噪声分布（共4篇）
噪声分布 篇1
随着城市规模的不断扩大和城市间交通的日渐繁忙,道路交通噪声污染也越来越严重,成为影响人居生活环境质量提升的重要制约因素。城市交通噪声在许多国家和地区都得到了重视,从20世纪80年代起,各国相继开展了不同道路类型的交通噪声实测调查研究;并开发了适合当地情况的交通噪声预测模型,在实际工作中国内应用最多的还是美国联邦公路局的FHWA模型[1—8]。
国内学者也做了大量关于城市道路交通噪声方面的分析和研究工作。刘涛[9]、徐洪波[10]、卢喜林等[11]主要分析了车速、车流量和道路宽度等参数对城市交通噪声的影响。周敬宣等[12]、袁玲[13]、丁亚超等[14]、王玮璐等[15]、胡喜生等[16]论述了绿化带的植物结构、行道树的疏透度等因素对道路交通噪声的衰减效果极其影响因素。唐松林[17]、俞悟周[18]、陈继浩等[19]分别研究了声屏障对道路交通噪声的降噪作用,以及相应的改进措施。李本纲[20]、罗鹏等[21]、陈刚等[22]、分别对城市交通噪声进行总体评价,并提出了相应的防治和减噪措施。李洪亮等[23]、王昊涵等[24]深入分析了汽车噪声源的产生和影响汽车噪声的主要因素,并且提出了改进汽车噪声的措施。
但是,目前国内对外交通噪声的研究主要集中在平原城市道路,对山地城市交通噪声缺乏一定的关注。相比于平原城市,山地城市道路为了契合起伏的地形和地貌,大都具有特殊的几何线形和运行环境;比如存在大量的长大纵坡路段(长上坡或是长下坡路段)、曲线路段(弯道)、弯坡组合路段、道路狭窄,以及交叉口间距长,汽车运行时路侧干扰少等特点,这些特点使得它的交通噪声问题较平原地区的城市道路更为严重;比如大型车辆上坡时和通过曲线路段时的发动机加速噪音,以及下坡时的制动噪音,而这几类噪音在平原城市道路的幅值水平远低于山地城市道路,因此山地城市的居民尤其是居住于道路沿线的居民受到的噪音困扰问题更突出。
山区地形占我国整个国土面积的60%以上,山地城市的数量众多,尤其是西南地区,比如重庆(指主城区)、奉节、万州、贵阳、攀枝花等,由于平原地区城市用地的紧张,城市用地会进一步向山区扩展,因此未来很长时间内山地城市(城镇)的数量会进一步增加。基于此,对山地城市道路交通噪声进行实测和分析尤为重要。为此,本文以重庆市为研究对象,在市区内选择了不同道路类型进行上坡路段不同车型的行驶噪声测量,得到了日间和夜间交通噪声的幅值水平,为山地城市道路建设和噪声控制提供了相应的理论依据和数据支持。
1 实验方案
1.1 实验道路
在重庆市主城区内共选择了8条具有代表性的长大纵坡路段,分别为:①学府大道二塘路段,双向6车道,有中央分隔带,主干路;②海峡路,双向六车道,中间分隔带,快速路;③兰花路(重庆工商大学段),双向四车道,次干路;④南坪江南大道,双向八车道,有中间分隔带,主干路;⑤建新南路,双向六车道,主干路;⑥南区公园路,双车道,支路;⑦四海大道,双向4车道,次干路;⑧朝天门北区路,双向四车道,次干路。在噪声数据采集的时间段,这些道路都是在正常的交通条件下运行。
1.2 实验仪器
实验用到了各样仪器,分别为HT—305激光测距仪、HT—850A噪音计、数显坡度计以及对讲机。其中测距仪用于测量测试点与道路路缘线之间的横向距离;噪声计用于记录交通噪声的实时值;对讲机用于不同测试断面记录人员之间的语音通讯。
1.3 采集方法和观测断面
噪声的测量方法是采用远场测量法。依据各路段的实际情况将试验道路沿行驶方向划分为3~6个测试断面,如图1。同时,对于每一个观测断面,测量不同横向距离的噪声值,以得到交通噪声沿横向距离的衰减情况,根据道路路侧建筑的实际情况,横向一般最多可测取3个点位,分别为0 m、5 m和10 m,如图2所示。其中0 m是一个近似值,实际上的测点距离道路边线20 cm,则5 m和10 m处是依次往后推5 m。在每个位置采集20~30个有效数据。
1.4 观测时间
本次实验的测量时间从四月中下旬开始到五月初结束,测量时避开了降雨天气,日间的测量时间段为:9:00~12:00;夜间测量时间段为:21:00~24:00。之所以避开早高峰和晚高峰,是想得到车流量非拥堵条件下汽车在上坡路段充分加速时的交通噪声值,而拥堵条件下车行缓慢,加速不充分,交通噪声的幅值水平较低。
2 交通噪声值整体特性分析
2.1 日间/夜间的交通噪声分布
图3(a)和(b)分别为兰花路日间和夜间汽车行驶噪声测量值在各个断面的横向分布散点图,在4个测试断面,路侧5 m实测值的整体分布区间都是低于0 m,即噪声的传播出现了衰减。目前我国的道路交通噪声质量等级划分标准是重度污染74d B,中度污染72 d B,轻度污染70 d B,如图中的标注。从图中能看到路侧0 m点位的日间/夜间实测值都有很多超过了重度污染水平,超过轻度污染的比例更多,尤其是夜间实测值几乎都在轻度污染阈值之上。但让人庆幸的是,尽管是上坡路段,路侧5m测点的实测值大部分都是在重度污染之下,由于居民楼、商铺、写字楼很多都是距离路侧5 m或是5m多一点,因此,数据表明道路交通噪声对人们工作和生活的干扰尚未达到重度的水平。
日间该路段的车流量大于夜间,按常理会直接判断出白天的噪声值大于夜间。图3(c)是日间和夜间交通噪声的均值,从图中我们能发现不管是0m还是5 m位置,都是夜间的噪声均值总体上高于日间。这表明城市道路上坡路段的噪声水平是由多个因素决定,即车流量小并不意味着噪声小。其原因为:夜晚时,车流量小,通过该道路的汽车运行速度普遍偏高,驾驶员的加速意愿和高速行驶意愿非常强烈,由于汽车上坡时需要增加扭矩,尤其是加速冲坡时,发动机的噪声值会迅速变大,同时轮胎噪声也增加。这两者因素共同导致了该路段夜间较大的噪声值。由此,可看出山地城市的交通噪声特点和平原城市有所不同。
2.2 噪声值的横向衰减
图4是二塘路段和海峡路各断面的汽车行驶噪声分布散点图,这两条试验路段都被划分了四个测试断面,每个断面都有三个观测点,分别在距离路缘线0 m,5 m和10 m位置。从图中能看到相同道路的同一断面,都是横向距离0 m处的噪声值分布范围最大,5 m处次之,10 m处最小。
图5为二塘路段和海峡路汽车行驶噪声均值,可以观察到路侧横向距离导致噪声衰减的情况。在不同的测试断面,横向距离增加导致的衰减幅值有所区别,但总的来说每增加5 m的横向距离,噪声均值会降低2~4 d B左右,平均降低约3 d B(每5 m)。在10 m位置发现噪声均值已经降到了中度污染水平之下,这表明为了更好地保证工作和生活质量,路侧建筑与路缘线之间的最小横向距离值应该为10 m。
由于重庆市特殊的地形特征,路侧建筑物大都紧靠道路,测点距路缘线的最大横向距离很难超过10 m,因此无法采集更远的横向位置测点噪声值数据。
2.3 不同车型噪声值差异性
图6为建新南路和江南大道路段各测试断面不同车型的噪声分布折线图(横向距离0 m测点),这两个路段都测得了小轿车和公交车的分车型行驶噪声值。其中小轿车测试结果是路段上仅有小轿车通过并靠近测试人员时的噪声值;而公交车结果是公交车朝测试人员驶来时噪声连续测量值的峰值。
从图中能看到小轿车的噪声实测值都是远远低于公交车,分析其原因主要是因为它们的车身质量和载荷不同所造成的,由于汽车上坡行驶时主要是克服滚动阻力和坡度阻力,而汽车质量越大就需要更大的牵引力来使车辆行驶,并且发动机噪声是汽车的主要噪声源,公交车发动机的体积和功率更大,因此公交车上坡时加油门产生的噪声更大。尤其是公交车起步时,噪声值普遍会达到80 d B以上,这显然会对道路沿线环境以及人的身心健康带来比较严重的影响甚至损害。
图7是不同车型在不同测试断面上行驶噪声的均值分布图,能看到两条实验道路小轿车的噪声均值要比公交车低10 d B左右,这显然是一个非常显著的差异。因此,可认为公交车是山地城市道路交通噪声的主要贡献者。
3 交通噪声对道路坡度的敏感性
表1是6条试验路段的各个测试断面的坡度值,表中除了学府大道二塘路段(重庆交通大学门口)之外,其余的平均坡度值都是超过了5%,其中南区公园路和建新南路都是超过或是接近8%,这即使在山区公路中也算是一个明显的陡坡。同时南区公园路在线形特征上也与山区双车道公路极为类似,即线形曲率变化极大,线形组合复杂[见图1(f)]。
图8是以上6条试验路段的汽车行驶噪声均值(不区分车型),其中学府大道二塘路段和四海大道的噪声变化幅度最大,是因为最后一个测试断面的坡度迅速增加。在图8中,坡度最大的南区公园路的交通噪声值最低,是因为该道路车流稀少,尤其是夜间,同时该道路少有公交车通过,而公交车是上坡路段行驶噪声的主要贡献者。相比之下,二塘路段的坡度值最低,但交通噪声幅值水平却比较高,这是因为该道路是主干路,公交车线路多达20条,几乎每一时刻有大量的公交车进站和出站,尤其是出站时,在上坡路段起步加速的噪声值非常大。
因此,上坡路段的交通噪声值是由多方面因素综合形成的,比较显著的因素是道路纵坡的坡度值和大型车数量(公交车和大货车,但大货车仅在夜间可以进城),在公交车数量比较接近的情况下,是道路纵坡度值越大,噪声值越高。
4 交通噪声对道路坡长的敏感性
为了得到汽车行驶噪声沿上坡行驶里程的变化规律,本文在上坡路段设置了多个观测断面。图9是4条试验路段各测试断面的汽车行驶噪声分布图(横向距离0 m处),图中每条路段的汽车行驶噪声值都随着断面的增加而呈现出一定变化规律。比如北区路是一个先升高再降低最后再升高的一个过程,但两次升高都是发生在坡低和坡顶的单个断面上,而中间的4个断面是连续降低,这是由于一些驾驶员驾驶汽车时在坡低时有一个加速冲坡的行为,然后行驶速度随着里程的增加而降低,快要达到坡顶时驾驶员再次加速。在兰花路上可以看到类似的变化趋势。
而图9(c)和(d)则是另一种变化趋势,即噪声值在最后一个区段(两观测断面之间的路段范围)内上升,而在此之前都是一直降低。这表明此类驾驶员在上坡时没有加速冲坡的行为。但在快要到达坡顶位置时,都是再次加速驶过坡顶,因此噪声的变化趋势与图9(a)和(b)类似。基于此,我们认为汽车在坡道上的行驶噪声在很大程度上取决于驾驶员的驾驶行为习惯。
5 结论与研究展望
山地城市道路由于坡度值大、坡道长、弯道多等特点,汽车尤其是大型车辆的加速工况多,行驶噪声一直是一个主要的交通公害。本文在重庆市主城区选择了8条不同类型的长大上坡路段,采集了多个测试断面的汽车行驶噪声,得到了如下的结论。
(1)夜间的交通噪声水平与日间相比并没有出现大幅度的衰减。
(2)距离路缘线越远,汽车行驶噪声逐渐衰减,根据试验结果,每增加5 m,噪声均值衰减约3 d B左右。
(3)路缘线位置的噪声实测数据很多超过了重度污染水平,但距离路侧5 m时,噪声值会降到该阈值以下;距路侧10 m时则会进一步降到中度污染水平以下。
(4)小轿车(三厢、两厢、SUV、面包等)的噪声值远小于公交车和大货车,前者的噪声均值要比公交车低10 d B。
(5)大型车驾驶员的驾驶行为对噪声值及其沿坡长的变化趋势有显著影响,驾驶员有冲坡习惯时坡底第二个测试断面的噪声值会显著增加,优于驾驶员在到达坡顶之前会再次加速冲坡,因此噪声值会显著增加。
(6)在大型车数量相当的情况下,路段的坡度值越高,噪声值越大。
(7)本文对重庆主城区长上坡路段汽车行驶噪声进行了分析,但汽车下坡时的行驶噪声也是比较严重的,比如制动噪声。笔者同时测量了上坡和下坡两个方向的汽车行驶噪声,但由于篇幅所限,下坡行驶方向的交通噪声笔者将另文阐述。
噪声分布 篇2
关键词：光伏逆变器,辐射噪声,诊断,抑制
逆变器要实现电能的转换需要依赖于内部复杂的电子元件, 这些电子元件开启与关闭时会产生很多EMI噪声, 其中频率低的噪声会顺着电路以噪声电流的形式传输, 进而形成传导EMI噪声, 而高频率的噪声除了沿着电路传输外, 还会辐射到空间中成为辐射EMI噪声。
1 分布式光伏逆变器共模噪声产生原理
1.1 传导EMI噪声机理
由电磁兼容知识可知传导噪声电流分为差模、共模两种噪声类型, 其中差模噪声电流主要在中线和火线上产生, 共模噪声电流则主要出现在地线与零线、火线上。
文章以基于PWM控制的分布式光伏逆变器为例, 对共模噪声电流的传输原理进行探讨, 该逆变器的电路拓扑结构如图1所示, 该电路中V1~V4是逆变桥, L0为滤波电感, Cin和C0是滤波电容, 剩余部分为控制电路。光伏组件接受太阳照射后首先会将太阳能转化为直流电, 然后Cin对其稳压处理, 并将直流电送入逆变桥, 接着PWM会控制电路使其产生驱动电路, 通过控制逆变桥的开关管将直流电转化成交流电, 最后通过由C0和L0组合而成的滤波器实现对负载的供电。
该电路中控制波形上升的时间非常短暂只有8ns, 而且噪声频带则能达到39MHz。该噪声通过耦合电容以及开关管形成共模传导噪声电流, 进而引发共模噪声的出现。
1.2 辐射噪声与共模电流的关系
分析图1中共模电流的传导方向得出, 安全电线产生的电感阻抗值大于参考地面的阻抗, 因此当共模电流传输到零线与火线后, 最后会流向参考地面。共模电流的这种流向成为导致辐射EMI产生的主要原因。与共模电流相比差模电流在零线与火线之间的传输, 对辐射噪声的产生的影响非常小, 一般可忽略不计。
共模电流传输过程中会在周围空间中形成辐射场, 并且该辐射场的大小可通过下列公式进行计算。
该公式中字母Z0表示自由空间的波阻抗, β0=2π/λ其中λ表示相关频率的信号波长, r、l和I分别表示测试距离、导线的长度和电流数值。
当频率不断增加时, 导线的物理长度就会与波长的几何尺度可比, 此时, 在导线上传输的电流分布就会呈现不均匀状态, 此时可将导线划分成若干均匀的区段, 然后可利用射频电流探头测量每个区段的电流, 并从I1~In对其进行标注。然后将测量得出的不同区段中的电磁场大小换算成标准的开阔实验场, 并综合分析地面产生的辐射效应, 利用下列公式就能获得等效辐射场结果。
公式中|EC|代表辐射电场的大小, l表示不同区段间的天线长度, f表示测试频率, F是开阔实验场条件下的修整因子, H是测试天线的高度, r表示开阔试验场的标准测试距离大小。
