Рис.1 Структурная схема устройства контроля восприимчивости радиоприёмника к помехам
2. Разработка структурной схемы устройства
2.1 Расчёт основных системных показателей
В данном разделе даётся описание метода обобщенной (однокритериальной) оценки частотной избирательности радиоприёмника, а так же соображения о построении аппаратуры. Предполагается применение двухчастотного зондирования с имитацией статистических характеристик прогнозируемой электромагнитной обстановки. Были получены количественные соотношения, характеризующие метод, среди которых важнейшим следует считать формулы для расчёта минимального времени контроля; анализируются пути его уменьшения. Частотная избирательность радиоприемников (РПр) является важнейшей характеристикой, во многом определяющей способность радиотехнической системы к совместной работе с другими радиосредствами.
Резкое усложнение ЭМО и обострение проблемы ЭМС требуют учета взаимодействия непреднамеренных радиопомех (НРП) между собой на нелинейных элементах самого РПрУ. В связи с этим целесообразно применить многосигнальное (хотя бы двухсигнальное) воздействие. Прототипом описываемого здесь метода может служить известный [4] более чем 12 лет, разработанный в Минском радиотехническом институте, метод двухчастотного зондирования. Предлагается дальнейшее развитие метода, состоящее в следующем: зондирующие сигналы должны воспроизводить статистические свойства НРП, в частности по вероятностным распределениям несущих частот и мощности; конечный результат должен формироваться как интегральный, полученный при установке прогнозируемых условий работы РПрУ. Краткое описание метода опубликовано в [5,6].
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый метод, изображена на рис.2.1. Управление сканированием частот соответственно управляемых генераторов УГ1 и УГ2 в диапазоне Df, осуществляется програмно по линейному закону.
Выбор количества генераторов равного двум обусловлен тем, что большинство вопросов, связанных с влиянием интермодуляции, могут быть решены на основе изучения случая взаимодействия двух сигналов. Выбор двух сигналов обосновывается и тем, что вероятность проникновения на вход первого нелинейного элемента РПрУ одновременно трех и более помеховых сигналов с мощностью, достаточной для образования интермодуляции для большинства современных РПрУ значительно меньше вероятности проникновения двух сигналов с такими же параметрами, а сложность процессов, происходящих в РПрУ и время измерения значительно возрастают при увеличении количества взаимодействующих сигналов.
Если считать функции f1(t) и f2(t) случайными, то можно обеспечить соответствие вероятностных распределений w(f) в диапазоне частот Df заданной ЭМО. В частном случае можно имитировать равномерное распределение несущих частот непреднамеренных радиопомех (НРП).
Сигналы УГ1 и УГ2 после прохождения соответственно аттенюаторов АТ1 и АТ2 складываются в сумматоре (С).
Микроконтроллер управляет коэффициентом затухания управляемого аттенюатора АТ1 и АТ2, обеспечения изменение мощности зондирующего сигнала по заданному закону Р(t) в диапазоне DP (). При этом за время измерения имитируемое ансамблевое распределение мощностей испытательных сигналов аналогично вероятностному распределению w(Р), получаемому методом статистических испытаний за произвольный период времени.
Таким образом, контролируемый РПрУ подвергается воздействию двух сигналов, имеющих заданные вероятностные распределения частот w(f) и мощностей w(P), которые должны соответствовать распределениям, полученным на основе изучения или прогнозирования реальной ЭМО. Это существенно сближает условия измерения и эксплуатации.
В предлагаемом устройстве оценка частотной избирательности происходит косвенно, путём определения числа:
(2.1)
где -количество откликов на выходе контролируемого РПрУ, возникающих за время измерения и обусловленных как основным, так и не основными каналами приёма; - количество откликов, обусловленных основным каналом приёма.
Так как величина известна заранее, то аппаратурная реализация вычислений по выражению (2.1) не представляет значительного труда. Эту функцию выполняет вычислитель т.е. микроконтроллер.
Можно показать, что измеряемая величина монотонно связана с эквивалентной по числу проникающих сигналов полосой пропускания , являющейся расчётной статистической характеристикой, реальной частотной избирательности РПрУ.
Вид функциональной зависимости величин и , в общем случае, зависит от соотношения динамического диапазона радиоприёмника и диапазона мощностей помех, действующих на его входе.
При использовании метода существует проблема сокращения времени измерения. Пути решения проблемы могут быть определены, исходя из анализа, общего выражения для времени измерения, которое в первом приближении может быть получено из следующих соображений.
С определенной погрешностью можно считать, что динамические эффекты в контролируемом РПрУ отсутствуют, если скорость перестройки частоты испытательного сигнала не превышает величины:
(2.2)
где Гц - полоса пропускания контролируемого РПрУ.
На нелинейных элементах РПрУ интермодуляционные каналы приёма образуются преобразованием функций и по закону:
(2.3)
где и - целые числа; порядок интермодуляции.
Пусть скорость перестройки первого генератора намного больше скорости перестройки второго генератора . В этом случае скорость перестройки -ой гармоники первого генератора не должна превышать величины . При этом должно выполняться неравенство:
(2.4)
Подставляя в (2.4) выражение (2.2), получим:
(2.5)
При этом сканирование УГ1 в пределах диапазона Df произойдет за время:
(2.6)
При дискретном изменении частоты второго генератора в диапазоне Df дискретность не должна превышать величины .
Таким образом, количество перестроек второго генератора в диапазоне Df равно:
(2.7)
Минимальное время, в течении которого частота второго генератора УГ2 остается постоянной, не должно превышать времени . При этом перестройка УГ2 в диапазоне Df произойдет за время:
,
или, с учётом (6) и (7), получим:
(2.8)
Зависимость P(t), имитирующая заданное распределение w(P), реализуется с помощью УА, имеющего h уровней затухания. Период времени, в течении которого уровень мощности зондирующего сигнала остается постоянным, не должен быть меньше . Поэтому общее минимальное время измерения составит:
(2.9)
При этом имеется ввиду, что обработка получаемой информации происходит в течении времени измерения.
Таким образом, время измерения определяется: количеством h уровней УА, зависящим, в общем случае, от диапазона мощностей DP испытательных сигналов и требуемой точности измерений; диапазоном частот Df испытательных сигналов; наибольшим номером гармоники испытательного сигнала, оказывающей влияние на результат измерений и полосы испытуемого РПрУ.
Величина может быть оценена исходя из того, что амплитуды высшие составляющих с ростом номера гармоники быстро падают, и практически имеет смысл учитывать порядок интермодуляции не более 10.
Динамический диапазон зондирующего сигнала по мощности
определяют на основе изучения реальной (прогнозируемой) ЭМО, в которой будет эксплуатироваться контролируемый РПрУ, с учётом возможного его сужения с использованием соответствующих положений статистической теории ЭМС [3].
В результате такого изучения должны быть известны максимальная и минимальная мощности НРП и вероятностное распределение w(P).
Диапазон Df выбирают исходя из величины и характеристик модели РПрУ. Предположим для определенности, что исследуемый РПрУ имеет одноконтурную входную цепь (БЦ), нормированная передаточная характеристика по мощности которой известна:
(2.10)
где -полоса пропускания ВЦ на уровне 0,5.
Известен также порог чувствительности РПрУ .
Можно показать, что при
где - границы частотного диапазона зондирования, диапазон частот равен (учитывая, ):
(2.11)
При этом будут учтены все сигналы с мощностью, не меньшей величины могущие проникнуть на вход первого нелинейного элемента (НЭ) РПр.
Рассмотрим возможности сокращения времени измерения, не приводящие к существенной потере точности измерения .
При мощности НРП, не превышающей некоторую верхнюю величину , процессы, происходящие в первом НЭ имеют преимущественно линейный характер. Результат такого воздействия может быть определен аналитически.
Вероятность появления НРП в реальной ЭМО уменьшается с увеличением их интенсивности. Поэтому может быть определен интервал мощностей , вероятность присутствия НРП за пределами которого не превышает допустимой величины , определяющую точность измерений. В связи с этим верхнюю границу имитируемого диапазона мощностей испытательных сигналов целесообразно ограничить величиной.
Таким образом, получаем практический вероятный динамический диапазон мощностей
Подставляя это выражение в уравнение (2.11) получим практический диапазон частот сканирования генераторов УГ1 и УГ2, позволяющий получить результаты измерений с точностью, не ниже заданной.
Таким образом, можно получить значительный выигрыш во времени измерения.
3. Разработка функциональной схемы
Генераторы с плавной перестройкой в широком диапазоне частот и их разновидность — генераторы качающейся частоты — используются в панорамных приёмниках и анализаторах спектра, в измерителях частотных характеристик, в следящих фильтрах и других радиоэлектронных устройствах [13]. К важнейшим показателям качества таких ДГН относятся: перекрытие максимального диапазона частот, обеспечение заданного закона электронной перестройки частоты, минимальные нелинейные искажения колебаний, которые должны реализовываться при высоких показателях качества второй группы. При этом рассмотрение характеристик ДГН с одним управителем частоты, работающих в диапазоне от коротких до миллиметровых волн, свидетельствует о принципиальных технических трудностях, с которыми сопряжено выполнение комплекса перечисленных требований.
Повышению эффективности генераторов плавного диапазона, выполненных на основе ДГН с согласованной настройкой управителей частоты, способствует возможность использования сравнительно простых электронных устройств, для автоматической настройки одного или нескольких ведомых управителей по определенному закону при регулировке ведущего управителя частоты.
Принцип действия автоматических устройств, используемых для согласованной настройки управителей в рассматриваемых генераторах, основан на зависимости амплитуды колебаний от расстояния изображающей точки генератора в пространстве параметров до колебательной границы устойчивости (КГУ): при увеличении этого расстояния амплитуда колебаний увеличивается, а при его уменьшении уменьшается. Следовательно, для стабилизации амплитуды колебаний в диапазоне перестройки частоты при регулировке одного из управителей частоты другие должны подстраиваться таким образом, чтобы закону перестройки управителей соответствовало движение ИТ генератора в пространстве его параметров на неизменном расстоянии до КГУ.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
