Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

лебания выходное напряжение можно представить как

^вых « a2CZBX + «4^вХ, причем а4 < 0. Квадратическая характерис­ тика смесителя соответствует его функциональному значению: сум­

ма колебаний t/BX(z) = L''ccosfficf + t/rcos®IT после квадратическо­

го преобразования содержит вторые гармоники 2®с, 2®г, посто­ янную составляющую и частоты биений I ®с ± ®r I с амплитуда­

ми a2UcUv, одна из которых используется далее в приемнике. Ос­ тальные частотные составляющие отфильтровываются линейны­ ми частотно-избирательными цепями. При воздействии только

помехи с частотой ®п^ ®с возникают аналогичные составляющие с частотами 2®г, 2®п, I ®п ± ®г |, которые также отфильтровыва­

ются и не проявляются на выходе.

Если на смесительный каскад действует сумма колебаний, соответствующих сигналу, помехе и колебаниям гетеродина, а ам­ плитуда помехи превышает диапазон квадратической характерис­

тики, в выходном колебании будут присутствовать соответствую­ щие четВертмМгармоникам сигнала, гетеродина и помехи частот­

частот | ®с - ®г |, будут отфильтрованы линейными частотно-из­ бирательными цепями. Однцко амплитуда «полезной» составляю­ щей | ®с - ®г | будет равна a2UcUr + a„UclJr (UnUr + UcUn + ) ■

Поскольку a4<0> при больших амплитудах помехи будет наблю­ даться уменьшение уровня сигнала, т.е. блокирование, а при нали­ чии амплитудной модуляции помехи - эффекты перекрестных ис­ кажений.

Возможна еще одна причина, вызывающая реакцию приемни­ ка на действие мощной помехи, близкой к эффектам блокирования

в УРЧ и смесителе - преобразование шумов гетеродина, проявляю­ щееся в увеличении уровня собственных шумов приемника. Этот

процесс можно представить следующим образом. Колебание гете­ родина содержит составляющие его шумового энергетического спек­ тра, занимающие достаточно широкую полосу частот. Биения некоторых из этих составляющих с колебаниями, соответствующи­ ми сигналу и помехе, могут попасть в полосу пропускания УПЧ.

101

При наличии только сигнала их спектральная плотность пропор­

вого напряжения гетеродина. При наличии помехи возникают до­ полнительные составляющие с амплитудами, пропорциональными

ЦгЦпгТаким образом, достаточно интенсивная помеха [7П» Uc,

не соответствующая основному или побочным каналам приема, вызывает рост шумов преобразования, которые приводят к сни­ жению отношения сигнал-шум в приемнике.

Интермодуляция в приемнике

Интермодуляцией называется возникновение помех на выхо­

де приемника при действии на его входе двух и более радиопомех, частоты которых не совпадают с частотами основного и побочно­ го каналов приема радиоприемника. Интермодуляция - одна из

наиболее важных причин несовместимости радиоэлектронной ап­

паратуры. Так, в системах связи метрового диапазона на долю

интермодуляции приходится до 70% случаев нарушения ЭМС

непреднамеренными помехами. Интермодуляция обусловлена не­ линейными эффектами преобразования колебаний двух или более помех в смесителе или в каскадах, предшествующих смесителю.

Интермодуляция в цепях до смесителя возникает при воздей­ ствии интенсивных радиопомех, амплитуды которых соответству­ ют нелинейному участку характеристики активного элемента. На нелинейном элементе происходит преобразование частот двух или более помех и полезного сигнала. В результате образуются ко­ лебания биений с частотами вида | mxfc + m2fm + т3 fm +... I. Их число и интенсивность зависят от степени нелинейности и ампли­

туд входных колебаний так же, как и при образовании комбина­

ционных каналов приема. Поскольку нелинейный режим усили­ тельных элементов практически возможен только при интенсив­ ной помехе, наибольшее значение имеют биения частот помех

баний попадают в полосу пропускания приемника, будет проис­ ходить прием этого колебания. Наибольшее значение имеют та­ кие интермодуляционные частоты, значения которых ближе к ча­

