2. Основні випромінювання рез
Основні випромінювання РЕЗ - це радіовипромінювання, що знаходяться в межах необхідної смуги Вн радіочастот. На них припадає основна частка випромінюваної енергії, тому вони являються найбільш важливою складовою частиною групового сигналу, який визначає електромагнітну обстановку в місці спостереження.
Основне випромінювання характеризується наступними параметрами:
несуча частота;
відхилення частоти;
ширина необхідної смуги частот;
потужність;
поверхнева густина потоку потужності (для бортових передавачів супутників);
тип та параметри модуляції;
ослаблення несучого коливання та заглушення неробочої бокової смуги для односмугових радіопередавальних пристроїв.
Рис. 2. Структурний склад радіовипромінювань РЕЗ
Вихідна потужність РЕЗ, що поступає в антенно-передавальний тракт, є одним із найважливіших його параметрів. Відомості про потужність основного випромінювання РЕЗ наводяться в технічній документації.
Вихідна потужність характеризується різними значеннями - потужністю несучої, середньою, піковою, імпульсною.
Потужність несучої визначається в режимі безперервного випромінювання при відсутності модуляції.
Середня потужність - це вихідна потужність, усереднена за визначений проміжок часу.
Пікова потужність відповідає максимальній амплітуді радіосигналу.
Імпульсна потужність визначається як середнє значення потужності протягом тривалості імпульсу сигналу.
Ефективна випромінювана потужність дорівнює добутку потужності радіочастотного сигналу, що підводиться до антени, на коефіцієнт підсилювання цієї антени в певному напрямку, у разі, якщо еталонна антена являє собою напівхвильовий симетричний вібратор без втрат, розташований у просторі таким чином, що зазначений напрямок лежить у площині, в якій його коефіцієнт підсилювання постійний.
Оскільки еталонною антеною, відносно якої визначається коефіцієнт підсилювання антени, можуть бути ізотропна антена, напівхвильовий вібратор, короткий лінійний провідник, довжина якого менша чверті довжини хвилі радіочастотного сигналу, то розрізняють коефіцієнти підсилювання: ізотропний Gаі, відносно диполя Gад і відносно вертикальної антени Gав.
У відповідності з цим розрізняють поняття ефективної ізотропної випромінюваної потужності, ефективної випромінюваної потужності і ефективної монопольної випромінюваної потужності.
3. Побічні випромінювання рез
Всі випромінювання РЕЗ за межами необхідної смуги Вн відносять до небажаних. Шляхи поширення небажаних радіовипромінювань різноманітні: через антенно-фідерний тракт, кабелі, з'єднувачі та монтажні дроти, по колах електроживлення, через вентиляційні отвори в кожухах радіообладнання тощо. Причини, які викликають появу небажаних випромінювань, різні. Деякі їх складові частини обумовлені процесом модуляції випромінюваного сигналу, інші - нелінійними ефектами в окремих каскадах РЕЗ.
Згідно визначенню, даному в Регламенті радіозв'язку, випромінювання на частоті або частотах, розміщених за межами ширини необхідної смуги частот, рівень якого може бути понижений без будь-яких втрат для відповідної передачі повідомлень називають побічними випромінюваннями.
До побічних випромінювань відносять:
випромінювання на гармоніках;
паразитні випромінювання;
продукти інтермодуляції та частотних перетворень.
Побічні випромінювання РЕЗ найбільш "розтягнуті" по частотному діапазону і від їх рівня та кількості в значній мірі залежить забезпечення ЕМС (див. рис. 2). В основі їх появи лежать нелінійні процеси, що виникають в окремих вузлах РЕЗ, по елементах яких протікає струм високої частоти, наприклад, у трактах формування високочастотних сигналів та в антенно-фідерних трактах РВП, але вони не пов'язані з процесом модуляції несучих коливань. Частотний склад компонентів цього виду випромінювань подібний, та механізм утворення різний. Інтенсивність побічних радіовипромінювань залежить від діапазону частот, типу й режиму генераторних та підсилюючих пристроїв тощо. Рівень побічних випромінювань зазвичай виражають відносно основного випромінювання у децибелах і вважають нормально розподіленою величиною, при цьому нормується тільки верхня межа рівнів.
Побічні випромінювання характеризують наступні параметри:
потужність;
поверхнева густина потоку потужності;
спектральна густина потужності;
смуга частот на рівні мінус X дБ відносно максимуму основного випромінювання.
