提高监测系统动态范围 减少内部失真( 二 )


2.5模数转换器(ADC)动态范围的限制
ADC动态范围的下限(识别最小信号的能力)与ADC的转换灵敏度及信噪比有关 。
(1)ADC的转换灵敏度
ADC的转换灵敏度(也称ADC的分辨率)取决于ADC器件的输入电压范围Vp-p(-V,V)及其转换位数n;若Vp-p=2V,一个量化阶所能识别的电压为ΔV=2V/2n;ADC位数越多,器件电压输入范围越小,它的转换灵敏度越高 。
(2)信噪比(SNR)
理论上给定采样频率fs时,处于0.5fs带宽内的量化噪声为ΔV/,对于一个满量程的正弦信号,SNR可表示为:
SNR=6.02n 1.76dB 10lg(fs/2B),
B为模拟中频信号带宽 。
在一个模拟中频带宽中同时不失真地监测大、小信号的最大能力与ADC的信噪比值近似(不超过),即:监测大信号不产生压缩的幅度为ADC的满量程值,最小信号的识别条件是信号幅度大于ADC的底噪(可以认为是ADC的分辨率) 。
当fs=67.8MHz,B=4MHz,Vp-p=1V时,SNR值见表1 。
【提高监测系统动态范围 减少内部失真】
;从表1中可看出,采用转换位数n越大,采样频率fs越高,ADC动态范围就越大,当然这样的选择成本越高 。
改善监测系统动态范围降低系统内部失真的方法
(1)尽量选用专业监测接收机
专业监测接收机设计有RF预选器,一般由多个不同带宽和中心频率的亚倍频程滤波器组成 。由于目前业界对宽带信号监测功能的重视,过去常用的监测接收机只有窄带中频,不能胜任宽带信号的监测,有些同行就把目标转到了目前较先进的具有宽带扫频功能的射频信号分析仪上,它们的高速、宽带功能很有优势,但由于它们一般在RF输入之后没有进行RF预选处理(或只有简单的低通滤波),所以,在城区复杂的电磁环境中,当监测频段四周有大信号时它们的抗干扰能力明显较接收机差 。由大信号进入接收通道产生的非线性失真分量,不但抬高了底噪,使系统灵敏度降低,有些甚至大大超过外部信号,即出现了外界客观不存在的假信号,这样的监测系统实际上的瞬时动态范围是不能满足复杂电磁环境下监测工作需要的 。
合理的选配方案应该是:选用有RF预选器的专业监测接收机模拟通道(有些厂家称为tuner),利用其宽带中频输出,进行可控衰减的中频放大滤波处理,之后做14或16位精度的A/D转换、数字下变频、数字正交变换、专用DSP(FFT变换、信号解调、监测测向专业算法的实现)、PC接口及显示操作实现 。
(2)采用无源天线
在条件许可的情况下,选用无源天线做监测天线是明智的 。在固定站可由不同频段的多副无源天线覆盖全频段;但在频率低段,要保证无源天线增益足够高,天线尺寸就要足够大,这在外出执行监测任务时极为不方便 。现在已有方便安装与撤收的宽带(50MHz~3GHz)便携天线供选用 。
(3)采用大动态范围天线转换开关矩阵
监测系统使用的射频开关矩阵一般由宽频率范围的微波开关电路构成 。例如HE116GaAs单刀双掷微波开关电性能中,1dB压缩输入功率为16~24dBm,假如射频输入电平值超过此限值也会产生失真产物 。所以,应该采用大动态范围微波开关电路构成的射频开关矩阵 。
(4)采用高性能预选器
性能优良的射频预选器应由RF衰减器、亚倍频程带通滤波器、窄带带阻滤波器、低噪声放大器等构成 。
一般接收机都有RF衰减器 。在测量大信号时,为了保护设备和避免失真经常使用RF衰减 。亚倍频程带通滤波器用于对带外信号进行有效抑制,尽可能减少大信号进入系统的机会 。窄带带阻滤波器在系统设计时适当使用,将监测站存在的定频常发大信号进行有效抑制 。为了提高测试系统的灵敏度,低噪声放大器经常在测量小信号时使用,但此时要非凡注重控制其输入总电平值,以免其产生的内部失真带来错误的报告 。

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