книги / Машинный анализ и моделирование электрических цепей
..pdfОбозначим уj ( f ) и первый и второй интегралы е фигурных скобках правой части уравнения (24)
.1. .. / ? |
“ »Ц [1+ Щ |
& ] |
, |
f s in ip - Щ |
& |
] |
i f |
-------- т ^ |
— |
' у ' г/ |
■■■■> |
д |
*'■ |
После подстановки |
|
* ! = ! [ ' |
-7 |
и |
|
Sff,f X £ zîâ ] |
* |
чг |
, г . |
.г,., / / / / r r” .
v*(f}“if Tl,. Mf-f.i J ôtnzt f
* J+ —p o
*Ttâ3sf *&***}•
1 F„
или я
” г • f / |
> |
- |
« |
* № |
( ' |
l - e o s [ r * ( ’ - Z f r 1]l |
|
*t ( f ) ° i i |
f r p . ü t s t ü ] |
|
t * p |
- |
|||
|
|
|
|
|
|
||
Таким образом, |
|
|
|
|
|||
|
,2 |
|
|
|
|
|
|
y f e ) = p |
r { S |
t [à |
{ f ( f + ? * )]+ |
S i W |
( f ' 2 * H ~ |
( Г - Н )
где
Форма спектра (25) для различных значений основания помехи jf^ T F p показана на рис. 2. Можно видеть при ^ 1 заметную деформациюспектра помехи, обусловленную конеч ным значением Т интервала ее наблюдения. Отклонение фор мы-спектра ограниченной во времени помехи ВСб){ 0 ^ ^ Т ) от прямоугольной (размывание ее) вызывает снижение помехой устойчивости оптимального приемника.
Рис, 2,
Определим превышение сигнала над помехой на выходе оптимального приемника с ограниченным временем наблюдения помехи.
Согласно общей формуле (7 )
|
4 |
(26) |
|
V0 t vr(f> |
|
Используя формулу |
(25) и обозначение X « |
фор-t |
мулу (26) представим в |
виде |
|
n z i Г з Ш И и Л J х 2
ол
где
гг <л> - г { si[ af C |
г ^ г ) ] * т о - 2^- ) ] - |
|
t - a a [ * f ( 1+ ^ - ) ] |
1- я » [ * Г ( 1- Ц г ) ] / |
|
ч е + Ц р - ) |
ъ е -*$*-> 1 |
< 2 8 > |
Превышение (27) является функцией следующих парамет ров: р
р *=-}£- - степень сосредоточенности помехи;
'Л
QZ
о[ ~ относительная интенсивность сосредоточенной по-
имехи
иl ‘ Trn - основашге сосредоточенной (по спектру) помехи
длительности Т
Обсуждение результатов. Зависимости отношения |
|
Ц - = Г (В ) M (a JV ) |
(29) |
Лг |
|
превышений сигнала над помехой на выходе идеального прием ника (с неограниченно большой зоной обработки принимаемых колебаний) и на выходе оптимального приемника (с ограничен ной зоной обработки колебаний), где В —TFQ • f P- aW - зона,
в границах которой |
осуществляется |
|||||
обработка принимаемых колебаний |
||||||
представлены на рис. 3, 4. Следу |
||||||
ет учитывать, |
что Fc |
имеет |
смыа |
|||
эффективной ширины спектра |
сигна |
|||||
ла; ос= |
у - - |
относительное время |
||||
наблюдения помехи и |
W ~TC FQ - |
|||||
основание сигнала; при сч=\ обра |
||||||
ботка |
принимаемых колебаний осу |
|||||
ществляется в границах длитель- |
||||||
ности |
Тс |
сигнала |
и зона обработ |
|||
ки В |
оказывается |
равной основа |
||||
нию сигнала |
W ( В = W ) |
|
||||
В результате |
анализа рис.3,4 |
Рис,4.
