Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

VOSPRIIMChIVOST_PRIEMNYKh_USTROJSTV-Ibatullin

.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
768.42 Кб
Скачать

перекрестных искажений. Иными словами, приемник более восприимчив к мешающим сигналам в соседних каналах по признаку перекрестных искажений, нежели по признаку блокирования.

Чтобы характеризовать свойство приемника принимать полезный сигнал в присутствии сильного мешающего сигнала до порога перекрестных искажений, пользуются понятием «динамический диапазон по перекрестным искажениям» (в децибелах):

 

 

D

=20lg

(U .

)

 

,

(13)

 

 

U

доп

 

 

 

 

пер

 

.

 

 

 

 

 

 

 

п

пер

 

где (U . )

 

 

 

 

с мин

 

 

мешающего сигнала,

максимально

 

допустимое

 

напряжение

п доп

пер

 

 

 

 

скажений; U .

минимальное

соответствующее

порогу перекрестных

зависящей от уровня мешающего сигнала и избирательностис мин контуров ВЧ тракта до входа преобразователя (рис. 4).

напряжение полезного сигнала, соответствующее чувствительности приемника.

Канал, в котором действует мешающий сигнал, создающий перекрестные

искажения, является внеполосным; номинальные значения частоты такого

сигнала могут быть различными в пределах некоторой полосы частот,

Как отмечалось, понятие «перекрестные искажения» обычно относят к влиянию АМ мешающего сигнала на АМ полезный сигнал. Однако определение этого понятия, которое приведено в начале настоящего раздела, является более широким, поскольку не содержит признака влияния только на АМ полезный сигнал. Перекрестные искажения могут проявляться и в виде изменений (искажений) фазы полезного сигнала, т. е. в виде помехи в системах фазовой (в общем случае угловой) модуляции. В этом случае целесообразен термин «фазовые перекрестные искажения». Такие искажения, возникающие вследствие явления «амплитудно-фазовой конверсии» (АФК) в нелинейных и параметрических цепях, проявляются главным образом при прохождении полезного сигнала через нелинейный усилитель или преобразователь частоты. Изменение амплитуды сигнала, возникающее из-за нелинейности передаточной функции каскада, сопровождается паразитным изменением фазы сигнала, в связи с чем это явление и получило название «АФК». Для задач обеспечения ЭМС явление АФК можно рассматривать при прохождении через нелинейный каскад двух сигналов полезного и мешающего, когда в такт изменению уровня U мешающего сигнала изменяется фаза φ0 полезного сигнала (рис. 6). Еслип передаточная функция каскада линейна, то явление АФК отсутствует.

Явление АФК может возникать по ряду причин, в частности:

21

из-за параметрических явлений, например изменения входной емкости активного прибора вследствие изменения уровня входного напряжения, в данном случае значительного по амплитуде мешающего сигнала;

из-за инерционных свойств активного элемента, влияющих на фазовую нестабильность каскада, особенно при работе в диапазоне СВЧ;

из-за фазовой нестабильности реактивных элементов межкаскадных связей, в том числе при наличии реактивности, величина которой зависит от уровня приложенного напряжения;

из-за повышенной фазовой нестабильности, присущей приборам СВЧ диапазона клистронам, лампам бегущей и обратной волн, диодам Ганна, туннельным диодам, варикапам; известны экземпляры ЛБВ, в которых паразитный фазовый набег достигает 100° и более.

В общем случае при анализе явления АФК следует рассматривать нелинейный четырехполюсник с комплексной проводимостью, на который действует мешающий АМ сигнал значительной амплитуды, причем фаза полезного сигнала зависит от изменения амплитуды мешающего сигнала. При этих условиях передаточную характеристику нелинейного элемента с учетом явления АФК можно аппроксимировать выражением в виде комплексного многочлена со степенью m:

 

m

m

m

 

i

= (bk

+ jck )uk = bk uk

+ jck uk ,

(14)

вых

k =0

вх k =0 вх

k =0 вх

 

в котором действительная часть определяет амплитудные перекрестные искажения, а мнимая фазовые перекрестные искажения, причем коэффициенты сk определяют крутизну нелинейности фазовой характеристики передаточной функции сигнала.