Для забезпечення ЕМС РЕЗ та РВП усі служби, що використовують радіопередавальні пристрої різного призначення, повинні обмежувати випромінювану ними потужність до мінімуму, який необхідний для нормального функціонування. Вид зв'язку та клас випромінювань потрібно вибирати таким чином, щоб забезпечити якомога менший рівень завад, що супроводжують основне випромінювання. При цьому необхідно прагнути до максимально можливого звуження ширини займаної смуги частот. Побічні випромінювання, що супроводжують передане повідомлення, являються одним із найбільш суттєвих чинників, що визначають ЕМС, тому їх рівні нормуються відповідними нормативними документами та спеціальними рекомендаціями. Граничні рівні побічних випромінювань для передавачів на основних частотах в діапазоні від 9 кГц до 17,3 ГГц наведені в Рекомендації МСЕ-Р SМ.329-10, в Україні норми на рівні побічних випромінювань РВП цивільного призначення в діапазоні від 9 кГц до 17,7 ГГц регламентуються Нормами 18-85.
Випромінювання на гармоніках - побічні випромінювання на частотах, які в ціле число раз перевищують частоти основного випромінювання. Виникають у випадках, коли сигнал піддається нелінійним перетворюванням, наприклад, в каскадах, що працюють із відсічкою струму, що призводить до суттєвої зміни спектрального складу вихідного сигналу порівняно зі спектральним складом вхідного сигналу. В залежності від виду вольт-амперної характеристики нелінійного елемента на його виході можуть появлятися тільки парні, непарні або парні та непарні гармоніки разом. Суттєво зменшити рівень паразитних гармонік, що присутні у вихідному випромінювані РЕЗ, можна шляхом застосування фільтрів нижніх частот (ФНЧ) безпосередньо перед антеною, фільтрації сигналу проміжними й антенними контурами та екранування елементів передавача.
Випромінювання на субгармоніках - побічні випромінювання на частотах, які в ціле число раз менші частоти основного випромінювання. Виникають у випадках, коли основне випромінювання РЕЗ формується з низькочастотних коливань, що стабілізовані кварцом, шляхом їх перетворення помножувачами частоти. При цьому субгармоніки РЕЗ являються вищими гармоніками частоти опорного генератора. Кількість субгармонік у вихідному випромінювані РЕЗ росте з ростом кількості помножувачів частоти. Оскільки помножувачі частоти є елементами нелінійними, то коливання на їх виході виявляються промодульованими субгармоніками по амплітуді, частоті й фазі.
Комбінаційні випромінювання - побічні випромінювання, які виникають в результаті взаємодії частот, що беруть участь у формуванні корисного сигналу, та їх гармонік. Формування коливань несучої частоти шляхом нелінійного перетворення двох допоміжних коливань із частотами f1 і f2 супроводжується появою випромінювань із комбінаційними частотами типу
fk = ׀ т f1 + n f2 ׀, (1)
де т, n = 0, ±1, ±2,...
Ці випромінювання найчастіше зустрічаються внаслідок формування сітки частот, наприклад, передавачів декаметрового й метрового діапазонів, що призначені для радіозв'язку без пошуку та підстроювання частоти. Відомі різні методи побудови сітки частот передавачів, але при реалізації будь-якого з них формуючий пристрій обов'язково містить нелінійний елемент із двома входами та смуговий фільтр. Через недосконалість смугових фільтрів комбінаційні складові частоти непередбаченого порядку попадають в їх смугу пропускання і, в кінцевому випадку, напруга комбінаційних частот разом з основним сигналом поступає в антенно-фідерний тракт і випромінюється в простір, створюючи радіозавади. Рівень комбінаційних складових залежить від їх порядку коливань р: чим він вищий, тим нижчий рівень амплітуди. Тому при проектуванні РЕЗ співвідношення між вихідними частотами, що піддаються перетворенню, вибирають таким чином, щоб у смугу пропускання смугових фільтрів не попадали комбінаційні складові з порядком р ≤ (5 ... 7), та використовують вузькосмугові фільтри зі смугою (2 ... 5) % відносно несучої частоти на рівні 3 дБ і (10 ... 20) % на рівні 60 дБ.