отмечены следующие закономерно сти:
1. Превышение сигнала над помехой на выходе оптимальiiorQ приемника существенно зависит от размера зоны обрабспу ки принимаемых колебаний; при or =• 1 (время наблюдения поме хи равно длительности сигнала) эта зависимость преобразует
ся |
2 |
|
|
|
\ |
= Г ( Ю |
(30) |
2. |
h |
d = |
«/ |
При данном отношении |
(рис. 3,а) относи |
тельная эффективность оптимального |
приема возрастает с |
уве |
||
личением параметра р |
** |
; при |
постоянном значении |
па |
раметра р (рис. 3,6) |
относительная помехоустойчивость оп |
тимального приемника уменьшается с увеличением отношения
3. Помехоустойчивость оптимального приемника практи
чески не зависит от степени |
сосредоточенности ^помехи р с |
||||
фиксированным значением ее |
мощности |
- |
Ç0 Fn |
Она оп |
|
ределяется однозначно отношением |
^ ^ |
Fc |
в) сп |
средних |
|
мощностей шума (в полосе частот |
сигнал!^ |
сосредото |
ченной помехи. Отмеченный .результат можно сформулировать иначе: при фиксированной мощности сосредоточенной помехи Рд= Gg Fg помехоустойчивость оптимальной схемы не зависит от ширины спектра помехи (оказывается инвариантной относи тельно р = ).
Чтобы Уценить влияние на помехоустойчивость оптималь-
ной схемы степени ограничения зоны обработки принимаемых колебаний вводится коэффициент энергетических потерь
//К 2( f ) d f
Л ( В ) = 2-р---—------- |
(3 1 ) |
|
f К*( f U f |
|
где |
0 |
1 |
|
K 2( f > |
|
|
v/ t V2( f ) |
|
и |
|
|
|
|
|
|
* r ( f ) - ~ - L o ; |
|
- квадраты |
модулей передаточных функций обеляющих фильтров |
|
в идеальном |
приемнике с неограниченной зоной B ^ F T -* * » и |
в оптимальном приемнике с ограниченной зоной обработки при нимаемых колебаний; Г и F определяют границы частотно временной области (зоны) обработки сигналов.
Для рассмотренной выше формы спектров помехи (2 ) и (3 ) получаем
1 |
10 |
, 100 |
10001 |
10 |
100 |
В |
|
|
(f |
|
|
0 |
|
Рис. 5.
MB) I |
|
|
|
- |
- |
( f |
------— |
) |
|
||
50 |
|
|
|
|
|
||||||
|
— р*Ю0 |
Л( В) = |
P |
1 |
t +%p |
' |
|
||||
|
|
|
|||||||||
|
|
rf/2p |
|
|
|
|
|||||
|
|
~ р =10 |
|
2_ |
|
d x |
|
|
|||
10 |
|
|
|
|
$ */ |
|
1 + Р У ^ ( x ) |
Л ( В ) |
|||
|
|
|
|
Графики коэффициентов |
|||||||
5 |
|
J |
|
(рис. 5, 6) |
аналогичны кривым, |
||||||
|
|
изображенным |
на рис. 3, 4. |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
/ |
|
|
Достоинством |
введенного ко |
|||||
|
|
|
эффициента |
Л/ т оценки погрешно |
|||||||
|
|
1 |
|
||||||||
|
|
|
сти |
оптимальной |
обработки |
сигна |
|||||
|
|
|
|
||||||||
|
10 |
100 |
В лов |
в ограниченной |
зоне |
является |
|||||
|
Рис.6, |
|
‘независимость его |
значения |
от |
||||||
|
|
конкретной формы сигнала, |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
Для сигнала с прямоугольной формой спектра в границах |
||||||||||
зоны |
обработки |
(гипотетический случай) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Л ( В ) = Г ( В > , |
|
|
|
|
(33) |
||
где |
B = T F C при F ~ Fc . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Выводы. Эффективность оптимальной |
обработки |
сигналов |
||||||||
на фоне сосредоточенных помех тем выше, чем больше |
пло- |
||||||||||
•дадь обработки |
В *=TF |
(полагается, что |
Тс £ Т « Тп |
где Тс |
|||||||
v\. 7JJ |
- длительность сигнала и длительность помехи |
соответ |
ственно). Эта закономерность очевидна: с увеличением интер вала Т спектр ограниченной помехи становится все более со средоточенным, а следовательно, часть спектра сигнала, пора женная помехой, отнесенная к эффективной ширине F^ , - все -меньшей. Этим объясняется также инвариантность влиянии на результаты оптимальной обработки колебаний интервала наблюдения Г или ширины спектра сигнала F - FQ .
