книги из ГПНТБ / Челомбитько, В. И. Взаимная совместимость радиолиний [учеб. пособие]

напряжение первичного источника преобразуется в переменное с помощью автогенератора. Как правило, это релаксационные гене­ раторы. Основная частота генерируемых колебаний равна 1—3 кГц. Затем колебания автогенератора трансформируются в колебания с большей амплитудой, после чего осуществляется выпрямление и фильтрация. В идеальном случае на выходе такого преобразова­ тельного устройства можно получить постоянное напряжение в коэффициент трансформации раз больше, чем напряжение первич­ ного источника.

По5очные прео5разо5ам/р

Рис. 3.11. Образование переменных компонент: а) на выходе преобразователя напряжения и б) на выходе выпрямителя сетевого напряжения.

Основному процессу сопутствует образование колебаний с ча­ стотами, кратными частоте генерируемых колебаний. На выходе генератора и трансформатора будут образовываться колебания с достаточно интенсивными гармоническими составляющими.

При идеальном широкополосном трансформаторе амплитуда гармонических составляющих на выходе (U7h) равна

Ur^ p kU(Fk),

где ріг — коэффициент трансформации амплитуды напряжения каждой гармоники;

U(Fh) — амплитуда гармоник на выходе генератора.

В выпрямительном устройстве, особенно в случае применения сложных выпрямительных схем (двухтактной, кольцевой), может происходить ослабление некоторых гармонических составляющих.

39

Коэффициент передачи напряжения гармоник выпрямительного устройства будет равен

,__ Ц г вх

иГ вых

где £/гвх, Ur вых — амплитуда напряжения гармоник на входе и выходе выпрямительного устройства.

Тогда амплитуда напряжения гармоник на выходе выпрямителя определится соотношением

_ pkU{Fk)

' - ' г ВЫХ --

•к

Фильтр должен пропускать постоянную составляющую и подав­ лять все переменные компоненты. Если ослабление гармоник фильтром равно gh, то на выходе устройства

ЧІк

Таким образом, на выходе преобразующего напряжение устрой­ ства могут быть гармонические составляющие частоты имеющегося

внем автогенератора. Напряжение этих гармоник может поступать по цепям смещения на управляющие сетки или по цепям питания

ванодные и экранные цепи передатчиков. При этом осуществляется модуляция несущей частоты гармоническими составляющими. В ре­ зультате модуляции появляются побочные несигнальные состав­ ляющие.

Если, например, напряжение несигнальных составляющих UniBsk вместе с напряжением смещения поступает на частотный модулятор, то девиация частоты равна

где Ел — частота соответствующей гармоники.

Безусловно, девиация частоты Д/д. и индекс частотной модуля­ ции mh малы, но они не могут равняться нулю, так как ни один из коэффициентов ослабления (ѵл, gh) практически нельзя сделать бесконечно большим. Поэтому в составе высокочастотных излуче­ ний передатчика могут быть составляющие, обусловленные этими несигнальными компонентами.

40

Уровень несигнальных побочных излучений относительно немо­ дулированной по частоте несущей определяется соотношением

. *шш = 20Іё = (3.37)

где Ji(tnh) — функция Бесселя первого порядка при индексе моду­ ляции rillt.

Аналогичным образом, зная крутизну модуляционной характе­ ристики при амплитудной модуляции и амплитуду напряжения несигнальных составляющих, поступающих на модуляционный кас­ кад, можно определить глубину амплитудной модуляции, а затем и значение уровней несигнальных побочных излучений при ампли­ тудной модуляции.

При использовании систем электропитания, где в качестве пер­ вичного источника применяется сетевое напряжение (см. рис. 3.116), на их выходе могут образовываться составляющие, кратные частоте сети. Если амплитуда гармонических составляющих на выходе вы­ прямительного устройства U(Fh), а gu — ослабление гармоник фильтром, то амплитуда гармоник на выходе системы электропи­ тания будет равна

U (Fk)

Зная амплитуду гармонических составляющих, поступающих на модуляционные каскады, аналогично рассмотренному выше можем определить уровни несигнальных побочных излучений.

Для уменьшения уровней несигнальных побочных излучений необходимо осуществлять большее их подавление выпрямитель­ ными элементами за счет применения более сложных схем и фильт­ рующими элементами на выходе электропитающего устройства.

Несигнальные переменные составляющие могут попадать в тракт модуляции за счет наводок на микрофонный шланг или пу­ тем воздействия на микрофон 'посторонних колебаний.

Проведенный анализ построен в предположении, что несигналь­ ные составляющие поступают на каскады передатчика по регуляр­ ным путям. Возможно проникновение этих компонент на каскады передатчика за счет нерегулярных, паразитных связей. Если эти связи большие, то уровень несигнальных составляющих будет опре­ деляться напряжением, поступающим по этим паразитным кана­ лам. В таком случае для уменьшения иесигнальных побочных излу­ чений необходимо исключать или уменьшать паразитные связи.

3.4.Побочные излучения шумовые (ПИШ)

Втракте передатчика, как и в любой электронной системе, воз­ никают флюктуации токов и напряжений. После усиления эти шу­ мовые составляющие поступают в антенную систему и излучаются.

41

На рис. 3.12 представлена в общем виде структурная схема передающих трактов радиолиний. Если мощность шумов на вы­ ходе возбудителя Ршв, мощность шумов усилительных каскадов Рт уь • • ■, Ршуі и мощность шумов выходного каскада Р шм, то мощ­ ность шумов на выходе первого каскада усилителя равна

На выходе второго каскада усиления мощность шумов будет

Общая мощность на выходе передатчика в конечном виде опре­ делится соотношением:

где ki, kH— коэффициенты усиления по мощности соответственно усилительных и выходного каскадов.

Очевидно, существенную роль в общей шумовой мощности на выходе передатчика будет играть мощность шумов возбудителя, увеличенная в произведе­ ние коэффициентов уси­ ления по мощности раз всеми последующими ка­

скадами.

Известно, что возбу­ дители, как правило, де­ лают малой мощности. Последующими каскада­ ми осуществляется до­ статочно большое усиле­ ние по мощности. При этом усиливается и шу­ мовой спектр возбуди­ теля.

В ряде случаев сами возбудители представляют собой сложное многокаскадное устройство. Шумовая мощность такого возбуди­ теля является суммарной мощностью шумов тракта формирования сигнала.

42

Следует учесть, что в трактах передатчиков в качестве селек­ тивных по частоте элементов применяются одиночные колебатель­ ные контуры с низким эквивалентным качеством. Шумовая полоса этих избирательных элементов весьма широкая. Поэтому на выходе

Основными путями уменьшения шумов являются поиски режи­ мов, схем, активных элементов, обеспечивающих уменьшение мощ­ ности шумов во всех каскадах тракта передатчика и, прежде всего, в возбудителе. Повышение избирательности в тракте передатчика даст возможность уменьшить уровень шумового спектра за полосой избирательных элементов.

3.5. Побочные каналы забития (ПКЗ) и перекрестной модуляции (ПКПМ)

Сосредоточенные побочные каналы приема, к которым отно­ сятся каналы забития и перекрестной модуляции, возникают из-за нелинейности и ввиду недостаточной избирательности высокочас­ тотных трактов приемных устройств радиолиний. При этом помеха, даже значительно отличающаяся по частоте от сигнала, но сущест­ венно превышающая сигнал по уровню, будет оказывать мешаю­ щее действие на прием сигнала. Это мешающее действие прояв­ ляется в виде уменьшения уровня, забития (блокирования) сигнала при наличии помехи. Явления забития сигнала пропадают, когда отсутствует помеха. Каналы воздействия помехи на сигнал в прием­ ном тракте радиолиний путем его подавления, забития (блокиро­ вания) будем называть побочными каналами забития (ПКЗ).

Если помеха промодулирована по амплитуде, то кроме забития сигнала проявляется перенос содержания модуляции помехи на полезный, принимаемый сигнал. На выходе приемного устройства радиолинии будет прослушиваться содержание модуляции полез­ ного сигнала и помехи. Это явление известно как перекрестная мо­ дуляция. Каналы воздействия помехи на сигнал путем образования перекрестной модуляции в высокочастотных трактах приемных устройств радиолиний будем называть побочными каналами пере­ крестной модуляции (ПКПМ).

а) Побочные каналы, забития (ПКЗ)

На рис. 3.14 приведены реальная и идеальная характеристики активного лампового элемента высокочастотного тракта приемника. Это может быть лампа усилителя высокой частоты. На управляю­ щую сетку лампы будут поступать напряжения сигнала и помехи.

