Завади та спотворення, електромагнітна сумісність засобів зв’язку.

Класифікація електромагнітних завад. Електромагнітними завадами є будь-які електромагнітні, електричні чи магнітні процеси у просторі чи в середовищі, що проводить струм, які погіршують (чи можуть погіршити) якість приймання корисного сигналу. Радіозавада – електромагнітна завада в діапазоні частот 9 кГц – 300 ГГц.

У теорії ЕМС (електромагнітна сумісність) ті об’єкти чи пристрої (радіо- та електротехнічні електронні тощо), що створюють у процесі свого функціонування завади, прийнято називати джерелами завад, а пристрої, що зазнають впливу завад, - рецепторами. Основним видом завад для більшості РЕЗ (радіоелектронні засоби) є ненавмисні електромагнітні завади (НЕМЗ) різного походження, які не створені спеціально для порушення роботи РЕЗ.

Відповідно до сучасної класифікації джерела завад можна поділити на дві великі групи: натуральні та штучні. У свою чергу, джерела натуральних НЕМЗ поділяються на земні та позаземні. Земні завади створюються грозами, полярними сяйвами, розрядами статистичних зарядів крапельок дощу на елементах приймальної антени. До цього виду завад можна віднести шуми в каналостворюючій апаратурі та спотворення параметрів сигналів під час їх поширення в деякому середовищі. Позаземні НЕМЗ пов’язані з електромагнітними випромінюванням космічних об’єктів, нагрітих до високої температури, - Сонцем, зірками, планетами. Особливо сильно цей вид завад впливає на апаратуру, що працює в діапазонах дециметрових та сантиметрових хвиль.

Джерела штучних НЕМЗ – це продукти діяльності людини. Перш за все до них належать РЕЗ, функціонування яких потребує випромінювання електромагнітної енергії. Проте НЕМЗ радіоелектронним засобам створюються й пристроями, в яких не передбачено випромінювання електромагнітної енергії (енергетичні, медичні, промислові, побутові тощо). Вони створюють так звані індустріальні НЕМЗ. Відзначимо, що потужність та ширина спектра індустріальних завад можуть змінюватись в досить значних межах. Загальною для них є тенденція зниження рівня при зростанні частоти. Цей вид завад необхідно враховувати майже до діапазону декаметрових хвиль.

Інтенсивність усіх видів завад вимірюється або в одиницях напруженості електромагнітного поля: вольтах на метр та її похідних (скорочено – В/м, мВ/м, мкВ/м), або в одиницях густини потоку потужності: ватах на квадратний метр та її похідних (скорочено – Вт/м², мВт/м², мкВт/м²). У зв’язку з тим, що потужність НЕМЗ може змінюватись в значних межах, майже завжди застосовують логарифмічні одиниці: тобто напруженість електромагнітного поля чи густина потоку потужності вимірюється в децибелах за відношенням до 1 мкВ/м чи 1 мкВт/м² (скорочено позначаються як дБмк або дБ(мкВ/м), дБ(мкВт/м²)).

Радіопередавач як джерело НЕМЗ. Працюючий радіопередавач, як правило, є джерелом НЕМЗ, оскільки його випромінювання через антену є корисним для деяких раніше визначених приймачів та водночас створює завади для приймачів іншого призначення. Для роботи кожному передавачу надається певна смуга частот, що залежить від функціональних особливостей РЕЗ (зв'язок, телебачення,радіолокація тощо) та від способу модуляції.

Необхідною смугою частот називають мінімальну смугу даного класу випромінювання, що достатня для передавання сигналу з необхідними якістю та швидкістю. Випромінювання в цій смузі є основним. Практично ж кожний передавач створює численні небажані випромінювання за межами необхідної смуги частот, які поділяють на поза смугові та побічні.

Радіовипромінювання у смузі частот, яка знаходиться безпосередньо біля необхідної та виникає як результат модуляції переносника корисним сигналом, називають позасмуговим випромінюванням. До позасмугового належить також і шумове випромінювання в широкій смузі частот. Воно виникає через модуляцію переносника внутрішніми шумами передавача.

Для підвищення ККД передавача при формуванні переносника та підсилення радіочастотних коливань широко застосовуються нелінійні режими роботи каскадів, а це призводить до виникнення побічних випромінювань. До них належать: випромінювання на гармоніках, на субгармоніках, комбінаційні та паразитні, а у випадку одночасної роботи кількох близько розташованих передавачів можуть виникати й інтермодуляційні випромінювання.

Радіовипромінювання на частотах nf ₀, де n = 2, 3, …, тобто на частотах, кратних основній, називають випромінювання на гармоніках. У передавачах багатьох типів робоча частота f₀ утворюється в результаті помноження частоти задавального генератора в ціле число разів, а тому в таких передавачах у спектрі присутні побічні випромінювання на субгармоніках з частотами, що у ціле число разів менші за частоту основного випромінювання: f_суб = f₀/n, де n = 2, 3, … Фактично субгармоніки являють собою гармоніки частоти задавального генератора, тому їх число визначається коефіцієнтом множення частоти в передавачі.

При дії коливань основної частоти, субгармонік та гармонік на нелінійні елементи передавача створюються комбінаційні складові, частоти яких визначаються співвідношенням. Комбінаційні частоти, що виникають як результат дії на нелінійні елементи високочастотного (радіо) тракту передавача зовнішнього електромагнітного поля, дістали назву інтермодуляційних складових. Число і рівень потужності комбінаційних та інтермодуляційних складових залежать від їх порядку і нелінійності характеристики. Зі зростанням числа взаємодіючих на нелінійному елементі коливань швидко зростає число комбінаційних частот. Так, десять передавачів, розміщених безпосередньо один біля одного чи працюючих на одну антену, можуть створювати близько 100 значних складових другого порядку та більш за 800 третього порядку. Паразитні радіовипромінювання виникають також як результат самозбудження через паразитні зв’язки в окремих каскадах чи в передавачі в цілому.

З усіх побічних випромінювань найбільш потужним є випромінювання на гармоніках. Рівень випромінювання, дБ, на n -й гармоніці може бути знайдений за емпіричною формулою:

L_п = L_ос + A lg n + B для n > 2, (20.1)

Де L_ос - відносний рівень потужності передавача на основній частоті; А та В – коефіцієнти, що визначаються експериментально. Їх усереднені значення подані у табл. 20.1.