Файл: Кондратьев, С. Л. Применение метода функционального моделирования для оценки помехоустойчивости систем связи.pdf

Автогенераторы на идентичных нелинейных элементах неза­ висимо от вида обратной связи (трансформаторная, емкостная или автотрансформаторная) могут рассматриваться как подоб­ ные системы, процессы в которых можно исследовать на единой функциональной модели.

Автогенераторы на нелинейных элементах различного типа (электронная лампа, транзистор или туннельный диод) в целом являются неподобными системами и должны исследоваться на функциональных моделях, в которых необходимо отобразить их специфические особенности.

3.3.3. Моделирование системы автоматического смещения

Системы автоматического смещения (САС), применяемые в автогенераторах, предназначены для того, чтобы за счет постоян­ ной составляющей сеточного тока лампы на резисторе Rc создать постоянное напряжение смещения, обеспечивающее необходи­ мый режим работы электронной лампы. Системы автоматиче­ ского смещения могут быть двух видов: последовательная схема, применяемая в автогенераторах с автотрансформаторными свя­ зями, и параллельная схема — в автогенераторах с емкостными связями. В основе работы как одного, так и другого варианта лежит одинаковый физический процесс, заключающийся в том, что при некотором значении разности потенциалов между управ­ ляющей сеткой и катодом появляется сеточный ток, подзаряжаю­ щий конденсатор. Между управляющей сеткой, кроме перемен­ ного напряжения с колебательного контура, действует еще и отрицательное напряжение, которое несколько возрастает при подзаряде конденсатора и несколько уменьшается при разряде его на резистор Rc.

На основе этих физических представлений о работе системы автоматического смещения в автогенераторе может быть состав^ лена ее'функциональная модель. На вход системы автоматиче­ ского смещения поступает спектр, колебания с выхода линейной инерционной системы. На выходе САС должны получить времен­ ную функцию, отображающую постоянное отрицательное смеще­ ние, которое несущественно может изменяться на. протяжении каждого периода высокочастотного колебания.

Поэтому прежде всего необходимым является включение в функциональную модель САС оператора векторного сложения спектральных составляющих, поступающих с выхода линейной инерционной системы, в результате чего будет получено времен­ ное представление колебания, поступающего, «а вход САС. Эта временная функция для удобства использования На ЦВМ долж­ на быть аппроксимирована последовательностью прямоугольных импульсов (для удобства одинаковой длительностью Д^). Коле­ бание, приложенное на вход САС в отдельные промежутки вре­

.101

этом в цепи управляющей сетки будут появляться импульсы се­ точного тока ig(th)- Нелинейная зависимость сеточного тока от

для дискретизированной временной функции можно написать приближенное выражение:

Выражение (3.3.12) для удобства составления алгоритма мо­ жет быть рассмотрено в виде

где:

С момента прекращения сеточного тока прекращается про­ цесс заряда конденсатора и начинается процесс его разряда, который происходит по экспоненциальному закону и может быть описан известным выражением:

тат двух самостоятельных процессов (заряда и разряда ^С - це -

взглядов на физические процессы, происходящие в САС, пред­ ставлен на рис. 3.7. Эта модель позволяет определить сме­ щающее напряжение в динамике его изменения не только от периода к периоду ВЧ колебания, но и его изменения на про-

102

поиск 'Совместного решения двух трансцендентных уравнений:

соблюдены условия самовозбуждения, а в результате достиже­ ния баланса фаз и баланса амплитуд в модели устанавливается стационарный режим, который является подобным отражением стационарного режима физически реального устройства. В мо­ дели, так же как и в реальном автогенераторе, для возникнове­ ния автоколебательного процесса необходим первый толчок, за которым следует процесс нарастания и установления колебаний. Роль такой первопричины колебаний в модели может быть вы­ полнена генератором шума малой интенсивности или каким-либо другим смоделированным малым сигналом (в том числе регуляр­ ным). Модель вырабатывает автоколебание в виде квазигармо­ нической функции времени s(t) =А (/,)cos Ф(Л) с дискретными через Д£ отсчетами Л,-, Ф*, со*, которые направляются в ячейки памяти, а затем извлекаются для получения необходимых стати­ стических характеристик.

