Компресія сигналу в радіоприймачі
Компресія сигналу радіоприймачі. Параметри, визначають динамічний діапазон приймача основним каналом прийому
Загалом під компресією сигналу розуміють зменшення коефіцієнта посилення (передачі) приладу: підсилювача (блоку, приймача) – при сильних вхідних сигналах.
Залежність рівня сигналу на виході приладу рівня сигналу з його вході представляє амплітудну характеристику каскаду. Амплітудна характеристика може відображати залежність між амплітудами або середньоквадратичними значеннями сигналів на вході та виході приладу (при вхідних синусоїдних сигналах). Однак найчастіше амплітудна характеристика відображає залежність між потужністю сигналу на вході та виході приладу. Якщо потужності сигналів вимірювати децибелах щодо милливатта [дБм], то загальному випадку амплітудна характеристика має вигляд, представлений на рис. 9.2 кривої1.
При відносно малих рівнях потужності сигналу на вході зв'язок між входом та виходом приладу має вигляд
деG– коефіцієнт посилення приладу [дБ], який вважатимуться постійної величиною.
Збільшення (зменшення) рівня сигналу на 1 дБ на вході в цьому випадку призводить до збільшення (зменшення) рівня сигналу на виході також на 1 дБ. Ця залежність графічно зображується прямою лінією з нахилом 1дБвих/дБвх. Однак із збільшенням рівня вхідного сигналу правило "дБ на вході - дБ на виході" порушується. Збільшення сигналу на виході відбувається більш повільно, ніж збільшення на вході, і коли рівень вхідного сигналу приладу входить в зону повного його насичення зростання сигналу на виході припиняється. Зниження швидкості зростання сигналу на виході приладу говорить про зниження коефіцієнта посилення. Коефіціент посиленнябільше не можна вважати величиною постійною та його значення залежить від рівня сигналу на вході приладу.
У
Вимірювання точки компресії 1 дБ по входу РПУ через перевантаження корисним сигналом можна виконати, відзначаючи рівень сигналу на вході (у режимі ручного підсилення, тобто при відключеному автоматичному регулюванні підсилення (АРУ)), при якому зменшення рівня на 10 дБ спричиняє зменшення рівня сигналу на виході на 9 дБ (рис. 9.2). Крок 10 дБ у певному сенсі є оптимальним, оскільки дрібніші зміни сигналу на вході ускладнюють вимірювання точки компресії 1 дБ через плавну зміну ходу амплітудної характеристики. І навпаки, збільшення кроку змін вхідного сигналу може дати точку компресії 1 дБ на рівнях, далеких від початку навантаження по входу.
У закордонних приймачах (аналізаторах спектра, підсилювачах, блоках) точка компресії 1 дБ по входу приймається за верхню межу динамічного діапазону приймача (аналізатора спектру, підсилювача, блоку) для корисного сигналу. Як нижня межа динамічного діапазону приймача найчастіше використовується повна еквівалентна потужність шуму на вході РПУ внайбільш вузькосмугової частини приймача. При такому визначенні меж динамічного діапазону сам діапазон можна розрахувати, використовуючи вираз:
деD- динамічний діапазон приймача за основним каналом прийому, дБ;P1 дБ,in- точка компресії 1 дБ на вході РПУ, дБм;BW- найвужча смуга пропускання приймача, Гц;NF- коефіцієнт шуму приймача, дБ.
Для вітчизняних радіоприймачів верхня межа динамічного діапазону РПУ визначається максимальною потужністю вхідного сигналу, коли нелінійні спотворення на виході приймача мають задану величину. Як нижня межа використовується чутливість приймача.Динамічний діапазон приймачадорівнює відношенню максимальної потужності вхідного сигналу, при якій нелінійні спотворення на виході приймача мають задану величину до чутливості приймача. Це ставлення зазвичай представляється децибелах.
Поряд з точкою компресії 1 дБ, віднесеної до входу, у ряді випадків, особливо для характеристики підсилювачів потужності (РОЗУМ) радіопередавачів (РПД), може бути корисним такий параметр, як точка компресії 1 дБ, віднесена до виходу.
Рівень сигналу на виході приладу [дБм], коли на його вхід подано сигнал, що відповідає точці компресії 1 дБ, віднесеної до входу, називається точкою компресії 1 дБ, віднесеної до виходу (P1 дБ,outна рис. 9.2):
Поняття точки компресії 1 дБ може бути введено для перетворювачів частоти. Втрати перетворення [дБ] у змішувачі визначаються як
деPRF- потужність сигналу на радіочастоті на вході змішувача, дБм;PIF- потужність сигналу на проміжній частоті на виході змішувача, дБм.
При малих рівнях сигналів на вході змішувача втратиперетворення залишаються незмінними (рис. 9.3). Типове значення втрат перетворення для змішувачів, побудованих пасивних елементах (наприклад, діодних змішувачів) становить 6…9 дБ. Однак, починаючи з деякого рівня сигналу на вході змішувача, спостерігається зростання втрат перетворення. Рівень вхідного сигналу, при якому втрати перетворення зростають на 1 дБ,точка компресії 1 дБ для змішувача.
Д
Наближену оцінку амплітуди сигналу, що відповідає точці компресії 1 дБ, віднесеної до входу, можна отримати (9.3), вважаючи
Підставивши це значенняuвх(t) (9.3), отримаємо
= (9.7)
Виділивши в (9.7) складову вхідної частоти , отримаємо
uвих(t) = =
У режимі дуже малого сигналу досліджуваний прилад: підсилювач (блок, приймач) - вважають лінійним пристроєм і в передавальній функції для миттєвих значень, що описується виразами (9.2) або (9.3), членами, що мають ступінь більше ніж одиниця, нехтують. Коефіцієнт посиленняgдосліджуваного пристрою у цьому випадку
Зі зростанням амплітуди сигналу на вході на амплітуду сигналу на виході починають впливати члени поліномабільш високих ступенів, ніж перша, і значення коефіцієнта посилення починає залежати як від амплітуди сигналуU, так і від коефіцієнтів полінома при членах високих порядків. Для подання передавальної функції сигналу поліномом третього ступеня (9.3) значення коефіцієнта посиленняg1, як випливає з (9.8), буде мати вигляд
g1 =
Враховуючи, що у практичних радіотехнічних пристроях зазвичайa3 0, аa3