Ръчно EMC_2. Е. М. Виноградов

Компресия на сигнал в радиоприемник. Параметри,
определяне на динамичния обхват на приемника
на основния приемащ канал


По принцип под компресия на сигнал се разбира намаление на усилването (предаването) на дадено устройство: усилвател (блок, приемник) - със силни входни сигнали.

Зависимостта на нивото на сигнала на изхода на устройството от нивото на сигнала на неговия вход представлява амплитудната характеристика на каскада. Амплитудната характеристика може да показва връзката между амплитудите или rms стойностите на сигналите на входа и изхода на устройството (със синусоидални входни сигнали). По-често обаче амплитудната характеристика показва връзката между мощността на сигнала на входа и изхода на устройството. Ако мощностите на сигнала се измерват в децибели спрямо миливата [dBm], тогава в общия случай амплитудната характеристика има формата, показан на фиг. 9.2 крива един.

При относително ниски нива на мощност на сигнала на входа, връзката между входа и изхода на устройството има формата

Където G - усилване на инструмента [dB], което може да се счита за постоянно.

Увеличение (намаляване) на нивото на сигнала с 1 dB на входа в този случай води до увеличаване (намаляване) на нивото на сигнала на изхода и с 1 dB. Тази връзка е нанесена като права линия с наклон 1dBout/dBv. С увеличаване на нивото на входния сигнал обаче се нарушава правилото "dB in - dB out". Увеличението на сигнала на изхода се случва по-бавно от увеличаването на входа и когато нивото на входния сигнал на устройството навлезе в зоната на пълното му насищане, нарастването на сигнала на изхода спира. Намаляването на скоростта на нарастване на сигнала на изхода на устройството показва намаляване на неговата печалба. Коефициентът на усилване вече не може да се счита за постоянна стойност и стойността му зависи от нивото на сигнала на входа на устройството.

Имайте

радиоприемник
Извиква се нивото на входния сигнал, при което коефициентът на усилване се намалява с 1 dB Точка на компресия 1 dB, посочена към входа (P1 dB, в на фиг. 9.2). Точката на компресия 1 dB на входа показва нивото на сигнала на входа, при което реакцията на устройството: усилвател, блок, приемник - към входния сигнал започва значително да се отклонява от линейния (на фиг.9.2, това е линия 2). Отклонението от 1 dB е избрано, за да се определи горната граница на линейността на инструментите, тъй като, от една страна, това все още е относително малко отклонение, а от друга страна, вече е ясно записано от измервателните уреди.

Измерването на точката на компресия от 1 dB на RFU входа поради претоварване на полезния сигнал може да се извърши чрез отбелязване на нивото на сигнала на входа (в режим на ръчно усилване, т.е. с деактивиран автоматичен контрол на усилването (AGC)), при който намалението на това ниво с 10 dB причинява намаляване на нивото на сигнала на изхода с 9 dB (фиг. 9.2). Стъпка от 10 dB е оптимална в определен смисъл, тъй като по-малките промени във входния сигнал затрудняват измерването на точката на компресия от 1 dB поради плавното изменение на кривата на амплитудната характеристика. Обратно, увеличаването на стъпката на промени във входния сигнал може да даде точка на компресия от 1 dB на нива далеч от началото на входното изрязване.

При чужди приемници (спектроанализатори, усилватели, блокове) точката на компресия 1 dB на входа се приема като горна граница динамичен обхват на приемника (анализатор на спектъра, усилвател, единица) за полезен сигнал. Като долна граница на динамичния обхват на приемника най-често се използва общата еквивалентна мощност на шума на входа на RFA в най-тясната част на приемника. С тази дефиниция на границите на динамичния диапазон, самият диапазон може да бъде изчислен с помощта на израза:

Където д - динамичният обхват на приемника на основния приемащ канал, dB; P1 dB, в - 1 dB точка на компресия на RFU входа, dBm; Bw - най-тясната честотна лента на приемника, Hz; NF - цифра на шума на приемника, dB.

За домашни радиоприемници горната граница на динамичния обхват на RPU се определя от максималната мощност на входния сигнал, при която нелинейните изкривявания на изхода на приемника имат зададена стойност. Чувствителността на приемника се използва като долна граница. Динамичен обхват на приемника е равно на съотношението на максималната мощност на входния сигнал, при което нелинейните изкривявания на изхода на приемника имат зададена стойност, към чувствителността на приемника. Това съотношение обикновено се изразява в децибели.

Заедно с точката на компресия 1 dB, посочена към входа, в някои случаи, особено за характеризиране на усилвателите на мощност (PA) на радиопредавателите (RFT), може да бъде полезен параметър като точката на компресия 1 dB, посочена към изхода.

Нивото на сигнала на изхода на устройството [dBm], когато към неговия вход се подава сигнал, съответстващ на точката на компресия 1 dB, посочена към входа, се нарича Точка на компресия 1 dB, посочена към изхода (P1 dB, навън на фиг. 9.2):

Концепцията за точка на компресия 1 dB може да бъде въведена и за честотни преобразуватели. Загубата на преобразуване [dB] в миксера се определя като

Където PRF - мощност на сигнала на радиочестотата на входа на миксера, dBm; PАКО - мощност на сигнала на междинната честота на изхода на миксера, dBm.

При ниски нива на сигнала на входа на миксера, загубите от преобразуване остават постоянни (фиг. 9.3). Типичната стойност на загубата от преобразуване за смесители, изградени върху пасивни елементи (например диодни смесители) е 6 ... 9 dB. Въпреки това, като се започне от определено ниво на сигнала на входа на миксера, се наблюдава увеличаване на загубите от преобразуване. Нивото на входния сигнал, при което загубата от преобразуване се увеличава с 1 dB, е Точка на компресия 1 dB за миксер.

д

компресия

Динамичният обхват на миксер се измерва в децибели и определя обхвата на мощността на входните сигнали, в който миксерът е полезен. Долната граница на динамичния диапазон се определя от нивото на шума, а горната граница е точката на компресия 1 dB на миксера. Обикновено точката на компресия от 1 dB на миксера е с 5 ... 10 dB по-ниска от LO мощността, подавана към входа му (за пасивни миксери). Следователно, миксер с високо ниво на LO мощност има по-висока точка на компресия от 1 dB от миксер с ниско ниво на LO мощност, а оттам и по-широк динамичен диапазон.

Приблизителна оценка на амплитудата на сигнала, съответстваща на точката на компресия 1 dB, посочена към входа, може да бъде получена от (9.3), приемайки

Заместване на тази стойност uв (т) в (9.3), получаваме

= (9,7)

Избирайки компонента на входната честота  в (9.7), получаваме

uнавън (т) = =

компресия
(9,8)

В режим на много малък сигнал изследваното устройство: усилвател (блок, приемник)  се счита за линейно устройство и в трансферната функция за моментни стойности, описани с изрази (9.2) или (9.3), термини със степен по-големи от един се пренебрегват. Печалба ж тестваното устройство в този случай

С увеличаване на амплитудата на сигнала на входа, членовете на полинома с по-високи градуси от първия започват да влияят на амплитудата на сигнала на изхода и стойността на усилването започва да зависи, както от амплитудата на сигнала U, и върху коефициентите на полинома при условията на по-високи порядъци. За разглежданото представяне на функцията за предаване на сигнал чрез полином от трета степен (9.3), стойността на печалбата ж1, както следва от (9.8), ще има формата

ж1 =

сигнал
. (9.10)

Като се има предвид, че в практическите радиотехнически устройства обикновено
а3 0, а а3