11.9. Компенсация искажений

Несмотря на усилия разработчика системы, достижение требуемого уровня допустимых искажений в передатчике путем прямого контроля отдельных компонент может оказаться чрезмерно дорогостоящим.

В таком случае наилучшей процедурой является конструирование цепей компенсации искажений, которые вводят равные, но противоположные по знаку искажения с целью уничтожения искажений, возникающих в цепях передатчика большой мощности. Практически полного уничтожения искажающих компонент добиться нельзя, однако снижение их величины на порядок в действующих РЛС является реальным.

Компенсация искажений может основываться на методах, использующих устройства с незамкнутой или замкнутой цепью обратной связи.

Рис. 11.24. Блок-схема устройства компенсации с незамкнутой цепью обратной связи.

Оба эти метода в общем виде были рассмотрены Дифранко и Рубиным в работе [51, откуда позаимствованы блок-схемы устройств, изображенных на рис. 11.24 и 11.25. Принцип работы показанной на рис. 11.24 схемы основывается на обнаружении амплитудных пульсаций на выходе мощного оконечного каскада и преобразовании данных этой амплитудной ошибки в сигнал предыскажения фазы, который подается к каскаду, предшествующему оконечной лампе. Это устройство применимо в том случае, когда можно обнаружить искажения амплитуды, связанные с искажениями фазовой модуляции, и не пригодно, если оно само по себе является источником искажений в виде боковых лепестков с уровнем выше допустимого. Однако данный метод, основывающийся главным образом на компенсации искажений, вносимых импульсным модулятором оконечного каскада, трудно реализовать, тогда, когда искажающие фазовую модуляцию компоненты будут иметь незна чительную, связанную с ней амплитудную модуляцию или вообще не будут ее иметь.

Для корректирующей системы с незамкнутой цепью обратной связи можно применить другой метод, если модуляционные ошибки известны и повторяются от импульса к импульсу, или если требуется компенсировать некоторую нежелательную и детерминированную

характеристику обыкновенного зондирующего сигнала на выходе согласованного фильтра. В этом случае можно синтезировать необходимую корректирующую функцию, т. е. функцию предыскажения, синхронизированную со временем появления сигнала и приложенную в соответствующей точке схемы передатчика для достижения требуемого результата. Рассмотренная в гл. 7 функция предыскажения ЛЧМ сигнала, предназначенная для уменьшения фрепелевских пульсаций спектра и уровня парных эхо, связанных с этими пульсациями, является примером указанного метода компенсации искажений, использующего незамкнутую цепь обратной связи [14].

Рис. 11.25. Блок-схема устройства компенсации с замкнутой цепью обратной связи.

Работа показанной на рис. 11.25 схемы коррекции искажений с замкнутой цепью обратной связи основывается на отборе последовательных мгновенных значений сигнала с выхода мощного оконечного каскада и на сравнении ошибочных девиаций его фазы с фазой неискаженного опорного сигнала, получаемого от маломощного генератора на выходе согласованного фильтра (он может быть активным или пассивным). Оба сигнала вводятся после точной временнбй и фазовой регулировки, осуществляемой путем установки на пути опорного сигнала задержки, равной запаздыванию сигнала в канале мощного каскада. В тех случаях, когда эта задержка мала по сравнению с периодом наивысшей искажающей компоненты корректируемого сигнала, тогда коррекция искажений в течение длительности зондирующего импульса становится возможной, а устройство наиболее простым. Если выравнивающая задержка не удовлетворяет этому требованию, то исправляющий искажения сигнал может быть задержан на время, равное одному периоду повторения, и использован для коррекции следующего импульса, при условии, что в между импульсный период каких-либо существенных изменений в соотношениях частот искажения не произойдет.

Такие изменения могут возникнуть из-за нестабильности длительности синхронизирующего импульса или из-за порождаемой уходом частоты нестабильности длительности сигнала в устройстве пассивного формирования растянутого импульса. Этот метод можно применять, если точка схемы передатчика, в которой производится коррекция искажения, расположена после точки, где получают информацию об искажении. Метод будет непригоден, если исправляющий ошибку сигнал поступает в устройство обратной связи, которое уменьшает искажения в точке, откуда извлекается информация об искажениях.

Рис. 11.26. Схема устройства сравнения фаз в реальном масштабе времени.

Де Лоренцо и Де Анджелис 1121 рассматривают необходимые требования к аппаратуре, применяемой в высокоточных РЛС, которая должна измерять ошибки фазовой модуляции и формировать корректирующий их сигнал при использовании устройства с замкнутой цепью обратной связи для компенсации искажений в реальном масштабе времени. На рис. 11.26 поясняется один из описанных методов формирования сигнала ошибки. Используемые для сравнения сигналы

являются неискаженными сигналами на выходе согласованного фильтра, а искаженный сигнал на выходе передатчика запишется

где представляет собой кодированную функцию модуляции, а функцию, искажающую фазовую модуляцию.

