Исследование комбинационных помех в анализаторе спектра миллиметрового диапазона длин волн (135857)

Посмотреть архив целиком

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА


Исследование комбинационных помех в анализаторе спектра миллиметрового диапазона длин волн.


Содержание


1.Введение

2.Теоретический анализ комбинационных помех ,

обусловленных побочными колебаниями гетеродина

в КВЧ смесителе анализатора спектра.

2.1Метод аппроксимации вольт амперной

характеристики диода экспоненциальной функцией.

2.2Метод аппроксимации вольт амперной характеристики диода степенным рядом.

3. Расчет и экспериментальное измерение относи

тельных уровней комбинационных помех.

3.1 Исследование уровней побочных колебаний в сигнале гетеродина.

3.2 Расчет и исследование уровней комбина

ционных помех в смесителях.

3.3 Измерение относительных уровней комбинационных помех в анализаторе спектра.

4. Заключение.

5. Список литературы.

6. Техника безопасности.


1. Введение


В радиотехнике, электронике, технике связи и других отраслях промышленности анализ формы электрических сигналов позволяет получить информацию о качестве радиоустройств, линий связи, технологических процессов и т.д. Сложная периодическая функция времени полностью описывается амплитудами и фазами ее спектральных составляющих. В большинстве случаев достаточно иметь информацию об амплитуде и частоте составляющих спектра сигнала, то есть об амплитудном спектре. Загруженность освоенных ВЧ и СВЧ диапазонов, потребность использования радиоэлектронных средств (РЭС) для решения широкого круга новых задач вызвали необходимость дальнейшего расширения частотного диапазона в область мм длин волн. При этом важное значение имеют вопросы исследования неосновных колебаний в ВЧ трактах и радио излучений различных РЭС, а также контроль за рациональным использованием

РЭС, исключающим взаимные радиопомехи.

С целью контроля неосновных радио излучений и колебаний побочных излучений радиопередающих устройств, загружающие общий частотный диапазон, а также возможности установления источника помех и их характера используются панорамные приёмные устройства измерительные панорамные приёмники и анализаторы спектра последовательного действия ( АС ПД).

При конструировании анализаторов спектра с помощью различных мер предусматривается максимально возможное ослабление комбинационных помех в гарантируемой полосе обзора, однако устранить их полностью невозможно. Свободный от комбинационных составляющих интервал амплитудной характеристики анализатора по входу, ограниченный снизу уровнем комбинационных сигналов, а сверху максимально допустимым уровнем измеряемого сигнала, поступающего на смеситель (при котором комбинационные отклики незначительно превышают шумы анализатора), называют динамическим диапазоном по комбинационным помехам.

Динамический диапазон по комбинационным помехам в анализаторах спектра миллиметрового диапазона волн в основном определяются КВЧ преобразователями входных сигналов. Исторически на начальных этапах освоения мм диапазона длин волн предпочтение отдавалось гармониковым преобразователям частоты и анализаторам спектра с их использованием, так как это направление обеспечивает наиболее быстрое решение первоочередных измерительных задач с наименьшими затратами.

Достоинством гармониковых АС ПД является относительная простота, однако они имеют плохую чувствительность и малый динамический диапазон, свободный от комбинационных помех. Эти проблемы снимаются при использовании АС ПД с преобразованием спектра КВЧ сигналов на 1ой гармонике гетеродина. При этом возможны следующие варианты построения преобразователей:

с гетеродином на фиксированную частоту КВЧ диапазона ,

с перестраиваемым гетеродином КВЧ диапазона ,

формируемым путем умножения сигнала гетеродина СВЧ базового анализатора.

Фиксированные гетеродины применяются в случаях,

когда требуется выполнить спектральный анализ сигналов в относительно небольшом участке диапазона частот (не более 1012 ГГц).

В случае необходимости исследований сигналов в полном частотном диапазоне волновода используются перестраиваемые гетеродины, перекрывающие по частоте этот диапазон.

Формирование сигнала такого КВЧ гетеродина осуществляется умножением частоты задающего СВЧ генератора. В спектре сигнала гетеродина на выходе умножителей кроме основного, используемого в преобразователях колебания, содержатся побочные составляющие, кратные частоте задающего генератора. Исследованию комбинационных помех в КВЧ преобразователях, возникающих при немонохроматическом сигнале гетеродина и посвящена дипломная работа.

Целью работы по исследованию комбинационных помех в преобразователях частоты, работающих на первой гармонике гетеродина умножителя является:

расчет относительных уровней комбинационных помех,

экспериментальная проверка полученных теоретических результатов.


