ПОБОЧНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ РПУ
Классификация побочных излучений (ПИ)
ПИ возникают из-за нелинейных преобразований колебаний в различных каскадах и посторонних электрических и механических воздействий на формирование сигнала.
Нормы на ПИ определяются условиями электромагнитной совместимости (ЭМС) радиотехнических средств.
Уровень любого побочного радиоколебания, передаваемого передатчиком в антенно-фидерное устройство на частоте побочного радиоизлучения не должен превышать относительного и абсолютного значений, указанных в таблице 1 ГОСТа Р 50842-95 «Устройства радиопередающие народнохозяйственного применения. Требования к побочным излучениям. Методы измерения и контроля».
Для вновь разрабатываемых и вводимых в эксплуатацию радиопередающих устройств на всей территории Российской Федерации с 1 июля 2007 года действуют «Нормы 18-07. Радиопередающие устройства гражданского назначения. Требования на допустимые уровни побочных излучений. Методы контроля» (решение ГКРЧ № 07- 19-07-001).
Для радиопередающих устройств, введённых в эксплуатацию до 1 июля 2007 года, действуют до 31 декабря 2012 года включительно, требования к предельным уровням побочных излучений, установленные «Общесоюзными нормами на побочные излучения радиопередающих устройств гражданского назначения» (Нормы 18-85).
1
Диапазон частот контроля побочных излучений располагается ниже и выше области внеполосных излучений радиопередатчика и определяется нижней FН и верхней FВ
границами (см. рисунок).
9 |
кГц |
9-я гарм |
30 МГц |
5-я гарм |
|
1 |
ГГц |
3-я гарм |
Вк=В-30 дБ
2,5 Вн
ВН - необходимая ширина полосы радиочастот; ВК – контрольная ширина полосы частот ( на уровне минус 30 дБ относительно максимального уровня сигнала);
2
Разнос частот (отстройка Fi) между центральной частотой основного излучения fС и нижней границей FН измерений в области побочных излучений
Полоса рабочих |
Узкополосные передачи |
Отстройка |
Широкополосные передачи |
|||
частот |
Для В < |
Отстройка |
Fi |
для |
Для Вн> |
Отстройка Fi |
|
значений |
|||||
|
н |
|
|
|
|
|
Fi |
Вн |
|
9 кГц < fс <150 кГц |
250 Гц |
625 Гц |
2,5 |
В |
н |
10 кГц |
1,5 Вн + 10 кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
150 кГц< fс <30 МГц |
4 кГц |
10 кГц |
2,5 |
В |
н |
100 кГц |
1,5 Вн + 100 кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
30 МГц < fс <1 ГГц |
25 кГц |
62,5 кГц |
2,5 |
В |
н |
10 МГц |
1,5 Вн + 10 МГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 ГГц < fс < 3 ГГц |
100 кГц |
250 кГц |
2,5 |
Вн |
50 МГц |
1,5 Вн + 50 МГц |
|
Частотный диапазон |
Границы диапазонов измерений побочных излучений |
||||||
3 ГГц < fс <10 ГГц |
100 кГц |
250 кГц |
2,5 |
В |
|
100 МГц |
1,5 Вн + 100 МГц |
радиопередатчика |
Ниже области внеполосныхн |
Выше области внеполосных |
|||||
|
|||||||
|
излучений ( F′B) |
|
|
|
излучений ( F B) |
||
9 кГц – 300 МГц |
9 кГц |
|
|
|
|
9-я гармоника |
|
300 МГц – 5200 МГц |
30 МГц |
|
|
|
5-я гармоника |
|
|
5,2 ГГц – 17,7 ГГц |
1 ГГц |
|
|
|
|
3-я гармоника |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Полоса частот
9 кГц – 30 МГц
30-235 МГц
235 – 960 МГц
|
ГОСТ Р 50842-95 |
|
Средняя мощность |
