Моделирование и аппроксимация характеристик нелинейных каскадов передатчиков систем радиосвязи

• Автор: Белявский, Денис Сергеевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 197 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Универсальные методы статистического анализа

нелинейных динамических систем
1.1. Статистические методы анализа нелинейных динамических систем,

позволяющие линеаризацию математической модели
1.2. Методы анализа нелинейных усилительных СВЧ-трактов
1.3. Спектральный метод с моделированием и аппроксимацией передаточных характеристик различными интерполяционными 35 полиномами и специальными функциями
Выводы по главе
Глава 2. Теоретические основы исследования широкополосных

нелинейных СВЧ-трактов
2.1. Проблемы моделирования групповых сигналов и нелинейных

усилительных устройств со многими несущими
2.2. Применение функциональных полиномов при исследовании

характеристик и параметров нелинейных динамических систем
2.3. Анализ нелинейных систем методом гармонического баланса
2.4. Расчет комбинационного спектра и составляющих

интермодуляционных искажений с помощью сложных функций
2.5. Методы линеаризация на основе моделей СВЧ-усилителей мощности

по дискретному времени
2.6. Результаты расчетов нелинейных транзисторных СВЧ-устройств с

групповыми широкополосными сигналами
Выводы по главе
Глава 3. Энергетически эффективные устройства минимизации

нелинейных искажений в радиочастотных трактах
3.1. Методы компенсация помех в усилительных трактах с комплексной

нелинейностью
3.2. Стандартные модели и схемы линеаризаторов передаточных характеристик радиопередающих трактов
3.3. Моделирование и разработка широкополосных линеаризаторов передаточных характеристик СВЧ-трактов с прямой связью
3.4. Элементы линеаризаторов с малыми потерями и минимальными фазовыми ошибками
Выводы но главе
Глава 4. Экспериментальные исследования и оценка надежности транзисторных СВЧ-усилителей мощности
4.1. Математическое моделирование нелинейных СВЧ-усилителей мощности и систем связи с нелинейными устройствами
4.2. Комплексные экспериментальные установки
4.3. Исследование нелинейных СВЧ-усилителей со многими несущими
4.4. Оценка точности расчета интермодуляционных искажений квазистационарными методами
4.5. Оценка надежности передающих СВЧ-трактов систем связи Выводы по главе
Заключение
Условные обозначения Список литературы Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Одной из основных тенденций развития и совершенствования современных систем радиосвязи со многими несущими (систем с многостанционным доступом) является повышение объема и скорости передаваемой информации, а также дальнейшее увеличение числа абонентов. В системах подвижной связи с многостанционным доступом используются сложные по структуре сигналы, как правило, цифровые и со многими несущими (многочастотными или разночастотными групповыми сигналами). Для достижения высоких скоростей передачи и одновременно высокой спектральной, эффективности применяются сложные, комплексные методы модуляции сигнала, которые характеризуются значительными изменениями уровня огибающей сигнала. В то же время необходимость обеспечения высоких энергетических характеристик и, в первую очередь, выходной мощности и КПД передатчика требует вводить нелинейные режимы работы транзисторных радиочастотных усилителей (радиоусилителей, или СВЧ-усилителей) мощности, что создает сложности в реализации их качественных характеристик [1-10].
Поэтому решение задачи совершенствования разнообразных систем связи и повышения качества их функционирования непосредственно связано с обеспечением линейных свойств передающих трактов сложного сигнала, и особенно линейности передаточных характеристик усилительных устройств радиочастотного диапазона. Нелинейные СВЧ-устройства, относящиеся к классу нелинейных динамических систем типа «черного ящика», применяют в системах связи с многостанционным доступом. В настоящее время в качестве усилительных элементов в передатчиках включают биполярные и полевые транзисторы, которые обладают рядом преимуществ перед другими активными элементами. Это малый коэффициент шума, работа на частотах вплоть до 50 ГГц, устойчивость в широком диапазоне частот, технологичность и простота изготовления.

Применение предложенного метода возможно при любых, сколь угодно «сильных» нелинейностях отдельных звеньев системы. Ограничение использования метода связано с относительно медленным характером изменения огибающей сигнала по отношению к несущему колебанию. Следовательно, при использовании квазистатического метода в теории исследования групповых устройств с комплексной нелинейностью оказывается не в полной мере учтено влияние АФК, роль которой очень существенна.
Особенно это может проявляться в режиме больших мощностей, где сильнее проявляются нелинейности, т. е. в режиме близком к насыщению и при большом количестве сигналов на входе нелинейного СВЧ-устройства.
Методы анализа с аппроксимацией передаточных характеристик с раздельным учетом нелинейностей
В 70-х годах XX столетия была решена достаточно частная задача по оценке мощности продуктов интермодуляционных искажений на выходе нелинейных усилительных СВЧ-устройств. При этом учитывалось влияние только нелинейности АХ. Влиянием АФК пренебрегалось и она в расчетах не учитывалась [26, 37]. В большинстве работ по расчету показателей твердотельных усилительных СВЧ-устройств рассматриваются отдельные характеристики, причем применяются разные методы расчета, что в этом случае приводит к разнообразной алгоритмической базе, трудно реализуемой на компьютере. Поэтому для оптимизации расчетов транзисторных СВЧ-усилителей мощности целесообразно использовать материалы работ [10, 37, 39, 45], в которых основные характеристики твердотельных устройств рассчитываются в рамках единого метода. Как показано в [27, 38, 45], критерии оптимизации СВЧ-усилителей мощности включают в себя достаточно много компонентов (таких как параметры транзисторов, АХ, ФАХ, АЧХ, АФК), каждый из которых соответствует той или иной