Інтермодуляційні випромінювання - це побічні випромінювання, що виникають в результаті дії на нелінійні елементи високочастотного тракту РЕЗ коливань власного генератора та зовнішнього електромагнітного поля. Їх поява можлива в тому випадку, коли декілька передавачів працюють на одну широкосмугову антену або коли їх антени знаходяться безпосередньо одна біля одної настільки близько, що між ними утворюються непередбачені їх конструкцією електромагнітні зв'язки. Цей вид побічних випромінювань характерний для передавачів радіопередавальних центрів, а також для передавачів рухомих об'єктів, оскільки їх антени розміщені на обмеженій площині і між ними існує зв'язок, достатній для збудження коливань. При одночасній роботі декількох РЕЗ високочастотні коливання з частотою f1 одного з них через антенно-фідерний тракт або іншими шляхами впливають на нелінійні елементи інших передавачів, якими можуть служити як вихідні каскади радіопередавальних пристроїв, так і контакти з'єднувачів антенного тракту, змінюючи при цьому їх параметри. В результаті чого в другому передавачеві, який був підданий впливу зі сторони першого передавача, окрім основної частоти f2 утворюються складові зі спектром завадових частот тf1+nf2, де т, п = О, ±1, ±2, ... . Очевидно, що при цьому для РПП, настроєного на частоту f0 = ׀ т f1 + n f2 ׀ , створюються завади, які ускладнюють або роблять неможливим його нормальне функціонування. Небажана інтермодуляційна складова сигналу може викликати завади, якщо вона має частоту рівну чи близьку частоті настроювання РПП або будь-яку іншу частоту, на якій РПП сприйнятливий до завад, наприклад, таку як проміжна частота (ПЧ) супергетеродинного приймача.
Інтермодуляційні складові другого порядку можуть існувати тоді, коли два сигнали, які заважають, мають такі частоти, що їх сума чи різниця дорівнює частоті сприйнятливості РПП до завад.
Інтермодуляційні складові третього порядку можуть виникати тоді, коли різниця між однією завадовою частотою і подвоєною другою попадає в смугу частот пропускання РПП. Вони також можуть появлятися тоді, коли один сигнал, що заважає, знаходиться поблизу частоти настроювання, наприклад в сусідньому каналі. Інтермодуляційні складові третього порядку можуть також утворюватися за рахунок комбінації трьох сигналів завади. При цьому більш низькому порядку інтермодуляції відповідає більш високий рівень інтермодуляційного сигналу.
Рівень інтермодуляційних випромінювань визначається як потужністю взаємодіючих коливань, так і ступенем зв'язку між передавачами. При одночасній роботі двох РЕЗ найбільш небезпечними являються інтермодуляційні складові третього та п'ятого порядків, оскільки їх значення знаходяться на частотах, досить близьких до спектра частот основного сигналу, тому рівні цих випромінювань неможливо знизити шляхом фільтрування. Для п'яти одночасно працюючих РЕЗ, що зазнають взаємного впливу, кількість небезпечних інтермодуляційних складових дорівнює 20, для десяти РЕЗ - 240, для двадцяти РЕЗ - 2280, тому їх врахування при вирішенні задач ЕМС особливо важливе для локальних об'єктів із великою насиченістю РЕЗ.
Небажані випромінювання на гармоніках та інтермодуляційні складові можуть також створюватися внаслідок нелінійності контактів у антенних та інших металевих конструкціях, розміщених поряд із передавачами, наприклад, на переходах "метал-метал" в антенах, їх фідерах та щоглах. Деякі нелінійні елементи створюються за рахунок неминучого застосування різних металів та їх корозії (особливо на берегових РЕЗ або в зонах атмосферного забруднення), тому ретельне виконання всіх з'єднань у металевих конструкціях та антенно-фідерних системах (АФС) являється єдиним способом запобігти цьому небажаному ефекту.
Паразитні випромінювання - побічні випромінювання, що виникають внаслідок самозбудження РЕЗ через паразитні зв'язки в генераторних та підсилювальних каскадах. Паразитні складові, що присутні у випромінюваннях РЕЗ, як правило, не зв'язані з процесом формування корисного сигналу, тому не залежать ні від несучої або характерної частоти випромінювання, ні від частот, що отримуються в процесі утворення несівної чи характерної частоти, і являються більш високочастотними. Причина їх появи - наявність в електронних схемах паразитних активних, індуктивних та ємнісних елементів, які важко врахувати при проектуванні і які утворюють коливальні системи та кола зворотних зв'язків. За певних умов у схемах, що містять паразитні резонансні системи, можуть виникнути самозбудження на вищих частотах. При цьому, наприклад, в РЕЗ гектометрового діапазону, утворюються паразитні високочастотні коливання, що відповідають метровому та дециметровому діапазонам хвиль.
Загальних правил чи методів усунення цих коливань немає, оскільки вони не зв'язані з нормальною роботою РЕЗ, і кожен випадок їх появи необхідно розглядати окремо, але у будь-якому випадку, для усунення чи зменшення випромінювань на паразитних частотах, перш за все, необхідно виявити джерело паразитних коливань і шляхом зміни монтажу або введенням додаткових реактивностей, наприклад, феритових кілець на провідники, порушити умови самозбудження РЕЗ на цих частотах.