Фазовые перекрестные искажения несущественны для систем АМ. Они проявляются в виде помех в системах, где полезная информация заключена в фазовой структуре принимаемого сигнала, например в системах ФТ и ЧТ, в которых сопутствующая помеха из-за амплитудных перекрестных искажений может быть исключена ограничителем амплитуды. В импульсных системах РЛС явление АФК может проявляться в тех случаях, когда полезный сигнал промодулирован по фазе или частоте. В литературе отмечается, что в этом случае существенное влияние мешающего сигнала может проявляться в системах РЛС, работающих в режиме селекции движущихся целей (СДЦ), поскольку именно в этом случае могут значительно ухудшиться характеристики обнаружения полезного сигнала. Требования к допустимым

22

уровням фазовых перекрестных искажений еще не вошли в стандарты. Однако очевидно, что такие искажения являются параметром ЭМС радиоприемного устройства и что необходимо статистическое изучение условий их возникнове- ния и степени влияния на различные фазочувствительные устройства.

5. ИНТЕРМОДУЛЯЦИЯ

Интермодуляция в приемнике это возникновение помех на выходе радиоприемника при действии на его входе двух и более мешающих сигналов, частоты которых находятся вне основного и побочных каналов приема. Помехи этого вида называют интермодуляционными. Причина их появления нелинейность амплитудной функции передачи сигнала в активных элементах ВЧ тракта, вследствие чего анализ интермодуляционных помех аналогичен анализу процессов возникновения блокирования и перекрестных искажений полезного сигнала. Интермодуляция в приемнике возможна при любом виде мешающих сигналов независимо от типа их модуляции. Восприимчивость к интермодуляционным помехам важный параметр ЭМС приемника. В службах радиосвязи с большим числом радиосредств во многих случаях интермодуляционные помехи оказываются ограничивающим фактором для повышения загрузки радиочастотного ресурса. По данным некоторых исследователей помехи в подвижных службах радиосвязи метрового диапазона, возникающие от мешающих сигналов передатчиков, в 70% случаев обу- словлены интермодуляцией в приемниках и только в 30% — непосредственным влиянием основных и неосновных излучений передатчиков.

Интермодуляция возникает в УВЧ и преобразователе приемника при определенном превышении уровня u мешающих сигналов над уровнем и полезного сигнала, т. е. превышениип «порога интермодуляции». Частотныес промежутки f между частотой f полезного сигнала и частотой f1

мешающего сигналар , а также междус частотами f1 и f2 двух мешающих сигналов должны быть равны с точностью до полосы пропускания тракта ПЧ приемника (рис. 7).

Влияние интермодуляционной помехи на полезный сигнал характеризуется коэффициентом интермодуляции k . Этот коэффициент представляет собой отношение уровня радиопомехи, интпри которой возникает интермодуляция в приемнике, к уровню сигнала, соответствующего чувствительности приемника. Коэффициент интермодуляции определяют по отношению помеха-сигнал на выходе приемника. Для этого воспользуемся уже известной моделью степенного полинома, с помощью которого представим амплитудную функцию передачи сигнала. Для анализа интермодуляции в УВЧ можно ограничиться кубичным

23

Рис. 7. К пояснению возникновения интермодуляционных

помех в ВЧ тракте приемника

24

полиномом и в качестве мгновенного значения u принять сумму только двух мешающих сигналов в отсутствие полезного сигнала, что не нарушит результаты вычислений уровня интермодуляционной помехи. В целях упрощения считаем мешающие сигналы немодулированными и их сумму

u =u1+u2=U1 cos ω1t+U2 cos ω2t

(15)

вх

 

подставим в полином, чтобы выделить из него составляющие выходного тока в виде интермодуляции второго

i

=b2U1U2 cos (ω1 ± ω2)t

(16)

и третьего порядка

инт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i =b3U21U2 cos (2ω1-ω2)t; i

=b3U22U1 cos (2ω2-ω1)t.

