Xreferat.com » Рефераты по радиоэлектронике » Исследование комбинационных помех в анализаторе спектра миллиметрового диапазона длин волн

Исследование комбинационных помех в анализаторе спектра миллиметрового диапазона длин волн

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 :

(2.2.3)

Найдем амплитуды откликов в выходном сигнале смесителя при преобразованиях на основном и побочном колебаниях гетеродина: (2.2.4)(2.2.5)

Рассчитаем относительный уровень комбинационных

помех:

(2.2.6)

В предположении U1 >> U2, U1 >> U3 получим:

(2.2.7)

или:

(2.2.8)

Из разложения экспоненциальной функции в ряд Маклорена следует, что коэффициенты К2, К4 при членах разложения с четными степенями могут принимать только положительные значения. Тогда видно, что отношение

W2/W1 лежит в пределах:

(2.2.9)

или:

(2.2.10)

На основании полученных результатов с учетом выражений (2.1.13) и (2.2.10) могут быть сделаны следующие выводы:

при "большой" мощности основного колебания гетеродина комбинационная помеха на выходе преобразователя ослаблена больше, чем побочное колебание в гетеродине;

при "малой" мощности основного колебания гетеродина дополнительного ослабления комбинационной помехи на выходе преобразователя не происходит.


3. Расчет и экспериментальное измерение относительных уровней комбинационных помех.


Основной целью эксперимента было определение динамического диапазона в АС мм диапазона по комбинационным искажениям с преобразованием на 1ой гармонике гетеродина с умножением частоты.

3.1 Исследование уровней побочных колебаний

в сигнале гетеродина.

В этом эксперименте исследовалась работа волноводных

умножителей частоты на 2 и на 3 в диапазоне

25,9537.5 ГГц.

1 задающий генератор Г480 (Г481);

2 умножитель на 3 коаксиальный;

3 измеритель мощности P1;

4 измеритель мощности P9 ( P6 );

5 умножитель на 3 ( на 2 ) волноводный;

6 направленный ответвитель 10 дБ;

7 усилитель мощности;

8 переключатель 1:2 волноводный;

9 аттенюатор Д336;

10 аттенюатор 10 дБ;

11 измеритель мощности P3;

12 перестраиваемый фильтр;

13 смеситель;

14 фильтр низкой частоты;

15 генератор Г456;

16 анализатор спектра СК487.


С генератора 1 напряжение сигнала поступает на умножитель частоты 2, где происходит умножение частоты задающего генератора. Уровень мощности контролируется измерителем мощности 3. С умножителя сигнал поступает на усилитель мощности 7, усиливается и через направленный ответвитель 6 приходит на второй умножитель 5, где происходит окончательное формирование сигнала КВЧ гетеродина. Далее через аттенюатор 9, переключатель 8 этот сигнал через преселектор 12 подается на сигнальный вход смесителя 13 для анализа.

На гетеродинный вход смесителя через ФНЧ 14 приходит сигнал с генератора 15. Преобразованный сигнал исследуемого КВЧ гетеродина поступает на анализатор спектра 16, где происходит его дальнейший анализ.

Рассчитаем частоту задающего генератора Г480 для приема начальной частоты Fc рассматриваемого диапазона.


Fзг=(FcFпч)/n, (4.1.1)


где Fпч промежуточная частота, Fпч=1 ГГц,

Fc частота сигнала,

n общий коэффициент умножения.


Таким образом Fзг= (261)/6 = 4,16 ГГц при использова нии умножителя на 2.Наибольший уровень на выходе умножителя на 2 имеет побочное колебание, получающееся умножением на 3, то есть

9ая гармоника задающего генератора.

Таким образом частота побочного колебания Fп = 4,16*9 =36,44 ГГц.

Уровень основной гармоники Р6=12 мВт,а показание СК487 4 дБм при частоте настройки Г456 27 ГГц.Перестройкой Г456 на часто ту 37,44 ГГц получаем отклик на СК487, равный 26 дБм, что соответствует уровню побочного колебания Р9=0,08 мВт.

При использовании волноводного умножителя на 3 частота задающего генератора устанавливается Fзг= (261)/9 = 2,78 ГГц. Наибольший уровень имеет побочное колебание, получающееся на 12ой гармонике задающего генератора. Частота этого колебания Fп=Fзг*12 и будет соответственно Fп=34,33 ГГц. Уровень основной гармоники Р9=2,4мВт, а уровень побочного колебания Р12=0,8 мВт определены по описанной выше методике.

Уровни мощности основного колебания гетеродина Р6 и Р9 определяются максимальнодопустимой мощностью на входе волновод ного умножителя равной 100 мВт.

4.2 Расчет и исследование уровней комбинационных помех

смесителя.

________ __________ _________ _________

| | | | | | | |

| 1 |>| 2 |>| 3 |>| 4 |>

|________| |__________| |_________| |_________| |

| |

________ _______ ________ ________ _________ |

| | | | | | | | | | |

| 5 |>| 6 |>| 7 |>| 8 |>| 9 |<

|________| |_______| |________| |________| |_________|

| |

___|____ ____|____

| | | |

| 10 | | 11 |

|________| |_________|


Рис.2 Блок схема установки для исследований комбинационных

помех смесителя.


1 генератор Г480 (Г481)

2 умножитель на 3

3 усилитель мощности

4 умножитель на 2 ( на 3 )

5 генератор Г456

6 ФНЧ

7 переключатель

8 аттенюатор


17


9 смеситель

10 измеритель мощности

11 анализатор спектра СК487


С задающего генератора 1 поступает сигнал на умножитель

частоты 2затем на усилитель мощности 3, усиливается и поступает на умножитель частоты 4, где сигнал переносится на нужную нам частоту, а именно на частоту 6ой или 9ой гармоники ( в зависимости от того, какой у нас умножитель, на 2 или на 3 ),

далее сигнал поступает на гетеродинный вход смесителя 9.Сигнал

с генератора 5 через ФНЧ 6, переключатель 7, аттенюатор 8 пос

тупает на сигнальный вход смесителя. Продукты преобразования с

выхода смесителя измеряются анализатором спектра 11.


Измерения проводились по следующей методике.

Частота Г480 устанавливалась 4,16 ГГц при работе с умножением

на 6 основного преобразования и 2,78 ГГц при работе с умножением

на 9. Уровень сигнала Г456 поддерживался постонным и равным

30 мкВт. Значения частоты Г456 устанавливались такими же как

указано в разделе 4.1. Фиксировалось ослабление аттенюатора

Д336 при превышении отклика анализатора СК487 от входных

сигналов над собственными шумами на 3 дБ.


Результаты исследований сведены в таблицу, в ней же

приведены относительные уровни побочных колебаний гетеродина,

измеренных в пункте 4.1:


таблица 1

______________________________________________________________

|Умножи|Частота,ГГц|Ослабление|Уровень ||Уровень побочного |

| тель | |Д336,дБ |помехи,дБ||колебания гетеродина|

|_______|___________|__________|_________||____________________|

| x2 | 27 | 76 | || |

| x2 | 37,44 | 49 | 27 || 22 |

| x3 | 27 | 66 | || |

| x3 | 34,33 | 63 | 3 || 5 |

|_______|___________|__________|_________||____________________|


Таким образом из исследований видно, что при использовании

умножителя на 2 ослабление комбинационной помехи превышает

относительный уровень побочного колебания гетеродина.

Для оценки ослабления можно воспользоваться выражением (2.1.13).

При использовании умножителя на 3 относительный уровень

комбинационной помехи не ниже уровня побочного колебания гетеро дина. Для оценки уровня помехи в

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: