Глава 2 Основные характеристики и параметры радиопередающих и радиоприемных устройств, определяющие эмс рэс

2.1. Характеристики и параметры радиопередающих устройств, влияющие на эмс рэс, и их нормирование

В общем случае в спектре излучения радиопередающего устройства присутствует как основное, так и нежелательное излучение. Для прогноза непреднамеренных помех необходимо знать параметры этих излучений. Их классификация представлена на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Классификация непреднамеренных помех

Примерное распределение спектральной плотности основного и различных нежелательных излучений радиопередающего устройства представлено на рисунке 2.2

Рис. 2.2. Вид спектрограммы излучений радиопередающего устройства

1 – основное излучение; 2 – внеполосное излучение; 3 – излучение на гармониках; 4 – излучение на субгармониках; 5 – комбинационное излучение; 6 – интермодуляционное излучение; 7 – паразитное излучение; 8 – шумовое излучение.

Основное излучение занимает некоторую необходимую полосу частот В_н, предназначенную для передачи полезного радиосигнала. Все другие (неосновные) излучения, расположенные за пределами основного (рабочего) участка радиочастотного спектра В_н являются нежелательными. Эти излучения подразделяются на внеполосное, побочные и шумовые. Спектр внеполосного излучения непосредственно примыкает к необходимой полосе частот справа и слева. Спектры побочных излучений на гармониках, субгармониках, комбинационных частотах, паразитных и интермодуляционных колебаний удалены от частоты основного излучения. Шумовое излучение занимает широкую полосу частот.

Необходимая полоса частот (В_н) – это минимальная ширина полосы частот, обеспечивающая передачу данного сообщения с требуемой скоростью и качеством.

Нормы на необходимую ширину полосы частот для различных типов сообщений и видов модуляции приводятся в Регламенте радиосвязи (РР) РФ. Также этот параметр может определятся расчетным путем по формулам, приведенным в РР. Например, в простейшем случае при амплитудной модуляции несущей аналоговым сигналом телефонии необходимая ширина полосы радиоизлучения определяется выражением:

,

где F_в – верхняя граничная частота модулирующего сигнала.

Кроме того, в теории ЭМС используется понятие ширины присвоенной полосы частот В_п, которая помимо необходимой полосы частот учитывает еще и нестабильность несущей частоты радиопередающего устройства:

,

где Δf_доп – максимально допустимая величина отклонения несущей частоты радиопередающего устройства от ее номинального значения. Эта величина определяется долговременной нестабильностью частоты передатчика. Она устанавливается с учетом норм РР для конкретной радиослужбы, диапазона частот и средней мощности радиопередающего устройства.

Внеполосное излучение - нежелательное радиоизлучение, являющееся, как и основное, результатом модуляции несущей частоты (f_o) передаваемым сообщением. Причины появления внеполосного излучения следующие:

- недостаточный коэффициент прямоугольности АЧХ фильтра на выходе радиопередающем устройства;

- наличие неравномерности АЧХ и нелинейности ФЧХ тракта передатчика;

- применение модулирующего сигнала большой амплитуды.

На практике важно также иметь информацию о форме огибающей спектра и о скорости убывания спектральных составляющих внеполосного излучения за пределами необходимой полосы частот. С этой целью вводится понятие ширины полосы частот на уровне - Х дБ (В_х) относительно уровня основного излучения, принятого за 0 дБ (см. рис. 2.3).

За пределами полосы В_х интенсивность любых спектральных составляющих или спектральная плотность мощности внеполосного излучения ослаблена относительно уровня основного излучения не менее, чем на Х дБ. Обычно за нижний уровень измеряемой мощности принимается уровень, расположенный на 60 дБ (Х = - 60 дБ) ниже уровня основного излучения. Использование нескольких измерительных уровней (Х = - 30, - 40, -50 и т.д.) позволяет контролировать форму и скорость убывания внеполосного излучения.

Контроль и нормирование внеполосного излучения осуществляется с помощью контрольной ширины полосы частот излучения (В_к), за нижним и верхним пределами которой любая спектральная составляющая ослаблена на 30 дБ (в 1000 раз) и более по отношению к максимальному значению спектральной плотности мощности. Значение контрольной ширины полосы частот используется при распределении и присвоении номинальных частот РЭС и при расчетах частотного разноса между соседними РЭС.

Рис. 2.3 Ограничительная линия спектра

Линия, проходящая через допустимые значения уровней Х излучения называется ограничительной (уровни 0, -30, -Х, -60 дБ). Она определяет верхнюю границу максимально допустимых значений составляющих спектра внеполосного излучения. Огибающая реального спектра мощности излучения не выходит за пределы установленной ограничительной линии.

Значения ширины полос частот (В_н , В_к , В_х , В_зн) нормированы для различных классов излучения. При этом измеренные значения контрольной ширины полосы частот В_к и внеполосных излучений В_х не должны более, чем на 20% превышать нормируемые значения. Наличие норм позволяет строить модели ограничительной линии путем кусочно-линейной аппроксимации (см. рис.2.3). В таблице 2.1 приведен пример норм на ширину полосы частот и внеполосные радиоизлучения для радиопередатчика фиксированной службы.

Таблица 2.1.

Вид сигнала	Формулы для расчета полос частот
	Необходимая ширина полосы частот Вн , Гц	Контрольная ширина полосы частот Вк , Гц	Внеполосные радиоизлучения
			На уровне - Х дБ	Ширина полосы Вх , Гц
Телефония, одна боковая полоса, подавленная несущая	Вн = (Fв – Fн )	Вк= 1,15Вн	30 35 40 50 60	1,15Вн = Вк 1,25Вн =1,09 Вк 1,6Вн = 1,39 Вк 2,9Вн = 2,52 Вк 5,4Вн = 4,7 Вк

Побочные излучения – нежелательные радиоизлучения, возникающие в результате любых нелинейных процессов в тракте формирования высокочастотного сигнала передатчика. К ним относятся следующие:

- излучение на гармониках;

- излучение на субгармониках;

- комбинационное излучение;

- интермодуляционное излучение;

- паразитное излучение.

Их интенсивность зависит от диапазона рабочих частот передатчика, типа и режима работы активных элементов и др. Уровень побочных излучений определяется по отношению к основному излучению в дБ и должен соответствовать нормам РР и другим нормативным документам.

Радиоизлучение на гармониках.

Радиоизлучение на гармониках - это побочное излучение на частотах f_n , в целое число раз больших частоты f_o основного излучения: f_n = n f_о , n = 2, 3, 4…. Среднее значение уровня мощности излучения на частоте n-ой гармоники определяется формулой:

, (2.1)

где Р_о(f_o) – уровень средней мощности основного излучения, дБВт;

V_г – коэффициент, характеризующий скорость убывания спектра, дБ/дек;

А_г – ослабление излучения на гармонике по отношению к основному, дБ.

Коэффициенты V_г и А_г определяются из таблицы 2.2

Таблица 2.2

Диапазон частот, МГц	Vг , дБ/дек	Аг , дБ
Менее 30	-70	-20
30…300	-80	-30
Более 300	-60	-40

На рис. 2.4 представлены рекомендованные нормы на допустимые уровни радиоизлучений на гармониках в зависимости от средней мощности основного излучения Р_о в диапазоне частот 10 кГц…960 МГц.

Рис. 2.4 Рекомендованные МСЭ нормы на допустимые уровни радиоизлучений на гармониках в зависимости от средней мощности основного излучения Р_о в диапазоне частот 10 кГц…960 МГц.

1 – диапазон 10 кГц…30 МГц; 2 – диапазон 30 …235 МГц; 3 – диапазон 235 …960 МГц;

Радиоизлучение на субгармониках.

Радиоизлучение на субгармониках – это излучение на частотах f_сг , в целое число раз меньших частоты f_o основного излучения: f_сг = f_о /n, n=2, 3, 4…. Оценку уровня мощности излучения на субгармониках в диапазонах частот, указанных в табл. 2 можно осуществлять по формуле (2.1) с использованием следующих значений: V_сг = - 20 дБ/дек; А_г = - 80 дБ.

Комбинационное излучение.

Комбинационное излучение – это побочное излучение на комбинационных составляющих f_к = pf₁ ± qf₂ ± mf₃ (p, q ,m =1, 2, 3 …) , f₁ , f₂ ,f₃ – частоты синтезатора частот передатчика. Оценку уровня средней мощности комбинационного излучения можно осуществлять по формуле:

, (2.2)

где f_к – частота комбинационного излучения;

V_к – коэффициент, характеризующий скорость убывания спектра, дБ/дек;

А_к – ослабление комбинационного излучения, дБ.

Например, для коротковолновых передатчиков при 1,001 < f_к/f_o <1,1 V_к = -160 дБ/дек, А_к = -39 дБ. Уровни комбинационных излучений обычно меньше уровней излучения на гармониках.

Паразитное излучение.

Паразитное излучение может возникать на частотах как ниже, так и выше частоты основного излучения. Их особенностью является отсутствие кратности частоте основного радиоколебания. Мощность и значение частоты паразитного излучения трудно прогнозируемы.

Уровни побочного радиоизлучения нормируются РР и другими нормативными документами. В качестве примера в таблице 2.3 приведены нормы на побочное излучение, установленные в зависимости от мощности передатчика и диапазона рабочих частот. Эти нормы должны выполняться для любой из рассмотренных выше составляющих побочного излучения.

Таблица 2.3. Нормы на побочное излучение, установленные в зависимости от мощности передатчика и диапазона рабочих частот.

Полоса частот	Средняя мощность	Нормируемые уровни побочных излучений
9 кГц … 30 МГц 30 … 235 МГц	25 Вт и менее	- 40 дБ; 50 мВт
	Более 25 Вт	- 60 дБ; 1 мВт
235 … 960 МГц	25 Вт и менее	- 40 дБ; 25 мкВт
	Более 25 Вт	- 60 дБ; 25 мВт
960 МГц … 17,7 ГГц	10 Вт и менее	100 мкВт
	Более 10 Вт	- 50 дБ; 100 мкВт

Шумовое излучение.

Шумовое излучение характеризуется спектральной плотностью мощности и шириной занимаемой полосы частот. Интенсивность шумовых излучений зависит от схемы передатчика, его назначения, диапазона частот применяемой элементной базы и отстройки ∆f от частоты f_o основного излучения и определяется следующей формулой:

, (2.3)

где где Р_ш(Δf) – уровень мощности шумового излучения при отстройке на Δf от частоты основного излучения, дБВт;

V_ш– коэффициент, характеризующий скорость убывания уровня шумового излучения, дБ/дек;

А_ш– ослабление мощности шумового излучения в занимаемой полосе В_зн относительно основного, дБ.

Для широко- и узкодиапазонных передатчиков коэффициент V_ш равен -3 и -15 дБ/дек соответственно, а А_ш = -60…-80 дБ.