книги из ГПНТБ / Розов В.М. Измерения и контроль в однополосном радиооборудовании

усилители, возникают всегда совместно и, за исключением неко­ торых особых случаев, однозначно связаны друг с другом. В за­ висимости от метода синтеза фильтров, их сложности и точности настройки форма фазо-частотной характеристики и, следователь­ но, форма характеристики времени задержки меняются. На рис. 2.8 эта характеристика qp0(со) напоминает по форме синусоиду. В других случаях ход этой характеристики может быть колеба­ тельным, как это показано на рис. 2.10. В этих случаях и график времени задержки т3(со) также имеет колебательный характер, а амплитуды этих колебаний определяют неравномерность харак­ теристики.

При передаче сигналов их искажение определяется неравно­ мерностью фазо-частотной характеристики (ФЧХ). Поэтому, хотя ФЧХ и измеряется, нормируется именно неравномерность ФЧХ.

На рис. 2.11а представлена ФЧХ. Ординаты срг(сог) определяют положение ее точек; отрезки же Дер* определяют неравномерность ФЧХ. График неравномерности ФЧХ, соответствующий функции

Рис. 2.11

Дср,(со), изображен на рис. 2.116. Нормируется неравномерность ФЧХ либо по максимальному значению Дфмакс='Ь, либо по значе­ нию этой неравномерности на заданных частотах.

41

т__ тз мин ~г ?з макс

либо от такого значения ГВЗ—т3;, которое получается на задан­

ной частоте в полосе пропускания. График неравномерности ГВЗ приведен на рис. 2.11г.

Характеристика ГВЗ легко рассчитывается по ФЧХ. Для этой цели ось частот внутри полосы пропускания соп— разбивают на некоторое число одинаковых отрезков. Пусть частоты границ от­ резков будут соц, an, coh и т. д. Для этих частот определяют значе­

Полученные значения т3(о),-й) для каждого интервала частот откладывают на их средних частотах, и полученные точки соеди­ няют линией. Это построение будет тем точнее, чем больше число интервалов, на которые делится полоса частот.

В современных однополосных передатчиках и приемниках не­ равномерность ГВЗ в низкочастотных и высокочастотных трактах незначительна и оценивается десятками микросекунд. Для каналь­ ных разделительных фильтров неравномерность времени задержки в соответствии с ГОСТом не должна превышать 0,75 мс (2, 4].

2.6. Линейные переходные искажения

Эта группа переходных искажений свойственналишь многока­ нальным системам и означает, что какие-то составляющие сигна­ лов, например первого канала Аь непосредственно за счет наво­ док, емкостных и других связей, из-за плохой блокировки и т. д. попали в полосу, отведенную для второго канала В[. В литерату­ ре они иногда называются внятными переходными искажениями или внятными переходами, так как в этом случае переход сигна­ лов из канала в канал совершается без переворачивания спектра (без инверсии) и, следовательно, если по каналу А] передаются, например, речевые сигналы, то они могут быть приняты приемни­ ком по каналу В[ лишь с ослабленным уровнем.

Линейные переходные искажения возникают в тех частях трак­ тов однополосных передатчиков и приемников, где локализованы элементы индивидуальных телефонных каналов, из-за недостаточ­ ной экранировки между узлами каналов А и В как по низкой ча­ стоте, так и по промежуточной частоте: в передатчиках — от вход­

42

ных клемм до входов канальных кварцевых фильтров, в прием­ никах, начиная от выходов разделительных кварцевых фильтров и до выходных клемм. Правда, влияние плохой экранировки для низкочастотных сигналов менее опасно, но, учитывая довольно высокие требования в отношении недопущения этого вида искаже­ ний, следует обеспечить хорошую экранировку и развязку всех цепей. Частотная характеристика этих переходов довольно слож­ ная и определяется частотной характеристикой связи между цепя­ ми каналов А и В.

Причиной линейных переходных искажений является также не­ достаточное затухание канальных и разделительных фильтров в полосах соседних каналов.

Линейные невнятные переходы могут возникнуть в трех- и бо­ лее канальной системе. Они определяются недостаточностью зату­ хания канальных фильтров в полосе соседних каналов, спектры которых инверсированы. Рассмотрим появление этого вида линей­ ных переходных искажений на примере группового тракта четы­ рехканального передатчика (рис. 2.12).

Пусть по каналу Вг передается речевой сигнал. Спектр этого

•сигнала существенно шире полосы телефонного канала (заштри­

43

хованная часть на рис. 2.12а). Сигналы на выходе балансного мо­

Из рисунка можно видеть, что сигнал канала В2 размещен не

в четырехканальных системах соответственно инверсированы, то сигналы этого типа, рассматриваемые в полосе какого-то заданно­ го канала (например, в канале Вi), оказываются инверсированны­ ми по отношению к сигналам этого канала и, следовательно, не­ разборчивыми (невнятными).

