Исследование комбинационных помех в анализаторе спектра миллиметрового диапазона длин волн (стр. 1 из 3)
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Исследование комбинационных помех в анализаторе спектра миллиметрового диапазона длин волн.
Содержание
1.Введение
2.Теоретический анализ комбинационных помех ,
обусловленных побочными колебаниями гетеродина
в КВЧ смесителе анализатора спектра.
2.1Метод аппроксимации вольт амперной
характеристики диода экспоненциальной функцией.
2.2Метод аппроксимации вольт амперной характеристики диода степенным рядом.
3. Расчет и экспериментальное измерение относи
тельных уровней комбинационных помех.
3.1 Исследование уровней побочных колебаний в сигнале гетеродина.
3.2 Расчет и исследование уровней комбина
ционных помех в смесителях.
3.3 Измерение относительных уровней комбинационных помех в анализаторе спектра.
4. Заключение.
5. Список литературы.
6. Техника безопасности.
1. Введение
В радиотехнике, электронике, технике связи и других отраслях промышленности анализ формы электрических сигналов позволяет получить информацию о качестве радиоустройств, линий связи, технологических процессов и т.д. Сложная периодическая функция времени полностьюописывается амплитудами и фазами ее спектральных составляющих. В большинстве случаев достаточно иметь информацию об амплитуде и частоте составляющих спектра сигнала, то есть об амплитудном спектре. Загруженность освоенных ВЧ и СВЧ диапазонов, потребность использования радиоэлектронных средств (РЭС) для решения широкого круга новых задач вызвали необходимость дальнейшего расширения частотного диапазона в область мм длин волн. При этом важное значение имеют вопросы исследования неосновных колебаний в ВЧ трактах и радио излучений различных РЭС, а также контроль за рациональным использованием
РЭС, исключающим взаимные радиопомехи.
С целью контроля неосновных радио излучений и колебаний побочных излучений радиопередающих устройств, загружающие общий частотный диапазон, а также возможности установления источника помех и их характера используются панорамные приёмные устройства измерительные панорамные приёмники и анализаторы спектра последовательного действия ( АС ПД).
При конструировании анализаторов спектра с помощью различных мер предусматривается максимально возможное ослабление комбинационных помех в гарантируемой полосе обзора, однако устранить их полностью невозможно. Свободный от комбинационных составляющих интервал амплитудной характеристики анализатора по входу, ограниченный снизу уровнем комбинационных сигналов, а сверху максимально допустимым уровнем измеряемого сигнала, поступающего на смеситель (при котором комбинационные отклики незначительно превышают шумы анализатора), называют динамическим диапазоном по комбинационным помехам.
Динамический диапазон по комбинационным помехам в анализаторах спектра миллиметрового диапазона волн в основном определяются КВЧ преобразователями входных сигналов. Исторически на начальных этапах освоения мм диапазона длин волн предпочтение отдавалось гармониковым преобразователям частоты и анализаторам спектра с их использованием, так как это направление обеспечивает наиболее быстрое решение первоочередных измерительных задач с наименьшими затратами.
Достоинством гармониковых АС ПД является относительная простота, однако они имеют плохую чувствительность и малый динамический диапазон, свободный от комбинационных помех. Эти проблемы снимаются при использовании АС ПД с преобразованием спектра КВЧ сигналов на 1ой гармонике гетеродина. При этом возможны следующие варианты построения преобразователей:
с гетеродином на фиксированную частоту КВЧ диапазона ,
с перестраиваемым гетеродином КВЧ диапазона ,
формируемым путем умножения сигнала гетеродина СВЧ базового анализатора.
Фиксированные гетеродины применяются в случаях,
когда требуется выполнить спектральный анализ сигналов в относительно небольшом участке диапазона частот (не более 1012 ГГц).
В случае необходимости исследований сигналов в полном частотном диапазоне волновода используются перестраиваемые гетеродины, перекрывающие по частоте этот диапазон.
Формирование сигнала такого КВЧ гетеродина осуществляется умножением частоты задающего СВЧ генератора. В спектре сигнала гетеродина на выходе умножителей кроме основного, используемого в преобразователях колебания, содержатся побочные составляющие, кратные частоте задающего генератора. Исследованию комбинационных помех в КВЧ преобразователях, возникающих при немонохроматическом сигнале гетеродина и посвящена дипломная работа.
Целью работы по исследованию комбинационных помех в преобразователях частоты, работающих на первой гармонике гетеродина умножителя является:
расчет относительных уровней комбинационных помех,
экспериментальная проверка полученных теоретических результатов.
2. Теоретический анализ комбинационных помех,
обусловленных побочными колебаниями гетеродина
КВЧ в смесителе анализаторов спектра.
Вопросы расчета относительного ослабления амплитуд
комбинационных составляющих (продуктов преобразования)
нашли отражение в ряде работ [ 1 ], [ 4 ], [ 7 ].
Для расчета комбинационных искажений необходимо математическое задание вольт амперной характеристики диода, которая может быть представлена с помощью различных методов аппроксимации:
рядами Вольтерра;
экспоненциальном представлением;
в виде степенного ряда.
Первый метод для нашей задачи представляется неприемлемым ввиду громоздкости вычислений.
В нашей работе расчет комбинационных искажений проводился для двух видов аппроксимации вольт амперной характеристики смесительных диодов:
представлением вольт амперной характеристики диода степенным рядом;
экспоненциальным представлением вольт амперной характеристики.
2.1 Метод аппроксимации В.А.Х. диода экспоненциальной функцией.
Для расчета комбинационных помех, возникающих на выходе полупроводникового преобразователя частоты, обусловленных наличием побочного колебания в сигнале гетеродина, воспользуемся методикой, предложенной в работе [ 8 ].
В литературе [1 4] характеристику полупроводникового диода принято отображать экспонентой вида:
(2.1.1)где
ток через диод и приложенное к нему напряжение; 
коэффициенты аппроксимации.Пусть на вход преобразователя поступает напряжение:
(2.1.2)где
амплитуды и частоты составляющих входногонапряжения соответственно.
Подставляя в выражение (2.1.1) значение напряжения (2.1.2), получим:
(2.1.3)Величину
можно разложить в ряд по модифицированным функциям Бесселя [ 5 ]: 
(2.1.4)С учетом разложения (2.1.4) ток
равен: 
(2.1.5)После перемножения из формулы (2.1.5) можно извлечь выражения всех спектральных составляющих тока на выходе полупроводникового преобразователя частоты. Комбинационные составляющие, образующиеся в результате взаимодействия всех компонент спектра входного сигнала, имеют амплитуды:
(2.1.6)и частоты
Воспользуемся приведенными выше формулами для расчета относительного ослабления комбинационных помех.
Считаем, что на вход преобразователя поступают напряжения:
гетеродина
измеряемого сигнала
где
амплитуда и частота основного колебания гетеродина; 
амплитуда и частота побочного колебания в сигнале гетеродина; 
амплитуда и частота входного сигнала.В результате основного преобразования (K1=1, K3=1) на промежуточной частоте
образуется составляющая тока с амплитудой: 
(2.1.7)В процессе взаимодействия побочного колебания гетеродина и входного сигнала (K2=1, K3=1), на промежуточной частоте
образуется составляющая тока с амплитудой: 
(2.1.8)Рассчитаем относительное ослабление комбинационной помехи:
(2.1.9)Для упрощения дальнейших вычислений будем
предполагать, что
. В таком предположении можно считать[ 8 ]: