12.6. Коррекция ошибок согласованного фильтра

Описанный в предыдущем разделе метод групповой расстройки может оказаться весьма полезным для компенсации некоторых видов ошибок задержки. Тем не менее в процессе монтажа сложного согласованного фильтра остаточная ошибка задержки может достигнуть уровня, который превышает предельную границу, установленную для системы. Кроме того, после сборки сложного согласованного фильтра сжатия импульсов имеются и другие источники ошибок задержки. Поэтому возможно возникнет необходимость включить в его состав устройство для результирующей коррекции ошибок. При проектировании устройств результирующей коррекции ошибок первым шагом является определение частотной зависимости ошибки для смонтированного фильтра в целом. Это делается путем точного измерения задержки и нанесения на график разности между измененной и заданной кривыми.

Сказанное поясняется рис. 12.13, где информция об ошибке в схеме, состоящей из 30 трехзвеньевых секций, рассмотренных в примере синтеза в предыдущем разделе (кривая а), сравнивается с частотной характеристикой идеальной задержки. Идеальная частотная характеристика показана штриховой горизонтальной линией, проходящей через нулевую координату задержки. Схема цепи коррекции задержки зависит от комбинации частотных характеристик, полученных О'Мира. Для рассматриваемого случая была применена комбинация на четырех таких - мостовых -образных звеньев, дающих задержку по времени. Их индивидуальные и результирующая функции задержки показаны на рис. 12.14. Результат присоединения этой комбинации корректоров к фильтру показан на рис. 12.13 (кривая б). Другая эталонная пунктирная линия отражает результат сложения фиксированной задержки с первоначальной эталонной линией. Тем не менее, пока обе линии остаются параллельными, такое сложение не влияет на свойства сжатия согласованного фильтра, приводя лишь к дополнительной фиксированной задержке сигналов на его выходе. В данном примере влияние этих корректоров привело к снижению ошибки задержки в четыре раза. Однако при этом возрастает также частота пульсаций, так что наблюдается даже большее снижение фазовой ошибки, которая, как показал проведенный в гл. 11 анализ парных эхо, фактически является наиболее важным критерием. Если фазовая ошибка описывается синусоидой

то обусловленная ею ошибка задержки равна

(кликните для просмотра скана)

Отсюда можно видеть, что при фиксированном пиковом значении ошибки задержки максимальная фазовая ошибка обратно пропорциональна С — числу периодов функции ошибки задержки во всей полосе . В конкретной практической разработке может потребоваться по отдельности или вместе метод групповой расстройки и коррекция функции задержки. Однако предпринимаемые в действительности шаги будут в значительной степени зависеть от оценки разработчиком имеющейся информации о кривой ошибок.

При синтезе функции, корректирующей ошибки задержки, полезнее использовать стандартизированную, а не нормализованную кривую задержки. Из соотношений (12.27, а) и (12.24) для максимальной задержки, получаемой в фазосдвигающих фильтрах с мостовыми -образными звеньями, можно найти связь между емкостью последовательной ветви -образного мостового четырехполюсника и максимальной задержкой

Поскольку максимальная величина задержки определяет все другие параметры частотной характеристики задержки, значение центральной частоты схемы не будет влиять на форму характеристики после того, как величина максимальной задержки уже выбрана. Поэтому из кривой ошибки задержки можно определить приблизительную величину вклада пиковой задержки, требуемой от каждого мостового -образного корректора, оценивая значение частоты, на которой наблюдается максимальная задержка. Если после рассмотрения кривой, корректирующей результирующую задержку, потребуются дополнительные регулировки, то значения центральных частот, на которых наблюдаются максимальные задержки, могут быть изменены. Вследствие только что описанного свойства это не повлияет на форму каждой составляющей частотной характеристики задержки, поскольку максимальные значения задержки остаются неизменными. Для того, чтобы произвести синтез таким способом, необходимо использовать стандартные частотные характеристики задержки. В табл. 12.1 и на рис. 12.15 представлены данные для нескольких таких стандартных характеристик задержки,

Как показано на примере рис. 12.14, если подходящая комбинация максимальных задержек и связанные с ними частоты уже выбраны, то элементы каждого мостового -образного звена можно рассчитать на основании соотношений (12.7) и (12.8). Поскольку метод расчета приводит к значениям (частоте, на которой задержка максимальна), частота настройки каждого звена может быть получена из соотношения (12.35).

Данные, приведенные в табл. 12.1, были рассчитаны для значений максимальной задержки, необходимых для использования в рассмотренном примере синтеза. Если требуется получить набор характеристик задержки, который охватывал бы широкую полосу

Таблица 12.1 (см. скан) Стандартные величины задержки (в микросекундах) для частот (в мегагерцах)

частот, то эти стандартные данные можно преобразовать для получения корректирующих задержку функций с меньшими (или большими) пиковыми значениями и в более широком (или в более узком) частотном диапазоне. Это достигается путем умножения величины пиковой задержки, и тем самым значения на требуемый множитель и деления частотных приращений на то же самое число. Так, например, если при использовании более широкой полосы требуется вдвое меньшее значение максимальной задержки, каждое значение задержки в требуемом ряду таблицы умножается на 1/2, а приращения частот вместо становятся равными Этот метод можно считать вариацией метода О'Мира, реализованного для конкретного применения. Установлено, что стандартные частотные характеристики задержки являются полезными для решения проблемы коррекции ошибки задержки.

