Перекрестные искажения полезного сигнала

Явление блокирования сопровождается уменьшением уровня полезного сигнала на выходе и ухудшением отношения сигнал/шум. Однако мощная помеха по соседнему каналу может вызывать также и искажения структуры спектра сигнала на выходе приемника. Такого рода искажения называют перекрестными. Перекрестные искажения - это изменение структуры спектра сигнала на выходе радиоприемника при действии сигнала и модулированной радиопомехи, частота которой не совпадает с частотами основного и побочных каналов. Перекрестные искажения являются результатом взаимодействия на нелинейностях приемника спектральных составляющих полезного сигнала и модулированной помехи. Перекрёстные искажения проявляются в том, что модуляция мешающего сигнала, у которого все составляющие спектра находятся вне полосы пропускания приемника, переноситься на полезный сигнал. Различимость полезного сигнала при этом ухудшается, а при значительных уровнях перекрёстной модуляции нормальный приём полезного сигнала становится невозможным. Сам мешающий сигнал при этом на выход приемника не проникает.

Коэффициент перекрестных искажений в радиоприемнике определяется отношением уровня спектральных составляющих , возникших в результате перекрестных искажений, к уровню сигнала на выходе приёмника при заданных параметрах радиопомехи и сигнала: Характеристика частотной избирательности по перекрестным искажениям представляет собой зависимость уровня модулированной помехи от частоты на выходе приемника при фиксированном коэффициенте перекрестных искажений.

Динамический диапазон радиоприемника но перекрестным искажениям определяется как отношение уровня модулированной помехи к чувствительности приемника при заданном коэффициенте перекрестных искажений и частотной расстройке помехи относительно центральной частоты основного канала приема.

Измерение перекрестных искажений производится двухсигнальным методом по схеме, приведенной на рис. 5. При намерении коэффициента перекрестных искажений в приёмнике АМ-сигналов генератор Г1 не модулирован н настроен на частоту приемника. Его частота лежит за пределами основного канала приема. Сигнал Г2 имеет амплитудную модуляцию (обычно частотой 400 или 1000 Гц), коэффициент модуляции 0,3. При заданном уровне мешающего сигнала и фиксированной расстройке относительно частоты приемника измеряют уровень сигнала на выходе. Затем модуляцию помехи снимают и включают модуляцию полезного сигнала. Коэффициент модуляции полезного сигнала регулируют до получения прежнего значения сигнала на выходе приемника. Полученный коэффициент равен коэффициенту перекрестной модуляции помехи с заданными амплитудой, глубиной модуляции и расстройкой относительно частоты настройки приемника.

Коэффициент перекрестных искажений определяется отношением измеренного коэффициента перекрестной модуляции m.пер к коэффициенту полезной модуляции m.с.

Характеристику частотной избирательности по перекрестным искажениям измеряют, используя эту же методику. Различие состоит в том, что в каждой точке измерения путём изменения амплитуды мешающего сигнала устанавливают заданный коэффициент перекрестных искажений и снимают значение уровня помехи, при котором возникают эти искажения. Динамический диапазон по перекрестным искажениям можно получить из рассмотренной характеристики избирательности, если уровень помехи при заданной расстройке выразить в децибелах относительно чувствительности приемника.

Измерения перекрёстных искажений в приемниках с частотной модуляцией производят таким же образом. В радиоприемниках обычно нормированы параметры или по блокированию, или по перекрестным искажениям.

 

Интермодуляция

Еще одним видом нелинейного взаимодействия, который надо учитывать при анализе ЭМС, является интермодуляция. Интермодуляция в радиоприемнике – это возникновение помех на выходе при действии на входе двух или более сигналов радиопомех, частоты которых не совпадают с частотами основного н побочных каналов приема. Интермодуляция является результатом взаимодействия на нелинейностях приемника нескольких сигналов.

При этом возникает новый сигнал с частотой где частоты взаимодействующих сигналов, - целые положительные и отрицательные числа. Если частота интермодуляционного сигнала попадает в полосу пропускания приемника, то такой сигнал проходит на выход и создаёт помеху приему полезного сигнала.

