Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 35

Отклонение сдвига фазы в фазовращателе от 90 приводит к появлению ложных сигналов на выходе фазовых детекторов [II]. Пусть напряжение с выхода УПЧ является гармоническим:

Причем , а сдвиг частоты Ω может быть вызван нестабильностями частоты передающего устройства, гетеродина приемного устройства, наличием доплеровского сдвига частоты в принятом сигнале или просто является одной из спектральных составляющих сложного зондирующего сигнала, которая подвергается анализу. Если сдвиг фазы в фазовращателе равен , то ком­плексный сигнал на выходах ФД можно записать в виде

Используя   формулы   Эйлера,   получим

Учитывая, что ,  выражение для комплексного сигнала можно   записать   в   виде

Из полученного выражения видно, что ошибка в сдвиге фазы приводит к появлению ложного сигнала на частоте — Ω (второе слагаемое выражения (2.14)). Для обеспечения уровня ложного сигнала не более —40 дБ ошибка в сдвиге фазы .

Искажения, вызванные , могут быть скомпенсированы умножением квадратурной составляющей на фазовый множитель .

При   этом   получаем

Таким образом, выходной сигнал фазовых детекторов отличает­ся от комплексной огибающей сигнала на выходе УПЧ тем, что он сдвинут по фазе на  и амплитуда его уменьшилась в  раз. Такие искажения сигнала в большинстве случаев при <10° не сказываются на окончательный результат обработки сигнала.

Алгоритм работы устройства, реализующего умножение квад­ратурной составляющей сигнала на e^JAφ, представлен на рис. 2.77 Он   основан   на   том,   что

Значения sin и , если имеется возможность, предвари­тельно могут быть оценены и записаны в ОЗУ. Коррекцию состав­ляющих комплексного сигнала целесообразно реализовать после АЦП   в   устройстве   цифровой   обработки   сигналов.

2.6.6. Определение места включения преобразователе

Если , то, как показано в 2.6.3, АЦП можно считать линейным четырехполюсником. Любой линейный четырехполюсник можно охарактеризовать коэффициентом шума- Коэффициент шу­ма АЦП можно получить из известного выражения [2]

где  Р_шч — номинальная   мощность  собственных   шумов   четырех­полюсника;

Р_шго.— номинальная   мощность   тепловых   шумов,   создаваемая внутренним   сопротивлением   источника   сигнале;

К_р — коэффициент  передачи   четырехполюсника   по   мощности.

Учтем, что для представления аналогового сигнала в цифровом виде предварительно производится преобразование исходного си­гнала в ряде фиксированных значений, а затем уже их кодирова­ние. Для  кодирующего устройства   (рис.  2.68)     можно  полагать К_р=1.

Тогда

где    — входное   сопротивление   АЦП.

Номинальная  мощность тепловых шумов Р_шго равна   [2]

Тогда

Величина  значительно больше единицы. Так, для микро­схемы 1107 ПВ2, у которой  =7,8 мВ и R_BХ =75 Ом, имеем , при  = 1 МГц. Поэтому установка АЦП не посредственно после блока высокой частоты РПрУ может привес­ти к резкому ухудшению предельной чувствительности приемного устройства вследствие увеличения коэффициента шума приемного устройства   с   АЦП,   равного

где ,  — коэффициент шума и коэффициент передачи по мощности   РПрУ   без   АЦП.

Для определения требуемого коэффициента передачи приемного устройства необходимо задавать допустимое ухудшение коэффи­циента шума  или допустимое ухудшение предельной чувстви­тельности  за счет преобразования сигналов в цифровую форму

Если задано , то из  (2.18)  требуемый коэффициент передачи приемного   устройства

то есть, если допускается ухудшение коэффициента шума на еди­ницу, то

Когда задана , то  при  обработке     простых  сигналов  она определяется   выражением

Отсюда требуемый коэффициент передачи РПрУ находится из со­отношения

Если допускается ухудшение предельной чувствительности в 2 ра­за (потери 3 дБ),     то   , а

Аналогичный результат имеет место и в случае, когда допускается ухудшение К_ш в два раза, т.е.    = К_тп    (см. выражение (2.19)).

Таким  образом, для  обеспечения требуемой чувствительности , РПрУ необходимо до АЦП осуществлять значительное усиление ( принятых сигналов- Величина этого усиления по мощности долж­на быть больше значения коэффициента шума АЦП.

2.6.7. Требования к динамическому диапазону АЦП и пути его достижения

Динамический диапазон АЦП определяется из амплитудной ха­рактеристики АК как отношение уровня максимально допустимого сигнала к минимальному. Максимально допустимый уровень си­гнала определяется уровнем ограничения АЦП, а минимальный— шагом квантования , т.е. из рис. 2.78.

Учтем, что

Деление на два возникает потому, что в число разрядов АЦП вхо­дит знаковый разряд. Подставив последние соотношения в (2.21), получаем

Таким образом, динамический диапазон АЦП равен половине его   уровней   квантования.

Однако на практике динамический диапазон АЦП оказывается меньше. Это связано с тем, что для обеспечения требуемой чувст­вительности выбирают такое усиление РПрУ, чтобы среднее квадратическое значение внутренних шумов было в 1..-4 раза больше шага квантования, т.е. . С учетом внутрен­них шумов РПрУ динамический диапазон АЦП определяется по формуле

Из  выражения   (2.23)  видно,  что с увеличением     отношения   динамический диапазон    уменьшается, а  выбор  малого значения , как показано ранее, приводит к ухудшению чувстви­тельности РПрУ. Для устранения этого недостатка необходимо повышать число уровней квантования АЦП N. Однако это не всег­да возможно. Тогда весь диапазон возможных изменений вход­ного напряжения U(t) разбивают на поддиапазоны, каждый из которых преобразовывается в цифровую форму своим АЦП. На­пример, для знакопеременного входного сигнала одним АЦП преоб­разовываются в цифровую форму положительные значения U(t), а отрицательные преобразовываются с помощью другого АЦП. Знаковый разряд выходного числа определяется с помощью от­дельного компаратора. В этом случае динамический диапазон по­вышается в 2 раза:

Таким образом, для повышения динамического диапазона пре­образователя аналоговых сигналов в цифровую форму необходимо осуществлять многоканальное преобразование сигналов, а динамический диапазон будет определяться выражением (2.23), где N есть суммарное число уровней квантования всех АЦП.