Розробка схеми приймача цифрової тропосферної станції (стр. 3 из 7)

( 6)

і – коефіцієнт шуму і коефіцієнт потужності МШП;

– коефіцієнт шуму вхідного пристрою підлюченого до виходу системи первинної обробки;

і – втрати на фазоповертачі та суматорі (в системі первинної обробки сигналів).

Аналогічно для коефіцієнта шуму модуля пасивної ФАР:

( 7)

Поділивши рівняння ( 7) на ( 6) ми одержимо енергетичний виграш, який забезпечить АФАР у порівнянні з пасивною ФАР:

( 8)

Максимально великий виграш реалізується при достатньо великому коефіцієнті

:

( 9)

Відповідний виграш можна одержати при:

, ( 10)

Наприклад:

;

;

.

Максимальний виграш

при (17 дБ), а оптимальний виграш . Для модуля з перетворенням частоти максимальний виграш також оцінюється по формулі ( 9). Ідентичність фазочастотних характеристик модулів зазвичай досягається відомими прийомами гібридно-інтегральних технологій. Але вона ще може досягатися також раціональною будовою функціональних схем модулів, в основі яких закладені різні методи самокомпенсації нестабільних фазових відхилень. Наприклад, в приймальних модулях по схемі рис. 10 ідентичність фазових відхилень здійснюється за допомогою відомого методу «подвійного частотного переносу». Як відмічалось нестабільність частоти та фази допоміжного генератора в фільтрах побудованих на основі цього методу, компенсується. Якщо джерело сигналу та гетеродина поміняти місцями, тобто напругу корисного сигналу подати синфазно на обидва змішувачі, а напругу гетеродина тільки на один змішувач, то напруга на виході другого змішувача буде залежати від фазових зсувів МШП. Крім того, в такому модулі не потрібен керуючий фазоповертач, так як незалежно від фази сигналу на виході модуля фаза вихідного сигналу буде визначатися фазою гетеродину [14].

Рис. 10. Приймальний модуль АФАР

Однак певна будова модуля АФАР може бути використана тільки для певного класу приймальних сигналів. Як наголошувалось, призначення АФАР в багатьох випадках виявляє схемну побудову модуля. Наприклад, в самофазуючихся антенних решітках (додавання всіх елементів в них відбувається незалежно від фазового фронту падаючої хвилі) приймальні модулі побудовані з використанням фазової автопідстройки частоти. На рис. 11 представлені дві функціональні схеми таких модулів.

Рис. 11,а. Схема модуля АФАР

Рис. 11,б. Схема модуля АФАР

В модулі по схемі рис. 11,а фаза опорного сигналу задається спеціальним опорним генератором, частота

якого близька до частоти приймаємого сигнала . Сигнал від випромінювача через змішувач подається на фазовий детектор, де відбувається його порівняння по фазі з опорним сигналом [14]. З виходу фазового детектора сигнал помилки пропорційний різниці фаз прийнятого і опорного сигналів діють на генератор керуємий напругою, частота вихідних коливань якого залежить від керуючої напруги. Замкнутий ланцюг зворотнього зв’язку ГКН-змішувач встановлює рівність фаз прийнятого сигналу на виході змішувача і опорного сигналу. Перевагою такого модуля являється відсутність шуму в опорному сигналі. Його використання доцільне, якщо частота приймаємого сигналу відома на перед з високою точністю, так як ГКН повинен зкомпенсувати зсув частоти в наслідок нестабільності передавача.

В модулі по схемі рис. 11,б в якості опорного використовується сигнал з виходу суматора вихідних напруг всіх модулів. Не дивлячись на те, що в опорному сигналі такого модуля є шуми (опорним сигналом являється прийнятий і усереднений сигнал) перешкодостійкість його може бути не гірше ніж модуля за схемою рис. 11,а, що пояснюється можливістю звуження шумової смуги системи ФАПЧ, так як в даному випадку доплерівський зсув частоти присутній в опорному сигналі і компенсації підлягають лише нестабільність частоти передавача та повільне зміщення фази сигналів в кожному модулі.

Іншим прикладом, коли функціональна схема модуля і параметри вхідних в нього вузлів визначаються призначенням АФАР, являється прийомо-передавальний модуль перевипромінюючої АФАР. Як віломо із теорії ФАР, для роботи перевипромінюючої ФАР необхідно створити у випромінювачах фазове розподілення комплексно спряжене фазовому розподілу для прийнятого сигналу, яке можливо отримати різними способами.

На рис. 12 приведена функціональна схема прийомо-передавального модуля, в якому спряження фазових зсувів здійснюється за допомогою перетворення частоти прийнятого сигналу.

Рис. 1 Функціональна схема прийомо-передавального модуля АФАР

На виході змішувача

маємо сигнал:

. ( 11)

Якщо частота гетеродина

, то перший доданок в цьому виразі має фазу , спряжену фазі отримуємого сигналу. Як видно спряжені по фазі сигнали отримано тут шляхом інвертування спектру прийнятого сигналу. В модуляторі на сигнал із спряженою фазою накладається інформація і здійснюється зсув сигналу по частоті. Потім сигнал посилюється і перевипромінюється [14]. Зсув по частті дозволяє збільшити розв’язку приймальної і передавальної частини модуля за допомогою смугового фільтра налаштованого на приймаємий сигнал.

Розглянуті ФАР мають значні переваги перед звичайними антенами, що і було доведено вище, але перспективна тропосферна станція з цифровою обробкою інформації передбачає більш досконалий антенний пристрій.

Ключовим рішенням стало використання (вперше для вирішення такої задачі) прийомо-передавальної ЦАР, в якій здійснюється цифрове формування променів, характеристики направленості. На сучасних ЦАР при 128 активних дипольних елементах комплект процесорів обробки сигналів дозволяє формувати одночасно 250-300 променів, звичайно для ТРС такі можливості не потрібні, отже є можливість зменшити кількість елементів ЦАР і обчислювальні потужності процесорів, що звичайно підвищить надійність станції, а головне зменшить вартість обладнання.

Цифрове формування променів – єдина на сьогодні технологія, що дозволяє ефективно реалізувати динамічну адаптацію постійного зв’язку на основі оперативного перенаправлення цифрових прийомо-передавальних променів з метою адекватного реагування на зміни тропосфери.

Група променів, що синтезується, наприклад по алгоритму швидкого перетворення Фур’є, або за допомогою класичних процедур дискретного Фур’є аналізу, є по суті сукупністю «просторово-частотних фільтрів», кожен з яких пропускає строго визначений набір сигналів і подавляє інші, одночасно приймаємих в широкому просторовому секторі як перешкоди.