Все вышеизложенное показывает, что невнятные линейные пе­ реходы будут отсутствовать, если спектры входных сигналов в че­ тырехканальной системе оказываются не шире частотных полос каналов или если в низкочастотных цепях передатчиков имеются ограничивающие фильтры, верхняя частота среза которых для си­ стем, соответствующих рекомендациям МККР, равна 3000 Гц. Следовательно, системы уплотнения однополосных каналов, выра­ батывающие выходные сигналы со спектром, соответствующим отведенным полосам каналов, очевидно, не создадут условий для возникновения невнятных линейных переходных искажений. В слу­ чае же передач речевых сигналов, в которых, как известно, интен­ сивность спектра понижается с возрастанием частот (в диапазоне выше 500—700 Гц), спектры внятных линейных переходных иска­ жений имеют аналогичное распределение; спектры же невнятных переходных искажений имеют увеличение интенсивности с возра­ станием частоты.

Таким образом, группа линейных переходных искажений опре­ деляется конструктивными, схемными и технологическими особен­ ностями устройства формирования и характеристиками канальных фильтров, т. е. характеристиками, которые довольно постоянны для типовых передатчиков и приемников.

Уровень линейных переходных искажений принято оценивать отношением, выраженным в децибелах, амплитуды напряжения линейного переходного искажения к номинальной амплитуде на­ пряжения основного сигнала:

Клп = 2018174ш— .

'-'оси. сиги

В современных передатчиках и приемниках уровень линейных переходов обычно оказывается ниже —(55—60) дБ.

4-1

2.7.Паразитная частотная (фазовая) модуляция

Всовременных однополосных устройствах, как упоминалось в гл. 1, в качестве возбудителей и гетеродинов применяются устрой­ ства с дискретной сеткой частот (синтезаторы). Этим устройствам

сигналов, которая обусловливается следующими причинами [11]: 1. Непосредственной модуляцией выходных сигналов несущей

частоты напряжением с частотой питающей сети или его гармоник (фон) из-за недостаточной фильтрации напряжений, питающих электровакуумные или полупроводниковые приборы; напряжением флуктуационного характера. ‘

2.Непостоянством фазовых характеристик синтезаторов.

3.Нелинейным преобразованием сложных сигналов, состоящих из напряжения несущей частоты с напряжениями помех (фон, ком­ бинационные или побочные составляющие, флуктуационные со­

ставляющие) .

Исследования ряда авторов показали, что паразитная модуля­ ция является сложной комплексной модуляцией, в результате ко­ торой в выходном сигнале появляются компоненты амплитудной и частотной (фазовой) модуляций, а также отдельные побочные составляющие (рис. 2.13). В большинстве случаев можно рассмат-

Рис. 2.13

рпвать паразитную модуляцию только как комбинацию частотной модуляции н побочных составляющих (рис. 2.13а, в, г) для кана­ лов с ЧМ и только как комбинацию амплитудной модуляции и по­ бочных составляющих (рис. 2.136) для каналов с AM. Однако поскольку составляющие паразитной амплитудной модуляции имеют малый уровень, иногда ниже уровня канальных помех, то этот вид паразитной модуляции даже не рассматривается.

Характер эквивалентных модулирующих напряжений паразит­ ной модуляции довольно сложен: при рассмотрении паразитной ЧМ в полосе телефонного канала — это низкочастотный многоком­ понентный сигнал, как правило, нерегулярный, с заметными и час­ то встречающимися пиками. Иногда этот сигнал включает в себя также основную и гармонические составляющие фона.

Исследования показывают, что девиация частоты при паразит­ ной ЧМ с малым индексом (что имеет место в типовых синтезато­ рах) пропорциональна отношению эффективного значения компо-

46

нент модуляции в спектре выходного сигнала к напряжению не­ сущей:

где /пдеПств. —эффективный индекс модуляции; Асоддейств. —эффек­ тивная частота девиации; А й —полоса пропускания канала, в ко­ тором исследуется паразитная ЧМ; f/щ действ,— эффективное напря­ жение всех составляющих (кроме сигнала несущей), попавших в полосу ДЙ; Ui — напряжение с несущей частотой; Рт— мощность паразитных составляющих в полосе Ай; Р\ — мощность сигнала несущей частоты.

В зависимости от относительных частот и амплитуд составля­ ющих паразитной модуляции в полосе частот АЙ изменяются пара­ метры паразитной ЧМ; при этом, естественно, изменяется и ха­ рактер воздействия паразитной ЧМ на работу системы связи.

Отсюда следует, что измерения параметров паразитной ЧМ нужно производить приборами, имеющими такие же входные по­ лосы частот, как и полосы каналов системы связи. Измерения для одного и того же синтезатора могут дать различные результаты при выбранных различных полосах измерения. Оценку паразитной ЧМ делают как по величине девиации (средней, эффективной или пиковой), так и по индексу модуляции. Иногда удобно бывает па­ разитную ЧМ оценивать относительным уровнем шумовых состав­ ляющих, поп-авших в полосу Ай, UmДейств-/£Л или Рш/Р1- Для пере­ вода этих оценок может служить приближенная ф-ла (2.5). Изме­ рения девиации паразитной ЧМ для отечественных синтезаторов в полосе телефонного канала 3100 Гц дают значения от 1 до 10 Гц.

ГОСТ 13420—68 на передатчики магистральной связи норми­ рует среднеквадратичное значение девиации паразитной ЧМ в по­ лосе телефонного канала. Эта норма 2—3 Гц.

2.8. Фон и шумы

Собственные помехи однополосных радиопередатчиков и при­ емников оцениваются фоном и шумами этих устройств.

Имеется немало причин появления фона, среди которых наи­ большее значение имеют следующие: недостаточная фильтрация напряжений, питающих анодные и коллекторные цепи в ламповых и транзисторных каскадах; питание накала ламп переменным то­ ком; непосредственное электростатическое и электромагнитное воздействие питающих-цепей на входные цепи передатчиков и вы­ ходные цепи приемников; наличие фоновой амплитудной модуля­

ции в синтезаторе.

Наиболее сильно фон проявляется в передающих устройствах, где этому способствуют недостаточная фильтрация напряжений сеточного смещения и работа ламп с отсечкой анодного тока. В за­ висимости от схемы применяемого в передатчике выпрямителя (числа фаз) частота напряжения фона может быть 50, 100, 150,

46

нис определенного промежутке времени — секунды, часе, суток и т. д. — секундная, часовая, суточная и т. д. нестабильность). Иног­ да различают нестабильность частоты отдельно от каждого дестабилизирующего фактора: изменения питающих напряжений, изме­ нения температуры, влажности, давления и т. п., а также от сум­ мы факторов — суммарную (среднеарифметическую или средне­ квадратичную) нестабильность. Нестабильность частоты выража­ ется в миллионных долях от присвоенной частоты или' в герцах.

Нормирование нестабильности частоты синтезаторов в прием­ никах и передатчиках должно проводиться с учетом современных требований к системам магистральной радиосвязи с бесподстроечным вхождением в связь.

Решение этого вопроса может быть выполнено при учете таких факторов, как изменение частоты (нестабильность или дестабили­ зация) за счет нерегулярности условий распространения радио­ волн и эффекта Допплера при восходе и закатке солнца в точках отражения, необходимость .расширения полосы частот радиокана­ ла при понижении стабильности частоты возбудителя передатчика и гетеродина приемника, современное состояние уровня техники стабилизации частоты и построение диапазонных генераторов.

Нерегулярность условий распространения приводит к наличию в месте приема нескольких лучей с различными фазами вч колеба­ ний и тем самым к значительным колебаниям фазы результирую­ щего колебания. Таким образом, на входе приемника напряжение вч оказывается как бы промодулированным по частоте по случай­ ному закону, несмотря на то, что к передающей антенне были под­ ведены синусоидальные колебания без какой-либо модуляции. На­ личие этой модуляции создает зону неопределенности частоты при­ нимаемой станции.

Как следует из [13, 14], зона неопределенности на оптимальных частотах для магистральных радиосвязей зависит от состояния отражающего слоя в месте отражений и равна (в относительных единицах) от ±1-10-8, если места передачи и приема не разделе­ ны зоной заката или восхода Солнца, до ±10-10-8, если они раз­ делены.

В качестве основания для расчета допустимых отклонений ча­ стоты, которые могут быть приняты в целях экономии спектра, ис­ пользуется величина в 1% от основной полосы спектра [1]. Напри­ мер, при полосе телефонного канала 2750 Гц и частоте 30 МГц не­ стабильность частоты может быть порядка 9 -10-7; при полосах уплотняющих телеграфных каналов 340 Гц (1/1=100 бод) неста­ бильность частоты должна быть не хуже 1 • 10-7.

К настоящему времени разработаны опорные генераторы с от­ носительной нестабильностью порядка (1—2)-10-8.

На основании изложенного выше в стандартах 13420—68, 14603—69 установлена нестабильность частоты в однополосном режиме (в течение суток), равная ±5-10-8.

48

2.10.Степень подавления сигнала с несущей частотой. Параметры пилот-сигнала

Для синхронизации частоты гетеродинов приемника, а также для обеспечения работы системы АРУ в однополосных передатчи­ ках формируется так называемый пилот-сигнал, который вводится в групповой сигнал и вместе с ним усиливается и излучается. В спектре группового сигнала пилот-сигнал занимает место подав­ ленной несущей, т. е. его частота в радиоканале равна средней ча­ стоте спектра двухили четырехканальной передачи. Уровень по­ давленной несущей (остаток несущей) в правильно отрегулирован­ ном передатчике должен быть ниже —40 дБ по отношению к 100-процентному пилот-сигналу.

