В
идеальном случае в смесителе приемника происходит перемножение сигналов, поступающих из радиочастотного тракта РПУ, и сигнала гетеродина. На выходе идеального перемножителя возникают сигналы, частоты которых равны сумме и разности частот входных сигналов. За смесителем обычно следует фильтр промежуточной частоты, который осуществляет селекцию желаемой частоты на выходе. Этот процесс иллюстрирует рис. 9.10. Входной сигнал предполагается немодулированной несущей, а сигнал гетеродина модулирован по фазе фазовым шумом. Амплитуды обоих сигналов приняты равными единице. Выходом преобразователя частоты является разностная частота, полученная как разность частот гетеродина и немодулированной несущей. Фазовый шум, который присутствовал в гетеродине, передается на сигнал преобразованной частоты и проявляется в виде модуляции фазы этой частоты. Поскольку модулирующая фазу функция на преобразованной частоте остается той же самой, что и у сигнала гетеродина, то спектральная плотность мощности фазового шума на преобразованной частоте относительно уровня несущей на этой частоте остается такой же, какой была у гетеродина относительно уровня несущей гетеродина (рис. 9.11, где представлены спектры S(f) сигналов: а – спектр сигналов на входах преобразователя частоты;
б – спектр сигнала на выходе преобразователя; fc – частота сигнала; fг – частота гетеродина).
Э
тот эффект можно распространить на модулированный входной сигнал. Он проявляется в добавлении нежелательной фазовой модуляции к модуляции, которую имеет сигнал.
Теперь рассмотрим ситуацию, когда на смеситель, помимо полезного сигнала S на частоте fс, поступает сильный мешающий сигнал I с частотой fi (рис. 9.12), находящийся вблизи частоты настройки приемника. Частота полезного сигнала fc отличается от частоты гетеродина приемника fг на промежуточную частоту fпч. В смесителе его частота будет преобразована в разностную промежуточную частоту и сигнал будет успешно выделен последующим фильтром ПЧ. Для мешающего сигнала разностная частота (fг – fi) будет значительно отличатся от промежуточной частоты, и сигнал на этой частоте будет подавлен в тракте ПЧ. В то же время в «юбке» шумов гетеродина, расположенной вокруг частоты fг, найдется составляющая спектра фазового шума, которая отстоит от частоты помехи fi на промежуточную частоту. При взаимодействии с сильной помехой эта составляющая будет перенесена на промежуточную частоту и попадет в тракт ПЧ вместе с полезным сигналом (рис 9.12, а). Очевидно, что в тракт ПЧ будет перенесена не только данная составляющая спектра фазового шума, но и все другие составляющие, расположенные симметрично относительно нее в полосе частот равной полосе пропускания тракта ПЧ, Bпч.
Это эффект демонстрирует также рис. 9.12, б. Входные сигналы, полезный сигнал S и мешающий сигнал I, переносятся на разностные частоты, каждый вместе с юбкой шумов гетеродина, как это показано на рис. 9.11. При этом, как видно на рис. 9.12, б, часть спектра фазового шума, располагающегося вокруг преобразованной частоты помехи, попадает в полосу пропускания тракта ПЧ, увеличивая общий уровень шума в полосе приемника и снижая отношение сигнал/шум на его выходе.
В
случае, когда расстройка помехи относительно частоты настройки приемника = |fi– fc| лежит в интервале Bпч < < fпч, мощность шума, переносимого в тракт ПЧ, определяется односторонней спектральной плотностью мощности фазового шума, соответствующей отстройке , т. е. расстройке по частоте полезного и мешающего сигналов.
Интермодуляция 9.5.1. Порядок интермодуляции.
Наиболее опасные порядки интермодуляции
Интермодуляция – самый общий случай нелинейного преобразования электромагнитных колебаний. Интермодуляция состоит в появлении новых частот на выходе нелинейного элемента или в среде с нелинейной проводимостью при действии на них двух или более частот. Эффект интермодуляции может иметь место, как в радиопередатчиках, так и в радиоприемных устройствах. Частота интермодуляционного колебания (частота интермодуляции) представляет собой линейную комбинацию частот, поступающих на нелинейный элемент, где коэффициентами комбинации являются целые числа. Если, например, на нелинейный элемент поступает k колебаний с частотами f1, …, fk, то в результате их взаимодействия на этом элементе образуются частоты вида
fим = | n1f1 + n2f2 +…+ nkfk |,
где fим – частота интермодуляции; n1,…, nk – целые числа, положительные и отрицательные.