(17)

инт

 

инт

2-го порядка имеют

частоты,

Интермодуляционные

составляющие

 

значительно отличающиеся от частоты настройки приемника, и они ослабляются избирательными цепями ВЧ тракта приемника. Однако в широкополосном входном усилителе они могут проявляться как помехи. Интермодуляционные составляющие 3-го порядка имеют частоты, близкие к частоте настройки приемника, и могут не ослабляться цепями ВЧ тракта. Если же частоты этих составляющих соответствуют частоте настройки ω0 приемника, т.е.

2ω1-ω2=ω0 или 2ω2-ω1=ω0,

то интермодуляционная помеха оказывается непосредственно в полосе пропускания приемника и от нее отстроиться невозможно.

Чтобы найти значение k , амплитуду каждой из этих составляющих, вычисленную в отсутствие полезного сигнала, следует разделить на амплитуду

полезного сигнала U .

, вычисленную в отсутствие мешающих сигналов:

 

k =

I

=

− 3b3U12U 2

или k = − 3b3U1U 22 .

(18)

 

4b1U .

 

 

I инт.

 

 

 

4b1U .

 

 

 

 

 

 

инт

 

 

 

 

 

В качестве первого приближения часто предполагают равенство амплитуд

мешающих сигналовс минU1=U2=U и пользуются обобщенной формулой

 

инт

с мин

 

п

 

с мин

25

инт

с мин

 

.доп

 

 

 

 

− 3b U 3

 

 

 

 

 

k

=

 

3

 

,

 

 

(19)

 

4b1U .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

из которой следует, что

 

 

 

с мин

 

k

 

 

по

 

абсолютному значению

 

возрастает

пропорционально кубу амплитуды мешающего сигнала

инт

отношению

коэффициентов полинома b3

/ b1

, выражающему степень нелинейности функции

передачи сигнала в УВЧ.

инт

 

 

п

 

 

первом пре-

Интермодуляционная помеха

может возникнуть и

в

образователе приемника. В этом случае для анализа следует воспользоваться многочленом 4-й степени и представить мгновенное значение входного напряжения u в виде суммы двух мешающих сигналов (для простоты немодулированных) и напряжения гетеродина приемника. Предполагая равенство амплитуд мешающих сигналов, можно выделить из выходного тока преобразователя такие составляющие, частота которых равна промежуточной частоте. Это значит, что интермодуляционная помеха проходит в тракт ПЧ и от нее отстроиться невозможно. По аналогии с тем, как это сделано при анализе

интермодуляции в УВЧ, можно вычислить k

для преобразователя частоты

БХ

 

 

 

 

приемника:

 

 

 

 

k =

− 3b U 3

 

 

 

4

.

(20)

 

 

мин 2b2U .

 

 

Если интермодуляция возникает

одновременноинт в УВЧ и преобразователе

частоты, то их k алгебраически складываются, чем и определяется k приемника в целом.

п

Ранее отмечалосьинт , что интермодуляционныес мин помехи возникают в томинт случае, если уровни мешающих сигналов на входе приемника превышают некоторый порог интермодуляции. Он определяется при некотором

допустимом значении k . , указанном в НТД. Чтобы характеризовать свойства приемника функционироватьинт доп нормально при наличии в тракте ВЧ мешающих сигналов с амплитудами меньше, чем порог интермодуляции, пользуются понятием «динамический диапазон по интермодуляции» (в децибелах):

(U )

D = 20 lg , (21)

U

инт п с.мининт

26

где (U . )

максимально допустимое напряжение мешающего сигнала,

соответствующее

порогу

интермодуляции; U .