Если предположить, что прием осуществляется на предельных дальностях, то амплитуда сигнала должна быть соизмерима с чув­ ствительностью приемного устройства радиолиний, т. е. может быть равна порядка микровольт. При достаточно близком размещении передающих и приемных элементов различных радиолиний на вход

43

приемных устройств наводятся напряжения порядка единиц и даже десятков вольт. Таким образом, можно полагать, что амплитуда помехи порядка вольт, т. е. превышает сигнал более чем на 120 дБ.

Амплитуда напряжения сигнала на выходе каскада при отсут­ ствии помехи равна

и ; вх сr m :

где ky = S-SIäKC.Rd— коэффициент усиления каскада;

5 макс — максимальное значение крутизны характеристики; Яя— эквивалентное сопротивление нагрузки;

U'c их — амплитуда напряжения сигнала на входе: Амплитуда напряжения сигнала на выходе этого же каскада

помехи уменьшается усиление сигнала, а следовательно, и ампли­ туда сигнала на выходе приемного тракта. Это и есть подавление, забитие сигнала помехой. Если амплитуда сигнала при действии помехи уменьшается не более чем на 10% по сравнению с ее зна­ чением при отсутствии помехи, то считается, что забитие в допу­ стимых пределах,

44

Причиной такого воздействия помехи является нелинейность ха­ рактеристики. Если бы характеристика активного элемента высоко­ частотного тракта была линейна в. пределах удвоенного значения амплитуды помехи (см. рис. 3.146), то крутизна оставалась бы неизменной как при наличии помехи, так и при ее отсутствии. Не происходило бы уменьшение усиления сигнала при воздействии помехи, а следовательно, отсутствовало забитие.

При повышении частотной избирательности высокочастотного тракта обеспечивается большее ослабление амплитуды помехи на входе активного элемента этого тракта. Уменьшенная амплитуда помехи будет разворачиваться в более линейной части характери­ стики, что обусловит уменьшение забитая. Если обеспечить избира­ тельность в высокочастотном тракте такую же, как в тракте проме­ жуточной частоты, то можно в значительной степени уменьшить забитие сигнала.

Таким образом, для ослабления воздействия помех по побочным каналам забитая необходимо либо обеспечивать линейность харак­ теристик активных элементов в границах удвоенного значения амплитуды помехи, либо повышать частотную избирательность вы­ сокочастотных трактов приемных устройств радиолиний. Видимо, более реальным путем является сочетание повышения линейности и улучшения избирательности.

б) Побочные каналы перекрестной модуляции (ГІКПМ)

При поступлении на управляющую сетку (см. рис. 3.14) моду­ лированной по амплитуде помехи среднее значение крутизны будет изменяться в соответствии с изменением амплитуды помехи, т. е. среднее значение крутизны будет являться функцией параметров модуляции несущей помехи SCp(S2n, т п)- Тогда коэффициент усиле­ ния сигнала оказывается равным

^yn ^cp (-^m in») /(э,

где Qn, tiin — частота и глубина модуляции помехи.

Напряжение сигнала на выходе этого каскада будет опреде­ ляться соотношением:

ВЫХ--- ВХ (^ С 1 М с ) k y n ВХ ( 2 С, l f l c ) S (.Р ( Q H> « „ ) А’э.

Таким образом, напряжение сигнала на выходе каскада с нели­ нейной характеристикой активного элемента является функцией частоты и глубины модуляции сигнала и помехи. В последующих каскадах осуществляется усиление или преобразование несущей частоты сигнала, содержащей параметры модуляции сигнала и помехи. На выходе демодулирующего устройства выделяются на­ пряжения, которые определяются модуляцией сигнала и помехи. Перекрестная модуляция зависит от степени нелинейности харак­ теристики и параметров модуляции помехи.

45

Если вольтамиерная характеристика активного элемента высо­ кочастотного тракта приемника линейна в пределах удвоенного значения максимальных амплитуд помехи, то ее крутизна не зави­ сит от параметров модуляции помехи. В этом случае отсутствует явление перекрестной модуляции.

Повышением частотной .избирательности до активного элемента можно ослабить амплитуду помехи, а значит уменьшить явление перекрестной модуляции. Если обеспечить избирательность на входе приемного устройства такую же, как по промежуточной ча­ стоте, то можно практически устранить перекрестную модуляцию.

