов этой функции. Расширение частотного диапазона в область миллиметровых длин волн стало необходимым из-за загруженности освоенных ВЧ и СВЧ диапазонов, а также в связи с потребностью использования радиоэлектронных средств (РЭС) для решения различных новых задач. В большинстве ситуаций достаточно знать информацию об амплитуде и частоте составляющих спектра сигнала, то есть об амплитудном спектре. Изучение неосновных колебаний в высокочастотных трактах и различных радиосистемах, а также эффективное использование ресурсов электромагнитного спектра и предотвращение возникновения взаимных радиопомех имеют большое значение. Для контроля неосновных радиоизлучений и побочных излучений радиопередающих устройств, которые занимают общий частотный диапазон и могут помешать другим сигналам, используются специальные приемные устройства - панорамные приемники и анализаторы спектра последовательного действия (АС ПД). Они позволяют определить источник помех и их характер. Это необходимо для обеспечения бесперебойной работы радиосистем и минимизации вмешательства одного сигнала в другой. Таким образом, контроль радиоизлучений и побочных колебаний является важной задачей, которая требует использования специальных устройств и аппаратуры для мониторинга и анализа радиочастотного спектра. При разработке спектральных анализаторов учитывается возможность минимизации комбинационных помех в заданном диапазоне частот. Однако, полное устранение этих помех невозможно. Имеется свободный интервал амплитудной характеристики анализатора по его входу, ограниченный снизу уровнем комбинационных сигналов и сверху максимально допустимым уровнем измеряемого сигнала. Когда комбинационные отклики незначительно превышают шумы анализатора, этот интервал называется динамическим диапазоном по комбинационным помехам. Главным фактором, определяющим динамический диапазон по комбинационным помехам в анализаторах спектра миллиметрового диапазона, является КВЧ преобразователи входных сигналов. В процессе освоения мм диапазона длин волн на ранних этапах отдали предпочтение гармониковым преобразователям частоты и использованию анализаторов спектра в связи с их способностью быстро и с минимальными затратами решать первоочередные задачи измерения. Специальным преимуществом гармониковых акустических систем ПД является то, что они достаточно просты в использовании. Тем не менее, они обладают неудовлетворительной чувствительностью и малым диапазоном динамики, который не свободен от комбинационных помех. Такие проблемы могут быть решены с помощью акустических систем ПД, в которых происходит преобразование спектра КВЧ-сигналов посредством гетеродинного преобразования на первой гармонике. Возможны следующие способы преобразования сигналов для спектрального анализа: использование гетеродина на фиксированной частоте КВЧ диапазона или использование перестраиваемого гетеродина КВЧ диапазона, который формируется путем умножения сигнала гетеродина СВЧ базового анализатора. Фиксированные гетеродины применяются, когда необходимо проанализировать спектр сигналов в узком диапазоне частот, не превышающем 10-12 ГГц. Для выполнения необходимых исследований сигналов в полном частотном диапазоне волновода, применяются гетеродины с возможностью перестройки, которые могут охватывать все частоты этого диапазона. Образование такого гетеродина с КВЧ осуществляется путем умножения частоты, определяемой СВЧ-генератором. Тема моей дипломной работы - исследование комбинаторных помех в КВЧ преобразователях, которые возникают при использовании неоднородных сигналов гетеродина. Рассмотрим спектр сигнала гетеродина на выходе умножителей. В этом спектре, помимо основного сигнала, используемого в преобразователях колебания, присутствуют дополнительные компоненты с частотами, кратными частоте задающего генератора. В моей работе я буду исследовать их влияние и разрабатывать методы сокращения этих побочных составляющих. Работа по исследованию помех в преобразователях частоты, которые работают на первой гармонике гетеродина-умножителя, направлена на две основные задачи: во-первых, провести расчеты относительных уровней комбинационных помех, а во-вторых, провести экспериментальную проверку этих результатов.