После усиления, ограничения и отфильтровывания высокочастотных составляющих сигнал на выходе изображенного на рис. 11.26 видеоусилителя запишется в виде

При малых значениях (т. е. меньших ±10°), можно аппроксимировать следующим выражением:

Оно представляет собой корректирующее ошибку напряжение, требуемое для применения в устройстве линейной фазовой модуляции. Разработанный Де Лоренцо и Де Анджелисом способ можно применить также для измерения фазовых искажений в частотной области пассивных цепей и усилителей, если тест-сигналом служит ЛЧМ сигнал, имеющий относительно большое значение произведения длительности на полосу, и если ожидаемые фазовые ошибки меньше ±10°.

Рис. 11.27. Блок-схема устройства для измерения фазовых искажений.

На рис. 11.27 показана блок-схема испытательного макета этого типа. ЛЧМ сигнал на выходе испытуемого устройства в функции времени будет содержать искажающую фазовую модуляцию, которая почти идентична зависимости фазовой ошибки от частоты. При правильно откалиброванном индикаторе напряжение ошибки, полученное в показанной на рис. 11.27 схеме при вышеупомянутых условиях будет служить весьма точной мерой фазовых искажений, обуслойленных искажениями в частотной области. С точностью измерения, равной 0,1°, были проведены лабораторные испытания описанной выше аппаратуры на таких устройствах, как лампы

бегущей волны, СВЧ компоненты и усилители промежуточной частоты, при этом было достигнуто снижение искажений фазовой модуляции в реальном масштабе времени, превышающее 12 дб.

Радемахер и Рэндайс [131 исследовали требования и конструк тивные параметры цепи обратной связи, необходимой для подачи корректирующего сигнала к одному из возможных преобразователей напряжения в фазу в тракте с высоким уровнем мощности, например к лампе бегущей волны. Рис. 11.28 иллюстрирует общую конфигурацию цепи обратной связи в тракте передатчика рассматриваемого типа, предназначенную для коррекции ошибки фазовой модуляции. Требования к отдельным источникам ошибки и к выравнивающей задержке отображены на рис. 11.29, а. Задержки связаны с линейной частью фазовой характеристики каждого устройства, соответствующие фазовые ошибки в функции времени и частоты. Когда частота является известной функцией времени, как, например, в случае ЧМ сигналов, пропущенных через согласованный фильтр, то ошибка может быть выражена как а используя преобразование Лапласа, система с обратной связью может быть представлена в классической форме, показанной на рис.

Если преобразование Лапласа фазовых искажений в отсутствие обратной связи равно а при наличии обратной связи то для случая, показанного на рис. 11.29, отношение этих двух членов, полученное исходя из общей теории цепей с обратной связью, равно

где задержка от точки приложения обратной связи до выхода, а преобразование Лапласа характеристики усилителя в цепи обратной связи.

Требование к характеристике усилителя в цепи обратной связи заключается в том, что величина коэффициента усиления должна упасть ниже дб раньше, чем значение фазы станет больше 180°. Разность между 180° и фактической фазовой характеристикой усилителя, когда дб, представляет собой запас по фазе в цепи обратной связи, а уровень усиления ниже дб, когда фаза составляет 180°, представляет Собой запас усиления системы обратной связи. Необходимость иметь каждый из этих запасов достаточно большим для того, чтобы обеспечить стабильность работы системы с обратной связью, налагает ограничение на величину произведения коэффициента усиления на полосу системы и тем самым на эффективность уменьшения искажений. В этой связи Радемахер и Рэндайс отмечают большое значение задержки ибо она вводит дополнительный фазовый множитель в характеристику цепи обратной связи.

(кликните для просмотра скана)

Сказанное иллюстрируют показанные на рис. 11.30 характеристики усилителя в цепи обратной связи. Для того чтобы поддерживать величину малой, необходимо подавать сигнал обратной связи в точку, расположенную достаточно близко к оконечному выходному каскаду. Это означает, что обратная связь должна быть введена в точку, обладающую относительно высоким потенциалом, тем самым увеличивая сложность и стоимость конструкции усилителя в цепи обратной связи. Введение обратной связи в точку с более низким потенциалом приведет, вообще говоря, к увеличению значения и к уменьшению запаса усиления по фазе системы.

Рис. 11.30. Коэффициент усиления и фазо-частотная характеристика усилителя в цепи обратной связи.

Результаты, полученные Радемахером и Рэндайсом для усилителя в цепи обратной связи, сконструированного для работы в системе с большим уровнем мощности, показывают, что когда запас по фазе в переходной точке усиления равен 95°. Однако когда мксек, запас по фазе составляет лишь 13°. Если велико, то для того чтобы это компенсировать, необходимо снизить коэффициент усиления. С другой стороны, результаты, полученные для мксек, показали уменьшение фазовой ошибки в цепи передатчика приблизительно в отношении однако при мксек коэффициент уменьшения ошибки упал До так как для поддержания стабильности системы необходимо было снизить усиление.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)