Требования к уровню ПК (ПИ) |
|
|
|
|
передатчика |
нормируемые |
перспективн. |
=< 50 кВт |
-40 дб, 50 мВт |
|
> 50 кВт |
-60 дб |
50 мВт |
портативные < 5 Вт |
-30 дб |
-40 дб |
подвижные |
-40 дб, но не более 200 мВт |
50 мВт |
100 мВт – 25 Вт |
-40 дб, но не более 25 мкВт |
2,5 мкВт |
менее 100 мВт |
-40 дб, но не более 10 мкВт |
2,5 мкВт |
более 25 Вт |
-60 дб, но не более 1 мВт |
-70 дб |
морск. подвижн. службы |
не более 10 мкВт |
|
кл. F3 менее 20 Вт |
Предел увел. |
|
более 20 Вт |
|
|
|
пропорционально мощности |
|
менее 25 Вт |
-40 дб, но не более 25 мкВт |
2,5 мкВт |
более 25 Вт |
-60 дб, но не более 20 мВт |
-70 дб |
4
С ростом мощности растут относительные требования к уровню ПИ. Различают следующие виды ПИ :
•возникающие в процессе формирования выходного сигнала ;
•обусловленные паразитной модуляцией ;
•шумовые;
•интерполяционные (интермодуляционные);
•паразитные.
Побочные излучения, возникающие в процессе формирования несущей.
Излучения на частотах n 0 вызваны |
IКn=an( ) IКm |
|
нелинейным режимом АЭ в УМ. |
||
|
||
Основной метод борьбы – выбор схемы и |
|
|
параметров цепи согласования выходного |
|
|
каскада с нагрузкой. |
|
|
Если этого недостаточно, то в фидер |
|
|
включаются специальные фильтры гармоник, |
|
|
которые пропускают 0, а мощность гармоник |
|
|
отражают и/или поглощают в специальной |
|
|
нагрузке. |
|
5
Схема УМ может быть построена так, что некоторые гармоники будут подавлены (например, чётные в двухтактной схеме). Дополнительное ослабление достигается рациональным выбором угла отсечки.
Побочные излучения на частотах кратных 0/N возникают в том случае, если перед
УМ стоит УЧ на N.
На выходе УЧ избирательная нагрузка выделяет колебания с 0=N ( 0/N), но из-за не идеальности подавления составляющих с частотами 0/N, 2 0/N, 3 0/N, … все они также присутствуют на входе и на выходе УМ.
Если в тракт РПУ включены два УЧ, то в спектре выходного сигнала будут составляющие с ( 0/N1*N2). Если N1*N2
велико (N1*N2 9 ), то фильтрация ближайших к 0 гармоник 0(1 1/N1*N2) в ЦС выходного
сигнала будет слабая.
РПУ, задающий генератор которого работает в режиме УЧ, может создавать излучения с частотой, кратной частоте задающего генератора. Если частота таких излучений ниже частоты основного излучения РПУ, то их называют субгармониками (часто, но это не совсем так: они не в целое число раз меньше ).
Для подавления субгармоник m 0/N, близких к несущей 0 в РПУ с
фиксированной частотой иногда усложняют ЦС умножительного каскада с входом |
|
последующего, добавляя в них фильтры субгармоник. |
6 |
|
Схема с ФАПЧ: исключает возникновение |
|
новых комбинационных составляющих, но и |
|
подавляет комбинационные составляющие, |
|
возникшие ранее (за счёт ФНЧ). |
ФНЧ |
Излучения, обусловленные паразитной модуляцией и шумовое излучение.
Влияние пульсаций переменных напряжений, механических вибраций, переменных внешних полей и акустических воздействий вызывает модуляцию частоты и амплитуды колебаний и появление ПИ с частотами, обычно расположенными весьма близко к несущей.
Возникая в возбудителях, эти виды модуляции могут преобразовываться, углубляться последующими каскадами и создавать значительный уровень ПИ.