2共模噪声的提取
2.1噪声分离网络
直接测量线路得出的是共模与差模信号的混合信号, 此时并不能清楚的了解共模和差模各自具体的分量, 此时就需要使用噪声分离网络将共模与差模信号区分开来, 在这里使用Mardiguain分离网络分离噪声。
该分离网络主要部件是一个2:1的射频变压器, 工作时将UL-G与UN-G的混合信号传输到射频变压器的初级输入端, 然后经过该射频变压器的初级中心抽头将共模噪声分离出来, 而差模噪声则通过次级中心抽头进行分离。
分离网络的分离质量需要通过一个性能指标判断其优劣, 这里引入CMIL和DMRR, 其中前者表示共模插入损耗, 后者表示差模抑制比, 两者数值分别通过下列公式计算获得, 即:
CMIL=20lg (Uoc/UCM) DMRR=20lg (Uoc/UDM)
公式中字母Uoc、UCM、UDM分别表示共模输出、共模输入以及差模输入。
共模分离网络比较理想的结果是CMIL的数值为零, 此时表示共模噪声传输过程中的损耗量较小。另外, DMRR的数值应尽可能的大, 以此避免共模噪声信号传输过程中差模噪声耦合其中。
对该网络分离情况进行性能测试, 可以得出分离网络的CMIL的数值是-2d B, 而DMRR的数值为-40d B, 因此其符合CISPR的相关规定。
2.2 高频电流探头
高频电流探头工作时主要借助电感间的互感, 将高频信号引入或耦合到测试电路中, 其内部结构图如图2所示。
该结构中的L1、L2分别表示高频电流探头的初、次级自感, 而M则为互感。该电流探头具有较高的测试频段, 因此能够有效避免人工电源网络性能的不足, 保证测试数据的准确性。
2.3 共模噪声提取系统
运用噪声分离网络和高频电流探头能够提取处于分布式光伏逆变器辐射频段的噪声电流。为了实现这提取噪声的功能应将高频电流探头分别和中线、地线和火线、地线相连, 并将输出端与分离网络对应的输入端连接, 以及EMI接收机和分离网络的共模输出端连接在一起。通过使用人工电源网络能够大大降低噪声被高频电流探头吸收的可能, 进而提高测试结果的精度, 并且还能阻止分布式光伏逆变器噪声电流在电网中传输。
3 实验与分析
为了对分析结果的有效性进行验证, 准备使用小功率光伏逆变器对辐射噪声的诊断与抑制进行研究, 并使用微波暗室验证效果。
测试结果显示60~100MHz频段的共模噪声为60d BμV, 当加入某种类型的滤波器后, 共模噪声下降到30d BμV, 从中能够看出该类型的滤波器具有较好的抑制共模噪声的效果。另外, 为了准确的评判该滤波器的对辐射噪声的抑制, 将使用3m的微波暗室对使用滤波器前后辐射噪声量进行测量, 结果现实未加滤波器前电路中存在较多的辐射噪声, 其中频率在100MHz的居多, 和提取的辐射噪声电流幅值较大频段大致相当, 当使用设计的滤波器后, 能够很好的将辐射噪声抑制到规范标准允许的范围内。
4 结束语
本文在研究辐射噪声产生原理的基础上, 通过测试辐射噪声产生的电流对辐射噪声进行诊断, 并采取有关的抑制措施, 取得了较好的抑制效果, 并得出了测试分布式光伏逆变器辐射噪声时, 有些频率的逆变器的体积比较大, 而且还要将其与光伏电板连接在一起, 所以不适合在暗室中测量辐射噪声的结论。
参考文献
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[2]张凯, 方华松, 周运斌, 等.单相全桥逆变器共模等效电路研究[J].电工技术学报, 2007.
噪声分布 篇3
高架复合型道路是由上层高架道路与下层地面辅道共同组成的立体交通道路系统, 是改善城市交通拥堵的有效措施之一。我国从20世纪80年代开始兴建这种复合型道路, 该道路形式虽然大大提高了车辆的通过率, 有效缓解了城市交通堵塞, 但由于车流量急剧增加并集中分布, 使得道路空间的交通噪声声场分布与普通型道路相比发生了较大的变化, 给道路两侧建筑带来了较为严重的噪声污染。因此, 分析总结高架复合型道路声场的分布特点及其影响因素具有重要的意义。
2 项目基本概况
本文以福州金山大桥北引桥段的复合型道路作为案例。道路断面形式如下:高架桥为双向6车道, 桥宽27.5m, 左右辅道均为单向两车道, 路宽11m;高架桥桥面离地面高度5.0m;高架桥设计行车速度为50km/h, 辅道设计行车速度为40km/h, 道路断面形式见图1。
3 相关预测模式
根据《环境影响评价技术导则—声环境》 (HJ2.4-2009) 中的交通噪声预测模式进行预测。
(1) 第i类车等效声级的预测模式:
式中:为第i类车的小时等效声级, dB (A) ;为第i类车速度为Vi, km/h;水平距离为7.5m处的能量平均A声级, dB (A) ;Ni为昼间、夜间通过某个预测点的第i类车平均小时车流量, 辆/h;r为从车道中心线到预测点的距离, m;Vi为第i类车的平均车速, km/h;T为计算等效声级的时间, 1h;Ψ1、Ψ2为预测点到有限长路段两端的张角, 弧度;ΔL为由其他因素引起的修正量, dB (A) 。
注:7.5m处为中国机动车交通噪声源强测试的基本考核点。
(2) 总车流量等效声级为:
4 预测相关参数
(1) 环评预测年限:公路竣工投入运营后第1年 (近期) 、第7年 (中期) 和第15年 (远期) ;
(2) 预测设计车速:高架桥设计行车速度为50km/h, 辅道设计行车速度为40km/h;
(3) 路面结构形式:引桥路面均采用沥青混凝土路面结构。
5 预测前置条件
(1) 高架防撞栏为60cm高的实心混凝土结构, 相当于一个小型声屏障, 预测过程要考虑该插入损失;
(2) 在计算路面反射声叠加过程中, 考虑反射声被车底遮挡等因素, 本预测取声源可反射声的入射角50°<θ<85°, 当入射角小于50°的反射声将被车底遮挡;
(3) 由于高架桥桥墩为间隔设置, 且间距大, 因此本预测不考虑高架桥桥墩对噪声的遮挡衰减;
(4) 本环评模拟分析道路运营中期预测年辅道红线外5.0m处第一排建筑物分析垂向声场分布情况。
6 交通量换算
6.1 可研标准车车流量
由于可研报告中给出的预测年与环评预测年不完全吻合, 因此需根据工可中各预测年“标准车车流量”的年增长率, 换算环评预测年中期 (2022年) 的“标准车车流量”, 详见表1。
单位:pcu/d
6.2 环评绝对车流量
6.2.1 工可车型折算系数
根据交通运输部印发《关于调整公路交通情况调查车型分类及折算系数的通知》 (厅规划字[2010]205号) , 可研车型折算系数为中小客、小货=1, 中货、大客=1.5, 大货=3, 特大货、集装箱=4、摩托车=1、拖拉机=4, 车型折算系数见表2。
6.2.2 车型比
本项目运营期车型以小型车为主, 小型车比例为75%、中型车比例为22%、大型车比例为3%。
6.2.3 车流昼夜比
项目区车流昼夜比为80:20, 工可中昼夜比的含义为白天12h的车流量与夜间12h车流量的比值, 其中白天指8:00~20:00。
6.2.4 环评绝对车流量
环评中昼夜为:昼间 (6:00~22:00) , 夜间 (22:00~次日6:00) , 昼间长16h, 夜间长为8h。因此, 在交通噪声预测过程中, 需将工可中统计的夜间4h车流量折算到昼间, 计算得到环评绝对车流量, 见表3。
辆/d
7 预测方法