Интермодуляционные помехи могут возникать в усилителях высокой частоты при больших уровнях помехи, когда входные каскады нельзя рассматривать как линейные, так и в смесителях приёмника. Наиболее вероятно образование интермодуляционной помехи в первых каскадах приёмника. Поэтому, оценивая ЭМС, часто ограничиваются анализом интермодуляционной помехи только в этих каскадах. Число образующихся интермодуляционных составляющих очень велико и быстро растёт с увеличением числа входных сигналов и порядка интермодуляционного сигнала. Амплитуда интермодуляционного колебания зависит от характера нелинейности и амплитуд взаимодействующих сигналов. С ростом порядка N уровни интермодуляционных сигналов быстро падают. Поэтому при исследовании эффектов интермодуляции обычно рассматривают третий, реже пятый, седьмой и более высокие порядки интермодуляционных сигналов.

Восприимчивость приемника к интермодуляции характеризуют коэффициентом интермодуляции, характеристикой частотной избирательности приемника по иитермодуляции или динамическим диапазоном по интермодуляции.

Коэффициент иитермодуляции в приемнике определяется как отношение уровня помехи на выходе приемника, возникшей в результате интермодуляции, к номинальному сигналу на выходе, когда на вход приемника подан сигнал, равный его чувствительности: где - уровень помехи, возникший в результате иитермодуляции; U_вых - номинальный уровень сигнала на выходе приемника.

Характеристика частотной избирательности радиоприемника по интермодуляции представляет собой зависимость уровня сигналов на входе приемника, создающих интермодуляцию, от частоты одною из них при заданном коэффициенте иитермодуляции. Заметем, что и коэффициент иитермодуляции, и характеристику частотной избирательности снимают для случая, когда сигналы, образующие интермодуляционную помеху, имеют равные амплитуды.

Экспериментально установлено, что характеристики частотной избирательности приемника по иитермодуляции мало меняются в широком диапазоне частот его настройки. Поэтому характеристики приемника, измеренные, к примеру на частоте 10 МГц. Применимы для оценки интермодуляции с хорошей точностью в диапазоне 5...20 МГц. Однако для разных приемником эти характеристики отличаются. На рис. 7 показан примерный вид характеристик избирательности по интермодуляциидвух приемниковдля двухсигнальной интермодуляции 3-го порядка вида 2 По оси абсцисс отложена расстройка ближайшей частоты помехи относительно рабочей частоты приемника. Из кривых, например, видно, что при малых расстройках приемник 1 более восприимчив к интермодуляционной помехе, чем приемник 2; при больших расстройках - наоборот.

Рис. 7 Вид характеристик избирательности по интермодуляциидвух приемниковдля двухсигнальной интермодуляции.

Пунктирной линией показана удобная практическая аппроксимация кривых избирательности, которую можно получить по трем ее точкам.

Динамический диапазон по интермодуляции можно определить из характеристики частотной избирательности, так как он ранен отношению численного значения этой характеристики на частотах возникновения интермодуляции к чувствительности приемника. Его значение установлено равным 50...70 дБ при = 0.5.

Динамический диапазон и коэффициент интермодуляции по своей природе являются трехсигнальными параметрами (два мешающих сигнала и полезный). Избирательность по интермодуляции приемников радиостанций подвижных служб измеряют трехсигнальным методом. Однако параметры интермодуляции можно измерить и с помощью двух генераторов сигналов (см. рис. 5). Сначала одни из генераторов используют для подачи на вход полезного сигнала, равного чувствительности приемника, и установки усиления в положение, обеспечивающее номинальный уровень сигнала на выходе. Затем настраивают генератор на частоты, обеспечивающие образование интермодуляционной помехи нужного порядка к полосе приемника. Эти частоты могут быть оговорены и условиях испытаний. Изменяя уровни сигналов на выходах обеих генераторов и поддерживая их равными, добиваются получения на выходе приемника интермодуляционного сигнала, соответствующего выбранному коэффициенту интермодуляции.

Важно отметить, что если побочные каналы приема присущи только супергетеродинным радиоприемникам, то рассмотренные нелинейные эффекты возникают в приемниках всех типов: и супергетеродинных, и прямоугольного усиления.

При этом эффекты блокирования и перекрестной модуляции проявляются только в присутствии полезного сигнала, а интермодуляционная помеха может возникать как при наличии, так и при отсутствии полезного сигнала.

 

Модель ЭМО

В условиях массового использования радиосредст адекватной моделью ЭМО является вероятностно-статистическая, разработанная в [2].

Модель ЭМО как совокупность мешающих сигналов (МС), присутствующих одновременно в точке приема, описывается средним числом N мешающих сигналов и многомерным законом распределения их параметров которые считаются статистически независимыми и число их n соответствует количеству видов избирательности (частотная, пространственная, поляризационная и т.д.) в рассматриваемом радиосредстве

(2.5)

Распределение энергетических параметров МС в модели ЭМО описывается гиперболическим законом. В частности, для мощности

(2.6)

где b - нормирующий множитель; m - параметр гиперболического закона распределения; и - параметры, определяющие диапазон мощностей мешающих сигналов.

Параметр m гиперболического закона распределения отражает варианты размещения радиосредств в пространстве н особенности распределения радиоволн. Так, для тесных группировок радиосредств m =1, для варианта равномерного размещения радиосредств СВЧ диапазона волн m =1,25 [4]. Диапазон изменения от 1 до 2 охватывает практически все наиболее важные варианты ЭМО.

Неэнергетические параметры (частота, поляризация, направление прихода) в общем случае распределены равномерно. Однако, учитывая относительную узость, рассматриваемых диапазоном неэнергетических параметров и высокую степень их загруженности, принимают равномерными законы распределения этих параметров.

В работе (3) показано, что на выходе антенны, реализующей в общем случае избирательность по азимуту, углу места и поляризации, не меняется гиперболический вид закона распределения мощности МС, увеличивается лишь значение параметра m этого закона. Поэтому, задавая ЭМО не на входе РПУ, а на выходе радиоприемника, распределение мощности МС будем описывать, также законом вида (2.6), а значение параметра m будем рассматривать, как и на входе РПУ. В диапазоне от 1 до 2. Это позволит использовать результаты исследования для РПУ как с высокой, так и с низкой пространственной и поляризационной избирательностями.

Вероятностно-статистическая модель ЭМО достаточно проста и вместе с тем позволяет единообразно описывать все наиболее важные варианты ЭМО для различных диапазонов радиочастот, вариантов размещения радиосредств и условий распространения радиоизлучений. Она отражает все наиболее существенные, с точки зрения ЭМС, свойства ЭМО. Важнейшими обобщенными параметрами такой модели ЭМО на входе РП является: N - число мешающих сигналов, характеризующее загрузку электромагнитного ресурса; m - показатель степени гиперболического закона распределения мощности МС, отражающий варианты размещения радиосредств в пространстве и динамический диапазон ЭМО

Модель РП

В теории ЭМС радиоэлектронных средств (РЭС) радиоприемное устройство от его входа до оконечного устройства рассматривают как последовательное соединение фильтров, реализующих различные виды избирательности и позволяющих выделить полезный сигнал на фоне множества мешающих сигналов [2].

В антенне в общем случае реализуются пространственная и поляризационная избирательности. Антенна, таким образом, может быть представлена моделью в виде последовательного соединения трех фильтров: азимутального, угломестного и поляризационного.

