Моделирование функциональных схем

Как уже упоминалось, на закладке Macros в меню Componentнаходятся макромодели функционально законченных узлов радиотехнических устройств, заданных в виде схем в формате MC9. Эти макромодели удобно использовать при моделировании радиотехнических устройств, задаваемых в виде функциональных схем. Кроме того, такое моделирование позволяет определить требования к отдельным узлам какого-либо сложного устройства и установить его параметры перед схемной реализацией. Рассмотрим это на примере моделирования адаптивного компенсатора помех.

Пример.

Во многих прикладных задачах встречаются ситуации, когда на вход приемника кроме полезного сигнала и флуктуационного шума воздействует мощная помеха, приводящая к эффекту «перегрузки» приемника. При этом нормальное функционирование приемника нарушается. В качестве примера можно привести следующие ситуации:

1) в диаграмму направленности приемной антенны полезного сигнала попадает мощное излучение посторонней радиостанции;

2) в случае плохого экранирования радиотехнического устройства, на его элементах могут появляться наводки от сети электропитания с частотой 50Гц;

3) в кабине самолета при переговорах летчиков между собой (или записи переговоров на «черный» ящик) в микрофон попадает мощный шум от двигателей самолета, который существенно снижает разборчивость речи.

Это далеко не полный список возможных примеров. Однако во всех этих примерах существует одна важная особенность — полезный сигнал и помеха являются независимыми процессами, а, следовательно, некоррелированными. Именно эта особенность лежит в основе работы адаптивного компенсатора помех АКП (адаптивного алгоритма Уидроу).

Для компенсации помех, попавших в основной канал приема полезного сигнала, используется дополнительный канал, в котором отсутствует полезный сигнал, но зато присутствует помеха, коррелированная с помехой в основном канале. Затем теми или иными средствами обеспечивается получение одинаковых по интенсивности и противоположных по фазе помеховых сигналов в основном и дополнительном каналах. После сложения этих сигналов помеха компенсируется, а сигнал остается без изменений и используется для дальнейшей обработки.

Организация дополнительного канала может осуществляться по-разному:

1) используется вторая антенна, имеющая диаграмму направленности с нулем в направлении полезного сигнала;

2) если помеха — наводка от сети 50Гц, то сеть электропитания используют в качестве дополнительного канала;

3) в самолете в качестве датчика помехи можно использовать микрофон, установленный недалеко от двигателей, в который не могут попасть звуковые сигналы от переговоров летчиков.

Простейшая структура адаптивного компенсатора помех показана на рисунке 5.44.

Рисунок 5.44 – Адаптивный компенсатор помех

По основному каналу поступает смесь полезного сигнала С, некоррелированной с ним помехи П и флуктуационного шума Ш. По дополнительному каналу — помеха П′, коррелированная с помехой в основном канале, и флуктуационный шум Ш′. Перемножитель, интегратор и регулируемый усилитель образуют цепь обратной связи для автоматического управления уровня компенсационного напряжения. В установившемся режиме, на выходе устройства помеховый сигнал полностью компенсируется (в идеальном случае), хотя платой за это является увеличение мощности выходного шума Ш′′.

Посмотреть динамику работы адаптивного компенсатора помех в режиме отсутствия флуктуационных шумов можно на его модели, собрав схему, показанную на рисунке 5.45.

Рисунок 5.45 Схема моделирования адаптивного компенсатора помех

Здесь генератор Vc имитирует полезный сигнал, частотой 10кГц и амплитудой 1В. Генераторы Vn и Vn выступают в роли источника помехи в основном и дополнительном каналах, причем частота помехового сигнала выбрана 20кГц, а амплитуда — 5В и 3В, соответственно. Сумматор X1 формирует смесь полезного сигнала и помехи в основном канале, перемножитель X4 и интегратор X5 образуют коррелятор, элемент X3 выполняет роль регулируемого усилителя, а элемент X2 — вычитателя.

На рисунке 5.46 показаны временные диаграммы работы адаптивного компенсатора помех. На графики выведены кривые напряжения на основном входе V_IN, на выходе устройства V_OUT и напряжение коррелятора, которое управляет усилением регулируемого усилителя.

Рисунок 5.46 – Результаты моделирования адаптивного компенсатора помех

Из рисунка видно, что с течением времени уровень сигнала на выходе устройства уменьшается. Это происходит за счет удаления помеховой составляющей из выходного сигнала. Кроме того, выходной сигнал становится со временем «более синусоидальным». По мере компенсации помехи скорость изменения напряжения коррелятора существенно уменьшается, что полностью соответствует теоретическим данным.