Частотной когерентности

Важнейшее свойство простых колебательных контуров, обусловливающее их широкое применение в радиотехнике, состоит в том, что они обладают частотной избирательностью: пропускают сигналы, частоты которых близки к резонансной, и задерживают сигналы с частотами, отличающимися от нее. Так как оба контура взаимно дуальны, то достаточно рассмотреть один из них, например последовательный.

Конденсаторы емкостью порядка 10 пФ на основе МДП-структур используются в некоторых аналоговых микросхемах, обладающих частотной избирательностью сигналов (например, в активных фильтрах). На высоких частотах МДП-конденсаторы имеют низкую добротность, так как одной из обкладок служит полупроводниковый слой со значительным сопротивлением. Высокую добротность обеспечивают тонкопленочные конденсаторы. Такие конденсаторы емкостью 0,1 ... 1 пФ, а также тонкопленочные индуктивные элементы (доли наногенри) применяют в полупроводниковых аналоговых арсенид-галлиевых СВЧ-микросхемах. На более низких частотах индуктивные элементы не используют. В некоторых случаях индуктивный эффект получают схемным путем (применяя операционные усилители с 7?С-цепями обратной связи, активные фильтры и др.). Для других случаев применения, где индуктивности необходимы, используют катушки, находящиеся вне корпуса микросхемы.

Преобразователи ПАВ обладают частотной избирательностью, а частотная характеристика ЛЗ имеет максимум на некоторой частоте /о, типичные значения которой составляют десятки и сотни мегагерц. При этом полоса пропускания Л/ может быть достаточно широкой, вплоть до А/ — /0. Помимо перечисленных параметров ЛЗ характеризуются потерями. Из-за неполного согласования входного преобразователя ПАВ с источником электрического сигнала не вся его энергия преобразуется в энергию ПАВ. Точно так же на выходе не вся энергия ПАВ преобразуется в электрический сигнал. Согласование в широкой полосе частот представляет серьезную проблему. Кроме того, излучатель ПАВ не обладает идеальной направленностью и часть энергии ПАВ теряется в звукопроводе. Возникают также потери из-за отражения ПАВ и др. Потери имеют размерность дБ. Они увеличиваются с ростом задержки. Например, при /зд = 1 икс потери составляют около 2 дБ, а при /Зд — 1 мс — 40...50 дБ.

Поскольку резонансные системы обладают высокой частотной избирательностью, то спектр выходного сигнала формируется фактически только в узкой полосе пропускания системы. Если в пределах этой полосы спектральная плотность входного сигнала изменяется незначительно (как это по- о казано на 7.16), то приближенно можно принять

В радиоэлектронике приходится иметь дело с различными сигналами и с разнообразными, в основном с инерционными, цепями. При передаче реальных сигналов по таким цепям возникают переходные процессы. В отличие от электротехники, интересующейся установлением режима при включении или выключении источников энергии, в радиотехнике в основном рассматривается влияние переходных процессов на форму сигналов и в конечном итоге на содержащуюся в них информацию В гл. 1 отмечалось, что большинство радиотехнических устройств представляет собой сочетание линейных и нелинейных элементов Это обстоятельство усложняет задачу строгого рассмотрения переходных процессов в радиоцепях, так как классические методы анализа, основанные на использовании принципа суперпозиции, являются линейными методами. В радиотехнике поэтому широкое распространение получили приближенные методы анализа воздействия сигналов на реальные устройства. Это приближение достигается двумя путями: во-первых, выделяются линейные цепи, которые рассматриваются изолированно от нелинейных элементов. Во-вторых, переходные процессы обычно рассматриваются для линейных цепей с постоянными параметрами И, наконец, при рассмотрении прохождения сигналов через колебательные системы, обладающие высокой частотной избирательностью, удается существенно упростить сам метод анализа допущением о «медленности изменения амплитуд».

Дальнейшее упрощение анализа вытекает из свойств передаточной функции резонансных систем, обладающих сильно выраженной частотной избирательностью. Модуль коэффициента передачи Л"(ш) быстро убываег при удалении со от резонансной частоты.

получили приближенные методы анализа воздействия сигналов на реальные устройства. Во-первых, выделяются линейные цепи, которые рассматриваются изолированно от нелинейных элементов; во-вторых, при рассмотрении прохождения сигналов через колебательные цепи, обладающие высокой частотной избирательностью, удается существенно упростить сам метод анализа допущением о «медленности изменения амплитуд».

Дальнейшее упрощение анализа вытекает из свойств передаточной функции резонансных цепей, обладающих сильно выраженной частотной избирательностью. Модуль коэффициента передачи К (ш) быстро убывает при удалении со от резонансной частоты.