ГОСТ 13420—68 ,[2] регламентирует следующие уровни пилот-

сигнала: 0% ( < —40 дБ); 5% (- 2 6 дБ); 10% (—20 дБ); 20% (—14 дБ); 50% (—6 дБ) и 100% (0 дБ). Стопроцентный уровень пилот-сигнала соответствует режиму максимальной мощности пе­ редатчика.

При работе передатчика с пилот-сигналом в зависимости от его загрузки наблюдается изменение уровня пилот-сигнала: уровень уменьшается с ростом амплитуд информационных сигналов. Это явление называется компрессией пилот-сигнала и зависит от сте­ пени нелинейности модуляционной (амплитудной) характеристики передатчика вблизи верхней точки. Сильная компрессия пилотсигнала указывает на появление в групповом тракте передатчика сильных нелинейных искажений и в то же время весьма ухудшает работу АРУ приемника, если система АРУ работает по уровню пилот-сигнала. У современных передатчиков с удовлетворитель­ ными показателями изменение уровня пилот-сигнала за счет ком­ прессии не превышает 1—2 дБ. Чувствительность современных од­ нополосных приемников по каналу пилот-сигнала приблизительно равна 0,03 мкВ.

2.11. Взаимное влияние передатчиков (перекрестная модуляция)

Вследствие взаимосвязи выходных цепей передатчиков, фиде­ ров и антенн передатчики оказывают взаимное влияние друг на друга, т. е. возникает так называемая перекрестная модуляция. Она заключается в том, что при поступлении на выход передатчи­ ка сигнала от другого передатчика (происходит своеобразная моду­ ляция 'в выходном 'каскаде.

Напряжение '«мешающего» сигнала (помехи), поступающего на анод выходной лампы, зависит от избирательности колебатель­ ной системы выходного каскада, т. е. от степени затухания в ней сигнала другой частоты. Величина перекрестной модуляции зави­ сит от характеристик выходной лампы, схемы усиления мощности, выделяющегося на аноде лампы «мешающего» сигнала и от уров­ ня полезного сигнала.

49

Продукты модуляции или искажают передаваемый сигнал, если они попадают в полосу частот, или создают внеполосные (побоч­ ные) сигналы, которые, излучаясь совместно с полезными сигна­ лами, создают помехи радиосвязи, радиовещанию и телевидению.

По литературным данным 'величина перекрестной модуляции для большинства линейных усилителей примерно на 20 дБ ниже,, чем для усилителей класса С. Уровень перекрестной модуляции наиболее высок при передаче однотонального сигнала с макси­ мальным уровнем и уменьшается при понижении уровня сигналов.

Величина перекрестной модуляции оценивается в децибелах отношением напряжения помехи к полезному сигналу. На этот вид

искажений распространяются нормы для побочных (или внеполос­ ных) излучений.

2.12. Чувствительность приемного устройства

Чувствительность приемника является мерой его пригодности для приема слабых сигналов и воспроизведения их с достаточной силой и приемлемым качеством. Для оценки качества выходных сигналов иногда необходимо рассматривать приемное устройство вместе с подключаемой к нему оконечной аппаратурой.

Согласно МККР [15] чувствительность связных приемников оп­ ределяется или уровнем полезного сигнала в микровольтах, при котором получается требуемое отношение сигнал/шум на ич выхо­ де приемника, или коэффициентом шума, т. е. отношением (обычно выраженным в децибелах) мощности шума, измеренной на нч вы­ ходе приемника, к мощности шума, которая была бы на выходе, если бы приемник не содержал иных источников шума, кроме теп­ лового, вызываемого активным сопротивлением антенны.

Различают два типа чувствительности. При практических изме­ рениях, в зависимости от поставленной задачи, определяют либо максимальную реальную, либо сравнительную чувствительность. Максимальная реальная чувствительность определяется наиболь­ шим из минимальных уровней входного сигнала в разных точках рабочего диапазона (выраженного через эдс сигнала с несущей частотой), который необходимо подать через эквивалент антенны на 'вход приемника для получения на его выходе заданного уровня сигнала или заданного отношения сигнал/шум, необходимых для высококачественной работы приемника. Если усиление достаточно,, чтобы одновременно удовлетворить оба условия,, говорят, что мак­

реальная чувствительность «ограничена усилением».

Реальная чувствительность современных однополосных прием­ ников обычно составляет 1—3 мкВ при отношении сигнал/шум в- пределах 10—30 дБ на выходе телефонного канала с полосой

2750—3100 Гц.

Сравнительная чувствительность определяется максимальной реальной чувствительностью для заранее принятых значений для

50