9.5.6. Динамический диапазон приемника по интермодуляции и связь параметров нелинейности

Динамический диапазон приемника по интермодуляции, определение которого дано раннее, является важным параметром радиоприемного устройства. Его значение связано со значением точки пересечения. Зная точку пересечения N-го порядка, приведенную к входу, можно рассчитать динамический диапазон по интермодуляции N-го порядка. Для получения нужных соотношений обратимся к рис. 9.20, где представлены графики уровней сигналов на основных частотах и интермодуляционного продукта N-го порядка.

Пустьf_им = | nf₁  mf₂ | и N = n + m. Обозначим уровень полезного сигнала на входе приемника, от которого ведется отсчет динамического диапазона приемника по интермодуляции P_{s вх} = MDS. На выходе РПУ P_{s вых} = MDS + G, где G – коэффициент усиления приемника, дБ. Верхняя граница динамического диапазона приемника по интермодуляции N-го порядка равна восприимчивости РПУ к интермодуляции N-го порядка. Для приемников гражданского применения восприимчивость приемника к интермодуляции определяется уровнем испытательных сигналов при k_им = 1. Это означает, что на выходе приемника уровень интермодуляционного продукта N-го порядка также равен P_{s вых}. Как следует из определения динамического диапазона по интермодуляции и как видно из рис. 9.20, уровень испытательных сигналов на входе РПУ в этом случае составляет P_{i вх} = MDS + + D_{им N}, где D_{им N}– динамический диапазон приемника по интермодуляции N-го порядка, дБ.

Рассмотрим на рис. 9.20 два треугольника:  ABC и  DBC. Из  ABC найдем, что

BC = AC = IPN_i – MDS.

С другой стороны, из  DBC следует, что

BC = DС  N = N(IPN_i – D_{им N} – MDS).

Следовательно,

N(IPN_i – D_{им N} – MDS) = IPN_i – MDS,

откуда можно получить, что

. (9.33)

Несколько слов о нижней границе динамического диапазона, обозначенной MDS. При оценке динамического диапазона по интермодуляции в большинстве зарубежных радиоприемных устройств под MDS понимают минимальный обнаруживаемый сигнал, дБм. В качестве такого сигнала для связных РПУ выбирают сигнал, равный уровню собственного шума приемника. В этом случае

MDS = –174 + 10 lg B_R + NF,

где B_R – полоса пропускания приемника, Гц; NF – коэффициент шума приемника, дБ.

При расчетах динамического диапазона отечественных РПУ по формуле (9.33) принимают MDS = P_R, где P_R – чувствительность РПУ, дБм.

Чтобы оценить связи между параметрами, связанными с нелинейными эффектами, обратимся к выражению (9.22) и найдем амплитуду испытательных сигналов, соответствующих точке пересечения наиболее опасного 3-го порядка интермодуляции. Поскольку при измерениях, связанных с определением точки пересечения, амплитуды входных сигналов устанавливают одинаковыми, то, полагая U₁ = U₂ = U и N = 3 (при этом k может быть 1 или 2), найдем

(9.34)

В точке пересечения 3-го порядка имеем

U_{им 3} = U_IP3o = a₁U_IP3i (9.35)

и U = U_IP3i . (9.36)

Здесь a₁ – коэффициент линейного члена полинома, соответствующий коэффициенту усиления в линейном режиме. Подставив (9.35) и (9.36) в (9.34), получим

,

откуда

. (9.37)

Сравнив (9.12), (9.16) и (9.37) и переходя к децибелам, найдем

P_{1 дБ, in} = IP3_i – 9.6, (9.38)

P_{1 дБ, in, бл} = IP3_i – 12.6. (9.39)

Выражения (9.38) и (9.39) определяют связи, существующие между параметрами, характеризующими разные виды нелинейных эффектов, которые могут происходить в электронных приборах, в том числе и в РПУ. Однако к этим соотношениям нужно относиться с определенной осторожностью, поскольку они получены в предположении, что передаточная функция мгновенных значений сигнала рассматриваемого электронного прибора является полиномом третьей степени. В общем случае, исходя из практического опыта, обычно отмечается, что связь между точкой компрессии 1 дБ и точкой пересечения 3-го порядка, приведенной к входу, имеет вид

IP3_i = P_{1 дБ, in} + (10…15), (9.40)

хотя встречаются случаи, когда отличие точки пересечения 3-го порядка IP3_i от точки компрессии 1 дБ, P_{1 дБ, in}, может составлять и более 15 дБ.