минимальное напряжение

полезного сигнала, соответствующее чувствительности приемника.

Во многих стандартных требованиях на параметры интермодуляции в

приемнике принимается k

. =1. Это значит, что уровень интермодуляционной

помехи (интермодуляционный продукт) на выходе приемника равен уровню

полезного сигнала,

реализуемого

при

определении

чувствительности

п доп

 

 

 

с мин

 

 

 

приемника.

формулы (19) и

(20),

 

 

 

Сравнивая

отметим,

что

k

для УВЧ

пропорционален

отношению b3 / b1 ,

а для преобразователя частоты

отношению b / b . Здесь имеется аналогия c k . Если же сравнивать между

4

2

инт доп

 

 

 

 

 

(U

 

)

> (U

 

)

> (U

) .

инт

 

.

 

 

.

 

бл .

 

 

Это объясняется тем, что порог интермодуляции регистрируется по уровню

собой значения напряжений порога блокирования и порога интермодуляции, то можно записать неравенство:

одного из мешающих сигналовп доп бл, в топвремядоп пер как нап допсамоминт деле он определяется результирующим мешающим сигналом, который равен геометрической сумме двух мешающих сигналов. Поэтому одна и та же область нелинейности функции передачи сигнала обнаруживается при интермодуляции посредством

мешающего сигнала с таким уровнем, который, по крайней мере вдвое (на 6 дБ) меньше сигнала, обусловливающего блокирование полезного сигнала. Это значит, что любой приемник при прочих равных условиях наиболее восприимчив к интермодуляции, нежели к перекрестным искажениям или блокированию. Практика подтверждает такую зависимость, вследствие чего стандартные требования к допустимому уровню мешающих сигналов, обусловливающих интермодуляцию, как правило, на 10 ... 15 дБ меньше требований к уровню мешающих сигналов, обусловливающих блокирование. Контроль стандартных требований к параметру интермодуляции приемника осуществляют двухсигналь- ным методом путем подачи на вход приемника сигналов от двух ГСС, имитирующих мешающие сигналы, и в некоторых случаях трехсигнальным методом путем подачи сигналов от трех ГСС, из которых один имитирует полезный сигнал, а два других имитируют мешающие сигналы. Обычно k

 

инт

инт

определяют в заданных условиях, характеризующих D .

 

Как отмечалось, наиболее существенна интермодуляция 3-го порядка, в

образовании которой участвует 2-я гармоника одного мешающего сигнала

 

1-я гармоника другого. Могут быть случаи, когда приходится считаться

с

27

 

 

интермодуляцией 5-го порядка, в образовании которой участвует 3-я гармоника одного мешающего сигнала и 2-я гармоника другого. Для анализа интермодуляции 5-го порядка пользуются моделью в виде полинома 5-й степени. Как правило, уровень интермодуляционной помехи 5-го порядка меньше уровня интермодуляционной помехи 3-го порядка.

Интермодуляция 3-го порядка может возникать при одновременном действии не только двух, по и трех мешающих сигналов в полосе тракта ВЧ приемника. Как отмечается в службах радиосвязи с большим количеством средств вероятность возникновения интермодуляционных помех от трех мешающих сигналов близка к вероятности таких помех от двух сигналов.

Согласно распространенной методике измерения коэффициента k . на

При этом предполагается, что избирательные цепи ВЧ тракта приемникаинт доп создают незначительное ослабление мешающих сигналов, с которым практиче- ски можно не считаться. Такие измерения необходимы для определения параметра интермодуляции как показателя качества приемника. Однако знание только такого параметра недостаточно для расчетов ЭМС приемника, работающего в условиях, для которых характерна большая вероятность возникновения интермодуляционных помех. Для расчетов допустимого уровня интермодуляционных помех необходимо знание частотной зависимости D в

вход приемника подают два мешающих сигнала с одинаковыми уровнями и с

частотами f1 и f2 (рис. 7), соответствующими частотам двух соседних каналов, ближайших к частоте настройки fc приемника, разнесенным на f .