стоте настройки приемника. Поэтому наиболее опасными счита-

102

ются помехи нечетных порядков, главным образом 3-го | | и | 2/п, -fm |. При интенсивных помехах не исключено образова­

ние интермодуляционных явлений более высокого порядка, напри­ мер 5-го: | ЗУгП - 2/ц | и 7-го: 14fm - 3fm |. Иногда таким же обра­

зом происходит интермодуляция в первых каскадах УПЧ. Аналогичные явления имеют место в смесителе. Колебания

помех, не полностью отфильтрованные предшествующими каска­ дами, действуют в смесителе, образуя биения частот сиг­ нала, гетеродина и двух или более помех на частотах

/б ~ |WJi/c + +2Lmz/n/| ■ Если хотя бы одна из частот биений

попадает в полосу пропускания УПЧ, она не может быть отфиль­ трована последующими цепями и действует в приемнике как адди­ тивная помеха. Если амплитуды помех на входе смесителя значи­

тельны. преобладают их биения между собой: /6 = |^>4./ib| или

биения частот помех и гетеродина: /6 = |от2/г + zLm<7nJ - Таким

образом, явление интермодуляции происходит, если выполнено

одно из следующих условий: |w,/c + mtfni|е^/с -B/^fc

а интенсивность преобразованной составляющей превышает уро­

вень собственных шумов приемника.

Следует обратить внимание на одну важную особенность проявления эффектов интермодуляции. Допустим, что интермо­ дуляция происходит в УРЧ приемника, обладающего нелинейной

характеристикой вида [7ВЫХ и a}UBX + ■ В этом случае при воз­

действии двух мешающих колебаний возможно возникновение продуктов преобразования частот помех 3-го порядка, т.е. состав­ ляющих с частотами 2/ф ± fm и 2fni ± fm. Наибольшую потенци­ альную опасность представляют колебания с частотами 2fm -fm и 2fm -fnv При нелинейности 5-го порядка такими составляющи­ ми будут - 2fm и 3_/ц2 - 2/П1. Амплитуды продуктов преобра-

103

зования 3-го порядка пропорциональны коэффициенту а3, а 5-го по­ рядка - коэффициенту а5 в представлении амплитудной характерис­

тики согласно выражению (2.28). При малых уровнях входного сиг­ нала, соответствующих линейному участку зависимости 17вьк (£/вх)

можно считать, что 2-й и 3-й члены в выражении (2.28) практически равены нулю. Это означает, что при амплитудах помех, не превосходящих диапазон линейности УРЧ, интермодуляция в нем не происходит. Аналогично, при нескольких больших уровнях помех присутствует 3-й член в выражении (2.28), а остальные - практически равны нулю. Следовательно, при более высоком уровне помех имеет

место явление интермодуляции 3-го порядка на частотах 2fm - fn2

и 2fm -fm. При еще больших уровнях помех необходимо считаться с третьим членом выражения (2.28), приводящим к появлению эффек­ та интермодуляции пятого порядка, т.е. на частотах 3/П1 — 2/П2 и ~ %!• Из приведенных рассуждений следует, что увеличение амп­ литуд помех приводит не только к усилению их влияния на радио­ приемник, но и к увеличению числа частотных каналов, соответству­

ющих нежелательному приему вследствие интермодуляции.

2.5.3. Восприимчивость радиоприемников к НЭМП и характеристики частотной избирательности

Основной и побочный каналы приема

Колебания на входе приемника (с амплитудой Uc вх), соответ­ ствующие полосе пропускания (основного канала), приводят к по­ явлению электрических колебаний на его выходе, характеризуемых

значением выходного напряжения Uc вых. Минимальный уровень входного сигнала, при котором Uc вых превышает значение, соот­

ветствующее его отсутствию, определяет чувствительность прием­ ника Uc П1Ш. Как правило, Uc min соответствует превышению выход­