Второй основной причиной неидеальной реализации согласованного фильтра является неплоская амплитудно-частотная характеристика фильтра сжатия. Она отражает результаты применения неидеальных компонент (т. е. компонент с конечными в которых вследствие потерь наблюдается ослабление сигнала. Затухание этого вида может стать весьма большим в линии задержки,

(кликните для просмотра скана)

составленной из многих звеньев. В общем виде влияние потерь описывается выражением, полученным Бодэ [31:

где ослабление амплитуды, обусловленное потерями; равно всех реактивных элементов (предполагаемых одинаковыми), функция задержки фильтра.

Часто предполагается, что множитель сохраняется сравнительно постоянным в достаточно узкой полосе частот, так что дополнительная функция ослабления связывается со значениями функции задержки по времени. В случае линейной функции задержки ослабление должно быть приблизительно линейной функцией частоты, являясь наибольшим там, где задержка максимальна. Это иллюстрируется изображенной на рис. 12.17 характеристикой ослабления сигнала в схеме, рассчитанной ранее в качестве примера. Для того чтобы скорректировать этот вид затухания, схему можно дополнить устройством коррекции амплитудно-частотной характеристики, т. е. выравнивателем. Для этой цели часто используется показанная на рис. 12.16 схема амплитудной коррекции, имеющая постоянное сопротивление. Вносимое цепью этого типа затухание определяется выражением

где - максимальное затухание, а

Примерная функция, описывающая вносимое затухание, показана на рис. 12.16. Выбор влияет на максимальную величину вносимого затухания, а значения определяют критические частоты и поэтому общую форму кривой. Значения элементов -образной мостовой схемы с продольной перемычкой связаны с этими параметрами соотношениями

характеристическое сопротивление).

На практике параметры функции вносимого затухания регулируются так, что корректирующая амплитуду характеристика располагается либо вблизи либо Результат объединения функции ослабления этого вида и амплитудно-частотной

характеристики самой схемы сжатия, рассмотренной в качестве примера, показан на рис. 12.17. Результирующая функция имеет требуемую плоскую характеристику затухания в интервале На практике общую характеристику амплитудной коррекции обычно реализуют при помощи нескольких выравнивающих четырехполюсников, которые могут быть распределены по всей сжимающей линии задержки. Если полное вносимое затухание становится большим, то через определенные интервалы в тракт линии задержки можно также включить усилители. На практике часто объединяют амплитудный корректор и буферный усилитель в один конструктивный блок.

Рис. 12.17. Результирующие данные амплитудной коррекции.

Необходимо отметить, что каждая из этих дополнительных цепей будет оказывать влияние на кривую ошибок задержки и ее следует принять во внимание при коррекции ошибки в соответствующей части схемы. Большое число вариантов корректирующих схем описано Цобелем [41 и Мидом [51.

Источниками ошибок при синтезе согласованного фильтра являются не только неточности, связанные с приближенностью расчета, но также и неточности изготовления компонент, рассогласование импедансов и погрешности в настройке. Именно эта практическая сторона может беспокоить разработчика системы. Благодаря применению качественных компонент, точной измерительной аппаратуры и аккуратности в работе зачастую можно обойтись без излишних дополнительных усилий, связанных с коррекцией фазы. Совокупное влияние допусков компонентов мостовой -образной схемы на уровень обусловленных парными эхо боковых лепестков сжатого импульса показано на рис. 12.18. Указанные на графике величины допустимых отклонений представляют собой среднеквадратичное значение допусков на компоненты [61.

Методы проектирования задержки с дисперсией и коррекции ошибок, рассмотренные в данном и предыдущем разделах,

основывались на использовании результатов расчета линейной задержки, проведенного в качестве примера. Тем не менее, общие методы плюс конкретный подход к проблеме коррекции ошибок можно использовать при решении задачи синтеза любого согласованногофильтра, хотя саму по себе основную функцию задержки, возможно, придется рассчитывать на ЦВМ, если это будет нелегко сделать при помощи приближенных графических методов построения нелинейных функций задержки.

Рис. 12.18. Влияние величины отклонения параметров компонентов от заданных на уровень искажающих боковых лепестков. Отклонение частоты в 10 раз меньше отклонений параметров компонентов.

Проблема синтеза произвольной групповой задержки и фазовой характеристики была рассмотрена также О Мира 17]. Другие методы синтеза дисперсионной линии задержки на сосредоточенных элементах, основанные на использовании фазосдвигающих фильтров, описываются Брендоном [8] и Стьюардом 19].