Воскресенье, 2017-Ноябрь-19, 6:20 PM

Рис

Знание и Опыт
"Все мы найдем новый образ жизни, ощутим смысл самореализации тогда, когда сможем передать часть наших знаний, нашего опыта молодым людям, которые сделают наши знания и опыт своими и смогут на них опираться." (Юджин Лэнг)
Главная Мой профильРегистрация ВыходВход
Вы вошли как Гость · Группа "Гости"Приветствую Вас, Гость · RSS
Меню сайта
Категории раздела
Радиопередающие устройства. Проектирование [4]
Природа и человек [1]
Наш опрос
Оценка текущей информации
Всего ответов: 17
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Поиск
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  •  каталог статей
    Главная » Статьи » Радиопередающие устройства. Проектирование

    ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ РАСЧЕТА И АНАЛИЗА ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РПДУ И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ
    УДК 621.396.61
    Обзор состояния теории и практики расчета и
    анализа шумовых характеристик РПДУ и его элементов

     
    Е.Г. Пименов, Г.Т. Пименов

     E-mail: tiger8.6@mail.ru
       

    Под шумовыми характеристиками (радиоизлучениями) РПДУ понимается его нежелательное радиоизлучение через антенну, обусловленное собственными шумами элементов радиопередатчика и модуляцией этими шумами генерируемых колебаний [3]. Рассмотрению этого вопроса посвящено много работ [1, 3, 4, 5, 6] и др.

    Так в [3] показано, что если радиопередатчик представить в виде каскадного включения возбудителя, усилителя мощности (УМ), фильтра и согласующего антенного устройства (САУ), то относительный уровень мощности шумовых колебаний (ШК) на выходе при заданной частотной отстройке Рш отн(δf) в полосе частот контроля можно выразить следующей формулой (4):

    f_4
    Примечание - порядковые номера формул являются  продолжением порядковых номеров предыдущих статей.

    Таким образом, исходный шум передатчика задает его возбудитель, УМ усиливает их и добавляет собственные шумы, а фильтр и САУ ослабляют эти шумы в соответствии с характеристикой частотной избирательности.
    Рекомендуемые ФГУП «ВНИИ» «Эталон» допустимые уровни шумовых излучений приведены в таблице 1 [2].

    table_1

    Как следует из таблицы 1, для РЭС связи подвижной службы с мощностью передатчика от 0,1 до 1 кВт относительный уровень шумовых колебаний в полосе частот контроля ΔFк при относительной частотной отстройке ±10% не должен быть более минус 130…минус 140 дБ.
     
    Величину мощности собственных шумов УМ при отстройке δf можно определить аналогично формуле, приведенной в [5], для величины этого параметра на рабочей частоте, то есть:

    f_5
    Из формулы (5) следует, что мощность ШК на выходе усилителя зависит от его коэффициента шума Kшум, коэффициента усиления усилителя мощности Gум и мощности шума возбудителя Ршв.
    Основными путями снижения мощности ШК передатчика, как следует из формул 4, 5 являются:
    • снижение мощности шума возбудителя;
    • уменьшение коэффициента усиления УМ с одновременным увеличением уровня основного сигнала возбудителя;
    • снижение коэффициента шума УМ;
    • уменьшение коэффициента передачи (увеличение затухания) фильтра и САУ за полосой пропускания.
    Полностью избежать шумов не удастся, но, применив совокупность перечисленных технических мер, можно удовлетворить достаточно высоким требованиям к допустимому уровню ШК передатчика.

    Влияние шума на чувствительность усилителя объясняется следующим. Известно, что приводимая к входу усилителя мощность шума определяется по формуле [6]:

    Рш=4kT∙Кш∙δf ,        (6)

    где k — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура; Кш — коэффициент шума; δf - ширина полосы частот, в которой определяется Рш.
    При заданном отношении сигнал/шум Dш на выходе усилителя мощность входного сигнала Рс не должна быть меньше, чем (Рш*Dш). Отсюда следует, что минимально допустимое значение входного сигнала Рс_тш, характеризующее чувствительность усилителя, определяется формулой [6]:

    Рс_тш=4kT∙Кш∙Dш∙∆f .            (7)

    При заданных Dш и δf все входящие в это выражение величины известны, за исключением Fш.

    Согласно [6], в нелинейном усилителе, каким в общем случае является усилитель мощности, при достаточно большом коэффициенте усиления по мощности первого каскада коэффициент шума определяется по формуле:

    f_8
     В зависимости от режима работы каскада это отношение определяется по формуле [7]:

    f_9
    Входящие в эту формулу коэффициенты находятся по таблицам [7].

    Анализ шумовых характеристик активных элементов приведен в работах [3, 8…12].
    В работе [8] подробно проанализированы шумовые свойства биполярного транзистора. Шум в полупроводниковых приборах и, в частности, в СВЧ транзисторах, обусловлен тремя основными факторами:
    •  пролетом носителей через p-n переходы, происходящим не независимо и в случайные моменты времени. Результатом этого являются флюктуации тока, называемые дробовым шумом;
    •  тепловой шум, связанный с беспорядочным движением носителей в любом проводнике. В транзисторах этот шум связывают с тепловыми диффузионными процессами в базе и потерями в объеме полупроводника и контактах;
    •  флюктуациями сопротивления образца из-за генерационно-рекомбинационных процессов в полупроводниках и возникающими вследствие этого флюктуацией тока.
    Там же проведен анализ всех составляющих источников шума:
    •  диффузионной составляющей инжектированного в базу дырочного тока;
    •  дрейфовой составляющей дырочного тока, протекающего из базы в эмиттер;
    •  дрейфовой составляющей дырочного тока, образованной дырками, инжектированными в базу и возвращающимися обратно в эмиттер.
    Там же приведены выражения для коэффициента шума от параметров физической модели биполярного транзистора в различных схемах включения.

    Практически важные результаты получены из рассмотрения транзистора в виде нешумящего четырехполюсника с внешними источниками шума, т.е. на основании общей теории шумящих четырехполюсников. Так, для модели рисунок 1а с двумя частично коррелированными шумовыми источниками Uш и Iш=Iш некор+Uш*Yкор
    средний квадрат шумовой э.д.с. и некоррелированной составляющей шумового тока соответственно равны:

    f_10,11
      
    model
    Рисунок 1 – Модель транзистора в виде нешумящего четырехполюсника с внешними источниками шума

    Используя шумовую схему рисунок 1а и (10), (11), получено общее выражение для коэффициента шума четырехполюсника в терминах его четырех шумовых параметров: Gш, Rш, Yкор (Yкор=Gкор+jBкор):

    f_12
    Минимизация по отношению к Вг  (при этом Вг=-Вкор), а затем по отношению к Gг, дает следующее выражение для минимального значения коэффициента шума:

    f_13
    при

    f_14
    Тогда получается выражение, характеризующее коэффициент шума при отклонении проводимости генератора сигнала относительно оптимальной проводимости в виде:

    f_15
    Последнее выражение может быть определено в терминах коэффициентов отражения

    f_16
    Пренебрегая всеми источниками шума, кроме выходного (рисунок 1б), средний квадрат которого 2qIR∆f, авторы работы [9] показали, что на достаточно высоких относительных частотах:
    f vstavka
    отличается не более чем на 30% от его точного значения. Это позволило ограничиться простой бесструктурной моделью с одним источником шума на выходе и найти аналитическую зависимость между Rш и параметрами транзистора. Выражение для коэффициента шума в [9], имеющее вид:

    f_17
    позволяет найти его минимальное значение

    f_18
    которое реализуется при

    vstavka 2
     определяемое выражением:

    f_19
    Коэффициент шума усилителя, состоящего более чем из одного каскада, определяется по формуле Фриза:

    f_20
    В работе [8] отмечается, что реальные выходные нагрузки каждого из каскадов не виляют на коэффициент шума F, однако они определяют коэффициент усиления Gном2 и через него определяют коэффициент шума.

    В работе [10] очень коротко анализируются шумы в полевых транзисторах. В ней указывается, что в полевых транзисторах наблюдаются тепловые шумы в токопроводящем канале, дробовые шумы затвора и тепловые шумы входной проводимости.
    Тепловые шумы в токопроводящем канале характеризуются шумовым сопротивлением:

     R_ш=((0,6…0,75))/S,    (21)
    где S – крутизна характеристики полевого транзистора.