Главный тракт РП в общем случае включает пресселектор, усилитель высокой частоты, преобразователи частоты, фильтры и усилители промежуточных частот. При этом основной функцией главного тракта является выделение спектра полезного сигнала, т.е. он реалализует частотную избирательность. Для случаев, когда нелинейными явлениями в главном тракте РП можно пренебречь, его представляют моделью в виде частотного фильтра с характеристикой избирательности K(f) фильтра основной селекции. Наиболее распространенной моделью главного тракта PII является типовое радиотехническое звено, изображенное на рис. 8. Модель главного тракта включает последовательно соединенные прес-селектор (ПС), безынерционный нелинейный элемент (БНЭ) и фильтр основной селекции (ФОС). На рис. 8 изображены так же характеристики элементов модели УПТ: характеристики частотой избирательности ПС К1(f) и ФОС К2(f), а так же амплитудная характеристика нелинейного элемента Параметрами модели тракта являются: полосы пропускания фильтров ПС и ФОС и DF соответственно, определенные на уровне - 3 дБ, и порог нелинейных эффектов Рн нелинейного элемента. Под порогом Pн понимается минимальная суммарная мощность испытательных сигналов на входе НЭ, при которой на выходе РП начинают проявляться нелинейные эффекты.

 

Рис. 8 Типовое радиотехническое звено

 

Для любого РПУ характерным является наличие порогового эффекта, суть которого проявляется в том, что существует некоторый минимальный уровень полезного сигнала на входе РПУ, при котором обеспечивается, во-первых, уровень информационного сигнала, достаточный для его нормального функционирования, и, во-вторых, отношение сигнал/шум, при котором качество функционирования ОУ не ниже заданного. Этот уровень полезного сигнала может быть пересчитан в любое сечение радиоприемного тракта. Его называют порогом приема и обозначают через Р₀ [2].

Основные обобщенные параметры такой модели РП: отношение полос пропускания преселектора и фильтра основной селекции / и динамический диапазон радиоприемника где - порог приёма, пересчитанный ко входу первого нелинейного элемента. Рн - порог нелинейных явлений в первом от входа РП нелинейном элементе (УВЧ или смесителе, если первый отсутствует).

 

Последовательность выполнения лабораторной работы

1. Открыть файл RPU.

2. Ознакомиться с теоретическими сведениями данной работы.

3. Приступить к выполнению работы.

4. Пройти тестирование.

5. Ввести исходные данные из таблиц:

 

№	Несущ. частота	Полоса преселектора	ФОС	ПЧ	Число испытаний	Степень	Число помех
						1,1
						1,15
						1,2
						1,25
						1,15

№	Чувствительность	Добротность	ДД2	ДД3	ДД4	ДД5	ДДПом
	1е-12
	2е-12
	3е-12
	4е-12
	5е-12

 

6. Рассчитать характеристики.

7. Зарисовать графики и сделать выводы.

Контрольные вопросы:

1. По каким параметрам сигналов может быть реализована избирательность в РПУ?

2. Чему равна полоса частот основного канала?

3. Записать равенство для центральных частот побочных каналов.

4. Чем определяется избирательность побочных каналов приема?

5. Побочные каналы – это?

6. Блокирование в радиоприемнике – это?

7. Как определяется коэффициент перекрестных искажений в радиоприемнике?

8. Как определяется динамический диапазон радиоприемника по перекрестным искажениям?

9. Интермодуляция в радиоприемнике – это?

10. Как определяется коэффициент интермодуляции в радиоприемнике?

 

Литература

1. Радиоприёмные устройства / Под ред. Барулина JI.Г. - М.: Радио и связь. 1984. - 272 с.

2. Апорович А.Ф. Статистическая теория электромагнитной совместимости

радио электронных средств / Под ред. В. Я. Аверьянова. - М.: Наука и техника. 1984. - 215 с.

3. Апорович А.Ф. Устименко В Г. Вероятностная оценка прохождения мешающих сигналом через последовательность линейных фильтров. - Респ. Межвед. Сборник "Радиотехника и электроника" (Минск). 1982,№11.

4. Апорович Л.Ф.. Мордачёв В.И. Влияние пространственного размещения источников взаимных помех на статистические свойства электромагнитной обстановки. Библ. указатель ВИНИТИ "Депонированные рукописи". №1, 1981.

5. Виноградов Н.М.. Винокуров В.И.. Харченко И.II. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. - Л.: Судостроение. 1986. - 264 с.