Техническое несовершенство радиопередатчиков

Основное излучение (1) – излучение находящееся в пределах полосы частот, необходимой для передачи сигнала. Параметрами основного излучения являются: несущая частота (Гц) мощность (Вт, дБмВт); поверхностная плотность потока мощности (Вт.м²,дБмВт.м²) для бортовых передатчиков спутников; отклонение частоты (Гц) необходимая полоса частот (Гц) вид и параметры модуляции; ослабление несущего колебания и подавление нерабочей боковой полосы (дБ) для однополосных радиопередатчиков. Для оценки мощности шумов часто используются относительные единицы, при этом в качестве отсчетного уровня Р_о выступает уровень ( ), дБк, или п-уровень ( ), дБп.

Параметры основного излучения исследуются при анализе функциональных характеристик сертифицируемого оборудования. Важное место среди этих параметров занимает выходная мощность радиопередатчиков, поступающая в антенно-передающий тракт. Она может характеризоваться различными значениями – мощностью несущей, средней, пиковой, импульсной. Мощность несущей определяется в режиме непрерывного излучения при отсутствии модуляции. Средняя мощность – это выходная мощность, усредненная за время, превышающей период наименьшей частоты модуляции сигнала. Пиковая мощность соответствует максимальной амплитуде радиосигнала. Импульсная мощность определяется как среднее значение мощности за время длительности импульса сигнала.

При оценке ЭМС радиолиний надо учитывать, что излучаемая мощность связана с коэффициентом излучения антенны G_a. С этой целью используются понятия эффективно излучаемой мощности, равной произведению мощности радиосигнала, проводимой через согласованный фильтр к антенне, умноженной на коэффициент G_a. Так как эталонной антенной, относительно которой определяется G_a, могут быть изотропная антенна, полуволновой диполь, короткий линейный проводник длиной l<< l_o/4, то различают коэффициенты усиления: изотропный, G_a.и. , относительно диполя G_a.д , и относительно вертикальной антенны G_a.в. Соответственно этому используются понятия эффективной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ), эффективной излучаемой мощности (ЭИМ) и эффективной монопольно излучаемой мощности (ЭМИМ).

Неосновные или нежелательные излучения – это излучения за пределами необходимой полосы радиочастот, подразделяются на побочные и внеполосные.

Побочные излучения передатчиков - это широкий класс неосновных излучений (излучения на гармониках, субгармониках, комбинационные, интермодуляционные паразитные, шумовые), частота и уровни которых определяются нелинейными процессами, возникающими при прохождении токов высокой частоты в этих устройствах, или другими высокочастотными процессами случайного характера. Возникновение этих излучений не связано с процессом управления колебаниями (модуляцией).

Полоса частот, в пределах которой данному передатчику разрешнено излучать, называется присвоенной, а средняя частота этой полосы – присвоенной частотой.

Спектр мощности излучения передатчика на присвоенной частоте, обусловленный процессом модуляции полезного сигнала, содержит основное и внеполосное излучение. Спектр мощности основного излучения лежит в пределах необходимой полосы частот – минимально необходимой при заданном классе излучения, для передачи сообщений с требуемой скоростью и качеством.

Внеполосные излучения передатчика - это класс неосновных излучений в полосах частот, примыкающих к необходимой полосе излучения. Причина их возникновения обусловлена процессом модуляции в передатчике. Уровни нежелательных излучений зачастую бывают недопустимо высокими. Эти излучения не используются для передачи полезной информации, поэтому они бесполезны, а с точки зрения ЭМС они вредны т.к. создают дополнительную загрузку РЧР и могут быть одной из основных причин взаимных помех другим РЭС.

Внеполосное излучение связано с процессом модуляции полезных сигналов и обусловлено использованием сигналов с большей шириной спектра, чем это необходимо для выполнения данной станцией своей целевой функции. В результате в спектре излучаемых радиосигналов появляются составляющие лежащие вне необходимой полосы частот.