Для их ослабления необходимо уменьшать как уровень самих воздействий, так и степень их влияния на параметры колебаний.
Шумовое излучение РПУ с связано флуктуациями токов и напряжений в элементах РПУ (особенно АЭ).
Шумы, связанные с природой процессов токопрохождения, называются естественными.
Все активные сопротивления дают тепловой шум (шум резисторов), а АЭ, кроме того, дробовой шум, связанный с процессами переноса заряда. Оба шума имеют белый
спектр. Т.е. спектральная плотность напряжения шума e(f) [В/Гц1/2] |
7 |
или тока i(f) [А/Гц1/2] не зависит от частоты. |
Эффективные значения теплового шумового напряжения UR или тока IR определяются интегрированием плотностей напряжения e(f) или тока i(f) по полосе
частот |
f 2 |
|
f 2 |
UR |
e2 f df , |
IR |
i2 f df |
|
f 1 |
|
f 1 |
где e2(f) и i2(f) - спектральные плотности мощности, приведенные к опорному
сопротивлению 1 Ом. Для белого шума эффективные значения
UR e B , IR i B
где B = f2 - f1= f - ширина полосы в Гц.
Для резисторов с сопротивлением R ( или проводимостью G=1/ R)
UR 4kTR f , IR 4kTG f
где k=1,38*10-23 Дж*К-1 - постоянная Больцмана, Т – температура по Кельвину.
Постоянным токам в цепях базы и коллектора IБ, |
IК биполярных транзисторов |
|||||||||||||||||||||||
соответствуют токи дробового шума |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
iШБ2 |
f 2e |
|
|
|
IБ |
|
|
|
2kTS |
, |
IШБ |
|
2e |
|
IБ |
|
f |
|||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
iШК2 |
f 2e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
IК |
|
|
|
2kTS |
, |
IШК |
|
|
2e |
|
IК |
|
f |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
где e =1,602*10-19 [Кл] – заряд электрона, S – крутизна ВАХ, – коэфф. усиления
по току. |
8 |
|
Кроме того, в АЭ существует избыточный шум (мерцательный или фликкер – шум) или шум типа 1/f. Он обычно расположен в области НЧ, и превышает уровень естественных шумов на И.ГР.
Обычно И.ГР /2π=10 … 100 кГц.
С уменьшением плотность избыточного шума растёт как 1/ .
Количественно уровень шумов усилителя характеризуют коэффициентом шума КШ, который определяется как отношение суммарной плотности шума (вместе с шумами самого усилителя) к тепловым шумам источника сигнала.
KШ |
e2 |
|
e2 |
e2 |
|
R |
i2 |
СУМ |
|
ГЕН |
ШУС |
|
ГЕН ШУС |
||
|
eГЕН2 |
|
|
|
eГЕН2 |
|
|
Коэффициент шума в логарифмическом масштабе К*Ш=10lg(КШ) в децибелах. |
|
На е2СУМ влияют как шумы источника, так и шумы АЭ. |
|
КШ не зависит от сопротивления нагрузки RН; он зависит только от сопротивления |
|
источника RГЕН , для нешумящего устройства КШ=1. |
9 |
Из рис. видно, что Кш биполярного транзистора в диапазоне средних частот - величина постоянная, возрастающая вне этого диапазона. Увеличение Кш на низкой частоте вызвано шумами вида 1/ (фликкер-шум). Фликкер-шум и частота f1 возрастают с увеличением коллекторного тока.
Шумы транзистора выше частоты f1 есть белый шум, состоящий из тепловых шумов сопротивления базы и дробовых шумов в эмиттерном и коллекторном переходах.
Уровень белого шума можно минимизировать, подбирая транзисторы с малым rбазы, большим усилением по току и высокой частотой среза fТ.
При воздействии возбуждения этот шум оказывается периодически нестационарным с периодом 2π/ 0 и имеет спектральные составляющие, лежащие вблизи 0 и убывающие с отклонением от 0 по закону 1/ .
10