Конспект лекций по курсу: «Основы построения Земных станций и бортовых ретрансляторов». Часть 4: "Спутниковый транспондер (бортовой ретранслятор)" (Модель транспондера. Входной блок транспондера), страница 3

В то время как фон и коэффициент шума определяют спектральный уровень шума приемника, величина мощности шума, поступающего на вход, зависит от ширины полосы частот шума, которая определяется входными фильтрами. Ширина полосы частот шума зависит от типа используемого фильтра, его избирательности и формы спектра.

Если H(w) – входная передаточная характеристика, то полоса частот шума равна

.                             (4.2.4)

На рис. 4.6 приведены амплитудно-частотные  характеристики |H(w)| фильтров различных порядков. Графики отображают поведение амплитудно-частотных характеристик по одну сторону от центральной частоты (зависимости симметричны относительно центральной частоты), при этом на оси абсцисс указана величина, нормированная на частоту, соответствующую уровню 3 дБ. Характеристика фильтра Баттерворта имеет плоский участок внутри полосы пропускания, и большая часть частотных искажений сосредоточена на границах рабочей полосы частот.

Характеристики фильтров Чебышева имеют пульсации в пределах полосы пропускания и меньшие по сравнению с фильтрами Баттерворта частотные искажения на границах рабочей полосы частот. Оба типа фильтров обеспечивают одинаковое ослабление за пределами рабочей полосы, причем фильтры Чебышева дают большую величину подавления при высоком порядке фильтра.

 

Рис. 4.6. Амплитудно-частотные  характеристики входных фильтров транспондеров (n – порядок фильтра).

Фильтры Бесселя и Лежандра имеют меньшую крутизну амплитудно-частотной характеристики и меньший уровень подавления за пределами рабочей полосы частот. В таблице 4.2 для сравнения приведены параметры фильтров Чебышева и Баттерворта.

Таблица 4.2. Полоса частот фильтров Баттерворта и Чебышева (частотная полоса шума на входе) по отношению к уровню, соответствующему 3 дБ.

Фильтр	Порядок фильтра		Фильтр	Порядок фильтра		Фильтр	Порядок фильтра
Баттер- ворта	1	1,570	Чебы- шева (e=0,1)	1	1,570	Чебы- шева (e=0,158)	1	1,57
	2	1,220		2	1,15		2	1,33
	3	1,045		3	0,99		3	0,86
	4	1,025		4	1,07		4	1,27
	5	1,015		5	0,96		5	0,81
	6	1,010		6	1,06		6	1,26

Полоса пропускания шума высокочастотного фильтра должна обеспечивать малые искажения сигнала на несущей частоте. Если полоса пропускания входного фильтра слишком мала, то спектр несущей будет сильно искажен. Искажения при пропускании сигнала через фильтр вызваны как неравномерностью амплитудной характеристики, так и групповой задержкой или фазовыми искажениями (сигналы на различных частотах имеют различные величины задержки).

На рис. 4.7 представлены графики групповой задержки (group delay) для соответствующих фильтров, характеристики которых приведены на рис. 4.6.

 

Рис. 4.7. Частотные зависимости групповой задержки для фильтров, приведенных на рис. 4.6.

Изменения задержки наиболее ярко проявляются на границах рабочей полосы частот, т.е. на тех участках, где амплитудная характеристика резко спадает. Фильтры Бесселя и Лежандра имеют более гладкие фазо-частотные характеристики и такие фильтры обладают явным преимуществом в случае, когда предъявляются жесткие требования по линейности фазо-частотной характеристики в широкой полосе частот (обычно, когда форма отклика внутри полосы пропускания более важна, чем подавление шума за пределами полосы пропускания).

Величина приемлемых искажений, вызванных неравномерностью амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик, зависит от формы спектра сигнала. Если сигнал в канале передачи вверх – это модулированное несущее колебание с центральной частотой, соответствующей центральной частоте полосы пропускания фильтра, то искажения, вызванные конечной величиной полосы пропускания не существенны.

Однако если сигнал передан на спутник в формате FDMA, которому соответствует несколько несущих, рассредоточенных в определенной частотной полосе, то искажения, вызванные конечной величиной полосы пропускания становятся существенными.

Высокочастотный спектр несущего колебания в канале связи вниз часто ограничивают так называемой «маской», за пределы которой не должен выходить спектр обрабатываемого сигнала (см. рис. 4.8 ниже).