В ходе теоретического анализа комбинационных помех, вызванных побочными колебаниями гетеродина сверхвысокой частоты в миксере спектральных анализаторов, были рассмотрены различные аспекты этой проблемы. Имеются работы [1], [4], [7], где обсуждается вопрос о расчете относительного ослабления амплитуд комбинационных составляющих (продуктов преобразования). Чтобы рассчитать комбинационные искажения, необходимо математическое определение вольт-амперной характеристики диода, которую можно представить разными методами аппроксимации: через ряды Вольтерра, экспоненциальное представление или степенной ряд. Из-за сложности вычислений первый метод, который мы выбрали для решения задачи, оказался неприемлемым. В ходе нашей работы мы провели расчет комбинационных искажений для двух видов аппроксимации вольт-амперной характеристики смесительных диодов. В первом случае мы использовали степенной ряд для представления вольт-амперной характеристики диода, а во втором случае - экспоненциальное представление.

Оглавление

- 1.Введение 3

- Теоретический анализ комбинационных помех , обусловленных побочными колебаниями гетеродина в КВЧ смесителе анализатора спектра

- Метод аппроксимации вольт - амперной характеристики диода экспоненциальной функцией

- Метод аппроксимации вольт - амперной характеристики диода степенным рядом

- Расчет и экспериментальное измерение относи- тельных уровней комбинационных помех

- Исследование уровней побочных колебаний в сигнале гетеродина

- Расчет и исследование уровней комбина- ционных помех в смесителях

- Измерение относительных уровней комбина-ционных помех в анализаторе спектра

- 4. Заключение. 21

- 5. Список литературы. 22

- Техника безопасности

Заключение

Анализ теоретических результатов позволяет использовать результаты комбинационных помех первого порядка в анализаторах спектра с преобразованием на первой гармонике для расчета схем анализаторов с умножителями частоты в гетеродинном тракте. Рассмотрены два варианта формирования гетеродинного сигнала: с использованием волноводного умножителя на 3 и на 2. В первом случае мощность основного колебания гетеродина недостаточна для достижения оптимальных параметров смесителя. Метод аппроксимации ВАХ диода степенным рядом является наиболее подходящим для получения результатов, близких к экспериментальным. При использовании этого метода, оценка, полученная по формуле (2.2.10), совпадает с данными, представленными в таблице 1. Для второго случая рекомендуется использовать метод аппроксимации ВАХ диода экспонентой, так как он дает наиболее точные результаты при расчете уровней комбинационных помех. Оценка уровня комбинационной помехи по формуле (2.1.13) показывает на 2 дБ меньший результат по сравнению с относительным уровнем побочного колебания, полученным в эксперименте без учета рассогласования на гетеродинном входе смесителя. Данные в таблице 1 показывают, что уровень комбинационной помехи составляет 5 дБ относительно уровня побочного колебания. Исследования показывают, что уровни помех в АС мм диапазона, вызванные побочными колебаниями в сигнале гетеродина, могут обеспечить динамический диапазон АС, который не будет меньше величины ослабления побочного колебания, только если уровень мощности основного колебания гетеродина достаточно высокий. Для смесителя, исследованного на волноводе сечением 7,2x3,4 мм, этот уровень должен быть не ниже 10 мВт.

Список литературы

1. Н.W.Pollack, М.Е.Engelson. The Microwave Jornal. 1962, Dec.

2. А.М.Щерба "Труды учебных институтов связи",серия "Радиоиз-

мерительная техника", 1969г.,вып.2.

3. Л.С.Гуткин "Преобразование СВЧ и детектирование",Госэнерго-

издат, 1953г.

4. Л.Р.Деречинский "Вопросы радиоэлектроники",серия "Радиоиз-

мерительная техника", 1969г.,вып.2.

5. Е.Янке, Ф.Леш, Ф.Эмде "Специальные функции",

Изд."Наука", 1968г.

6. Научно-технический отчет о НИР "Анализатор-ММ"(предварительный),

ННИПИ " Кварц " , 1997г.

7. Б.М. Богданович "Нелинейные искажения в приемно-усилительных

устройствах " /М , " Связь " , 1980г.

8. А.А. Залевский " Вопросы расчета и проектирования

панорамных измерительных приемников " /Вопросы Радиоэлект-

роники . Вып. 3 , серия Р.Т. , 1971г.