Оптимизация динамического диапазона радиоприемника по интермодуляции третьего порядка
Оптимизация динамического диапазона радиоприемника по интермодуляции третьего порядка
Получено аналитическое выражение динамического диапазона радиоприемника (РПМ) по интермодуляции третьего порядка, позволяющее определить зависимости величин динамического диапазона РПМ и его чувствительности от соотношения параметров последовательно включенных каскадов. Даны рекомендации по выбору оптимальных параметров последовательно включенных каскадов, обеспечивающих максимум величины динамического диапазона, максимум чувствительности или минимум суммарного ухудшения чувствительности и динамического диапазона.Вопросу оптимизации динамического диапазона РПМ по интермодуляции третьего порядка посвящен ряд работ [1-5]. Однако в них недостаточно полно определены зависимости величин динамического диапазона и чувствительности РПМ от соотношения параметров последовательно включенных каскадов высокочастотного тракта РПМ. Для выявления этих зависимостей найдем, как и в [3], аналитическое выражение динамического диапазона по интермодуляции третьего порядка для л последовательно включенных каскадов высокочастотного тракта РПМ без учета их частотно-избирательных свойств:
где Dи = Uи/Umin - динамический диапазон РПМ; Uи - уровень восприимчивости РПМ к интермодуляционным помехам (верхняя граница динамического диапазона); Umin - чувствительность РПМ (нижняя граница динамического диапазона); Umin i, Dи i и Ki - чувствительность, динамический диапазон и коэффициент передачи отдельных каскадов. Выразим Umin через Umin i и после несложных преобразований приведем выражение (1) к виду, удобному для проведения анализа:
Сомножители в квадратных скобках характеризуют изменение величины динамического диапазона РПМ в зависимости от соотношения параметров двух соседних последовательно включенных каскадов. Структура этих сомножителей такова, что при любых соотношениях параметров соседних каскадов величина сомножителей меньше единицы. Слагаемые в обеих квадратных скобках содержат два вида соотношений параметров Dит/Dи i+1 и Umin i/Ki-1 Umin i-1. Следует отметить, что возможности по управлению величиной динамического диапазона РПМ путем изменения соотношенийDи 1 / Dи i+1 ограничены и во многих случаях для реальных высокочастотных трактов выполняется условие
Где Dи k - динамический диапазон отдельного каскада В связи с этим, а также для сокращения объема данной статьи определим зависимости величины динамического диапазона РПМ от соотношения Umin i /Ki-1 * Umin i-1 при выполнении условия (3). Положим
С учетом (3) и (4) выражение (2) принимает вид
Выбор необходимого (реально применимого) коэффициента согласования при проектировании РПМ должен определяться допустимым снижением чувствительности первого каскада. На рисунке приведены результаты расчетов зависимостей изменения динамических диапазонов и чувствительностей трактов относительно аналогичных параметров первого (отдельного) каскада (дельта D=Dи/Dиh и дельта Umin = Umin/Umin i) от величины г для высокочастотных трактов РПМ с n = 2, 3 и 4. Из рисунка видно, что с увеличением r чувствительность трактов снижается, а величина динамических диапазонов вначале возрастает и достигает максимальных значений при r=1, т. е. величина r=1 является оптимальной по критерию максимума величины динамического диапазона РПМ. Снижение чувствительности РПМ при этом равно 3; 5 и 6 дБ соответственно при п = 2, 3 и 4. При дальнейшем увеличении коэффициента согласования снижаются и чувствительность, и динамический диапазон РПМ, т. е. анализировать зависимость при r >1 не имеет смысла. Построение высокочастотных трактов с коэффициентом согласования r=1, несмотря на снижение чувствительности радиоприемников относительно чувствительности первых каскадов, можно рекомендовать для РПМ, которые проектируются на заданную (не максимально возможную) чувствительность и к которым предъявляются требования по достижению максимально возможной величины динамических диапазонов. В данном случае первый каскад РПМ должен иметь необходимый запас по чувствительности (3; 5 и 6 дБ) относительно заданной чувствительности РПМ. Наиболее строгие ограничения на допустимую величину снижения чувствительности будут иметь место в том случае, когда РПМ проектируется заведомо на максимально возможную чувствительность (например, РЛС дальнего обнаружения). Снижение чувствительности не более чем на 0,5 дБ получается при r<=0,3; при r=0,3 обеспечивается с заданной погрешностью (0,5 дБ) максимум чувствительности РПМ. Снижение динамического диапазона в этом случае равно 7, 14 и 22 дБ соответственно при n = 2, 3 и 4. Построение высокочастотного тракта с коэффициентом согласования менее 0,3 нецелесообразно, так как чувствительность РПМ при этом повышается незначительно (менее 0,5 дБ), а динамический диапазон резко снижается. Характер зависимостей дельта D [дБ] и дельта U min [дБ] позволяет выбрать такое значение коэффициента согласования r, при котором обеспечиваются минимальные потери чувствительности и динамического диапазона одновременно. Для определения этого значения на рисунке приведены результаты расчетов зависимостей суммарного ухудшения величины чувствительности и динамического диапазона РПМ (дельта U mi n + |AD |) от величины коэффициента согласования. Из графиков видно, что значения n = 0,65; 0,74; 0,8 соответственно при n = 2, 3 и 4 являются оптимальными по минимуму суммарного ухудшения чувствительности и динамического диапазона. С достаточной для практики точностью в высокочастотных трактах с числом каскадов n = 2-4 можно рекомендовать единое значение коэффи циента согласования по этому критерию r = 0,7. Значения динамических диапазонов и чувствительностей РПМ при числе каскадов n= 2, 3 и 4 будут при этом снижены соответственно на 4,5; 7,5; 10 дБ и 1,5; 2,5; 3 дБ. Оптимальное значение коэффициента согласования по минимуму суммарного ухудшения величин динамического диапазона и чувствительности РПМ можно рекомендовать для большинства РПМ, которые проектируются не на максимально возможную чувствительность. Практическое осуществление согласования каскадов по динамическим диапазонам заключается в подборе соответствующих каскадов, параметры которых обеспечат выбранный (исходя из особенностей назначения радиоприемников) коэффициент согласования и требуемые значения параметров РПМ, установленные в нормативно-технических документах. Параметры каскадов при этом должны удовлетворять следующим условиям: Umim = Umin т— дельта Umin ; дельта Umin т, дельта D и .т—требуемые значения параметров РПМ; дельта U min , дельта D — необходимое превышение параметров первого (отдельного) каскада над требуемыми параметрами РПМ. Значения дельта D , дельта U min при одинаковых динамических диапазонах применяемых каскадов для различных значений коэффициентов согласования и числа каскадов n=2, 3 и 4 приведены в таблице. Список литературы
Поступила после доработки 23 апреля 1984 г.
| |
(3)
Коэффициент r представляет собой отношение чувствительности (нижней
границы динамического диапазона) последующего каскада к минимально
возможному уровню сигнала (уровню шумов) на выходе предыдущего каскада.
В реальных высокочастотных трактах чувствительность последующих каскадов
в результате соответствующего их подбора может быть ниже, равна или
выше уровня шумов предыдущего каскада, т. е. по физическому смыслу
коэффициент г представляет собой коэффициент согласования нижних границ
динамических диа-пазонов каскадов, применяемых в трактах РПМ.