Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

VOSPRIIMChIVOST_PRIEMNYKh_USTROJSTV-Ibatullin

.pdf
Скачиваний:
24
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
768.42 Кб
Скачать

коэффициента передачи можно аппроксимировать различными зависимостями, в том числе сложными, например рядами Вольтерра, но основные закономерности можно уяснить, если воспользоваться простой моделью в виде степенного многочлена и рассматривать влияние нелинейности только на изменение амплитуды полезного сигнала, не учитывая при этом изменений его фазы. С этой

целью мгновенное значение напряжения u

вх

в этом многочлене представим в

 

 

 

 

 

 

виде суммы немодулированных колебаний полезного сигнала и помехи:

u =u +u =U cos ω t+U cos ω t.

(2)

вх с п

с

 

с

п

п

 

При анализе блокирования

 

в

УВЧ

 

качестве первого

приближения

можно ограничиться кубичным многочленом. Подставив сумму напряжений колебаний в этот многочлен, выделим составляющую тока первой гармоники полезного сигнала:

3

 

2

 

3

 

2

 

i1 =U (b1+

 

b3 U

 

+

 

b3U

) cos ωct.

(3)

4

 

2

Эффект блокирования полезного сигнала характеризуется коэффициентом

блокирования k , который представляет

собой отношение

изменения

амплитуды выходного тока этого сигнала при блокировании к амплитуде того

же тока в отсутствие блокирования:

с

п

 

бл

вых с

 

 

k =

 

I

≈ −

3b3

U 2 .

(4)

I вых

2b1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В отсутствие блокирования

k =0, при

полном

блокировании полезного

сигнала k = -1. Отрицательный знак указывает на уменьшение уровня полезного сигнала при действии мешающего сигнала. По абсолютному значению k

возрастает пропорционально квадрату амплитуды мешающего

сигнала и

 

бл

 

п

 

отношению коэффициентов b3/b1

полинома, выражающему степень нелинейности

 

 

вых

Чем больше это отношение, тем

передачи сигнала активного элемента УВЧ.

больше нелинейность.

 

бл

 

 

Блокирование может иметь место и в первом преобразователе приемника.

В этом блслучае для

анализа

следует воспользоваться моделью (тоже

 

 

 

 

бл

упрощенной) в виде многочлена четвертой степени. Мгновенное напряжение u

представим суммой трех напряжений (добавляется напряжение u

гетеродина),

считая для простоты,

что полезный и мешающий сигналы немодулированы.

 

 

11

г

вх

 

 

 

Подставив u в многочлен, можно выделить составляющую тока первой гармоники колебаний промежуточной частоты на выходе преобразователя, т. е. ток полезного сигнала:

 

 

 

 

 

 

вх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

= U U

 

b

+

 

 

 

b U

 

+ 3b U 2

cos ω t.

 

(5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

c

 

2

 

4

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По аналогии с блокированием в УВЧ определяем коэффициент

блокирования в преобразователе частоты:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

b4

 

 

2

 

3 b4

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пчkвых=

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

п

 

 

 

пч

 

(6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

≈ −3

 

 

 

 

U

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

вых

b

U

 

 

 

 

2 b

 

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Если

3

 

b4

U 2 << 1,

что близко к реальной зависимости,

 

поскольку вероятно

 

 

 

 

2 b2

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

малое значение отношения b / b , то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бл

 

 

 

 

вых

 

4пч

2

 

≈ −3

b4

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

U

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнивая зависимости для k в УВЧ и преобразователе частоты,

отметим, что для первого k

 

пропорционален отношению b3 / b1 , а для второго

отношению

 

b4 / b2 .

 

 

Поскольку

 

 

УВЧ

 

приемника

усиливает напряжение

мешающего сигнала,

то блокирование нередко сначала проявляется в первом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

преобразователе, а затем, с ростом интенсивности этого сигнала, в УВЧ. Если

блокирование происходит блодновременнобл в УВЧ и преобразователе частоты, то их k складываются, чем и определяется коэффициент блокирования приемника в целомбл . При анализе блокирования рассматриваемые каскады приемника практически можно считать безынерционными.

Блокирование полезного сигнала возникает в том или ином каскаде приемника в том случае, если амплитудная функция передачи сигнала имеет характер «насыщения», при котором приращение выходного сигнала как бы «отстает» относительно приращения входного сигнала в широком интервале изменения (рис. 3, кривая 1).