(1) 采用复合交通计算方法分别计算高架桥主道和左、右辅道交通噪声对各预测点的贡献值, 进而采用能量叠加方法计算各预测点交通噪声的总贡献值, 其中充分考虑直达声和反射声在传播途径过程中的衰减因素, 如高架桥桥体和防撞栏遮挡影响等。
(2) 在考虑路面反射叠加过程中, 同时考虑各车型车体本身的阻挡作用, 预测结果在考虑上述内容过程中, 由交通噪声直达声和反射声结果叠加获得不同高度的预测点铅垂向预测贡献值。
8 预测结果
该复合型道路营运中期 (2022年) , 位于辅道红线外5.0m处第一排建筑物在铅垂向不同高度上受交通噪声影响预测结果见表4, 交通噪声传播示意图见图2, 铅垂向交通噪声分布图见图3。
由图2中可以看出, 以楼层为例 (设层高为3m) , 第1层由于位于高架桥的声影区, 并且不受左侧辅道反射声影响, 因此受交通噪声影响最小;其2~5层声级相对较高, 5层以上随着楼层的增高其影响声级呈递减走势, 表明2~5层受路面发射声的叠加影响较大, 其中以5层最为突出, 声级最高。
9 结论
通过对福州金山大桥北引桥段的复合型道路铅垂向交通噪声影响预测结果进行分析, 可得出以下结论。
(1) 由图3可以看出, 由于受到高架桥和辅道直达声叠加, 以及各车道反射声的叠加和高路堤两侧声影区附加衰减等多因素的共同影响, 导致交通噪声贡献值铅垂向分布图将会呈现出2个峰值的特点, 且交通噪声在垂向建筑物上分布最大值并非出现在最底层, 本项目最大值出现在建筑物第5层;
(2) 由图2中可以得出, 在复合型道路交通噪声竖向预测过程中, 只考虑高架桥桥面和防撞栏遮挡因素的前提下, 低楼层声场主要受建筑立面与道路形成的混响声场的积聚影响, 而高楼层声场的影响因素主要为交通噪声的几何发散衰减, 因此在低层段 (1~5层) , 地面道路影响大于高架道路, 而在高层段 (6层及以上) , 高架道路的影响起决定作用。
参考文献
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[5]盖磊, 王亚平.快速高架复合道路近场交通噪声垂向分布[J].环境工程学报, 2014, 8 (4) :32-33.
噪声分布 篇4
LNA用于接收机前端电路, 主要用来放大从天线接收到的微弱信号, 降低噪声干扰, 其噪声指标直接影响接收机的灵敏度, 而灵敏度是通信接收机的关键指标之一, 所以LNA电路设计的优略对于接收机性能至关重要, 且在商业应用中, 数字通信技术的发展对无线基站用LNA电路提出了更为苛刻的要求。
1 LNA电路的基本理论
LNA电路的主要技术指标有噪声系数 (FN) 、增益、工作频带、输入/输出驻波比和增益平坦度等, 其中FN和增益对接收机性能的影响较大。
设计LNA电路时, 在保证电路绝对稳定, 避免产生自激振荡的情况下, 尽量降低放大器的FN。对于绝对稳定的晶体管, 可以按照最佳噪声匹配得到最低的FN;对于条件稳定的晶体管, 要优先考虑稳定性因素。完成匹配后的放大器, 要对稳定因子进行测试, 在全频段内, 要求稳定性因子μ>1。
为保证低噪声性能, 通过电抗滤波器提供偏置电压或电流, 而不用电阻偏置电路, 以避免将电源噪声和偏置电阻的热噪声引入到射频通道。
另外, 良好的阻抗匹配设计能够提高电路传输能量, 提高系统增益, 改善驻波特性, 增强系统稳定性, 降低噪声等, 在设计LNA电路时, 应根据不同的性能需求选择不同的匹配方式。
2 LNA电路的设计
2.1 器件的选择和级数的确定
设计LNA电路, 首先要选择FN小的放大管。从目前的种类和应用来看, Si和SiGe类低噪声晶体管的FN要高一些, 好的可做到0.7 dB左右, FN稍高的为砷化镓材料器件, FN最低的为增强型PHEMT (E-PHEMT) 器件。本设计选用Agilent的ATF-54143, 该放大管为E-PHEMT器件, 此类器件具有较优的射频特性。