полосе существования внеполосных каналов приема подобно частотнойинтза- висимости D , представленной на рис. 4. Такую зависимость целесообразно

определять трехсигнальнымбл методом. Ее характер и порог интермодуляции определяются разбросом параметров приемника, вследствие чего здесь также необходимо накапливать статистические данные.

Анализ влияния нелинейности функции передачи сигнала в активных элементах ВЧ тракта в совокупности с характеристиками частотно- избирательных цепей того же тракта приводит к целесообразности понятия «эффективная избирательность» приемника. Под этим понятием подразумевают свойство приемника отделять полезный сигнал от мешающих сигналов (с частотами вне основного канала приема), способных создавать нелинейные процессы во входном тракте приемника. Поскольку характер таких процессов различен, то эффективная избирательность не имеет единой количественной оценки. Вследствие этого ее мерой целесообразно установить значения

динамических диапазонов D , D , D

и D и их частотных зависимостей в

бл пер инт

ккп

полосе существования внеполосных и побочных каналов.

28

Рис. 8. Графический способ определения индекса линейности ВЧ транзистора

29

Нелинейные процессы в наименьшей степени проявляются в таких типах активных элементов (ВЧ транзисторов), которые при заданном уровне мешающего сигнала имеют наименьшее значение нелинейности функции передачи сигнала, выраженной через отношения b3/b1 и соответственно b4/b2. Это значит, что во входных трактах приемника следует применять возможно более качественные по линейности передаточной функции транзисторы, для чего необходим их промышленный выпуск. Учитывая перспективность применения таких транзисторов для повышения помехозащищенности приемников от действия станционных помех, некоторые зарубежные фирмы вы- пускают ВЧ транзисторы, параметр линейности которых обозначается условным показателем «intercept point» (точка пересечения). Чем больше значение этого показателя, тем шире линейный участок функции передачи сигнала и тем больше динамический диапазон мешающих сигналов до порога интермодуляции. Такой показатель целесообразно называть «индексом линейности» транзистора или усилителя (преобразователя частоты) приемника. Знание этого индекса позволяет обосновать выбор типа транзистора для применения его во входном тракте приемного устройства.

Значение индекса линейности ВЧ транзистора определяют в типовой схеме усилителя с узкополосным выходным фильтром, составляя графики зависимости линейного усиления Р . = φ (Р . ) полезного сигнала (рис. 8, прямая 1) и продукта интермодуляциис вых 3-го порядкас вх Р . = φ (Р . ) (прямая 2) от уровня сигналов на входе усилителя. Прямая 1 снимаетсяинт вых сппомощьювх одного ГСС, прямая 2 двух ГСС, соответственно отстроенных от резонансной частоты усилителя. Прямая 1 (угол наклона 45°) соответствует линейному режиму усилителя, прямая 2 — нелинейному режиму, при котором возникает интермодуляция. Поскольку продукт интермодуляции пропорционален кубу напряжения мешающего сигнала, то тангенс угла наклона прямой 2 равен 3 (угол наклона 71,5°). Экстраполяция этих прямых (пунктирные линии) до точки пересечения ТП позволяет определять численное значение индекса линейности, как гипотетический уровень сигнала на выходе усилителя с данным типом ВЧ транзистора. Если на том же графике нанести прямую 2', соответствующую транзистору с более широким линейным участком, то индекс линейности принимает более высокое численное значение. Такой транзистор может оказаться более предпочтительным для тракта ВЧ при прочих равных условиях.

Способы определения линейности передаточной функции транзистора могут быть и другими. Важно отметить необходимость знания параметра линейности при выборе типа транзистора для ВЧ тракта приемника.

30

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]