Таким образом, как и в случае побочных каналов забития, для ослабления воздействия помех по побочным каналам перекрестной модуляции необходимо расширять пределы линейности вольтамперной характеристики активных элементов и повышать частотную избирательность ВЧ трактов приемных устройств радиолиний.

Следует отметить, что побочные каналы перекрестной модуля­ ции имеют существенное значение в приемных,устройствах радио­ линий с амплитудной и однополосной модуляцией. В приемных устройствах радиолиний с частотной модуляцией эти каналы воз­ действия помех практически играют малую роль. Это объясняется тем, что перекрестная модуляция несущей сигнала помехой в нели­ нейном элементе осуществляется по амплитуде. В приемных устрой­ ствах радиолиний с частотной модуляцией на выходе нелинейного элемента будет несущая сигнала, промодулированная по частоте полезным сигналом и по амплитуде содержанием модуляции поме­ хи. Амплитудным ограничителем обеспечивается устранение изме­ нений по амплитуде. Следовательно, на выходе частотного детек­ тора за счет амплитудных изменений не должно выделяться напря­ жение, соответствующее содержанию модуляции помехи.

Содержание модуляции помехи может проявляться за счет мо­ дуляции результирующего сигнала по фазе (частоте). Изменение фазы при этой модуляции в худшем случае, когда амплитуда помехи близка к амплитуде сигнала, не может превышать 1 рад, но это явление не относится к перекрестной модуляции.

в) Характеристика мешания и динамический диапазон

При решении практических задач необходим минимально допу­ стимый разнос между частотой принимаемого полезного сигнала по данной радиолинии и частотой помехи от другой радиолинии при заданных соотношениях их амплитуд. С учетом помех по по­ бочным каналам забития и перекрестной модуляции эти данные можно получить по характеристике мешания. Под характеристикой мешания будем понимать зависимость

46

Э,ту зависимость следует снимать при всех соотношениях ип/Ьс, как меньше единицы, так и больше единицы. Характеристика мешания устанавливает связь между частотными и амплитудными условиями совместимости сигнала и помехи.

Характеристика мешания может быть снята с помощью двух генераторов стандартных сигналов. Один генератор должен имити­ ровать сигнал, другой — помеху. При каждом значении соотноше­ ния между амплитудами сигнала и помехи определяется мини­ мально допустимый разнос по частоте. На рис. 3.15 показана ха­ рактеристика мешания с двумя областями координат (Л/, U JUC), где мешающее действие выше и ниже допустимых величин. В каче­ стве критерия границы между этими областями может быть при­ нято забитие или перекрестная модуляция. Можно снять две харак­

мость радиолиний.

В технической литерату­ ре, где рассматриваются вопросы помех за счет каналов забития

и перекрестной модуляции, часто пользуются термином «динаі\^і- ческий диапазон». Под динамическим диапазоном приемного устройства понимается максимальное превышение амплитуды помехи над сигналом при определенной разности между их ча­ стотами, при котором помеха оказывает мешающее действие на прием сигнала в допустимых пределах. Например, динамический диапазон приемника 120 дБ при расстройке 5 кГц означает, что помеха, превышающая сигнал на 120 дБ при расстройке по частоте равной 5 кГц, оказывает мешающее действие в допустимых пре­ делах. Величину динамического диапазона можно определить из данных характеристик мешания.

3.6. Коэффициент частотной несовместимости однородной совокупности радиолиний с учетом помех первой и второй групп

Практически помехи второй группы (СС) не могут быть без по­ мех первой группы. Если проявляются помехи второй группы, то тем более должны существовать помехи первой группы. Поэтому

47

имеет смысл определять коэффициент частотной несовместимости с учетом помех первой и второй групп.

Для рассматриваемого случая коэффициент частотной совме­ стимости равен

На рис. 3.16 показано образование областей, соответствующих количеству совместимых и несовместимых по частоте двух радио-

Рнс. 3.16. Образование областей, соответствующих количеству совместимых (а) и несовместимых (/> и с) по частоте двух радиолиний с учетом помех первой (Ь) и второй (с) групп.

линий с учетом помех первой и второй групп. Согласно рисунку для двух совместимых.радиолиний имеем

Для трех частотно-совместимых радиолиний, проводя рассуж­ дения, аналогичные сделанным в § 2.4, получаем

48