Излучения на гармониках - побочные излучения передатчика в полосах, включающих частоты, кратные частотам основного излучения этого передатчика. Источниками гармоник в передатчиках являются высокочастотные каскады, работающие с углом отсечки θ<180° при косинусоидальной форме импульса тока. Работа выходных каскадов с углами отсечки менее 180° определяется требованиями к достаточно высокому к. п. д. передатчика. Уменьшение уровня излучения гармоник антенной передающего устройства достигается фильтрацией гармоник промежуточным и антенным контурами. Более распространенным способом является использование фильтра нижних частот, включаемого, как правило, между промежуточным контуром и антенной. Важнейшими требованиями, предъявляемыми к таким фильтрам, являются малые потери в полосе прозрачности и большое затухание в полосе задерживания. В передатчиках, работающих на фиксированной частоте, может быть эффективно использован и полосовой фильтр. На высоких частотах для ослабления излучений на гармониках применяются различные типы волноводных и коаксиальных фильтров. Фильтры отражательного типа, например резонансные и апериодические, почти полностью отражают энергию гармоник, а энергию основного колебания пропускают беспрепятственно. С помощью этих фильтров можно получать ослабление колебаний на второй гармонике, равное 50-70 дБ и на высоких гармониках, превышающее 100 дБ (апериодические фильтры). Однако отраженная энергия может влиять на режим выходного каскада передатчика, из-за чего наличие отражения является недостатком таких фильтров. Фильтры поглощающего типа свободны от этого недостатка. В них энергия гармоник, распространяясь вдоль волновода, ответвляется и поглощается в специальных нагрузках. Такие фильтры обеспечивают ослабление колебаний второй гармоники на величину порядка 30 дБ при одновременном ослаблении колебаний двух-трех более высоких гармоник. К этому типу относится ферритовый коаксиальный фильтр гармоник, действие которого основано на явлении поглощения электромагнитных волн намагниченным ферритом.

Излучения на субгармониках - это побочные излучения передатчиков в полосах частот, значения которых в целое число раз меньше значения частот полосы основного излучения. Субгармоники характерны для передатчиков, в которых с целью образования основного излучения из более низкочастотных колебаний, стабилизированных кварцем, используются умножители частоты. Хотя резонансные системы на выходе умножителей настроены на более высокие частоты, чем частота колебания на их входе, тем не менее в ряде случаев не удается ослабить субгармоники настолько, чтобы не считаться с их излучением. Для борьбы с субгармониками необходимо улучшать избирательность умножительных каскадов. Для ослабления излучений па субгармониках можно применить фильтр верхних частот, включаемый между промежуточным контуром передатчика и антенной. Наиболее целесообразным является применение фильтров верхних частот в нагрузках умножителей.

Комбинационными

Наиболее интенсивными комбинационными составляющими при образовании рабочей частоты по алгоритму fp=fг+fc являются составляющие на частотах f_г и fг-fc.

Уровни, которых без принятия специальных мер по их подавлению достигают -(15 ¸ 30)дБ. Наиболее эффективным методом снижения уровней комбинационных колебаний на выходе этой схемы – использование частотно-фильтрующих свойств усилителя мощности путем выбора частот f_c и f_г, исключающего попадания комбинационных составляющих в его полосу частот. Применяют также режекторные фильтры и используют схемы с двойным преобразованием частоты, позволяющие вынести комбинационные колебания за полосу пропускания усилителя мощности. При построении возбудителя по такой схеме колебания возникают на частотах

f_c = f_p* n/m ,

где f_p – рабочая частота возбудителя; m – общий коэффициент умножения.Ближайшими к рабочей частоте являются частоты комбинационных колебаний F_к = f_p(1± 1/m).

В РПУ с волноводными фидерами комбинационные частоты с f_к < f_p практически полностью подавляются. В РПУ с коаксиальными трактами уровни этих колебаний могут быть значительными. Основной метод их подавления – это применение полосовых фильтров после каждого каскада умножения

Интермодуляционные колебаниявозникают в радиопередающем устройстве в результате воздействия на него излучений одного или нескольких радиопередающих устройств. Этот вид побочных колебаний характерен для передатчиков радиопередающих центров, подвижных и других объектов, на которых расположены близко друг от друга несколько антенн. Это нежелательное явление особенно характерно для передатчиков, работающих на общую антенну. При таких условиях высокочастотные колебания одного передатчика воздействуют на выходной каскад другого, который для этих колебаний представляет собой активный четырехполюсник с нелинейными характеристиками. Результатом этого процесса является возникновение интермодуляционных колебаний с частотами, отличающимися от первоначальных. Закон образования этих частот такой же, как и при возникновении комбинационных излучений. Чем сильнее связь между передатчиками и больше их мощности, тем значительнее может оказаться уровень интермодуляционных излучений. Наибольшие помехи могут создавать колебания на суммарных и разностных частотах, близких к частоте основного излучения одного из передатчиков.

Для уменьшения уровня интермодуляционных излучений применяют специальные устройства согласования, развязки и фильтрации. Однако в ряде случаев не удается существенно уменьшить уровни таких излучений из-за того, что их частоты могут соответствовать полосе пропускания указанных устройств согласования. Правильный выбор частот основных излучений передатчиков путем расчета комбинационных частот может способствовать уменьшению интермодуляционных излучений.

Паразитные излучения - это побочные излучения передатчика, причина возникновения которых не связана с образованием несущих колебаний. В ряде случаев эта причина имеет случайный характер, когда в части схемы непреднамеренно выполняются условия самовозбуждения и паразитные колебания возникают либо одновременно с основными, либо при снятом напряжении возбуждения.

Паразитные резонансные цепи, для которых выполняются условия баланса фаз и баланса амплитуд, могут образовываться различными реактивными элементами схемы блокировочными конденсаторами, дросселями, междуэлектродными емкостями, индуктивностью и емкостью монтажных проводов и др. Помимо этого, условия самовозбуждения могут выполняться на частоте паразитной резонансной цепи, образующейся элементами колебательного контура в сочетании с различными реактивными элементами схемы. Устранить излучения можно либо изменением параметров этих цепей либо введением дополнительного затухания – антипаразитных резисторов, шунтирующих емкостей, отрицательных обратных связей. В ряде случаев паразитные побочные колебания образуются за счет обратной связи, которая может вводиться специально для автоматической регулировки какого-либо параметра передатчика. Обратная связь может возникать вследствие недостаточной экранировки или плохой развязки между цепями питания каскадов. В усилителях мощности и умножителях частоты паразитные колебания возникают за счет обратной связи, обусловленной емкостью коллекторного перехода и индуктивностью эмиттерного вывода полупроводникового прибора.

Шумовые излучения

Под шумовым радиоизлучением радиопередающего

устройства следует понимать его нежелательное радио_

излучение через антенну, обусловленное собственными

шумами элементов радиопередатчика и модуляцией эти_

ми шумами генерируемых колебаний [1]. ШИ РПДУ име_

ет распределение мощности по частоте, близкое к равно_

мерному, поэтому в конечной полосе частот его можно

рассматривать, как "белый" шум. Интенсивность шумового излучения определяют спектральной плотностью мощности шумов в дБВт при отстройке от основной частоты в полосе 1Гц.

Уровень ШК вблизи несущей, как правило, составля_

ет величину порядка _80… _100 дБ, с увеличением от_

стройки огибающая шума медленно (единицы децибел

на октаву) спадает, несколько поднимаясь в районе гар_

монических составляющих. Наличие в высокочастотном

тракте передатчика частотно_избирательных цепей

обеспечивает дополнительное подавление шумов.

высокие уровни ШИ РПДУ приводят

к значительному снижению эффективности использова_

ния радиочастотного спектра.

при анализе

помех в системах связи управления движением воздуш_

ного транспорта, было установлено, что 30% из них со_

ставляют помехи, вызванные ШИ РПДУ [2]. Даже поме_

хи от интермодуляционных и комбинационных излуче_

ний дали меньший совокупный мешающий эффект.

В отличие от сосредоточенных радиопомех, занимаю_

щих сравнительно узкую полосу частот, от радиопомех,

обусловленных ШИ, трудно отстроиться без потерь зна_

чительной доли частотного диапазона приемника.

что основными

путями снижения мощности ШК передатчика являются:

• снижение мощности шума возбудителя;

• уменьшение коэффициента усиления УМ с одновре_

менным увеличением уровня основного сигнала возбу_

дителя;

• снижение коэффициента шума УМ;

В настоящее время снижение шумовых излучений наиболее важно в системах радиосвязи. В качестве возбудителей частоты в передатчиках радиосвязи широко применяют синтезаторы частоты, которые в своем составе имеют автогенераторы, преобразователи, умножители и усилители частоты, т.е. устройства с присущими шумовыми колебаниями. Огибающая энергетического спектра шумовых колебаний с удалением от несущей частоты спадает относительно медленно. Составляющие спектра шмовых колебаний имеют дискретный характер. Проходя через узкополосный фильтр,выделяющий несущую частоту, сформированную синтезатором частоты, шумовые колебания не только усиливаются последующими каскадами передатчика, но и их спектр значительно расширяеться благодаря работе этих каскадов в режиме с отсечкой анодного тока. Уровень усиленных шумовых колебаний значительно превосходит уровень шума, возникающего непосредственно в усилительных каскадах передатчика. Поэтому принимают специальные меры по снижению уровня шума на выходе синтезаторачастоты: фильтры, малошумящие электровакуумные приборы, резисторы, конструктивные схемные решения и др.

Огибающая спектра шумового излучения уменьшается с увеличением отстройки.

Поиск по сайту: