4Прохождение случайных сигналов через линейные стационарные цепи

Основными характеристиками случайного процесса является плотность вероятности мгновенных значений сигнала, корреляционная функция и спектральная плотность мощности. Отыскание плотности вероятности мгновенных значений сигнала на выходе линейной цепи по известной плотности вероятности на входе цепи и известным характеристикам цепи представляет весьма сложную задачу. Однако, если входной сигнал является гауссовым, то выходной сигнал так же всегда будет гауссовым. Это означает, что решение задачи упрощается и сводится к нахождению параметров выходного сигнала (математического ожидания и дисперсии).

Задача нахождения корреляционной функции и спектральной плотности мощности выходного сигнала значительно проще.

Обратные преобразования Фурье от спектральной плотности мощности согласно теории Винера – Хинчина:

– корреляционная функция сигнала

Обратные преобразования Фурье от коэффициента передачи по мощности:

– корреляционная функция импульсной характеристики сигнала

Так как произведение спектров двух сигналов равно спектру свёртки этих сигналов, то можно записать:

То есть корреляционная функция сигнала на выходе линейной цепи равна свёртке корреляционной функции сигнала на входе цепи и корреляционной функции импульсной характеристики цепи.

При анализе различных систем в качестве помехи часто выступает белый шум, имеющий спектральную плотность мощности постоянную во всём диапазоне частот:

и корреляционная функция

Тогда

Следовательно, корреляционная функция выходного сигнала равна автокорреляционной функции импульсной характеристики с коэффициентом .

5Прохождение сигналов через нелинейные цепи

Линейные стационарные цепи не изменяют спектральный состав сигнала. Основные радиотехнические преобразования, связанные с изменением спектрального состава сигнала, осуществляется либо с помощью нелинейных цепей, либо линейных цепей с переменными параметрами.

Исследование нелинейных цепей представляет собой сложную задачу, состоящую в решении нелинейных дифференциальных уравнений. Анализ нелинейных цепей упрощается, если нелинейный элемент является безынерционным, т. е. реакция на изменение входного воздействия происходит мгновенно. Строго говоря, безынерционных элементов (БНЭ) нет, но в случае, когда время изменения входного сигнала значительно превышает время установления процесса в нелинейном элементе, элемент может считаться безынерционным. В радиотехнике в качестве нелинейных элементов чаще всего используют полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы). Для описания таких приборов используют ВАХ, которые связывают между собой напряжения, приложенные к приборам и токи, протекающие через приборы.

Примером БНЦ может быть биполярный транзистор с проходной характеристикой, приведенной на рисунке 5.1.

Рис. 5.1 Проходная характеристика биполярного транзистора

5.1Аппроксимация нелинейных характеристик

Оптимальный выбор способа аппроксимации зависит от вида нелинейной характеристики и режима работы нелинейного элемента. На практике для аппроксимации чаще всего используют степенную, кусочно – линейную и показательную функции.