ного сигнала над уровнем собственных шумов в 2 раза. При измене­ нии частоты входного сигнала для поддержания прежнего соотно­ шения сигнал/шум на выходе необходимо увеличивать уровень вход­ ного сигнала. Построенная таким образом зависимость

соответствующая условию фиксированного уровня сигнала на вы­

ходе, представляет характеристику частотной избирательности приемника, определенную односигналънымметодом (см. рис. 2.39). Эта

104

характеристика описывает ослабление приема сигнала при частот­ ной расстройке. Характеристика частотной избирательности, оп­ ределенная односигнальным методом (характеристика односигналь­ ной частотной избирательности), зависит только от частотно-изби­ рательных свойств линейных цепей радиоприемника. Таким обра­ зом, кривая, соответствующая односигнальной частотной избира­ тельности, полностью определяет свойства приемника в отношении механизма прямого происхождения помех.

При воздействии помех по побочным каналам приема реак­

ция приемника оказывается сходной со случаем воздействия сиг­ нала. Помеха в виде электрических колебаний с амплитудой £7ПВХ

и частотой^, действующая на входе, проявляется на выходе в виде электрических колебаний с напряжением Z7nBbK. Уровень входной

помехи на частоте побочного канала приема 17пвх, вызывающий стандартный отклик на выходе (например, превышающий в 2 раза

отклик в отсутствие входного воздействия), называется восприим­ чивостью приемника по побочному каналу приема. Частотная зави­ симость C/nBX(/)3 соответствующая стандартной выходной реак­

ции приемника, называется характеристикой частотной избира­ тельности приемника по побочным каналам приема, определенной односигналъным методом - односигнальной частотной избиратель­ ностью по побочным каналам приема (рис. 2.39).

односигнальной частотной избирательности приемника

105

Значения характеристики частотной избирательности на ча­ стотах, соответствующих центральным частотам побочных кана­ лов приема, называются абсолютной восприимчивостью приемни­ ка по соответствующему каналу приема. Эти значения на практи­

ке обычно выражаются в логарифмическом масштабе, дБмВ, дБмВт или дБВт. Эти же величины, выраженные по отношению к значению чувствительности приемника, являются значениями от­ носительной восприимчивости, выражаемой обычно также в ло­ гарифмическом масштабе (дБ) (рис. 2.38).

Блокирование и перекрестные искажения

Эффекты блокирования и перекрестных искажений соответ­

ствуют совместному воздействию на приемник колебаний сигнала с амплитудой и частотой С7с, fc и помехи CZn, fn, не совпадающей с частотами основного и побочных каналов приема. Поскольку дей­

ствие помехи проявляется только в присутствии сигнала и прояв­ ляется как изменение условий его приема, необходимо, прежде все­ го, охарактеризовать результат воздействия помехи. Для количе­ ственной оценки эффекта от воздействия помехи вводятся величи­ ны коэффициентов блокирования и перекрестных искажений.

Коэффициент блокирования — отношение разности уровней сигнала на выходе радиоприемника при отсутствии и наличии ра­ диопомехи на его входе к уровню этого сигнала при отсутствии

радиопомехи:

где Uc и Ua - соответственно входные напряжения сигнала и помехи.

Коэффициент перекрестных искажений - отношение уровня спектральных составляющих выходного сигнала, возникающих в результате перекрестных искажений в приемнике, к уровню сигна­

ла на выходе радиоприемника при заданных параметрах радиопо­ мехи и сигнала:

Кых^с+^п)-^^)!

(2.30)

^ых(^с)

106

где UehTX (Uc+Un) и Um.n (^с) _ напряжения некоторой спектраль­

ной составляющей выходного сигнала при наличии и отсутствии

помехи; t7BbK напряжения выходного сигнала при отсутствии

*.помехи

Частотные зависимости, отражающие свойства приемника по отношению к эффектам блокирования и перекрестных искажений, соответствуют одновременному воздействию на приемник двух

колебаний - сигналу и помехе, описываются характеристиками частотной избирательности приемника, определяемой двухсигналь­ ным методом (двухсигнальной частотной избирательностью).