Так как выполнить второе требование значительно сложнее из-за возможности возникновения дополнительных местных искажений при наличии в цепи нелинейных параметров, то применяют специальные конструктивные меры. Чтобы иметь возможность привести цепь к определенному состоянию равновесия при наличии высших гармоник, в качестве нулевого индикатора обычно применяют вибрационный гальванометр с резко выраженной частотной избирательностью или специальные электронные устройства, обладающие тем же свойством избирательности. Такие избирательные указатели настраиваются на основную частоту (частоту 1-й гармоники) и не учитывают составляющие высших гармоник. Искажение формы кривой напряжения вносит некоторую погрешность в измерение, однако она не очень велика даже при значительном содержании высших гармоник.

2) усилители указателей равновесия (нулевые усилители), служа щие для обнаружения весьма малых напряжений или токов в соответствующих участках измерительных цепей. Они должны иметь достаточно большой коэффициент усиления (входная и выходная величины однородные), т. е. малый порог чувствительности, обладать большой стабильностью нуля, а часто и определенной частотной избирательностью. В соответствии с последним требованием различают частотно-избирательные и полосовые усилители. Нулевые усилители бывают также фазочувствительными и фазонечувствительными. В первых, в отличие от фазойечувствительных усилителей, выходная величина является функцией .не только значения входной величины, но и угла сдвига этой величины относительно некоторой другой. Особых же требований в отношении стабильности коэффициента преобразования к нулевым усилителям, как правило, не предъявляют;

— медленно меняющаяся комплексная функция времени. Далее, если принять во внимание то, что нас интересуют только частоты, близкие к частоте собственных колебаний (так как контур генератора обладает высокой частотной избирательностью), становится очевидным, что три гармонических члена в выражении (8.30) дают незначительный вклад в выходной шум и, следовательно, ими можно пренебречь. Это позволяет записать выражение

Поскольку фс(А/) является автокорреляционной функцией по частотной переменной, она обеспечивает нам возможность измерить частотную когерентность канала. Как следствие преобразования Фурье между фс(А/) и фс(т), обратная величина много путевого рассеяния является мерой частотной когерентности канала.

где (Д/Х «означает полосу частотной когерентности. Таким образом, две синусоиды с частотным разносом, большим (Д/)с, ведут себя различно в канале. Если (Д/)с мало по сравнению с полосой частот переданного сигнала, канал называют частотно селективным. В этом случае сигнал существенно искажается в канале. С другой стороны, если (&f)c

канал называется частотно-селективным. Дополнительное искажение обусловлено изменениями во времени C(f;t). Этот вид искажений проявляется как изменение интенсивности принимаемого сигнала и называется замиранием. Следует подчеркнуть, что частотная селективность и замирания рассматриваются как два различных вида искажений. Первая зависит от многопутевого рассеяния или, что эквивалентно, от отношения полосы частотной когерентности к полосе передаваемого сигнала W . Второе зависит от изменения канала во времени, которое грубо характеризуется временной когерентностью (А/)с или, что эквивалентно, доплеровским рассеянием Bd .

Это значит, что полоса W намного меньше полосы частотной когерентности канала. Следовательно, канал неселективен по частоте. Другими словами, все частотные компоненты S,(f) подвергаются одинаковым ослаблениям и фазовым сдвигам при

Таким образом, когда полоса частот сигнала W намного меньше полосы частотной когерентности (Д/Х канала, принимаемый сигнал равен просто переданному сигналу, умноженному на комплексный случайный процесс С (О;/1), который представляет переменную во времени передаточную функцию канала. В этом случае мы видим, что многопутевые компоненты в принимаемом сигнале неразличимы поскольку W « (Д/Х •

Поскольку многопутевые компоненты в принимаемом сигнале не различимы, когда полоса частот W меньше полосы частотной когерентности (А/")с канала, то принимаемый

Один метод сводится к использованию частотного разнесения. В этом случае одинаковый информационный сигнал передается по L несущим, причем разнос между соседними частотами равен или превосходит полосу частотной когерентности канала

пренебречь межсимвольной интерференцией, обусловленной многопутёв остью. Поскольку полоса сигнала превышает полосу частотной когерентности канала, принимаемый сигнал выражается так

Аналогично, частотное разнесение получается передачей сигнальных компонент, несущих одинаковую информацию, по многим частотным интервалам, взаимно разнесённых на величину, по крайней мере, равной полосе .частотной когерентности канала (Д/)с. Таким

(IV) полоса частотной когерентности канала;

а Определите полосу частотной когерентности и'интервал временной когерентности.