Блокирование не возникает в том случае, если амплитудная функция передачи сигнала имеет линейный (прямая 2) или квадратичный (кривая 3) характер в широком интервале изменений входного сигнала. Амплитудные

12

Рис. 3. К пояснению процесса блокирования полезного сигнала в приемнике

13

функции передачи сигнала в реальной аппаратуре по своей форме ближе к кривой 1, нежели к квадратичной, вследствие чего задача сделать их квадра- тичными весьма актуальна для совершенствования параметров ЭМС приемника.

Если амплитудная функция передачи сигнала имеет возрастающий характер относительно квадратичной и приращение выходного сигнала как бы «опережает» приращение входного сигнала в широком интервале изменения (кривая 4), то возникает процесс «антиблокирования». Этот процесс заключается в том, что при действии мешающего сигнала, частота которого, так же как и при блокировании, находится вне основного канала приема, во входном тракте приемника происходит дополнительное усиление слабого полезного сигнала. Антиблокирование проявляется, например, в УВЧ, если его функция передачи сигнала может быть выражена кубичным полиномом, в котором коэффициент при члене 3-й степени имеет положительный знак в отличие от зависимости, выраженной кривой 1, где член 3-й степени имеет коэффициент с отрицательным знаком. Антиблокирование особенно проявляется в УВЧ с амплитудной функцией передачи сигнала, возрастающей по экспоненциальному закону (кривая 4 или более круто возрастающая);

i = I0 exp(b0u ),

(8)

где I0 - ток покоя в рабочей точке и b0 - коэффициент возрастания (крутизна) с размерностью 1/В.

Анализ процесса усиления в «экспоненциальном усилителе» показывает, что слабый полезный сигнал возрастает при действии мешающего сигнала. Однако такое свойство усилителя не представляется возможным реализовать в интересах улучшения параметров ЭМС приемника, поскольку современные активные приборы не позволяют получить возрастающую функцию передачи сигнала в необходимом широком интервале возрастания входного сигнала от мешающего радиопередатчика. Кроме того, нелинейность экспоненциальной характеристики может привести к появлению новых частот во входном тракте, что повлечет за собой создание помехи.

Канал, в котором действует блокирующий мешающий сигнал, является внеполосным; номинальная частота такого сигнала может принимать различные значения в пределах некоторой полосы частот, зависящей от уровня мешающего сигнала и избирательности контуров ВЧ тракта до входа смесителя. Мешающий сигнал проявляет свое действие, в том случае, если его уровень превышает «порог блокирования», при котором амплитудная функция передачи отклоняется от линейной зависимости (заштрихованная

14

область на рис. 3). Порог определяется при некоторой допустимой величине

k .

 

, указываемой в научно-технической документации. Например, ГОСТ

бл доп

 

на

магистральные КВ приемные устройства устанавливает требование к

k .

 

, равным 2 или 3 дБ в зависимости от расстройки между полезным и

мешающимбл доп сигналами, ГОСТ на радиостанции сухопутной подвижной службы устанавливает требование k . = 6 дБ при мешающем сигнале в

ближайшем соседнем канале. В зависимостибл доп от назначения и класса приемника такие требования должны соответствовать уровням мешающего сигнала, превышающим уровень чувствительности приемника (в других случаях уровень 1 мкВ) на 60 ... 90 дБ. Контроль требований осуществляют двухсигнальным методом путем подачи сигналов на вход приемника одновременно от двух ГСС, один из которых имитирует мешающий сигнал, а другой полезный.

При достаточно больших расстройках f мешающего сигнала

относительно частоты настройки приемника этотр сигнал ослабляется резонансными контурами ВЧ тракта.

Чтобы характеризовать свойство приемника принимать полезный сигнал в присутствии сильного мешающего сигнала до порога блокирования, пользуются понятием «динамический диапазон по блокированию» (в децибелах):

 

 

D

= 20 lg

(U .доп )

,

(9)

 

 

бл

 

U

 

 

 

 

 

 

с мин

 

 

 

 

 

 

п .

бл

 

 

где (U . )

максимально

допустимое

напряжение мешающего сигнала

п доп

 

 

 

 

 

 

 

соответствующее порогу блокирования; U .

 

минимальное напряжение

полезного сигнала, соответствующее чувствительности приемника.

График

на

рис. 4 выражает зависимость

D

в полосе существования

блокирующиебл доп сигналы могут совпадать по частотебл с комбинационными каналами приема.