2. Теоретический анализ комбинационных помех,

обусловленных побочными колебаниями гетеродина

КВЧ в смесителе анализаторов спектра.


Вопросы расчета относительного ослабления амплитуд

комбинационных составляющих (продуктов преобразования)

нашли отражение в ряде работ [ 1 ], [ 4 ], [ 7 ].

Для расчета комбинационных искажений необходимо математическое задание вольт амперной характеристики диода, которая может быть представлена с помощью различных методов аппроксимации:

рядами Вольтерра;

экспоненциальном представлением;

в виде степенного ряда.

Первый метод для нашей задачи представляется неприемлемым ввиду громоздкости вычислений.

В нашей работе расчет комбинационных искажений проводился для двух видов аппроксимации вольт амперной характеристики смесительных диодов:

представлением вольт амперной характеристики диода степенным рядом;

экспоненциальным представлением вольт амперной характеристики.

2.1 Метод аппроксимации В.А.Х. диода экспоненциальной функцией.


Для расчета комбинационных помех, возникающих на выходе полупроводникового преобразователя частоты, обусловленных наличием побочного колебания в сигнале гетеродина, воспользуемся методикой, предложенной в работе [ 8 ].

В литературе [1 4] характеристику полупроводникового диода принято отображать экспонентой вида:
(2.1.1)

где ток через диод и приложенное к нему напряжение;

коэффициенты аппроксимации.

Пусть на вход преобразователя поступает напряжение:

(2.1.2)


где амплитуды и частоты составляющих входного

напряжения соответственно.

Подставляя в выражение (2.1.1) значение напряжения (2.1.2), получим:

(2.1.3)

Величину можно разложить в ряд по модифицированным функциям Бесселя [ 5 ]:

(2.1.4)

С учетом разложения (2.1.4) ток равен:

(2.1.5)

После перемножения из формулы (2.1.5) можно извлечь выражения всех спектральных составляющих тока на выходе полупроводникового преобразователя частоты. Комбинационные составляющие, образующиеся в результате взаимодействия всех компонент спектра входного сигнала, имеют амплитуды:

(2.1.6)


и частоты

Воспользуемся приведенными выше формулами для расчета относительного ослабления комбинационных помех.

Считаем, что на вход преобразователя поступают напряжения:

гетеродина

измеряемого сигнала

где амплитуда и частота основного колебания гетеродина;

амплитуда и частота побочного колебания в сигнале гетеродина;

амплитуда и частота входного сигнала.

В результате основного преобразования (K1=1, K3=1) на промежуточной частоте образуется составляющая тока с амплитудой:

(2.1.7)

В процессе взаимодействия побочного колебания гетеродина и входного сигнала (K2=1, K3=1), на промежуточной частоте образуется составляющая тока с амплитудой:

(2.1.8)

Рассчитаем относительное ослабление комбинационной помехи:

(2.1.9)

Для упрощения дальнейших вычислений будем

предполагать, что . В таком предположении можно считать[ 8 ]:

(2.1.10)

(2.1.11)

(2.1.12)

Таким образом окончательная формула для расчета относительного ослабления комбинационной помехи имеет следующий вид:

(2.1.13)






2.2 Метод аппроксимации ВАХ диода степенным рядом.


Для исследования продуктов комбинационных преобразований в смесителе в случае малой амплитуды гетеродина воспользуемся аппроксимацией степенным рядом [1].

Рассчитаем уровень комбинационных помех для этого случая. Ток, протекающий через диод, запишем в виде:

(2.2.1)


где коэффициенты ряда;

входное напряжение.

Входное напряжение, как и в пункте 2.1.2, представляет собой сумму напряжений:

(2.2.2)

где напряжение и частота основного колебания гетеродина;

напряжение и частота побочного колебания гетеродина;

напряжение и частота входного сигнала.

Для исследования комбинационных помех в смесителе не выше третьего порядка воспользуемся аппроксимацией вольт амперной характеристики диода полиномом пятой степени [1]. Найдем выражение для тока диода. При расчете учтем только члены, дающие вклад в выходной ток преобразователя на промежуточной частоте. В случае когда напряжение смещения постоянного тока равно нулю, вклад в выходной сигнал на промежуточной частоте дадут только члены полинома с четными степенями. Тогда после подстановки (2.2.2) в (2.2.1) получим :


Случайные файлы

Файл
3476.rtf
116402.rtf
71261.rtf
akuctic.doc
ref-18546.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.