2.2. Характеристики и параметры радиоприемных устройств, влияющие на эмс рэс, и их нормирование

Идеальный с точки зрения ЭМС радиоприемник должен иметь только один основной канал приема (см. рис. 2.5) – т.е. полосу частот, предназначенную для приема основного излучения нужного РЭС. Однако в реальных супергетеродинных приемниках кроме основного, имеются также и нежелательные неосновные каналы приема, расположенные вне полосы частот основного канала приема. Поэтому помеховые сигналы могут поступать на выход приемника как через основной, так и через неосновные каналы приема.

Восприимчивость приемника к помеховым сигналам оценивается как для помеховых сигналов, воздействующих через антенну и фидерный тракт, так и для помеховых сигналов, проникающих по цепям питания, управления и т.д. При этом основное внимание при анализе ЭМС уделяется, как и прежде межсистемным помехам. Восприимчивость является мерой способности радиоприемника реагировать на непреднамеренные помехи и зависит от его чувствительности и избирательности по основному и неосновным каналам приема.

Неосновные каналы приема помеховых сигналов подразделяются на побочные и внеполосные. К побочным относятся нежелательные каналы приема, номинальные частоты которых имеют фиксированное значение для данного приемника при его фиксированной настройке на частоту сигнала f_o. К внеполосным относятся нежелательные каналы приема, номинальные частоты которых при фиксированной частоте настройки приемника могут иметь различные значения в зависимости от частоты мешающего сигнала. Частота помехи при этом не совпадает с частотами основного или побочных каналов приема, а ее уровень может достигать такого значения, при котором в приемнике возникают нелинейные эффекты блокирования, перекрестной модуляции и интермодуляции.

Рис 2.5. Характеристика восприимчивости супергетеродинного радиоприемника к воздействию непреднамеренных помех по основному и побочным каналам приема: 1 – основной канал приема на частоте f_o = f_г – f_пр ; 2 – побочный канал приема на промежуточной частоте f_пр; 3 – побочный канал приема на зеркальной частоте f_г + f_пр ; 4 – побочные каналы приема на комбинационных частотах 0,5(f_г ± f_пр) и 2f_г ± f_пр ; 5 – побочные каналы приема на субгармониках частоты настройки приемника 0,5 f_o =0,5(f_г – f_пр) и зеркальной частоты 0,5(f_г + f_пр) ;

Избирательные свойства приемника позволяют отличать и выделять полезный сигнал на фоне мешающих излучений по занимаемой им полосе частот и его структуре. Полезный сигнал по частотному признаку выделяется за счет частотной избирательности приемника, которая характеризует его способность ослаблять помехи, отличающиеся по частоте от частоты настройки. При этом различают односигнальную и многосигнальную частотные избирательности приемника. При малых уровнях полезного и мешающего сигналов радиочастотный тракт приемника работает в линейном режиме, и его избирательные свойства характеризует односигнальная избирательность. Она определяется отношением уровня входного сигнала на заданной частоте к его заданному уровню на частоте настройки при неизменном уровне сигнала на выходе радиоприемника.

В реальных условиях на вход радиоприемника наряду с полезным могут поступать интенсивные мешающие радиосигналы, что может привести к появлению нелинейных эффектов в тракте приема. В этом случае необходимо рассматривать многосигнальную избирательность, которая определяется отношением уровней одновременно поступающих на вход сигналов на одной или нескольких заданных частотах и на частоте настройки приемника при заданном отношении суммарной мощности составляющей помехи к мощности полезного сигнала на его выходе. Она характеризует способность приемника ослаблять действие помех в зависимости от их расстройки в присутствии полезного сигнала.

При односигнальном воздействии оценивают параметры основного и побочных каналов приема, влияющие на ЭМС радиоприемника при его работе в линейном режиме. К параметрам основного канала приема относятся следующие:

- чувствительность;

- динамический диапазон;

- частотная избирательность;

- полоса пропускания;

- коэффициент прямоугольности;

- частота настройки;

-нестабильность частоты гетеродина;

- отношение сигнал/шум на выходе.

К параметрам побочных каналов приема (на промежуточной, зеркальной, комбинационных частотах, на субгармониках) относятся следующие:

- восприимчивость:

- частота.

чувствительность.

Чувствительность радиоприемника характеризует его способность обеспечивать прием полезного сигнала на фоне собственных шумов при отсутствии помех и воспроизводить его на выходе с заданным качеством. Количественно этот параметр определяется минимально необходимой мощностью (или ЭДС) сигнала на его входе, при которой обеспечивается номинальное значение напряжения или мощности на выходе приемника при заданных параметрах полезного сигнала и отношения сигнал/шум на выходе. При этом различают пороговую и реальную чувствительность радиоприемника.

Пороговая чувствительность приемника – это минимальный уровень сигнала на его входе при равных уровнях полезного сигнала и собственных шумов приемника на его выходе (т.е. при отношении сигнал/шум, равном 1 Q_вых = Р_с/Р_ш =1, или 0 дБ). За порог восприимчивости приемника к помеховым сигналам в основном канале приема также принимается уровень собственных шумов, т.е.пороговая чувствительность Р_пор .

Реальная чувствительность приемника – это минимальный уровень сигнала на его входе при котором обеспечивается номинальная мощность полезного сигнала на его выходе и заданное превышение уровня мощности полезного сигнала над уровнем шумов т.е. отношение сигнал/шум, на выходе должно быть Q_вых = Р_с/Р_ш >1. За порог восприимчивости приемника к помеховым сигналам в основном канале приема также принимается уровень собственных шумов, т.е. пороговая чувствительность Р_пор . Реальная чувствительность приемника определяется выражением:

, (2.4)

где: k_Б = 1,38·10^-23, Дж/К – постоянная Больцмана; Т_о – абсолютная температура окружающей среды, К; Т_А – аффективная шумовая температура антенны, К; В_ш – ширина эффективной полосы шумов приемника, Гц; N_ш – коэффициент шума приемника; Q_вых – требуемое отношение сигнал/шум на выходе приемника.

В диапазоне частот 30…120 МГц при комнатной температуре (Т_о = 293 К) отношение Т_А/ Т_о = 1,8·10^-6/f ³, где f – в мегагерцах. На частотах f > 120 МГц отношение Т_А/ Т_о = 1 и формула (4) примет вид:

, (2.5)

а пороговая чувствительность (порог восприимчивости) будет равна: . (2.6)

Динамический диапазон – основного канала D_ок – это отношение максимальной амплитуды сигнала Е_макс(f_о) на входе приемника, при которой

нелинейные искажения К_ни равны допустимому значению, к его минимальной амплитуде Е_мин(f_о) при которой отношение сигнал/шум (Q_вых) на выходе равно заданной величине. Этот параметр является мерой линейности основного канала приема в отсутствии радиопомех и характеризует допустимые пределы изменения амплитуды входного сигнала, в которых обеспечивается требуемое качество выходного сигнала.

Частотная избирательность – обеспечивает возможность выделения полезного сигнала на фоне помеховых сигналов благодаря различиям в их спектральных характеристиках. Величина ослабления сигнала в зависимости от расстройки частоты определяется формулой:

, (2.7)

где К(f _о) и К(Δf) - коэффициенты усиления приемника на частоте настройки (f _о) и при расстройке на частоту Δf соответственно. График частотной избирательности приведен на рисунке 2.6.

Полоса пропускания приемника по основному каналу В₃ ограничена двумя частотами (f ₁ и f ₂), на которых ослабление сигнала равно 3 дБ. Ширину полосы пропускания В₃ выбирают равной необходимой ширине частот В_н с учетом допустимого отклонения частоты радиолинии ∆f_рл в обе стороны от присвоенной частоты:

, (2.8)

где ∆f_пр и ∆f_пд – нестабильность настройки частоты приемника и передатчика, соответственно.

Идеальная характеристика избирательности, в отличие от реальной, должна быть прямоугольной. Представление о степени близости реальной характеристики избирательности к идеальной оценивается коэффициентом прямоугольности К_х, равным отношению ширины полосы частот В_х на уровне Х дБ, к ширине полосы пропускания В₃ на уровне 3 дБ, т.е. К_х = В_х / В₃.

Рис. 2.6. Характеристика частотной избирательности приемника

В реальных приемниках коэффициент прямоугольности К₆₀ = 2…4. Недостаточная крутизна склонов характеристики избирательности приемника является причиной появления в основном канале помех от радиопередатчиков, работающих на частотах соседних каналов, смещенных на величину ±∆f_ск относительно частоты основного канала f_о. Величина ослабления помех по соседним каналам нормируется. Например, для бытовых радиовещательных приемников нормы требуют, чтобы ослабление помехи по соседним каналам приема лежало бы в пределах 26…56 дБ в зависимости от класса радиоприемника.

Побочным каналом приема называется полоса частот, находящаяся за пределами полосы пропускания основного канала, в которой помеховый сигнал может проходить на выход приемника. Наличие этого канала приема обусловлено недостаточной избирательностью преселектора приемника и нелинейностью процесса преобразования частоты в смесителе, на выходе которого образуется колебания гармоник и комбинационных частот полезного сигнала, гетеродина и помех. При этом могут образовываться различные типы побочных каналов.

Побочный канал на промежуточной частоте. Он имеет среднюю частоту f_пк = f_пр . В приемниках магистральной радиосвязи 1,2 и 3-го классов мешающие сигналы на промежуточной частоте должны ослабляться не менее, чем на 100, 80 и 60 дБ соответственно, а в бытовых радиоприемниках – не менее, чем на 26…40 дБ.

Побочный канал на зеркальной частоте. Он имеет среднюю частоту f_пк = f_з = f_г + f_пр = 2f_с + f_пр . В соответствии с установленными нормами, в приемниках магистральной радиосвязи 1, 2 и 3-го классов мешающие сигналы на зеркальной частоте должны ослабляться не менее, чем на 90, 70 и 60 дБ соответственно, а в бытовых радиоприемниках – не менее, чем на 40…70 дБ.

Избирательность радиоприемника по комбинационным каналам приема на гармониках гетеродина и нелинейным побочным каналам приема также нормируется. В частности, требуемое ослабление помех по этим каналам для приемников магистральной радиосвязи 1, 2 и 3-го классов должно быть не менее 80, 66 и 60 дБ соответственно.

Наиболее опасны помехи по побочным каналам, имеющим сравнительно небольшую расстройку относительно частоты полезного сигнала. К таким помехам относятся помехи по зеркальному и промежуточному каналам.