На рис. 3.8а показан процесс установления амплитуды коле­ баний в идеальном (без шумов) автогенераторе, а на рис. 3.86, в приведены примеры корреляционных функций и спектров при воздействии внутренних шумов, позволяющие судить о качестве модели. Характер флуктуации получаемого на модели колебания зависит как от интенсивности и корреляционных свойств моде­ лей генераторов внутренних шумов, так и от свойств моделей ФЭ генератора. Используя отдельно или совместно модели широ­ кополосных или фликкер-шумов, а при необходимости и внешних воздействий, можно исследовать на модели автогенератора все основные задачи, встающие перед разработчиками аппаратуры.

Одной из важнейших задач при создании автогенераторов является задача получения необходимой спектральной чистоты колебаний. Поскольку в модели имеется возможность изменять

104

любые параметры, с выдачей их влияния непосредственно в виде корреляционных функций частоты или спектрального распреде­ ления, решение указанной задачи методом моделирования пред­ ставляется особенно целесообразным.

*^ li

i

которых известны приближенные решения, показало вполне удовлетворительное совпадение. Оценка влияния низкочастотных шумов с малой дисперсией связана с преодолением трудностей, обусловленных искажениями, при дискретизации и квантовании. Моделирование внешних воздействий не вызывает никаких ослож­ нений. | ,

§ 3.4. Моделирование среды распространения сигналов

Изучение свойств среды, особенно в тех случаях, когда речь, идет об использовании природных физических явлений, (ионо-. сфера, тропосфера, метеорные следы и т. п.), является сложней­ шей задачей. Если моделирование кабельных, волноводных и других созданных человеком каналов связи опирается прежде

105

всего на знание структуры входящих в них элементов и их пара­ метров и осложняется лишь неполнотой этих знаний, то отобра­ жение физических сред, подверженных постоянному влиянию многих не зависящих от нас факторов (вспышки на Солнце, маг­ нитного поля Земли и т. д.), представляется особенно сложным.

При этом нас интересует влияние среды на сигнал или по­ мехи, а не все те глубинные процессы, которые являются объек­ том исследования, например, специалистов по ионосфере. Но как определить границу тех явлений, которые не существенны при передаче информации?

Ответ на этот вопрос невозможно дать (5ез глубоких исследо­ ваний ионосферы с точки зрения прохождения' сигналов, исполь­ зуемых в системах связи. Необходимо подчеркнуть, что исследо­ ваниям ионосферы, именно как среды распространения сигналов, посвящено огромное число экспериментальных и теоретических работ, которые здесь невозможно даже указать. Отметим лишь, что в основу признанной физической модели процесса распро­ странения положена геометрическая оптика, дополняемая (а в последние годы все более заменяющая ее) моделями, основан­ ными на плазменных свойствах ионосферы. Трудность создания функциональной модели среды обусловлена прежде всего неод­ нородностью и анизотропностью ионосферы, параметры которой могут существенно изменяться не только во времени, но и от координат трассы связи. В силу этого как статистика собственно сигнала (первичная статистика), так и статистика ошибок (вто­ ричная статистика), даже при одинаковой аппаратуре и мето­ дике экспериментальных исследований, оказывается различной. Столь важные для связи параметры сигнала, как мощность (уро­ вень) в точке приема, интервал корреляции замираний по вре­ мени, частоте и пространству, также оказываются различными при разной геометрии трасс, времени суток, сезоне года и т. д. В этих условиях возможно построить множество моделей, кото­ рые будут приемлемо отображать прохождение сигналов через ионосферу в некоторых частных условиях.

Поясним (очень кратко и упрощенно) методику построения модели среды, основанную на «первичных» параметрах ионо­ сферы, а также параметрах излучаемого сигнала (длительность и форма импульсов или их спектр, рабочая частота). Задача состоит в том, чтобы получить модель, позволяющую отобразить механизм прохождения сигнала во времени, последующая обра­ ботка которого давала бы возможность определить:

1. Статистические данные самих сигналов на выходе среды: функции распределения огибающей и фазы или квадратурных компонент; функции корреляции огибающей и фазы; неравно­ мерность и изменения формы АЧХ и ФЧХ среды, рассматривает мой как линейный фильтр с переменными параметрами, и другие характеристики, обычно получаемые в результате натур­ ных экспериментов.

106