На основании предыдущего вывода, можно утверждать, что всякое ограничение зоны обработки сигналов (во времен ных или частотных координатах) ведет к снижению помехоус тойчивости приемника. В теоретическом плане идеальный при емник осуществляет оптимальную обработку колебаний в неог
раниченно большой частотно-временной области |
(зоне) |
В = Т Р -* |
|
-*■ °о независимо от параметра сигналеJ Тс |
и |
Fc |
|
В оптимальных схемах обработки сигналов |
потери умень |
||
шаются с увеличением основания сигналов |
1Ÿ = Тс Fc - |
При |
|
большом значении основания достаточно близок |
к идеальному |
[приемник, обрабатывающий принимаемые колебания в границах
Параметров |
(длительности Тс и ширины спектра FQ ) |
сигналаJ |
Из этого следует, что применение широкополосных сигналов |
||
(с W » 1) |
упрощает построение алгоритма обработки |
сигналов, |
основанное на синтезе обеляющего фильтра. Следует добавить, что реализация оптимального приемника на базе широкополос ных сигналов (с большим основанием) имеет преимущество, так как обеспечивает резкое снижение уровня межсимвольных помех на выходе обеляющего фильтра.
Представляется интересным, что помехоустойчивость иде
ального приемника зависит только |
от р -р р - |
(при фиксирован |
||||
ном значении d = |
) и, |
следовательно?7не |
зависит |
от аб |
||
солютного значения Полосы |
частот |
f |
сигнала и |
помехи. |
Это значит,, что помехоустойчивость оказывается принципиаль но одинаковой (при заданном р ) для узкополосных и широко полосных систем связи. При уsconst помехоустойчивость иде ального и оптимального приемника с ограниченной зоной обра ботки В не зависит от значения р , т.е. от .степени относи тельной сосредоточенности помехи. Она определяется только отношением средних мощностей белого шума и сосредоточен ной помехи.
Литература
1.Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчиво сти. - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 151 с.
2.Теплое Н.Л. Анализ оптимальных схем Приема сигналов на фоне сосредоточенных (по спектру или во времени) помех. - Электросвязь, 1968, № 12, с. 1 - 10.
3.Петрович Н.Т., Размахнин М.К. Системы са?зи с шумопо
добными сигналами. - М.: Сов.радио, 1969, 232 с.
УДК 621.317.7
В. А. Ищенко
УСТАНОВЛЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ В РЕЗОНАНСНОМ УСИЛИТЕЛЕ
-ь ггационарный процесс в резонансном усилителе зави сит or расстройки колебательного контура, его добротности, начальной фазы входного сигнала и других факторов [ 1,2} .
IP H C .I.
Это затрудняет исследование, заставляет пренебрегать влияний ем отдельных факторов. В работе рассматривается рёакция резонансного усилителя на сигналы
U f a Ç t ) * h ( t ) s i n a ) t ; |
( 1) |
|
uâx |
m H (t)Q O S e # t, |
( 2 ) |
где H ( t ) - единичная ступенчатая функция.