внеполосных каналов приема и при конкретных значениях частоты может

использоваться

для расчетов уровней блокирования сигнала

при

заданном

k . . Для блиллюстрации на уровне 80 дБмкВ отмечен порог восприимчивости

приемника по

комбинационным каналамс.минВ точках А и

Б,

например,

Эксперименты показывают наличие больших разбросов между величинами D даже в однотипных приемниках, что зависит от точности настройки резонансныхбл контуров ВЧ тракта, разбросов значений порога блокирования и

15

Рис. 4. Зависимость диапазона D от расстройки

f в полосе избирательности ВЧ

тракта УКВ приемника при k .

= 60 дБ: 1 -

избирательность тракта ПЧ;

2 -

бл доп

избирательность тракта ПЧ при действии

избирательность тракта ВЧ; 3 -

мешающего сигнала по комбинационным каналам приема; 4 - зависимость D

от

частоты; 5 - допустимый по НТД порог восприимчивости по комбинационным каналам приема

16

других факторов. Экспериментальные зависимости в большинстве случаев несимметричны относительно f0 и значений D . В качестве исходных данных для расчетов восприимчивости приемных устройств к мешающим сигналам

необходимы статистические данные о значениях D в функции частоты.

Выше

отмечалось, что блокирование может проявляться

в изменении

 

бл

бл

 

отношения полезный сигнал-шум. При этом уровень собственного шума

приемника

может изменяться из-за блокирующего действия

мешающего

сигнала даже в отсутствие полезного сигнала. Отношение сигнал-шум может даже сохраняться, если сигнал и шум ослабляются одинаково. Кроме того, действие мешающего сигнала может проявляться в преобразовании шума гетеродина приемника в промежуточную частоту, что создает эффект возраста- ния собственного шума приемного устройства и снижает отношение полезный сигнал-шум. Если разность частот f между мешающим сигналом с частотой f

 

 

 

п

и частью

энергетического спектра

шума

N гетеродина (или синтезатора)

приемника

равна f , то эта часть

спектра,

ширина которой равна полосе

 

пч

 

 

пропускания тракта ПЧ приемника,

преобразуется в промежуточную частоту и

поступает в тракт ПЧ в виде энергии шума (рис. 5). Чем меньше коэффициент шума приемника, тем более ощутимым становится преобразование шума гетеродина мешающим сигналом. Чем ближе частота мешающего сигнала к полосе основного канала приема, тем больше эффект преобразования шума, поскольку преобразуемая часть энергетического спектра гетеродина имеет более высокую спектральную плотность. В ряде случаев преобразование шума гетеродина возникает при таком уровне мешающего сигнала, который меньше порога блокирования, присущего нелинейному процессу. В практической ситуации влияния мешающего сигнала не всегда можно выяснить, происходит ли уменьшение отношения сигнал-шум из-за нелинейного процесса или преобразования шума гетеродина. Все это указывает на важность фактора преобразования шума гетеродина, снижающего помехозащищенность приема, вследствие чего целесообразно считать его параметром ЭМС и определить понятие о нем, как меру увеличения мощности шума приемного устройства из-за переноса в тракт ПЧ части шумового энергетического спектра гетеродина (синтезатора) при действии на преобразователь приемника мешающего сигнала, частота которого находится вне основного и побочных каналов приема. Количественно этот параметр может быть выражен как 10lg(kT) (в децибелах), где k - постоянная Больцмана, T - абсолютная температура. В настоящее время этот параметр отдельно не нормируется и не выделяется из общих требований к допустимому уровню блокирования полезного сигнала.

17

Рис. 5. К пояснению преобразования части энергии шума гетеродина в промежуточную частоту

Рис. 6. К пояснению явления амплитудно-фазовой конверсии полезного сигнала

18

Блокирование полезного сигнала, в том числе импульсного, наиболее ощутимо, если мешающий сигнал непрерывный. Однако возможно блокирование и интенсивным импульсным сигналом, причем степень блокирования зависит не только от мощности этого сигнала, но и от времени его действия. Если полезный и мешающий сигналы являются импульсными, то эффект блокирования возникает при совпадении или частичном перекрытии импульсов во времени. Длительность совпадения импульсов во времени есть случайное событие, что особенно очевидно для сканирующих антенн приемника полезного сигнала и передатчика мешающего сигнала. Вероятность совпадения основных направлений передачи и приема при сканирующих антеннах, например в горизонтальной плоскости, для остронаправленных антенн составляет доли процента. Еще меньше эта вероятность для совпадения импульсов во времени. Однако при достаточно близком размещении антенн и большой мощности мешающего сигнала можно с достаточным приближением считать ДН каждой антенны круговой, приняв средний уровень боковых лепестков на 15 ... 20 дБ ниже уровня главного лепестка. При этих условиях вероятность блокирования принимаемого импульсного сигнала мешающим импульсным сигналом значительно увеличивается.

4. ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

Перекрестные искажения это изменение структуры спектра полезного сигнала при воздействии на него модулированного мешающего сигнала, частота которого не совпадает с частотами основного и побочных каналов приема. Процесс возникновения таких искажений определяется нелинейным изменением амплитудной функции передачи сигнала в активных элементах ВЧ тракта, вследствие чего анализ этого процесса аналогичен анализу процесса блокирования. Понятие «перекрестные искажения» относится к АМ полезному сигналу, когда в его структуре возникают составляющие модуляции АМ мешающего сигнала. В этом случае нелинейный элемент ВЧ тракта, так же как и при блокировании в УВЧ, может быть представлен моделью в виде

степенного многочлена с той разницей, что входной сигнал u

имитируется

суммой двух АМ сигналов:

 

 

 

 

 

 

 

 

u =uc+u =Uc(1+mccos <ct)cos ωct+U (1+m cos < t)cos ω t.

(10)

вх

 

п

 

 

19

п

п

п

п

 

 

В целях упрощения анализа можно,

так же как и при блокировании,

ограничиться

многочленом

3-й степени.

После

подстановки

вхв

него

u и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вх

соответствующих

 

преобразований

можно

определить

 

коэффициент

перекрестных

искажений,

представляющий

собой

отношение

уровня

спектральных составляющих в структуре полезного сигнала, возникших в результате перекрестных искажений, к уровню полезного сигнала на выходе приемника при заданных параметрах мешающего и полезного сигналов:

 

 

k =

( Iвых )Ωп

≈ −3

b3m

U 2 .

(11)

 

 

 

 

 

пер

(I

)

 

 

 

b m

 

 

 

 

вых

Ω

 

 

1 п

п

 

 

k

 

 

с

 

 

с

 

 

Значение

может

быть

 

различным

в зависимости

от заданных

 

пер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

параметров мешающего и полезного сигналов. Измеряют k двухсигнальным

методом. Для

этого, согласно

 

 

 

 

 

 

пер

 

 

рекомендации

МККР, частоту

мешающего

сигнала устанавливают равной частоте соседнего канала и модулируется только мешающий сигнал, который проявляет свое действие в тракте полезного сигнала на выходе приемника. При этом уровень мешающего сигнала на выходе должен быть ниже уровня полезного (если бы он был модулирован и не было мешающего сигнала) на определенную величину, например на 20 дБ. Такая рекомендация реализуется, например, при измерениях допустимого уровня перекрестных искажений в радиовещательных АМ приемниках, причем полезный сигнал немодулирован, а мешающий модулируется тоном 1000 Гц с m =0,3 (ГОСТ 9783 — 79).

п Перекрестные искажения могут возникать и в первом преобразователе приемника. Для их анализа следует воспользоваться моделью в виде многочлена четвертой степени и выполнить вычисления тем же методом, что и в случае блокирования. В результате после соответствующих преобразований и упрощения можно определить коэффициент перекрестных искажений в преобразователе частоты приемника:

k =

( Iвых )Ω

= −6

b4m

U 2 .

(12)

 

 

(I )Ω

 

b2mп п

 

Мешающий сигнал создает перекрестные искажения в том случае, если его уровень превышает «порог перекрестных искажений», который определяется

при некотором допустимом значении k .

, указываемом в НТД. При сравнении

пер

вых

с

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

зависимостей, определяющих k

и

пер доп

 

 

 

 

 

 

 

можно

k

п

в УВЧ (или преобразователе),

бл

пер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

заметить их аналогию, особенно при допущении,

что

m =т . Если

эти

зависимости сравнивать при условии, что k

=k

.

 

и k

= k

 

.

, то

 

 

 

 

 

 

бл

бл доп

с

пер п

пер доп

 

можно также заметить, что при прочих равных условиях порог блокирования

обнаруживается при уровнях мешающего сигнала в

2

(т. е. на 3 дБ) больше

уровней мешающего сигнала,

при

 

которых

обнаруживается

порог

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]