    Дробовой шум затвора значительно меньше теплового шума входной проводимости, и его обычно не учитывают. Относительная шумовая температура входной проводимости Gвх полевого транзистора

    tвх≈1    (22)

    Эквивалентная шумовая схема полевого транзистора приведена на рисунке 2, где Uш – генератор ЭДС шумов, определяемый по формуле:

    Uш=√(4kTПRш ),    (23)

    а Iш вх – генератор шумового тока, определяемый по формуле:

    Iш.вх=√(4kTвх ПGвх ),    (24)

    где П – полоса частот, в пределах которой измеряется ЭДС шумов;

    Твх=tвх Т – шумовая температура входной проводимости.

    shum_shema 
    Рисунок 2 – Эквивалентная шумовая схема полевого транзистора

    Наиболее полный анализ шумовых характеристик полевых транзисторов, которые в настоящее время находят все более и более широкое применение при проектировании средств радиосвязи, проведен в [12].
    Из [12] следует, что источники шума в полевых транзисторах с p-n-переходом и с МОП-структурой весьма схожи, за исключением 1/f-шума, который в литературе часто называют токовым шумом, фликкер-шумом, шумом контактов, или избыточным шумом. Данный вид шума почти полностью отсутствует в полевых транзисторах (ПТ) p-n-переходом, но доминирует на низких частотах в полевых транзисторах с МОП-структурой.

    Важнейшим механизмом возникновения шума в полевых транзисторах (ПТ) являются тепловые флуктуации носителей в каналах транзистора.
    Подобные флуктуации проводимости приводят к возникновению теплового шума токов стока и затвора.

    Другим существенным источником шума является генерация носителей в обеденной области канал-затвор; в ПТ с p-n-переходом механизм подобного же типа приводит к появлению дробового шума в токе утечки через затвор.

    Другие источники шума в ПТ, включая флуктуации в концентрации носителей в канале, связанные с рекомбинационно-генерационными процессами через ХШР-центры, локализованные в канале, или за счет частично ионизованных доноров (для канала n-типа), или акцепторов (для канала p-типа), как правило, несущественны.

    Таким образом, основными составляющими шума в ПТ являются тепловой шум канала и дробовой шум, связанный с током утечки на
    затворе [12].
    Эти шумы представляются двумя эквивалентными генераторами тока In(t) и Un(t) [12], подключенными между истоком и стоком, а также затвором и истоком соответственно, как это показано на рисунке 3.
     
    shum
    Рисунок 3 -  Шумовые генераторы тока In(t) и напряжения Un(t) на входе ПТ.

    Спектральные плотности входных шумовых генераторов тока и напряжения  определяются выражениями [12]:

    f_25
    Спектральные плотности входных шумовых генераторов можно выразить через эквивалентные тепловые проводимости следующим образом [12]:

    f_26
     где Gni – эквивалентная тепловая проводимость шумового генератора тока;
    Gnv  –  эквивалентная тепловая проводимость шумового генератора напряжения.

    Используя эти выражения можно получить выражения для эквивалентных тепловых проводимостей шумовых генераторов в следующем виде:
     
    f_27, 28
    Для учета корреляции между шумовыми токами канала и затвора вводится понятие корреляционной проводимости шумовых генераторов Yc, которая выражается  через эквивалентные тепловые проводимости этих генераторов и  их нормированную взаимную спектральную плотность Гiv следующим образом [12]:
     
    f_29
    Из этой формулы вытекает следующее выражение для нормированной взаимной спектральной плотности:

    f_30
    Из [12] известно, что взаимная спектральная плотность шумов, вызванная корреляцией между шумовыми токами канала и затвора, является для ПТ чисто мнимой величиной равной Гiv=-0,4j.

    С учетом выше изложенного можем записать следующее выражение корреляционной проводимости шумовых генераторов:

    f_31
    Таким образом можно определить действительную часть Gc=0 и мнимую Вс части корреляционной проводимости Yc, т.е.

    f_32
    Коэффициент шума F=Кш_0 линейного четырехполюсника при данной частоте выражается через полную проводимость источника сигнала YS=GS+jBS, эквивалентные тепловые проводимости шумовых генераторов Gni, Gnv и составляющие корреляционной проводимости Gc и    Вc по следующей формуле [12]:

    f_33
    Оптимальная проводимость источника сигнала, равная YS0=GS0+jBS0, -это проводимость, при которой коэффициент шума F минимален  и равен F0=Кшmin. При этом оптимальные значения реактивной ВS0 и активной GS0 составляющих  проводимости источника определяются выражениями:

    f_34
    Минимальное значение коэффициента шума F0=Кшmin при выполнении условия шумового согласования определяется выражением [12]:
     
    f_35


    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

         Дано определение шумовых характеристик РПДУ, рассмотрены требования, предъявляемые к шумовым колебаниям (ШК) радиопередатчиков.  Рассмотрены модели и основные факторы, определяющие шумы полупроводниковых приборов, даны их количественные оценки.


     СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

    1    Уайт Д. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Вып. 1. – М.: Советское радио, 1977. (1)
    2    Воронин А.А. Шумовые излучения радиопередающих устройств. Чем они опасны. Информост. Радиоэлектроника и телекоммуникации. №4 (34).  Июль-август, 2004, www.informost.ru.
    3    Радиоприемные устройства/ Под общей редакцией В.И. Сифорова. М.: Сав. радио, 1974.
    4    ГОСТ 23611-79. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения.
    5          Жалуд В., Кулешов В.Н. Шумы в полупроводниковых приборах. - М.: Сов. радио, 1977
    6    Ю.В. Завражнов, И.И. Каганов, Е.З. Мазель, А.И. Миркин. Мощные высокочастотные транзисторы/ Под ред. Е.З. Мазеля. –М.: Радио и связь, 1985. 176с.
    7          Левшин В. И., Дмитриев И. С. Таблицы коэффициентов для рас чета нелинейных искаже-ний транзисторных каскадов. — Техника средства связи. Сер. Техника ра-диосвязи, 1979, вып. 7, с. 141.
    8    Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ. – М.: Сов. радио, 1980, 368 с.
    9    Bachtold W., Strutt M. J.O. Optimum source admittance for minimum noise figure of microwave transistor.- Electr. Letters, 1968, v. 4,№ 17, p.346-348.
    10    Буга Н.Н, А.И. Фалько, Н.И. Чистяков. Радиоприемные устройства/ Под ред. Н.И. Чистякова. – М.: Радио и связь, 1986, 320 с.
    11    Трохименко Я.К. Радиоприемные устройства на транзисторах, Киев, издательство «Техника», 1972, 352 с.
    12    М. Букингем. Шумы в электронных приборах и системах,  перевод с английского, Москва, «Мир», 1986.

    Категория: Радиопередающие устройства. Проектирование | Добавил: TigerX2 (2009-Июнь-24)
    Просмотров: 1470 | Комментарии: 2 | Рейтинг: 0.0/0
    Всего комментариев: 2
    2  
    [color=color_url - Добрый день уважаемые люди. Нашел наш прекрасный сайт http://tiger.ucoz.org и подумал что здесь мне подскажут.
    Прошу всех желающих присоедениться.
    Нашол эту категорию этот думаю правлильную, если не то прошу Администраторов перенести ее в раздел которую посчитаете нужной.
    Я сильно смотреть фильмы. У кого скоросной интернет могут себе позволить http://kinozal.in - скачать новый фильм 2012[color=color_url - .
    Или просто смотреть онлайн.
    Ка на меня я болше люблю с женой смотреть http://kinozal.in/erotika - эротическии кино[color=color_url - . Вообщем кому что лучще. Но проблемма в том что у меня слабый интернет.

    Так вот пожалуйста помогите мне найти сайты где возможно смотреть фильмы или скачать даже с медленным инетом.
    Сайти пожалуйста шлите в личное сообщения, на почту unsomimmusemm@gmail.com или icq 9448995

    1  
    Как можно купить пропуск METRO 8(967)143-66-53
    Официально по юридическому договору сделаем на физических лиц и сотрудников предприятий пропуска в метrо в сеть магазинов METRO:карта клиента metro с вашей фотографией(делается при вас в самом магазине METRO),с номером,кодом,со специальной магнитной полосой, названием предприятия, от которой вы будете нами оформлены. Вы можете проводить с собой 2-х человек. Карты metro оформляются: на граждан Российской Федерации и иностранцев.Оформление производится без предоплаты, то есть вначале мы регистрируем и оформляем вас,вы получаете карты клиента metro, потом оплачиваете. Оплата производится в течение 1-го рабочего дня после оформления через Сбербанк ,гипермаркеты «МЕТРО Кэш энд Керри» работают 24 часа.Срок действия карты metro три года, по истечении этого срока договор перезаключается по взаимному согласию сторон.Для оказания этой услуги мы находим организации, у которых есть свободные места в этих торговых центрах,и заключаем с ними соответствующие юридические договора, по которым предприятия обязуются предоставить вам право пользоваться их местами в этих немецких гипермаркетах сроком на три года. Оформление и регистрация производятся в разных торговых центрах Metro CASH&CARRY, по выбору юридических лиц в соответствии с их территориальным месторасположением. Получив карты клиента метро в одном из немецких тц МЕТРО КЕШ ЭНД КЕРРИ вы можете ей пользоваться в любых других магазинах этой сети магазинов "Metro Cash & Carry" в России и за границей.
    Для заказа пропуска в метrо в сеть гипермаркетов МETRO Cash & Cаrry звоните: 8(967)143-66-53

    Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
    [ Регистрация | Вход ]
    Copyright MyCorp © 2017
    Создать бесплатный сайт с uCoz