Реакция .усилителя на сигнал с произвольной начальной фазой рассматривается как суперпозиция реакций усилителя на сигналы (1 ) и (2 ), взятые с соответствующими весовыми коэффициентами. Это позволяёт получить выражения, сравни тельно легко поддающиеся физической интерпретации, а также исследовать одновременное влияние сопротивления потерь в
L -ветви и проводимости, подключенной параллельно колеба тельному контуру,. что актуально для транзисторных усили телей.
Реакция резонансного усилителя, эквивалентная схема которого дана на рис. 1, на входные сигналы (1 ) и (2 ) мо жет быть найдена операционным методом и представлена в . виде
* W |
( 3) |
где |
. |
о (М 3 if!0 t~B co $ 0 t); |
u'g(t)~ae~flfy â ity t-ôm c1\{4) |
'",(t)^a(Acosù)t-tfiaincàt); u'gftJ^ae'^Acosc^U£simàet^ )
a ~ - £0-
( 6)
8m'-)[<i£coj;+JS(Ы |
^[(J3t2<()a)*+{/3 |
( 7) |
ex - - |
постоянная времени |
i -ветёи; |
J * ü |
Z 1** |
г ^ |
) — |
|
ZL |
затухания контура; |
o)0=■ |
1 |
fiи |
4 |
||
постоянная |
; |
coj, - |
Ù)* ~ (fi |
- 2&) 2, |
Выражения (4 ) описывают вынужденные и собственные колебания в резонансном усилителе при Воздействии на его вход единичного радиоскачка напряжения с синусоидальным за полнением, выражения (5) - радиоскачка с косинусоидальным заполнением.
Установление колебаний на частоте собственных колеба
ний контура. Из выражений (3 ) - (S) |
при |
а = сО„ |
следует |
|
|
и |
|
с |
fl2(4cj*+ji2) |
|
|
R\t)=i/(A-te-fit)2+B2(r - e < e \ t)= a rctg |
; |
||
______________________________ |
|
* A-De |
|
R"(t)-ÿA4t-e'flt)z+(B-Ee-**?) cp'\t)=arctq |
|
||
Функции R i t У и tp '(t) характеризуют |
J А(/-е~£*) |
||
процесс установле |
ния амплитуды и-фазы колебаний на выходе усилителя при воз действии на него напряжения (1 ), функции R '[t)v i q>n( t T - соот ветственно напряжения (2 ).
На рис. 2 приведены векторные |
диаграммы, |
поясняющие |
|||
процесс |
установления |
колебаний: а |
- |
при воздействии (1 ); |
|
б - при |
воздействии |
(2 ); в - при |
а)Фсйв ; 1,2,3 |
- векторы ) |
соответственно вынужденных, свободных и результирующих ко^
лебаний в начальный момент времени |
при |
у з « |
а ; 4,5,6 - те |
|
же векторы при f i > 4 а ; 7,8,9 - |
годограф |
вектора результи |
||
рующих колебаний соответственно |
при |
â u )= fi |
, Ùù)="-0,3jb и |
à со. ** 0,1 f i .
. В'начальный момент векторы. 3 и 6 результирующих ко-| лебаний совпадают с осью, у-колебания совершаются по сину-, соидальному закону. С течением времени векторы свободных колебаний 2 и 5 уменьшаются, при этом векторы результирующИх колебаний скользят вдоль начальных значений векторов 2 . и 5, приближаясь к векторам* вынужденных колебаний 1 и 4.
На рис. 3 приведены зависимости, характеризующие про цесс установления амплитуды (кривые 1 -4 ) и фазы колебаний; (кривые 5 - 9 ) на выходе резонансного усилителя при подаче на его вход радиоскачка с синусоидальным (кривые 1,2,5,6) или косинусоидальным заполнением (кривые 3,4 ,7 -9) при уз = <=20& **0jJ (кривые 1,6,8); уз = а - 0,1 (кривые 2,3,5,7) и при fi*sO,QS{ кривые 4,9). Судя по кривым 1-4, процесс устаиов-
Рис.З.
40