2. Основные динамические особенности систем АРУ.

Действие флуктуационной помехи малого уровня

При анализе действия радиопомех на приемник обычно не принимают во внимание особенности, которые возникают вследствие влияния системы АРУ на прохождение помехи. Чтобы учесть это влияние, необходимо рассмотреть динамические характеристики системы АРУ.

Функциональная схема системы АРУ представлена на рис. 5.7. Напряжение с выхода линейной части радиоприемника поступает на детектор АРУ, куда одновременно подается напряжение задержки Далее следует усилитель и фильтр Выходное напряжение с выхода фильтра поступает на регулируемые каскады для изменения коэффициента усиления к приемника.

Между огибающими и напряжений на выходе и входе приемника имеет место приближенное соотношение

Напряжение находится из соотношения

справедливого при Здесь передаточная функция фильтра, а — коэффициент передачи детектора и усилителя АРУ.

При написании равенства (5.1.13) предполагается, что усилитель промежуточной частоты имеет такую широкую полосу пропускания, а напряжение регулирования

Рис. 5.7.

благодаря фильтру меняется настолько медленно, что переходные процессы в обусловленные действием напряжения можно не учитывать. Это положение хорошо выполняется на практике, за исключением, может быть, случаев управления транзисторами, где иногда приходится принимать во внимание инерционности транзисторов по входу

Уравнения (5.1.13), (5.1.14) являются нелинейными, и система этих уравнений может быть решена лишь для некоторых частных случаев. Как показывает рассмотрение ряда работ, достаточные для практики результаты получаются в случае линейной аппроксимации функции к Предположим, что на вход приемника поступает амплитудно-модулированное напряжение и стационарный аддитивный шум. Огибающую результирующего напряжения будем считать квазистационарной, имеющей регулярную и случайную составляющие. Математическое ожидание входного напряжения будем полагать медленно меняющейся функцией времени или постоянным от опыта к опыту. Линеаризуем зависимость к в точке соответствующей действию на входе приемника напряжения с амплитудой равной математическому ожиданию. Тогда

причем

Здесь регулирующее напряжение в точке, относительно которой осуществляется линеаризация (рис. 5.8); коэффициент усиления, соответствующий пересечению оси ординат прямой (5.1.16); коэффициент усиления к при угловой коэффн циент касательной.

Плодотворным методом анализа системы АРУ в этих условиях является метод, описанный в [8] и развитый дальше в работах [200, 201, 45, 46]. Приближенный анализ системы АРУ может быть выполнен более простым способом

Рис. 5.8

Представим огибающую входного сигнала в виде суммы математического ожидания и приращения

и положим, что модуль максимума приращения значительно меньше математического ожидания

Огибающую выходного напряжения также представим как сумму математического ожидания и приращения . Тогда для огибающей выходного напряжения запишем

где приращение коэффициента обусловленное составляющей огибающей входного напряжения. Пренебрегая членом второго порядка малости, находим

После выполнения операции математического ожидания получаем:

С другой стороны, при в соответствии с равенством (5.1.14) и находим

Учитывая, что для из двух последних равенств получаем

Сравнивая с (5.1.21), приходим к заключению, что

где

Следовательно, приемник с системой АРУ в отношении математического ожидания напряжения на входе действует как усилитель с коэффициентом передачи зависящем Возвращаясь к равенству (5.1.20), получим

Так как для находим

Отсюда следует, что для приращений огибающей на входе приемник эквивалентен фильтру с передаточной функцией

Полученные соотношения полностью соответствуют нулевому и первому приближениям решения интегрального уравнения из [8]. Поделим обе части равенства (5.1.27) на и учтем, что Тогда

где мгновенные коэффициенты модуляции на входе и выходе приемника.

Соотношение позволяет построить динамическую структурную схему системы АРУ для коэффициентов модуляции (рис. 5.9), справедливую при любом типе фильтра (если только и указанных выше ограничениях.

Рис. 5.9.

Ясно, что структурная схема несправедлива для больших коэффициентов модуляции.

Отметим, что быстродействие системы АРУ не постоянно, а зависит от среднего значения напряжения на входе приемника, и изменения входного сигнала отрабатываются тем быстрее, чем это среднее значение больше. Будем считать, что на вход приемника поступает сигнал с постоянной амплитудой и широкополосный шум со спектральной плотностью постоянной в пределах полосы пропускания УПЧ. С помощью полученных соотношений можно найти все интересующие зависимости между сигналом и помехой на выходе приемника, поскольку для спектральной плотности и дисперсии помехи, а также математического ожидания напряжения на выходе приемника можно написать следующие выражения:

Интегрирование в выражении (5.1.31) ведется в пределах полосы приемника, которая значительно превосходит удвоенную полосу фильтра системы АРУ.

При модуляции несущей синусоидальным сигналсм частоты с коэффициентом модуляции амплитуда напряжения на выходе детектора приемника будет твых где коэффициент передачи детектора приемника.

Инерционность системы АРУ приемника АМ сигналов выбирается из расчета допустимой демодуляции сигналов во всем диапазоне модулирующих частот и динамическом диапазоне входных сигналов. Так как быстродействие системы АРУ возрастает с увеличением амплитуды сигнала на входе, инерционность фильтра должна быть настолько большой, чтобы отношение

мало отличалось от единицы для наибольшей частоты модуляции и наибольшего, уровня амплитуды высокочастотного сигнала на входе.

Если в системе АРУ используется однозеенный RC-фильтр с передаточной функцией то в соответствии с (5.1.29) получаем

где постоянная времени системы АРУ.

Следовательно,

Из (5.1.34) следует, что при для произведение следует выбирать порядка 210, в то время как для эта величина уменьшается до значений порядка 100.