3. Параметры и характеристики радиоэлектронных средств

3.1. Понятие о техническом задании и технических условиях

Техническое задание на проведение НИР и (или) ОКР содержит требования к параметрам РЭС, выполнение которых обеспечивает реализацию функции РЭС. Например, выполнение требований к параметрам устройства записи на CD-диск обеспечивает реализацию функции записи информации, выполнение требований к параметрам видеомагнитофона обеспечивает реализацию функции записи и воспроизведения аудио- и видеосигналов, и т.д.

Параметры представляют собой величины, на которые наложены лево-, право- или двусторонние ограничения. Например, в качестве параметров рассматриваются такие величины, как длительность переходного процесса, длительность переднего фронта, неравномерность затухания в полосе пропускания, неравномерность группового времени, минимальное затухание в полосе задерживания, частота генерации, уровень приведённых ко входу шумов, и т.д.

Таким образом, параметрами являются не функциональные зависимости от частоты или времени, которые будут получены в результате компьютерного моделирования, а величины, которые могут быть получены из этих зависимостей.

По результатам выполнения ОКР создаются технические условия на РЭС, которые также содержат требования к параметрам и, кроме того, условия и методики испытаний РЭС по каждому параметру. Поэтому при проведении компьютерного моделирования следует придерживаться условий и методики испытаний, представленных в технических условиях.

Помимо традиционных видов анализа схем в частотной и временной областях системы компьютерного моделирования предоставляют возможность анализа спектра сигнала, а также шумовых характеристик и статистических параметров.

Для понимания возможностей этих видов анализа при проектировании РЭС ниже будут приведены основные понятия о спектре, шуме и статистике параметров РЭС.

3.2. Понятие о спектральном анализе

Как известно из курса математики, сигнал U(t) на входе или выходе РЭС, заданный на отрезе времени[0,T],может быть разложен в ряд Фурье по базисным функциям, в качестве которых чаще всего рассматриваются тригонометрические функции. Таким образом, справедливо следующее представление сигнала:

где - коэффициенты ряда Фурье,

₁=2f₁=2/T – круговая частота первой гармоники,

_n=2f_n=n2/T – круговая частота n-ой гармоники, кратная частоте первой гармоники.

Знак равенства в представленном выражении означает, что стоящий в правой части ряд Фурье сходится к сигналу U(t) для . Это справедливо в том случае, если сигнал U(t) удовлетворяет условиям Дирихле. Оставив в стороне обсуждение этих условий, будем считать, что для реальных сигналов эти условия выполняются.

Введём замену переменных:

a_n = A_n cos _n , b_n= A_n sin _n , где

Тогда сигнал U(t) будет записан в виде:

Здесь величины a₀, A_n, n = 1,2, …составляют амплитудный спектр сигнала, а величины _n, n = 1,2, … составляют фазовый спектр.

Такими же спектрами обладает периодический сигнал S(t+nT) = S(t), заданный на всей оси времени [0,∞).

Оба спектра сигнала являются дискретными и иногда называются линейчатыми, в связи с изображением его в виде линий на графиках, пример которых условно показан на рис. 3.1.

Зачем нужно спектральное представление сигнала? Знание спектра сигнала позволяет определить диапазон частот, занимаемый сигналом, и, следовательно, необходимую ширину канала, который используется при записи сигнала на различные носители, либо при передаче сигнала по каналу связи.

Такое представление о спектре утвердилось в 30-х годах 20 века после разрешения парадокса сигнала с амплитудной модуляцией (АМ). В некоторых научных публикациях доказывалось, что АМ сигнал представляет собой синусоидальный сигнал, амплитуда которого меняется во времени. Следовательно, по мнению авторов, такой сигнал имеет лишь одну спектральную линию, а представление о спектре сигнала, определяемого рядом Фурье, является математической абстракцией и не имеет ничего общего с реальным сигналом. Естественно, что практика разработки и эксплуатации РЭС быстро разрешила этот парадокс.

Второй областью применения спектрального представления сигнала является традиционная оценка степени нелинейных искажений сигнала. При прохождении сигнала через нелинейное устройство его спектр обогащается дополнительными спектральными составляющими. Отношение мощности дополнительных спектральных составляющих к мощности исходного спектра определяет коэффициент нелинейных искажений.

Наконец, широко используемые принципы и методы сжатия аудио и видеосигнала основаны на вычислении спектра сигнала с последующим его преобразованием.

Существующие системы компьютерного моделирования имеют подпрограммы анализа Фурье, обеспечивающие вычисление спектра сигнала на основе дискретных преобразований Фурье.