本文的LNA电路要求实现增益 (30±1) dB, FN<1 dB, 输入/输出的驻波小于1.5, OIP3>30 dBm, 采用两级LNA电路级联构成。为了保证LNA电路端口驻波、放大器的稳定性和足够大的增益, 前级电路采用平衡式结构, 后级电路主要考虑端口驻波、线性和稳定性。
LNA电路结构框图如图1所示, 射频信号从耦合器1脚输入, 功率平均分配到2脚和3脚, 但是3脚的射频信号相位比2脚相位滞后90°。如果上下两路LNA性能以及单板布局完全相同, 那么两路LNA的反射系数也完全相同, 且下支路的输入反射波相位仍然比上支路的输入反射波相位滞后90°, 即假设上支路的反射波相位为0°, 则下支路反射波的相位为-90°。两路反射波经过3 dB耦合器到达1脚, 上支路的反射波相位为θ° (假设1脚输入口和2脚耦合口之间的相移为θ°) , 下支路的反射波到达1脚后, 相位变成θ-90°-90°=θ-180°, 因此两路反射波在1脚完全抵消, 从而保证Input输入驻波非常小。
同理可以分析输出端耦合器1脚输出驻波性能非常好, 且输入/输出的反射波都消耗在两个50 Ω电阻上。采用平衡式LNA的最大好处是可以保证LNA单管在最佳噪声匹配的前提下获得非常优良的驻波性能。
2.2 器件的稳定性
S参数仿真表明, ATF-54143在低频和高频下都容易自激, 本设计采用在输入口和输出口分别加电容 (或电感) 和电阻串联到地的方式, 形成低频端吸收式负载和高频端吸收式负载。稳定性改善后的μ稳定性因子如图2所示。
2.3 直流偏置电路的设计
直流偏置电路由SIEMENS的BCR400W及外围器件组成, 提供放大管恒定的工作电流, 以稳定其DC工作点。现以电流增加时的闭环控制过程为例, 给出恒流控制电路原理图如图3所示。
场效应管的漏极电流上升→BCR400W的4脚电位下降→BCR400W内部控制三极管Q的截止程度加深→BCR400W的2脚电位偏负→场效应管的栅极电位偏负→场效应管的漏极电流下降。
通过对ATF-54143的I-V特性和直流仿真, 选择其典型的静态工作点Vds=4 V, Ids=60 mA。
2.4 输入/输出匹配网络的设计
首先, 通过器件模型得到图4所示的放大器单管在上述偏置条件下输入/输出的阻抗特性和最佳噪声反射系数ΓOPT;然后, 通过Smith圆图辅以源、负载稳定判别圆、等增益圆和FN圆等使用集总参数元件粗略确定匹配网络如图5所示。再用ADS进行仿真优化, 结合微带单枝节等分布参数元件得到较为精确的网络参数, 满足LNA的性能指标, 最后确定最终微带尺寸及选用特定模型的电感电容代替优化后的电感电容, 前后级根据设计目标分别匹配。
因为基站性能指标对所用各器件的离散性指标要求极高, 故此LNA的设计采用了Murata公司的高精度电感电容进行匹配。为了保证良好性能, PCB板材选用Rogers的RO4350。
2.5 仿真结果
单级LNA电路仿真原理图如图6所示。
在工作频段内进行仿真和优化, 平衡式LNA电路的FN和S参数如图7所示。
3 LNA电路的实测结果
使用Agilent的噪声分析仪、矢量网络分析仪、信号源和频谱分析仪对所设计的LNA电路制成品进行实测, 结果如图8、图9和表1所示。
4 结 语
设计的LNA电路具有增益高, FN小, 频带宽, 驻波小, 线性好的特点, 实测与仿真优化结果基本一致, 并且由于其拓扑结构和匹配网络固定, 可用于WCDMA分布式基站多个频段, 经过后续的WCCA (最坏情况电路分析) 分析, 更进一步验证其满足电路设计规格的要求。
参考文献
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