Число N = | n1 | + | n2 | +…+ | nk | называется порядком интермодуляции.
В зависимости от числа сигналов (или частот), образующих интермодуляционный продукт (интермодуляционную частоту), говорят о двухсигнальной (двухчастотной) интермодуляции, трехсигнальной (трехчастотной) интермодуляции или, в общем случае, о многочастотной интермодуляции. Теоретически с ростом числа взаимодействующих сигналов и порядка интермодуляции число интермодуляционных сигналов растет очень быстро. Так, например, число интермодуляционных продуктов третьего порядка, возникающих на нелинейном элементе, на который поступает n сигналов, составляет (n3n2). Однако не все виды и не все порядки интермодуляционных продуктов (ИМП) имеют одинаковую значимость с точки зрения их влияния на рабочие характеристики радиоэлектронных средств (РЭС). Уровень ИМП зависит от вида нелинейности и амплитуды взаимодействующих сигналов, а также от характеристик частотной избирательности фильтров на входе и выходе нелинейного прибора. Хотя с повышением порядка интермодуляции амплитуда интермодуляционных продуктов падает, на практике наиболее мощными чаще оказываются продукты третьего, а не второго порядка. Более того, уровни интермодуляционных продуктов нечетных порядков обычно превышают уровни интермодуляционных продуктов четного порядка. Среди двухсигнальных ИМП наибольшей мощностью обладают колебания с частотами fим = | nfi (n1)fj |, где n 2 – целые положительные числа. Причина – частотная избирательность радиоэлектронных средств. Частотно-избиратель-ные цепи радиоприемников и радиопередатчиков влияют как на уровни сигналов, поступающих на нелинейные приборы, входящие в их состав, так и на уровни интермодуляционных продуктов, образующихся на их выходах. Однако ИМП указанного выше вида испытывают в этих цепях значительно меньшее ослабление, чем ИМП другого вида или продукты четного порядка. Это иллюстрирует рис. 9.13, где представлена амплитудно-частотная характеристика фильтра H(f) на выходе нелинейного прибора, на вход которого поступают мешающие сигналы Ii и Ij с частотами fi и fj, соответственно. Расстройка мешающего сигнала Ii, ближайшего к частоте настройки фильтра f0, относительно частоты f0 и расстройка между частотами fi и fj ближайшего и более удаленного от f0 мешающих сигналов предполагаются одинаковыми. На рис. 9.13 они обозначены f.
В
общем случае в описываемой ситуации слева и справа от сигналов Ii и Ij с шагом f по частотной оси появятся интермодуляционные продукты нечетных порядков N= 2n 1 (n 2) с частотами fим = nfi (n 1)fj или
fим = nfj (n 1)fi. Эти продукты могут попадать в полосу пропускания фильтра, как, например, частота 2fi fj= f0 в ситуации, представленной на рис. 9.13, или находиться в области расстроек относительно центральной частоты фильтра, где ослабление фильтра может быть еще не очень большим. В тоже время продукты интермодуляции четного, например, второго (fим = | fj fi |) порядка, испытывают сильное ослабление при прохождении через фильтр, поскольку имеют значительную отстройку от центральной частоты фильтра и лежат далеко за пределами его полосы пропускания. Следует также учесть, что при относительно узкополосных фильтрах на входах нелинейных приборов и благоприятном для образования ИМП второго порядка расположении мешающих сигналов на оси частот, оба или, по крайней мере, один из входных сигналов оказываются существенно подавлены этими фильтрами. В результате интермодуляционный сигнал 2-го порядка имеет небольшой уровень из-за малой амплитуды сигналов, поступающих на нелинейный прибор. Поэтому ИМП четных порядков обычно не представляют значительной опасности и при анализе ЭМС РЭС их часто не рассматривают. Однако РПУ, имеющие широкополосный преселектор или преобразователь с переносом на нулевую частоту, могут испытывать интермодуляционные помехи второго порядка. ИМП второго порядка могут иметь место и в широкополосных радиопередатчиках. На практике встречались случаи, когда интермодуляционные продукты 40-го порядка превышали уровень шумов приемной системы. Ограниченное число измерений показало, что такие высокие порядки интермодуляции, как 11-й, могут быть только на 20 дБ ниже третьего, т. е. уменьшение уровней ИМП с ростом порядка происходит не так уж быстро [9]. Однако ИМП третьего и пятого порядков всегда значительны, поэтому при анализе ЭМС их необходимо учитывать в первую очередь.
|
Скачать 3.78 Mb.