Смысл характеристики частотной избирательности по блокиро­ ванию состоит в следующем. Напомним: /п не должна совпадать с частотами основного и побочного каналов приема. Для фиксиро­

ванных значений частоты помехи/п, уровня входного сигнала

и значения коэффициента блокирования fcO) определяется ампли­

собой абсолютную восприимчивость по блокированию для часто­

нальной частотной избирательности по блокированию, соответ­ ствующую фиксированным значениям UCBX=U^BX и коэффициен­ та блокирования £вл = к$ . Совокупность этих кривых при различ­ ных сочетаниях значений f/^x и ^бл 0ПРеДеляет двухсигнальную

частотную избирательность приемника как семейство кривых (рис. 2.40).

*Для исключения неоднозначности Апи обычно определяется при немо,

.аудированном сигнале и помехе, модулированной гармоническим колебанием.

107

Рис. 2.40. К определению характеристики чааошой избирательности по блокированию

частотной избирательности

Для практических целей использование семейства кривых в ка­ честве количественной характеристики крайне неудобно. Поэтому в практике ЭМС ограничиваются использованием одной из ветвей

честве стандартных. Определенная таким образом ветвь семейства кривых UnBX(f) называется характеристикой частотной избира­ тельности по блокированию. Кроме того, для ряда практических случаев (закрепленных, в том числе в некоторых стандартах) вводит­ ся также стандартизованное значение частотной расстройки A fcr. Наименьшее из значений характеристики частотной избирательности

сти приемника по блокированию. Эта величина определяется либо абсолютным значением, либо относительным по отношению к чув­ ствительности приемника.

Аналогичным образом определяется характеристика частот­ ной избирательности по перекрестным искажениям. Отличием яв­ ляется то, что помимо использования значений коэффициента пе­ рекрестных искажений (вместо коэффициента блокирования) кон­

108

ным методом. Физический смысл и способ определения этих показа­ телей аналогичны определению характеристик частотной избиратель­

ности по блокированию и перекрестным искажениям. Двухсигналь­ ная характеристика частотной избирательности приемника по интер­ модуляции определяется с использованием в качестве критерия реак­

ции приемника величины коэффициента интермодуляции.

Коэффициент интермодуляции К.Ат - отношение уровня ра­ диопомехи, возникающей на выходе приемника вследствие интер­ модуляции к уровню выходного сигнала, соответствующего чув­ ствительности приемника. Аналогично случаям блокирования и

перекрестных искажений, характеристика частотной избиратель­ ности по интермодуляции представляет собой семейство кривых. Каждая их ветвь является частотной зависимостью значений

t/n,BX(/), определенных для фиксированных значений К^„Т, часто­

ты второй помехи и ее уровня [7щВХ.

Как и в случаях блокирования и перекрестных искажений для задания характеристики частотной избирательности по интермо­ дуляции ограничиваются некоторым стандартным значением Ктт, частоты и уровня второй из помехой, и (7П2ВХ. Определенная таким образом единственная ветвь семейства кривых t/BX( итъу. fm, КШТ)

называется характеристикой частотной избирательности по ин­ термодуляции, определенной двухсигнальным методом. Также ана­ логично случаям блокирования и перекрестных искажений вводит­ ся величина восприимчивости по интермодуляции — как минималь­ ное значение (абсолютное или относительно чувствительности приемника) характеристики частотной избирательности для стан­

дартной частотной расстройки - fc ± А Лзтанд-

В заключение заметим, что в некоторых случаях используется числовой показатель «качества» радиоприемника, учитывающий возможное воздействие помех по любому из механизмов приема - прямого прохождения, наличия побочных каналов приема и внепо­ лосных эффектов - блокирования, перекрестных искажений и ин­ термодуляции. Этот обобщающий показатель вводится для радио­ приемников, используемых в радиотехнических системах, для кото­

рых произведено разделение выделенной полосы частот на ряд оди­ наковых по ширине частотных каналов, отстоящих друг от друга

110